（电气工程专业论文）基于web技术的电源管理信息系统设计与实现.pdf

中文摘要 随着我国信息业的高速发展，许多数据中心应需而生。为保障数据中心内计 算机、存储、网络、通信等设备的正常、安全、不间断运行，机房电源设备的重 要性日益凸显。机房电源设备主要包括高、低压供配电系统、u p s 系统等，电源 系统与空调、消防、安防等系统共同作为机房场地环境建设必不可缺的一部分， 这些系统时刻为机房提供j 下常的运行环境。一旦这些基础环节发生故障，将会造 成影响范围广、恢复时间长的重大事故。因此，开发建立一套可靠的电源管理信 息系统对机房环境动力设备进行自动监视和有机管理，保障机房的可靠运行是极 其必要的。 本文论述了电源集中监控技术、通信技术以及w e b 技术在电源管理领域中的 应用。论文从电源管理信息系统的发展、功能需求、设计方法和控制要求等方面 进行了详细的论述，包括硬件选型、网络配置、系统组态以及软件设计等内容。 本文着重阐述了基于w e b 技术的国家气象信息中心电源管理信息系统的设 计与开发，系统主要包括三个模块：电源设备监控模块、电源设备监控信息管理 模块、电源部门技术资料、信息发布与专用软件共享模块。其中，前两个模块是 系统的关键功能模块。 开发研制电源管理信息系统，实现了对机房环境和电源设备的实时监控管理， 整体提升了自动化维护管理水平。系统监测的数据信息和告警信息实时上传到监 控中心的终端设备上，使运维工程师可以及时发现异常情况，采取相应的措施。 系统还可根据一段时间内的数据统计，分析总结出设备的使用和可用状况，提前 发现设备隐患，预防潜在的设备故障，保障气象业务的正常运行。另外，全体运 维工程师通过该系统能够充分获取、利用技术和数据资料，实现信息资源的共享， 从而提高维护技术水平和工作的科学性。该系统自投入使用以来，很好地完善了 业务和管理双重工作功能。 关键词：电源管理集中监控w e b j e 复銮逼叁堂童些亟堂位i 金塞旦s 墅坠鳗 a bs t r a c t m a n y d a t ac e n t e r ss e tu pa tt o ps p e e dw i t hd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o ni n d u s t r yi n m o d e mt i m e s ，t h e ya r ep r o t e c t i n gt h ec o m p u t e r s ，c o m m u n i c a t i o n ，n e t w o r k sa n ds t o r a g e e q u i p m e n t sr u n n i n gi nt h es a f ea n du n i n t e r r u p t e dc i r c u m s t a n c e s ，f o rt h i sc a s e ，t h e p o w e re q u i p m e n t si nt h ed a t ac e n t e ra r eg e tm o r ec a r e st h a na n yt i m e t h ep o w e r e q u i p m e n t s ，s u c ha sh i g h l o w - v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns y s t e m ，u p sa n dt h ee q u i p m e n t s s e r v e df o rc i r c u m s t a n c e si nt h ed a t ac e n t e r , s u c ha sa i r - c o n d i t i o n i n g , f i r e s a f e t ys y s t e m ， s e c u r i t ys y s t e ma r ei n d i s p e n s a b l et ot h ed a t ac e n t e r sc i r c u m s t a n c e s o n c et h e y r e w o r k e di r r e g u l a r i t y , i tw o u l db em a d ew i d e l ya w f u li n f l u e n c ea n dl o n gr e c o v e r yt i m e c o n s e q u e n t l y , ar e l i a b l es y s t e mo np o w e rm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nf o rp r o t e c t e dt h e e q u i p m e n tc i r c u m s t a n c e si nd a t ac e n t e ri sg r e a t l yi m p o r t a n t t h ep a p e rd e s c r i b e sac e n t r a l i z e dp o w e rm o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do nw e b t e c h n o l o g y t h ed e v e l o p m e n to fp o w e rm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，s y s t e m s f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t ，d e s i g nm e t h o da n dm o n i t o r i n gs t a n d a r da r ea l li n v o l v e di nt h i s p a p e r i t a l s oi n c l u d e dt h eh a r d w a r e ss e l e c t i o n ，n e t w o r k s a l l o c a t i o n ，s y s t e m c o n f i g u r a t i o na n ds o f t w a r e sd e s i g n i n g i t m a i n l yd i s c u s s e dt h ed e s i g n i n ga n dr e s e a r c ho fp o w e rm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e mb a s e do nw e bt e c h n o l o g yi nt h en a t i o n a lm e t e o r o l o g i c a li n f o r m a t i o nc e n t e r t h e d e s i g n i n g o f p o w e rm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m i nt h en a t i o n a l m e t e o r o l o g i c a li n f o r m a t i o nc e n t e ra r ed i v i d e di n t ot h r e ep o i n tm o d u l e s ，w h i c ha r et h e p o w e re q u i p m e n t sm o n i t o r i n gm o d u l e s ，t h em o n i t o ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s m o d u l e s ，a n dt h ei n f o r m a t i o ns h a r i n gm o d u l e s ，a l lt h em o d u l e sh a v et h e i ri n d e p e n d e n t f u n c t i o n ，f o rt h ef i r s tt w om o d u l e st a k e st h ek e yf u n c t i o n si nt h i ss y s t e m t h ep o w e rm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mb r i n g st h er e a l - t i m em o n i t o r i n gi n t o e f f e c t ，i tp r o m o t e st h ea u t o m a t a b l em a i n t e n a n c el e v e l t h em o n i t o rt e r m i n a l sc a n r e c e i v et h ed a t aa n dw a r n i n gi n f o r m a t i o na ta n yt i m e ，t h a tm a d et h ee n g i n e e re a s yt o f i n dt h ea b n o r m a ls i t u a t i o n sa n ds o l v et h e mi nt i m e i na d d i t i o n ，t h ee n g i n e e rc o u l d a n a l y z et h ee q u i p m e n t s c o n d i t i o n sa c c o r d i n gt ot h em o n i t o r i n gd a t a ，s ot h i ss y s t e m c o u l d p r e v e n tt h ep o t e n t i a lm a l f u n c t i o n ，a n di n d e m n i f y t h ew e l l r u n n i n g f o r m e t e o r o l o g i c a ls e r v i c e b e s i d e s ，t h ee n g i n e e rc o u l da c q u i r et h et e c h n o l o g yr e c o r d s t h r o u g ht h i ss y s t e m t h u s ，i ti m p r o v e st h em a i n t e n a n c el e v e la n dw o r k i n ge f f i c i e n c y , a n dt h i ss y s t e mi sa c h i e v e dt w o f o l df u n c t i o n st h a ta les e r v i c ea n dm a n a g e m e n t k e yw o r d s ：p o w e rm a n a g e m e n tc e n t r a l i z e dm o n i t o r i n gw e b v 表2 4 1 表4 1 1 图3 1 1 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图3 2 1 图4 1 1 图4 3 1 图4 - 3 2 图4 4 1 图5 1 1 图5 2 1 图6 1 1 图6 1 2 图6 1 3 图6 1 4 图6 1 5 图6 2 一l 图6 2 2 图6 3 1 图6 3 2 图表索引 监控对象的采集量分类8 场地环境监控系统监控对象和内容统计表2 4 c s 结构监控模式1 6 c s 结构监控系统17 b s 结构监控模式18 b s 的三层结构图2 0 基于a c t i v e x 和a d o 技术的w e b 页面动态图形显示2 3 n m i c p m i s 系统组网结构图2 8 n m i c p m i s 系统软件总体结构3 2 系统软件设计的主要工作流程一3 3 数据采集模块处理流程3 6 测试程序工作流程4 1 接入程序工作流程。4 4 系统主界面4 7 登录与注销界面。4 8 环境温湿度监控晃面。4 9 u p s 监控界面5 0 配电系统监控界面5 1 实时告警窗口5 2 告警历史查询窗口5 3 n m i c p m l s 管理主界面5 4 维护报告生成窗口5 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京交通人学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同：占对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月日 致谢 本论文的工作是在我的导师王玮教授的悉心指导下完成的。王玮教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响，他对我的科研工作和论文 提出了许多宝贵的意见，在此衷心地感谢王玮教授对我的关心和指导。 陈德全高级工程师悉心指导我完成了工程现场的科研工作，在此向陈德全高 级工程师表示衷心的谢意。 在工作及撰写论文期间，魏富强、郑业明、姜宇平等同学对我论文的研究工 作给予了热情的帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 1 选题来源和背景 1 引言 为保障大型数据中心内各类计算机、存储、网络、通信等设备的正常、安全 和不间断运行，机房电源设备重要性r 益凸显。机房电源设备主要包括高、低压 供配电系统、u p s 系统等，电源系统与空调、消防、安防等系统共同作为机房场 地环境建设必不可缺的一部分，这些系统时刻为机房提供正常的运行环境。一旦 这些基础环节发生故障，将会造成影响范围广、恢复时间长的重大事故。因此， 开发建立一套可靠的电源管理信息系统对机房环境动力设备进行自动监视和有机 管理，保障机房的可靠运行是极其必要的。 目前，大型数据中心均面临设备运行环境要求高、机房多、人员少等问题， 尤其现在国内普遍缺乏机房场地环境及其设备方面的专业管理人员，仅依靠运行 维护值班人员每日几次或专业技术人员每周几次现场巡检无法满足管理要求。如 果设备出现故障时，无法及时发现并对设备进行应急处理，将会造成重大损失。 只有通过合理设计和配置集中监控系统，才能做到对设备故障、环境情况做出迅 速、准确的反应以及目的性明确的维护，这样才能提高维护管理水平、降低系统 维护费用，同时保证系统运行处于良好的工作状态。电源管理信息系统可为设备 的运行维护提供良好的保障，系统可以监视和控制各种电源和场地环境设备，并 在设备出现异常或故障等情况时及时通知相关维护人员。 本课题来源于国家气象信息中心电源管理信息系统( 以下简称n m i c p m i s ) 建设项目。该项目作为机房运行管理的重要环节，实现了机房电源设备和场地环 境设备的远程监控和管理，使运维工程师可以全面地熟悉设备运行状态。另外， 全体运维工程师通过该系统能够获取、利用技术和数据资料，查阅设备档案，充 分实现了信息资源的共享。 1 2 研究目的和意义 开发n m i c p m i s 的主要目的是： 1 进一步提高国家气象信息中心运维工程师对机房环境和电源设备的实时监控 管理，整体提升自动化维护管理水平。系统能够获取实时监测数据和设备运行 状况，以便运维工程师能够及时发现异常情况并采取相应的措施。 2 运维工程师可对某段时间内的历史数据进行统计，分析总结出设备的使用和可 用状况，提前发现设备隐患，预防潜在的设备故障，保障气象业务的良好运行。 3 n m i c p m i s 系统可以提供部门工作计划、技术资料、设备档案以及专业软件 的下载。系统帮助运维工程师做好日常数据处理工作，减少检查数据、核对数 据、整理数据的重复劳动，消除各种专业数据被个人“占有”的现象，使全体 运维工程师能够充分获取、利用数据资料，提高工作效率和维护管理水平。 该系统充分实现了信息资源的采集和共享，统一的管理平台具有很强的高效 性和准确性。该系统能够很好地完善业务和管理双重工作功能。另外，研究基于 中间件和w e b 技术的电源管理信息系统还具有以下几个方面的意义。 1 统一w e b 管理平台 基于w e b 技术的电源管理信息系统无需在用户机上安装用户端程序，所有信 息都通过w e b 发布，用户端只需通过浏览器即可查看监控设备信息，信息类型包 括文本、声音、动画等多媒体形式。w e b 浏览器用户界面一致、操作简单，方便 了运维人员使用。 2 良好的可扩展性 由于用户端无须安装专用软件，系统升级或功能扩展时只需更新w e b 服务端 的软件即可，故系统具有良好的可扩展性，便于维护。 3 信息共享化高 系统采用标准的t c p i p 协议，有良好的广域网支持，组网灵活、易于实现多 用户监控、信息共享程度高。 综上所述，采用电源管理信息系统对场地环境进行集中监控，将在很大程度 上提高工作效率，提升系统的自动化程度和运行的实时性和可靠性，有效地解决 运行管理中的很多问题。目前，电源管理信息系统很大范围地应用于各种规模的 数据中心，加之场地环境智能设备的发展以及w e b 技术的发展，使得电源管理信 息系统已成为必不可少的管理手段。 1 3 本文研究内容和各章内容提要 本文在研究了电源管理信息系统国内外现状的基础上，设计开发一套基于中 间件和b s 模式，配合业务流程的电源管理信息系统，该系统是一个实时性要求 很高的系统，它不但要求监测界面的灵活性高，而且要求网络通讯的实时性强。 通过该系统，可以实现对国家气象信息中心内所有电源设备和场地环境进行远程 2 监控、数据管理、故障告警等功能，完成了为运行值班员和维护工程师提供设备 历史数据和信息资料的任务，利用该系统还可以进行设备分析等方面的应用。 n m i c p m i s 系统的开发主要包括三个模块：电源设备监控模块、电源设备监 控信息管理模块、电源部门技术资料、信息发布与专用软件共享模块。其中，前 两个模块是n m i c p m i s 系统的关键功能模块。系统构建遵循机房建设的相关规 定，应用传感器技术、计算机网络技术、自动控制技术以及检测技术等，按模块 化结构进行开发。n m i c p m i s 系统采用w e b 方式实现原有在c s 系统上的所有 基本功能，这些功能可概况为监控和管理两大功能。 本文各章内容安排如下： 第一章引言 论述了本课题的选题来源、课题背景和研究内容，提出了开发一套基于w e b 技术并结合国家气象信息中心业务工作流程的电源管理信息系统的目的和意义。 第二章电源管理信息系统综述 论述电源管理信息系统的概念、发展过程、功能需求以及系统监控的对象、 监控方法、通讯传输等内容，并在此基础上，总结目前电源管理信息系统的不足， 结合电源管理信息系统的发展趋势，提出了开发基于w e b 技术的电源管理信息系 统。 第三章w e b 技术 本章阐述了目前主要的几种监控模式及各自的优、劣势，并对基于w e b 模式 的电源管理信息系统的实现技术作了详细的说明。 第四章n m i c p m i s 系统总体设计 本章在对国家气象信息中心n m i c p m i s 系统进行需求分析和功能分析的基 础上，一方面对系统硬件组网和体系结构设计进行了详细的阐述，并根据实际情 况确定现场硬件配置方案和开发平台；另一方面对系统软件结构、数据存储以及 存储的内部、外部数据接口等方面进行了详细的阐述。 第五章n m i c p m i s 系统程序设计 前一章所述的数据存取完成了各设备的接入、达到对其监控的目的。本章详 细说明了电源管理信息系统测试程序和接入程序的设计，即：对数据存取的应用 和验证过程。 第六章系统界面功能 本章以n m i c p m i s 系统界面功能为重点，介绍了几种主要系统的运行数据界 面功能、告警查询、历史查询功能以及管理界面。作为基于w e b 模式的系统，各 设备运行状况可以通过浏览器方式进行查询，系统查询、统计、分析结果可通过 数据、图表、模拟仪表等多种方式显示。 第七章总结 本章从系统效率、可靠性、安全性、可移植扩展性以及可维护性等多方面对 系统做了简要评价，并对全文进行了总结。 4 2 电源管理信息系统综述 2 1 电源管理信息系统概述 随着信息技术的飞速发展，越来越多的数据中心建立起来。新一代数据中心 对供电系统的可靠性和可管理性要求越来越高，数据中心的维护管理者需要对计 算机等设备的供电系统进行更可靠、更灵活的分配，更精细化的管理，更准确的 成本消耗。电源管理信息系统因此应运而生，它集配电系统、场地环境、监测、 管理于一体，实现对智能化供电设备( 如u p s 等) 、低压配电系统和场地环境参量 进行实时监测，并根据需求提供管理功能。电源管理信息系统一改过去对电源设 备和场地环境进行分散维护、人工监控的传统维护方式，变为系统能够自动获取 监控设备实时数据的方式，变被动、低效率的故障维护为主动、高质量的性能维 护，保障电源系统的稳定、可靠运行，实现对电源设备和机房环境的远程监控。 可见，电源管理信息系统提高了对电源设备的维护工作效率以及管理质量，降低 了整体维护费用。 电源管理信息系统是一个集系统运行监控信息和运行管理功能于一体的网络 化管理信息系统。它在应用计算机监控技术和网络技术的基础上，实现了对电源 设备和机房环境的远程实时监控，在监控主机或运维工程师的微机上能够灵活的 对设备进行配置管理、运行维护、安全管理、告警管理等操作，并可以及时发现、 诊断和排除设备故障；查看和统计设备的运行数据、状态；辅助运维工程师进行 业务管理与决策；使被动的抢修模式变为主动的预防性维护模式，以保障电源设 备的正常工作和机房场地环境的安全运行，为数据中心的电源和场地环境运维工 作的制度化和科学化奠定了相当的基础。 2 2 电源监控管理系统的发展过程和现状 数据中心的电源系统是保障计算机等设备正常运行的关键设备，通常被称为 机房运行的心脏。如果电源系统工作不正常，必将影响整个机房的正常运转，甚 至导致整个机房瘫痪。因此，保障电源系统的稳定工作就成为整个机房维护管理 的关键。电源设备预防性维护、应急供电抢修、机房环境维护等都是劳动密集型 工作，传统的“有人值守+ 断电抢修”维护模式，执行效率低、资源耗费大，难 以适应当今电源维护工作发展的要求。维护体制必须向集中化、精细化转变，于 5 是电源集中监控管理系统应运而生。 电源监控管理系统在我国的起步较晚，约在上世纪9 0 年代初产生，但其实早 在7 0 年代我国就开始了电源监控系统的实用研究，由于当时技术条件不具备( 电 子器件功能、质量难以保证) ，虽经艰苦努力，未获成功，但已积累了丰富的经验 和教训，使后续的应用研究与试验都受益匪浅。8 0 年代末，电子技术飞速发展推 动了电源产品的技术进步。高频开关电源在此期间得到了广泛的应用，逐渐取代 了相控电源，同时自动化柴油发电机组、a t s 等设备的成熟应用，都标志着电源 监控的基础条件已基本具备。9 0 年代初，随着新型功率器件的开发、软开关技术、 控制技术的发展，特别是专用控制芯片的生产以及计算机技术的飞速发展与应用， 都为实现电源监控提供了优良的技术保障。 在电源监控管理系统应用的早期，更多关注的是监控设备的开关量，即：设 备有无告警，若出现断电告警，在监控中心就能够及时、准确地发现，并且还能 够按照告警处理流程迅速开启柴油发电机或通知相关业务部门，保障业务运行。 可以说，早期的电源监控系统就像烽火台的功能一样，起着发现告警的作用，它 执行的是简单的任务。随着监控技术的发展和监控维护水平的提高，在满足电源 设备告警准确性的需求之后，无疑要加强对监控系统更深、更广的应用，即在重 视监控系统开关量告警的同时，加强对模拟量开发应用的力度和监控系统的初次 统计、二次统计以及数据分析的应用功能，通过统计和分析，使运维工程师对整 个监控系统的监控量运行有了系统的总结，能够对电源设备和环境的运行状况提 供准确的预测，从而为设备的扩容、改造，提供详实的数据和分析依据。 2 3 电源管理信息系统功能需求 电源管理信息系统主要完成监控和管理两大功能，即：对电源设备和机房环 境的监控、告警功能以及对电源部门的工作流程、技术资料等方面的管理功能。 这两大功能的具体体现如下： 2 3 1 性能监控 1 系统能自动显示全部监控对象的工作状态和告警情况，并可通过菜单等方式选 择显示指定监控对象的工作状态、运行参数、历史数据等详细资料。 2 系统对监控实时数据和历史数据有查阅、统计功能。 3 系统具备汉字处理和图形处理功能，运维工程师利用系统提供的工具软件，能 方便地生成规定的各种报表和监控画面。 6 2 3 2 故障告警 1 系统能检测和报告被监控设备的异常情况，当设备出现故障时，无论系统处于 何画面，均自动提示告警，显示实时和历史告警信息( 包括：告警类型、位置、 时间、历时等) 。 2 监控界面中故障设备以有别于正常设备的颜色表示，同时显示告警是否正在处 理，并在故障排除后恢复其原色。 3 系统对告警和故障进行不同级别的分类统计，告警分为紧急告警和一般告警， 其处理、解决方式有所不同。 2 3 3 配置功能 1 系统具备配置管理功能，用于增加、删除系统中被监控的对象，即：当需要增 加或减少被监控对象或监控对象参数调整、运维工程师变更时，管理员可通过 改变系统配置文件完成系统配置。 2 监控对象的配置参数包括监控对象名称、通信方式、通信速率、通信地址等。 运维工程师的配置参数包括姓名、身份、口令、操作权限、联系电话等。 2 3 4 安全管理 1 系统有安全操作管理功能，在使用某些功能时必须输入口令，经系统确认后方 可进入系统进行操作。操作口令设有不同级别，以限制不同人员的操作范围， 维护系统安全。 2 系统设有设备操作记录，内容包括：操作人、被操作设备、操作内容和操作时 间等。 3 系统有故障告警及确认记录，内容包括：故障设备名称、故障发生时间、故障 确认时间、故障确认人、故障排除时间等。 4 设备操作记录和故障告警及确认记录等资料能在监控主机硬盘中保存一年，而 后刻录光盘对历史信息进行保存。 2 3 5 信息管理 1 系统可以w e b 方式进行信息查询和发布，在国家气象信息中心的内网发布、 浏览通告信息、工作计划等。 2 提供专业应用软件的下载功能，使运维工程师不必为各种厂家不同的数据格式 而在搜索软件方面耗时。 7 3 系统提供信息共享功能，可以根据需求，灵活的自由组合查询任何有关中心内 部电源设备和机房场地环境的技术文件、图纸，充分实现了数据的快速传递与 共享。 2 4 监控对象和内容 电源管理信息系统被监控对象按功能可分为电源设备和场地环境两大类，电 源设备包括高、低压配电系统、u p s 及其电池组、油机等；场地环境类包括机房 的温度、湿度、烟感、温感、水浸、门禁、监视等。监控对象的采集量按种类分 为模拟量、开关量、枚举量、控制量、遥调量和显示量等。模拟量可采集电源设 备的电压、电流、频率、有功功率、功率因数，场地环境的温湿度等；开关量可 采集供电状况、开关状态、探测器的输出状态等；控制量输出根据预先设定的上 下限值、告警等信号进行设备控制。具体详见表2 4 1 。 表2 4 1监控对象的采集量分类 采集量定义举例对该种数据类型的处理 实时测量值，随着 交、直流电压、电流； 记录当前值；判断告警状态，如有变化则 模拟量被监测量的变化保存告警记录，并发送告警消息；记录统 而连续变化的量 环境温度、湿度等 计数据：记录最近的数据变化历史。 只有两种特定状 断路器的开、关状态； 记录当前状态；判断告警状态，如有变化 开关量告警和正常状态：空调 态的量则保存告警记录，并发送告警消息。 漏水、烟雾告警等 具有两种以上特电池运行放电、浮充、 记录当前状态；判断告警状态、如有变化 枚举量 定状态的量均充状态等则保存告警记录，并发送告警消息。 需要对设备进行打开、关闭整流器模记录当前状态；判断告警状态、如有变化 控制量 操作的= l 妻 块：油机开关机等 则保存告警记录，并发送告警消息 电池的均充电压；空调 遥调量设备的参数记录当前值 的设定温度等 显示量字符串量显示设备的时间 记录当前值 2 5 监控设备的方法 被监控的机房场地环境设备按性质可划分为两种：一种是智能设备，即以协 议通信的方式进行控制的设备，另种是非智能设备，即无法以软件方式进行监 控，而只能以传感器或采集设备间接的进行数据采集的设备。针对这两种设备有 不同的方法来实施监控。 2 5 1 智能设备的监控 正如前所述，目前的电源设备种类繁多，特别是智能设备，通信协议更是各 种各样，甚至同一厂家的不同型号设备的通信协议也各不相同，这都加大了系统 开发的难度和软件开发的工作量。在电源监控系统的建设实施过程中，智能设备 利用通信接口和通信协议的转换直接接入监控系统，通信接口基本为r s 2 3 2 、 r s 4 8 5 、r s 4 2 2 之间的硬件转换，较容易实现。目前大部分电源设备厂家都能积极 提供其设备的通信协议，为通信协议的转换提供了条件。所谓协议转换，就是用 软件来实现它的通信协议，按照协议的要求来完成对设备各种数据和参数的采集 与控制。按照协议解析软件的存放位置不同，可将协议转换分为硬件和软件两种 不同的方式。 1 硬件方式 硬件方式就是所谓的协议转换器，它是将一种被称作“协议转换器”的装置 接入智能设备和监控主机之间，一端与智能设备的串口相接，另一端与监控主机 的串口相接，来完成通信协议和通信接口的转换。协议转换器可以理解为一个具 有c p u 、e p r o m 、i l m v l 、串行通信口等器件的微机系统。一个协议转换器一般具 备两个条件：其一，至少有两个串口且能够分别与被转换的智能设备串口以及监 控主机串口相匹配；其二，能够将智能设备的通信协议转换为监控主机协议，转 换软件固化在协议转换的e p r o m 星，这种方式对多个不同协议智能设备同时接 入一个监控主机的情况更有效。 2 软件方式 软件方式是将协议解析软件放在监控主机内与监控主程序一起运行，这种转 换方式在以前实际应用中并不多见，因为这种方式只适用于单种协议的智能设备 同时接入一个监控主机的情况，如果在监控主机里转换的协议种类过多会造成监 控主机负担过重，影响监控主机的正常工作，同时给监控主机软件开发带来很多 困难和问题。但是近年来，随着c p u 处理速度和处理能力的飞速提高，这种方式 与硬件处理在性能上的差距越来越小，甚至有过之而无不及。另外，软件的实现 方式较之硬件方式存在一些不可比拟的优势，例如在系统的扩展性上和数据处理 的灵活性上，可以随时根据需要修改、调试程序，而这些在硬件实现方式上将是 很繁琐的过程。目前，软件方式是非常实用的一种方法，正是基于这点，在开发 n m i c p m i s 这个系统时，就采用了软件的方式来实现对所有智能设备的监控。 9 2 5 2 非智能设备和参量的监控 非智能设备和参量包括无协议监控方式的非智能化设备和一些机房场地环境 参量，如：环境温度、湿度、烟雾、水浸、门禁、安防等，对这些参量的监控主 要通过专门的数据采集设备来完成。数据采集设备一般连接的是各类传感器，传 感器再与被监控设备直接相连，采集电压、电流、温度、湿度等各种模拟量，并 转换成数据采集设备能够识别和处理的直流电压或电流信号，通过网络完成数据 的上传。数据采集设备通常都具有多个模拟量和数字量的监测接口，与上级监控 中心的通信也都采用与智能设备相同的r s 2 3 2 爪s 4 8 5 r s 4 2 2 串行通信口。 数据采集设备一般都有专门的厂家生产，可以根据监控内容的不同选择不同 的采集设备，采集设备同样具有各自的通信协议。所以，开发其监控系统只需按 照协议要求完成通信软件的设计，实现与采集设备的正常通信即可采集到各种被 监控参量的数据。 2 6 通讯和数据传输方式 2 6 1 数据采集设备和被监控设备之间的数据传输 1 串口通信方式 现在的智能化设备如u p s 、油机等基本都是以串口通信方式与上级监控主机 进行数据交换的，包括用来采集非智能化设备参量的采集设备也都提供串行通信 口。通信接口方式为r s 4 8 5 r s 4 2 2 ，在一定条件下也可采用r s 2 3 2 ( 受传输距离 的限制，一般只有1 5 米) 。而且，目前这几种接口方式的转换非常方便，都有专 门的硬件转换器。 2 t c p i p 通信方式 t c p i p 协议是i n t e r n e t 国际互联网络的基础，是网络中使用的基本的通信协 议。采用t c p i p 协议通过互联网传送信息可减少网络中的传输阻塞，方便大批量 的数据在网上传输，从而提高网络的传输效率。有的智能设备就是利用了这点， 采用通过r j 4 5 网络接口的方式进行通信。 l o 2 6 2 上下级监控中心之间的通信方式 上下级监控中心之间的通信主要通过t n ( 通信网) 来构成多级远程分布式网 络。目前监控网络从结构和信息交换方面大体可分为两种方式，一种方式是基于 通信网络进行数据交换的监控系统，另一种是基于计算机网络平台进行数据交换 的监控系统。前一种系统以通信网中的2 m 传输线路为基础，利用实时多任务操作 系统为软件平台完成系统的数据通信、数据交换、监控管理等功能；后一种系统 以计算机网络为基础完成监控系统的数据交换、监控管理等功能，现在采用这种 方式构成的监控系统较普遍，广域网系统被广泛监控系统的网络平台。 2 7 目前电源监控管理系统建设中存在的问题 电源监控管理系统发展至今，已在许多数据中心得到了广泛的应用，这为电 源监控技术的进一步发展和完善创造了很好的现实条件。但是，在应用的过程中， 电源监控管理系统还存在以下一些问题： 2 7 1 设备标准不统一 被监控的设备种类多、品牌杂。如：电源设备有高、低压配电系统、u p s 及 蓄电池组、油机发电机组、机房配电系统等诸多种类；机房环境监控项目主要有 温度、湿度、门禁、监视、烟雾、火警等，而且，同一类设备的品牌、型号较多。 品牌、型号众多的设备给电源监控管理系统带来了一个非常棘手的问题，就 是如何解决这些设备的接入问题。一些监控系统厂家从自身技术特点出发，设计 的系统方案种类颇多，很不规范。系统在设计之初就存在很大的局限性。尽管国 家曾对电源监控系统进行了技术规范，但由于各系统厂商的电源监控系统已基本 定型，他们往往只在广告上宣传如何标准、功能如何全，而实际上并未有实质改 变。 2 7 2 软件的可移植性问题 软件的可移植性问题就是系统的兼容性或可扩展性问题，现在开发的很多电 源监控管理系统往往都是针对某一具体应用的，若换另一种应用环境，比如其它 数据中心机房，很可能就无法应用了，很多时候甚至需要重新开发设计。再者， 现在的电源设备如此繁多，很可能在一个监控系统应用的过程中，需要不时的加 入对新类型设备的监控，这就要求系统软件必须具有良好的开放性，在软件总体 框架无需改动的情况下，只需完成对新设备监控程序的开发即可接入到系统当中， 这是从软件体系结构方面需要研究和解决的问题。 2 8 电源监控管理系统的改进和发展趋势 电源监控系统经过多年发展，无论从网络结构上还是从软件体系结构上都取 得了丰硕的成果，得到了前所未有的关注和重视。在一些数据中心，为了提高管 理水平，降低管理成本，更是对电源监控管理系统推崇倍加。另外，当今网络技 术、通信技术和计算机技术的飞速发展为电源监控管理系统的发展提供强大技术 支持的同时，也对其提出了更高的要求。因此，电源监控管理系统必须应对这种 挑战，更多地从系统自身性能的改进入手。 2 8 1 电源监控管理系统的改进 1 进一步提高实时性 实时性是衡量电源监控管理系统的一个最重要的性能指标，它包括两个方面， 一方面是系统对监控对象的各种状态的响应速度；另一方面是运维工程师发出控 制指令时，被监控设备执行操作的速度。影响实时性的因素主要有两点：一是用 于监控的计算机必须具有较强的实时性，在顺序执行各种采集、控制操作时速度 必须快、反应时间尽可能短，这可以通过提高计算机的c p u 处理能力以及升级相 关配置来达到提高实时性的要求；二是监控软件的设计，目前有些监控系统为了 降低数据采集量，从软件上降低了数据采集的频度，这便影响到监控的实时性。 所以，必须从软件的设计上消除这种人为的设定，提高系统实时处理能力，同时 加强对不同优先级操作的综合判优能力。 2 进一步提高可靠性 可靠性是电源监控管理系统的另一个至关重要的方面，系统可靠与否直接影 响到电源设备维护管理体制的建立和发展。欲达到高可靠性指标要从系统最初设 计起，就充分考虑到网络结构的合理性、硬件设备的可靠性以及软件的稳定性等 因素。 设备的可靠性 1 2 在数字技术应用越来越普遍的今天，电磁污染也日益严重。特别是电源监控 管理系统的前端采集部分，置于电源设备现场，更易受到影响。电源监控系统受 到的电磁干扰分为内部和外部的干扰，内部存在信号反射、高频电路辐射、元器 件噪声、寄生耦合等干扰；外部干扰包括：工频干扰、开关冲击、电磁辐射干扰、 设备的放电干扰、雷电、电磁脉冲以及静电干扰等，所以抗干扰也是电源监控管 理系统的需要研究的重要方面。电源监控管理系统的监控主机抗干扰通常采取如 下措施：处理好电源馈线、机内贯穿导线的走向，合理设计接地系统及各部分线 缆间的连接来消除或抑制电磁和静电干扰；采用屏蔽隔离手段防止或减小电磁的 直接干忧；良好的接地方式防止或减小电磁和雷电的干扰。 软件可靠性 主要采用软硬件看门狗的方式，防止由于程序遇到异常情况或外界电磁干扰 而产生的程序走飞或死机情况。 3 进一步提高可扩充性和可维护性 由于电源设备时常可能发生数量或状态变更，因此电源监控管理系统也必须 随之调整、改变，这就要求系统设计时应尽量采用模块化结构且单元部件的一致 性要好，便于扩展。另外，系统软硬件应具备必要的自检功能，从而保障平均故 障修复时间尽可能短，并且在系统修复后，其运行状态和精度不受影响。 4 进一步提高开放性 开放性即系统与系统之间互连的能力。这主要表现在以下几个方面：首先， 作为智能电源设备，应具有纳入电源管理信息系统的能力；其次，各种监控系统 之间应具有互连的能力；再者，应有兼容多种智能电源设备通信协议的能力。协 议的开放和统一是系统互连的基础，目前设备厂家的通信协议虽有部分统一的地 方，但绝大多数仍然只是针对各自设备的，所以这是一个急需改进的方面。 5 进一步提高操作界面的友好性 运维工程师是监控系统的重要组成部分，设备的维护、故障的排除都由运维 工程师完成，因此，监控系统的人机界面尽量人性化、简单易学、便于操作，各 种显示直观明了。 2 8 2 电源监控管理系统的发展趋势 1 向高智能化方向发展 目前电源监控管理系统所具备的功能已基本能够满足维护的需要，但在数据 统计、数据分析、专家库等高智能化方面并没有得到很好的发展。这些高智能的 功能对于发展电源监控技术、掌握设备状况、实现电源设备的少人或无人值守有 着重要的意义。因此，利用专家系统、模糊理论、神经网络等智能分析和控制方 法，模拟人的思维进行智能分析和控制是电源监控管理系统未来发展的方向。 2 向规范化、统一化的方向发展 监控系统的协议应该规范化、统一化，这也正是目前电源监控管理系统改进 的方向，是一个特别需要重视和解决的问题。 3 向w e b 方式发展 随着计算机网络技术的发展，i n t e m e t 技术的广泛应用，人们开始把注意力集 中在了w e b 方式的实时监控系统上。通过w e b 技术，操作人员可以在i n t e m e t 上 的任何一个浏览器上实现对监控系统的操作( 操作前需要进行安全身份认证) ，从 而将监控系统的操作区域大大拓宽，使用范围也得到了前所未有的扩大。基于w e b 模式的监控系统具有开放性、全分布性、易扩展性等诸多优势，因此未来的电源 监控管理系统将定位于w e b 方式。 综上所述，为了能够兼容各种电源设备，在软件设计上必须具有统一的程序 接口，比如：数据采集接口、数据处理接口、控制命令接口等，任何电源设备不 论其通信协议有何不同，只要按照统一的接口设计监控程序，就可以无缝的接入 到系统中，这就大大的缩短了开发周期，提高了系统应用的灵活性。这种思路就 是目前在软件设计领域广泛应用的中间件技术。在n m i c - p m i s 系统中，便是应用 了中间件技术，设计了一个数据存取中间件，很好的解决了系统的兼容性问题。 另外，本文中论述的n m i c p m i s 系统即是基于w e b 模式的，它是以实现资 源共享、协同工作、远程监控、远程管理等为目的的分布式网络系