机房动力及环境集中监控系统的研究

2012-08-06郑晓波刘育欣温桂玉

铁路计算机应用 2012年7期

郑晓波，刘育欣，温桂玉

（1.北京交通大学交通运输学院，北京100044；2.中国铁道科学研究院电子计算技术研究所，北京100081）

机房动力及环境集中监控系统是利用计算机网络、数据库、通信、自动控制、新型传感等技术构成的计算机网络，提供一种以计算机技术为基础，基于集中管理监控模式自动化、智能化和高效率的技术手段，辅助管理人员对机房重要设备进行日常管理工作，及时排除隐患，保障机房重要设备安全稳定运行。

1 现状与需求分析

近些年，我国铁路进入快速发展阶段，各车站相继建成现代化的信息机房，但机房和配线间普遍缺少专门的管理人员，设备运行管理常处于无人值守状态，无法及时发现设备故障，对车站正常生产运营产生不利影响。

机房值班人员是机房环境及各类设备、设施的日常维护人员，需要实时监督并了解某一设备的运行情况，能及时处理问题。机房动力及环境集中监控系统提供了设备实时监控与报警功能，不仅能够查看各类设备的实时运行数据，还可以对故障报警或其它突发事件进行及时反映。值班人员能够在第一时间全面了解设备的运行状态和报警状态，从而使维护更方便、管理更智能、响应更及时，最大限度节省了人工成本。

机房动力及环境集中监控系统能够实现对UPS电源、中央空调机组、配电设备、环境温湿度、漏水检测、视频监控等系统运行状态的实时监控功能。对监控数据进行记录，并对历史运行数据进行备份。当系统发生报警时，系统平台能够自动弹出报警画面，并通过手机短信、声光报警等方式告知值班人员。

2 系统设计

2.1 系统功能设计

机房动力及环境集中监控系统包含4大功能模块：环境监控模块、视频监控模块、历史数据模块和系统管理模块，如图1。

图1 系统功能模块

2.1.1 环境监控

（1）基本环境子模块。基本环境子模块包括温湿度监控和漏水监控。温湿度监控通过温湿度传感器监控机房内温湿度的数值，保障机房环境安全以及对空调工作状态的检验。当温、湿度超过限定的上限或下限时，系统会自动报警。漏水监控通过漏水监测系统实时监控空调下方的漏水情况，当有漏水情况发生时，系统可准确定位漏水点位置，并在监控系统内直观的动态显示。

（2）UPS监控子模块。系统通过RJ45智能接口及SNMP协议库获取设备的运行参数，实现监控UPS通信、同步情况、市电电压、旁路电压、蓄电池总电压，以及输出短路、零线/火线、充电器、整流器、逆变器、散热器等参数的功能。

（3）配电监控子模块。系统通过从电量仪采集配电情况，实现监控市电输入/输出的三相电压、三相电流、相电压、相电流、功率的功能，还可监控配电柜参数和重要开关的工作状态的功能。

（4）机房空调监控子模块。系统通过智能接口（RS485）及协议获取设备的运行参数，实现监控空调回风温度、电源、加热器、压缩机、过滤网、压力传感器的工作参数功能。

（5）电子地图。系统提供基于arcgis地理信息系统和3ds max渲染平台开发的二维电子地图，该电子地图按实际比例显示机房内各设备及传感器的相对物理位置，实时显示管辖范围内各机房内环境温湿度及UPS等设备的状态信息，有报警事件发生时，对应位置自动弹出报警对话框并不断闪烁以提醒值班人员。

2.1.2 视频监控

（1）实时预览子模块：系统可实时显示设备间内的监控画面，随时掌控现场情况，能够实现多画面调节，画质调节，抓拍，录像，云台控制功能。（2）视频回放子模块：系统提供录像资料检索通道，在监控管理平台上可进行录像资料的检索回放，可根据录像的类型、通道和时间等多种条件进行组合检索。（3）参数配置子模块：该模块仅针对视频参数进行配置，主要完成对硬盘录像机的型号、IP地址、用户名和口令等的配置，使监控终端能够实时显示监控画面以及调取其内部存储的视频图像。

2.1.3 历史数据

（1）报警事件子模块：系统提供完整的报警事件查询功能，报警日志包含时间、地点、设备、内容、确认人等信息。（2）统计信息子模块：通过实时采集机房内各设备的运行状态和参数信息，统一分析和整理后，按用户需求形成各种类型的报表。（3）监控记录子模块：该模块提供完整的事件日志查询功能，日志包含发生时间、地点、设备、内容等信息。

2.1.4 系统管理

（1）监控管理子模块：提供完整的设备监控树形结构，详细列出系统监控设备的监控项和监控点，用户可针对不同监控项、监控点配置差异化的报警预案。（2）报警管理子模块：系统提供多种已配置好的报警预案供用户选择，同时系统支持用户自定义新的报警预案。（3）参数设置子模块：该模块对系统监控树的根节点以及系统用户进行管理，同时可对使用SNMP协议监控设备的监控项（OID）进行配置。

2.2 系统逻辑结构

系统逻辑结构由客户端、应用服务器、设备接口服务器、数据库服务器4个逻辑实体构成，如图2。各个逻辑实体的体系结构遵守MVC设计模式，以松耦合高内聚为设计目标。

图2 系统逻辑结构图

客户端采用插件架构实现，本系统设计包括环境监控插件、视频监控插件、历史数据插件、系统管理插件。

服务器端采用线程池技术，工作流技术,动态加载技术，包括采样工作流定义库、设备驱动库、服务驱动库用于满足不同的服务器角色需求。

2.3 系统体系结构

根据机房动力及环境集中监控系统业务特点，体系结构主要分为监控管理层、数据处理层、数据采集层和监控设备层，采用C/S架构开发，如图3。

（1）监控管理层。监控管理层实现实时监控和设备告警信息的维护和管理功能。包括环境监控、视频监控、历史数据、系统管理的各类数据的查询、分析、统计、备份等管理功能。

（2）数据处理层。对监控设备数据的查询、分析、运算、统计、备份等操作进行统一处理，对采集到的报警信息按预先设置的报警流程进行处理，并对用户的响应情况进行记录。

（3）数据采集层。负责监控设备数据的统一采集处理，并把数据保存到数据库服务器。根据数据类别采用多线程采集处理，保证数据的实时性和准确性。

（4）监控设备层。机房内的各类监控设备包括配电、空调、漏水、视频、温湿度、UPS等，使用相应的监控接口卡进行数据采集并通过多种总线形式传到监控中心。

图3 系统体系结构图

3 网络方案

网络结构以某站点机房动力和环境集中监控系统为例，该站点需要在1层主机房、1层实验室、2层主机房、3层主机房、UPS主机室、UPS电源间、空调间、设备间、通信室内布设动力及环境监控传感器若干，具体安装情况如图4。

图4 系统网络结构图

系统采用星形网络拓扑结构，以监控中心应用及数据库服务器为核心，监控终端/客户端和采用SNMP协议的监控设备为叶子节点，通过10/100 M自适应以太网交换机互联根节点与叶子节点。设备接口服务器（RTU）通过RS232/RS485总线从各类传感器上采集数据，通过局域网把采集到的信息传输到应用及数据库服务器内。视频监控数据通过摄像机采集后首先存储到硬盘录像机中，再通过以太网传输到客户端的软件界面上，供值班人员实时调取监控画面。