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通信电源监控系统发展情况及若干问题的探讨——陈燕昌、张树治

2/14/2005来源:通信电源人气:16026

通信电源监控系统发展情况及若干问题的探讨——陈燕昌、张树治 摘 要 本文叙述了监控系统的发展情况、构成情况、监控系统软件特点及监控系统的功能, 说明了智能设备的接入监控系统情况、接入方案以及监控系统的可靠性问题,同时 就充分发计算机数据处理的优势,使监控系统向高智能化方向发展,从根本上改变 传统维护模式,有效利用监控技术及通信协议的开放性等问题阐述了看法。 关 键 词 通信电源监控系统监控维护管理通信协议 1 概述 通信电源集中监控技术在通信电源的应用,标志着通信电源的维护和管理从人工看守式的 维护管理模式向计算机集中监控和管理模式转换,其目的:(1)与通信技术发展相适应,提高 对通信电源设备的维护管理水平。(2)提高通信电源供电质量,使供电系统有更高的可靠性和 经济性。(3)充分发挥计算机技术优势,使电源设备管理向自动化、智能化方向发展。(4) 实现通信电源设备少人、无人值守。(5)提高维护效率,降低维护成本。 从9O年代初广州电信局的第一套通信电源监控系统开发实验作为电源监控起步标志,到现 在有10个年头了,在此期间,电源监控系统无论在技术上,还是在系统实施的规模上都有了很 大的发展,人们对计算机集中监控系统的认识有了较大的提高,可以说,目前通信电源集中监 控技术发展与监控系统的实施已进入一个新时代,主要表现在: (1)计算机网络、计算机通信、计算机控制技术得到了快速的发展,为集计算机网络、计 算机通信、计算机控制技术于一身的通信电源监控系统进一步发展和完善提供了条件。 (2)在监控系统开发、实施过程中积累了大量丰富的经验。 (3)人们对监控技术有了较全面的认识。 (4)新技术、新工艺在通信电源设备中的应用,通信电源设备自动化程度和可靠性有了很 大的提高。 (5)监控系统标准、规范、要求在过去的几年里相继出台,并得到进一步的修改和完善。 (6)监控市场逐步走向规范比,监控入网制度即将实施。 这就为通信电源监控技术的进一步发展和监控系统进一步实施创制了一个良好的环境。但 是同时我们也注意到,在其发展过程中同时暴露出许多新的问题,如在监控系统硬件配置灵活, 软件功能不断完善的情况下,其故障诊断分析。数据统计等高智能化方面的性能没有得到更好 的发展,而过去人工看守维护方式下的一小时一抄表的报表模式在电源监控系统中仍有体现, 监控系统的可靠性等问题仍然存在。本女将就监控系统的发展情况以及监控工程实施过程中暴 露的问题和大家一起进行讨论。 2 监控系统的构成情况 根据通信电源集中维护,统一管理基本模式,监控系统在结构上是一个多级的分布式计算 机监控网络,一般可分为四级,即城市监控级、区域监控级、局站监控级以及前端现场部分 (包括智能设备、蓄电池检测仪、前端采集设备),其中局站监控级的监控主机与前端部分构 成二级分布式系统,通信接口方式为RS485/RS422,在一定条件下也采用RS232。区域监控级监 控主机与局站监控主机、城市监控级监控主机与区域监控级监控主机通过通信网络进行连接 (如PSTN、专线、DDN、X.25等),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络为基础,利用实时多任务操 作系统为软件平台实现系统的数据通信、数据交换、监控管理等功能,后一种系统采用了比前 一种更高的平台,即计算机网络系统,在此基础上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比较普遍,如以Windows、VT为网络操作系统构成的广域网系 统被广泛用作监控系统的网络平台。另外为了解决城市监控级、区域监控级监控主机负担过重 的问题,城市监控级、区域监控级在监控网络的基础上建立完善的局域网系统,用来完成对监 控系统的各种数据进行分析、处理、存储等功能,目前大部分监控系统都在城市监控级、区域 监控级建立起相应的局域网系统,而使用较多的局域网络系统是Ethernet(IEEE802.3)。 3 监控软件特点和系统功能情况 通信电源监控系统是一个实时性要求很强的大型分布式网络系统,不论是以通信网为基础 平台进行数据信息交换,还是以网络系统为基础平台进行数据信息交换,其监控网监控主机所 采用的操作系统具有实时、多任务、网络功能的特点,如在电源监控系统应用较多的Windows NT为多任务、多用户网络操作系统,OS9为实时、多任务操作系统,同时支持TCP/IP协议等,那 些早期采用DOS、Windows 3.1、Windows3.2单任务、单用户、非实时、非网络功能的操作系统 构成的小型监控网络,已不能满足电源监控需构成较大实时网络的需要。在城市、区域中。已 建立局域网系统和采用集中式数据库为监控系统开发强大的管理功能提供了可能。监控软件模 块化、组态化是监控系统的又一特点,使监控系统有更灵活的设置和更好的扩展功能,同时也 特别强调其网络的可靠性。安全性和准确性。监控系统支持通用的网络协议(如 TCP/IP)是 对现代监控网络的基本要求,以便使监控网具有良好的扩展和接入其他网络的能力。 在功能上,为实现对电源设备少人、无人值守的要求,电源监控系统更强调对电源设备故 障事件的快速响应和故障告警的准确性。现在电源监控系统在对基本功能,如遥控遥信遥测。 监控信息查询、数据存储记录。实时历史趋势。系统配制、远端操作、密码管理。支持联网等 功能不断完善的基础上,同时不断扩展新的功能,如监控系统自诊断、设备现场图像监控等。 4 智能设备接入情况 由于通信电源设备种类较多,对于智能设备,即使同一种类设备不同厂家的协议也各不相 同,加上电源设备供货的厂家繁多,协议种类也就更多,在监控系统的实施过程中,为了更好 地利用智能设备的资源,将智能设备通过对通信接口和通信协议的转换直接接入其监控系统, 通信接口基本上属于RS232、RS485、RS422间的硬件转换,比较容易实现,而通信协议的转换 在过去一直是困扰监控系统实施的棘手的问题,目前这个问题得到初步的解决,一方面大部分 电源设备厂家能积极提供其设备的通信协议,另一方面原邮电部对智能设备提供了统一的协议。 为协议的转换提供了条件。目前通信协议和通信接口的转换本要是采用协议转换器的方式,所 谓协议转换器的方式是将一种被称作是协议转换器的装置接入智能设备和局站监控主机之间, 一端与智能设备的串口相接,另一端与局站监控主机的串口相接,从而完成通信协议和通信接 口转换。简单地说,协议转换器是一个具有CPU、EPROM、RAM、串行通信口等的微机系统,协 议转换器一般具备两个条件:其一,至少有两个串口且分别与被转换的智能设备的串口以及局 站监控主权的串口相匹配,其二,将智能设备的通信协议转换为局站监控主机协仪,转换软件 固化在协议转换的EPROM里。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。还有一种转换方式是将协议转换功能放在局站监控主机里,但这种转换方式在实际应 用中并不多见,因为这种方式只适用于将具有单科协议智能设备接入一个监控主机的情况,如 果在监控主机里科换的协议种类过多会造成监控主机负担过重,影响监控主机科正常工作,同 时也给监控主机软件开发带来很多困难和问题。另外,统一的通信协议出台为智能设备接入提 供更好的解决方案。 5 监控系统的可靠性问题 由于新技术、新工艺及高质量的器件在通信电源设备的生产制造中得到更广泛的应用,使 监控系统的可靠性、自动化程度有了很大的提高,如开关电源设备、UPS、柴油发电机组等智能 设备以及目前普遍使用的阀控蓄电池组等非智能设备,它们都有较高的可靠性,这对通信电源 集中监控管理,实现通信电源设备少人、无人值守的目的提供了较好的条件。而通信电源监控 系统的可靠性问题也同样至关重要,因为监控系统可靠性问题解决的好与坏,直接影响到通信 电源设备现代维护管理体制的建立和发展,影响到能否提高通信电源设备维护管理水平、提高 信电源供电质量、实现少人无人值守的目的。因此在电源监控系统的性能不断完善的基础上, 要注重改善监控系统的可靠性,通信电源监控系统是一个大型的实时网络系统,其可靠性一般 表现在如下几个方面: (1)监控系统的构成 考虑到监控系统的局部故障不应影响整体的正常运行,所以采用分布式网络结构。在局站、 区域分布网络的接点处,所其监控主机备用方式能提高监控系统运行的可靠性,但因技术相对 复杂、成本过高,在实际工程中很少采用。 (2)监控软件的性能 监控系统是一个要求实时性很强网络系统,特别强调在监控系统设计满容量的情况下,要 使监控系统的技术性能指标符合要求,监控软件必须采用适合大型的实时网络系统的软件台, 在应用软件的设计上采用更先进的手段。同时应具有更为先进的监控系统的开发试验环境。 (3)监控系统的通信与数据传输 通信和数据传输是监控系统的重要组成部分,如果通信和传输出现问题,与此相关的部 分就将失控,严重影响监控系统可靠性,监控系统的数据传输依赖的是电信网,所以在有条 件的情况下要选择较为安全可靠的传输手段,同时也可考虑增设备用传输通道来提高其可靠 性,但这样会增加监控系统的传输成本。另外,在通信机制中要充分考虑在通信过程中来自 外界的各种干扰和误码的影响,如数字滤波、通信重发、安全可靠的数码校验方式等。 (4)电磁干扰 目前数字技术的应用越来越普遍,电磁污染也日益严重,特别是监控系统的前端采集部 分,置于电源设备的现场,更易受到影响。一般监控系统受到的电磁干扰来自计算机内、外 部。计算机内部干扰有信号反射、高频电路辐射、元器件噪声、寄生耦合等;来自计算机外 部的干扰包括电器设备的干扰(如开关冲击、电磁辐射干扰、电器设备的放电)、自然方面 的干扰(如雷电、电磁脉冲以及静电干扰等)。所以抗干扰也是监控系统的重要课题,监控 系统的计算机抗干扰通常采取的措施:①计算机内部电路板的制作考虑元器件、布线的合理 布置,采用隔离、分离、走向的办法减少内部电路的干扰。②处理好电源馈线、机内贯穿导 线的走向,合理设计地线系统及各部分间的电连接,消除和抑制电磁及静电干扰。③滤波器、 去耦电路防止或减小对电路的干扰。④采用屏蔽隔离手段防止或减小电磁的直接干扰。⑤良 好的接地方式防止或减小电磁及雷电的干扰。⑤软件数字滤波可防止或减小电磁辐射、电磁 脉冲等对通道的干扰。①软硬件看门狗可防止由于电磁干扰而产生的程序走飞情况。 (5)监控系统的自检功能 完善监控系统的自检功能是提高监控系统可靠性的一项重要措施,目前监控系统自检仅 局限在监控系统某个局部出现问题发出单纯告警反映,还不完善,应该确立监控系统全面的 告警点,只要监控系统任一环节出现问题,均能发出紧急告警,以便能够及时了解和解决监 控系统中出现的问题,并且不论监控系统有无故障发生,都能够人为或自动生成自检报告。 6 充分发挥计算机数据处理的优势,使监控系统向高智能化方向发展为满足对通信电源进行 计算机集中监控、集中管理的要求,通信电源监控系统在过去的几年内,已从局部范围实施 的较小的系统发展成符合城市、区域、局站维护模式的大系统,在技术上解决了远程网络的 连接、远程网络的通信、监控网络系统的实时运行以及智能设备的接入等问题,在功能上对 遥控遥信遥测、故障告警、显示打印、数据存储等功能不断完善,目前这些监控系统具有的 功能基本能满足维护的要求,但如数据统计、数据分析、专家系统等高智能的性能没有得到 很好的发展,这些高智能的性能对发展监控技术,提高供电质量,实现电源设备少人、无人 值守有着重要的意义。所谓高智能性能有下面几个方面特征: (1)对被监控设备故障诊断以及对故障点前后相关数据进行存储和分析,从而可得出在 发生故障时相关参数的变化情况以及分析出故障原因。 (2)故障情况的统计分析,如统计分析电源设备(或监控系统本身)故障次数、故障种 类、故障分布情况以及电源设备由于故障而造成对供电的影响,提供预防措施及维护方案。 (3)用电量及重要负荷的统计分析,给出口、周甚至月的统计报表及统计曲线,根据统 计结果提出观点方案,为供电系统管理维护提供依据。 (4)供电调度,即根据用电情况的统计分析结果,在用电高峰、用电低峰、电源故障等 时候采用一定的措施进行负荷调配。 (5)对设备及环境的信息参量统计分析,如最大值、最小值、平均值以及超限值等。 (6)蓄电池组性能的分析。 (7)建立专家信息库,为故障诊断分析提供资料和为消除故障提供解决方案。 (8)监控系统的自诊断并提供诊断报告。 为了使监控系统更有效地发挥其作用,除了要不断完善监控系统基本功能外,同时还要 注重利用计算机数据处理的优势,开发完善高智能化性能。 7 根本上改变传统维护模式,有效利用监控技术 监控系统的实施是以新的维护模式为基础,即以区域为监控管理中心对相应局站进行监 控管理,局站少人、无人值守,而城市监控管理中心对其区域监控管理中心进行统一管理的 模式。这种计算机式的集中监控管理与人工看守式管理除维护管理模式上不同外,其更大的 区别是监控系统对通信电源设备实现计算机自动实时监控,如当电源设备发生故障时,监控 系统将作出快速响应,且及时上报到相应的管理中心。为适应这种计算机监控管理方式,要 求从根本上改变传统的维护模式,但我们注意到,监控系统的实施虽然是建立在新的维护模 式基础上,但对监控系统的要求仍遗留有人工看守式维护管理模式的痕迹,如在过去人工看 守式时期,一小时一次的例行抄表,为的是对设备进行定时查看,而现在采用计算机监控系 统,其特点是对电源设备进行实时监控,但却对其提出一小时一抄表的要求,且以日报表的 形式存储并打印,同时要将这些报表存放2到3年。其结果在监控系统里打印存放这些数据占 用监控系统较大的资源,然而这些数据却很少能派上用场。面对这些问题,对监控系统在某 些功能应该进行重新考虑: (1)在被控设备(电源设备)可靠性不断提高的基础上,全面提高监控系的安全可靠性。 (2)从被控设备和监控系统整体综合考虑,既然电源设备和监控系统的安全性、可靠性都 能得到基本保证(电源设备中的可靠性指标要求为:开关整流设备MTBF>5O 000h、阀控电池 MTBF>35O 000h、交直流配电设备可靠性指标要求更高,监控系统的可靠性指标要求为MTBF> 100 000h),监控系统的实施应向简单化、实用化、高智能化方面发展,同时保证监控系统 的告警、预告警性能的准确性和快速性,再加上统计分析智能化功能的不断完善,使得类似 一小时一抄表这样的功能变得没有太大的意义。 (3)更新人们过去那种人工看守式的维护观念,建立新的维护制度。 因此今后监控系统实施的又一项重要工作是从根本上改变传统维护模式,更有效利用监 控技术,使电源监控系统在通信电源维护管理中发挥更大的作用。 8 通信协议的开放性 由于智能设备的接入问题是在监控系统的实施过程中遇到的较突出问题,因此以前我们 所涉及的协议开放、协议转换以及协议的统一,一般是指局站监控主机与智能设备及设备监 控单元之间的协议,随着监控技术的进一步发展及监控系统的实施进一步展开,局站监控主 机与区域监控主机、区域监控主机与城市监控主机之间的通信协议的开放甚至协议的统一将 有着重要的意义,主要表现在下面几个方面: (1)随着电信网管系统的建立和完善,作为通信系统的供电设备,纳入电信网管系统接 受其监视管理成为可能,即将电源监控系统从要求的某点接入电信网管系统,而电源监控系 统的通信协议的开放是建立其连接的基础。 (2)电信枢纽楼的建设向智能化大楼方向发展,对电信枢纽楼进行智能化管理,其中包 括对通信电源设备以及空调设备环境等的管理,而电信枢纽楼又是监控系统所监控的一个节 点,充分利用电源监控系统的资源来满足电信枢纽楼智能化管理要求,其通信协议必不可少。 (3)监控系统的广泛实施,在一个城市或地区可能会出现两种以上的监控系统,为了得 到这两种以上的监控系统的互连,通信协议的开放或统一将非常重要。 (4)与其它网络的互连。 9 监控系统的入网检测 对监控系统实施检测是一件很困难的事情,将受到下面的条件的限制: (1)对监控系统实施检测首先在检测的项目、指标、检测条件及检测方法等方面需要有 标准依据,目前虽然有一些监控系统方面的技术要求,但作为监控系统检测的标准依据还远 远不够。 (2)监控系统与一般的电源设备相比采用更多的是计算机技术,更强调其系统的网络性、 系统软件的实时性以及系统的功能性,由此对监控系统的实用性、技术性能的评估造成一定 的难度。 (3)监控系统是一个大型的实时性网络系统,具有一定的容量特征(包括软件容量特征 及硬件容量特征),各种性能指标的实现在满容量运行时才有意义,作为监控系统性能指标 的检测,建立一个满容量的系统是不可能的。 (4)受到通信方式、通信条件等其他方面的限制。 从上面情况可以看出,对监控系统实施检测确实面临着很大的困难,即使是这样,通过 一定的方法对监控系统实施检测,以达到最大程度逼近,对监控系统性能指标进行描述和评 估还是有必要和有意义的。有关这方面的情况暂不多叙,目前由邮电部通信电源设备质量监 督检验中心编制的监控系统入网细则已基本完成,经征求意见后,已上报信息产业部科技司, 待批准后即可实施。 10 结束语 以上是对通信电源监控系统发展情况及若干问题的看法,在此和大家一起讨论。通信电 源监控技术还在不断发展,监控系统的实施工作已全面展开,在其发展和实施过程中仍会出 现各种各样的问题需要解决。