海河下游局网络通讯机房弱电监控系统的设计与应用

杨 凯

（水利部海河水利委员会海河下游管理局，天津 300061）

海河下游局网络通讯机房弱电监控系统的设计与应用

杨 凯

（水利部海河水利委员会海河下游管理局，天津 300061）

网络通讯机房已成为水利行业运行与管理的重要组成部分，为保障网络通讯系统的安全、有效运行，设计一套集成环境动力监控、视频监控、短信预警为一体的弱电监控系统，分别阐述 3 个分项解决方案中的硬件、软件要求，分析在部署和使用中发现的 UPS 主机通讯故障和指纹门禁系统远程通讯问题，并提出解决办法。实际应用说明，弱电监控系统具备监控功能齐全、稳定性强、人机交互明确等优点，机房管理人员能够随时随地了解到机房全面情况，进行有效控制和管理，防止事故发生。

网络通讯机房；弱电监控；监控系统；环境动力监控；视频监控；短信预警

0 引言

随着计算机系统及通信技术的高速发展和普及，网络通讯机房已成为水利行业运行与管理的重要组成部分，存放网络设备、计算机服务器及其他通讯设备的机房处于数据交换与存储的核心位置[1]。

目前绝大多数机房监控采用专人值守、定时巡查的方式，存放在机房内的主要设备及配套设施种类繁多、数目巨大，机房管理人员一方面要负责设备的安全保卫工作，另一方面又要对设备进行维护维修。这不仅加重了管理人员的负担，而且常常由于对事故时间没有科学的认定和分析，不能及时排除机房内可能发生的潜在故障[2]。同时，机房监控工作的重心主要在针对机房整体环境及设备防盗安全的监控上，忽视了对设备内部的监控，任何一个细小的疏忽都会导致系统意外中断和设备损坏，造成水利日常工作开展的中断，带来巨大的损失[3]。不仅如此，机房里现有监控系统缺少相应的预警机制和应急流程，在事故发生之前无法侦测出潜在危机，不能及时发出警示。更重要的是水利行业网络通讯机房多处于各流域沿途，海河下游管理局中心机房与各下属机构机房处于不同地理位置，针对全局网络架构的统一规划和集中管理问题成为制约水利行业信息化建设的瓶颈[4]。

因此为了保障网络通讯机房信息系统的正常、有效运行，设计并建立一套集成环境动力监控、视频监控、短信预警为一体的海河下游管理局网络通信机房弱电监控系统（以下简称弱电监控系统），使得机房管理人员能够随时随地了解到机房全面的情况，进行有效控制和管理，防止事故发生。同时具备在事故发生之前侦测出危机的能力，及时发出警示，使得机房管理人员能够在第一时间赶赴现场，及时进行处理，确保网络通讯的正常运行。

1 弱电监控系统部署情况

弱电监控系统包括 3 大分项系统，其中环境动力监控系统主要实现监控机房内部配电柜、UPS、空调、门禁、门磁锁的工作状态，以及实时采集机房内的温度、湿度、烟感情况、水浸情况等功能；视频监控系统实现对机房进行 24 h 不间断视频采集功能；短信预警系统主要实现对集中数据采集器采集到的预警数据短信通知机房管理员功能。弱电监控系统部署如图1 所示。

图1 弱电监控系统全局部署图

2 弱电监控系统分项解决方案

2.1 环境动力监控系统解决方案

本方案将环境温湿度、烟感、配电柜、UPS 和空调等的监控及门禁系统集成在一起，通过 RS-232/485连接传输，将采集到的信号传递到集中数据采集器上，再通过 TCP/IP 协议传递给监控主机。

2.1.1 硬件基础要求

机房环境动力监控系统主要采集的数据有三相电压、电量参数、温湿度、烟感度、门禁及空调工作情况等，具体采集设备如表1 所示。

表1 监控对象、采集设备及安装部位

各传感器采集到的数据通过 RS-232/485 接入集中数据采集器[5]，采集器提供 3 个智能通讯串口，可以同时接入多路采集信号，采集器接线如图2 所示。

图2 集中数据采集器接线图

2.1.2 软件实现要求

测控信息集成平台是基于 MACAM 3.0 测控软件开发出来的[6]。MACAM 3.0 测控软件是集测控、管理、调度为一体的软件平台，是全开放的模块化软件，主要由实时数据库、消息中间件、监控功能、视频功能、权限和认证、Web 等服务，以及I/O、 HMI 人机界面、基于矢量图形技术的图形、告警驱动、报表等模块组成。软件采用 C/S 和 B/S 混合组网，可以在 Windows 操作系统下运行，机房动力信息监控系统可视化交互界面如图3 所示。

图3 机房动力信息监控系统可视化交互界面

2.2 视频监控系统解决方案

2.2.1 硬件基础要求

海河下游局网络通讯机房约为 60 m2，依照GB50462-2008《电子信息系统机房施工及验收规范》，需在机房内至少布设 2 个摄像机，同时本机房墙体采用全彩钢板结构搭建，机房处于一个相对密闭的环境，长期处于相对无光的环境，进行视频监控必须使用具备红外光源的摄像机。同时，监控室处在应急值班室中，要求摄像机必须具备网络功能，可支持 TCP/IP 协议，实现远程监控功能。因此选用红外半球网络摄像机[7]，具体参数如表2 所示，安装位置及拍摄视角如图4 所示。

2.2.2 软件实现要求

监控系统的建设主要通过自建监控中心，自购软件、数据采集设备、传感器等实现。这种模式下，用户承担了系统的全部投资费用，并且还要配置相应岗位编制、技术培训。特别是售后服务、设备更新换代的投入等可能是一个长期的困扰[8]。

本方案采用“天涯明月”运营平台，平台运营模式依托于内部局域网，无需建设监控中心，局域网内终端可通过网络进行访问，监控主机中划出 800 GB空间作为视频存储空间，并对视频录制进行循环录制设定，即当磁盘存储空间不足 6 GB 时，自动擦除前面录制数据，有效地对机房进行 24 h 实时监控。

表2 红外半球摄像机参数

图4 摄像机位置及拍摄视角

2.3 短信预警系统解决方案

2.3.1 硬件基础要求

短信预警系统需要与监控主机通过 RS-232 协议进行通信，得到监控主机中的预警信息。之后依托于运营商的 GSM 服务，在 GSM Modem 设备的插槽中，插入 SIM 卡，然后通过本身带有的配置软件进行拨号连接，就可以实现小数据传输，实现对管理人员的预警报告。

本方案采用的 GPRS Modem[9]是一种物联网无线数据终端，利用公用 GPRS 网络为用户提供无线长距离数据传输功能。该产品采用高性能的工业级无线模块，提供 RS-232 接口，可直接连接串口设备，实现 CSD（电路交换数据业务）、短信和拨号上网功能。

2.3.2 软件实现要求

MACAM 3.0 实时采集信号，当监控系统采集到报警信号时，按照提示告警、一般告警、重要告警和严重告警 4 个等级通过短信猫进行短信预警，分别发给指定工作人员，预警信息中包含发生告警的部件、告警级别、告警时间、告警地点等信息。

3 弱电监控系统部署遇到的问题

3.1 UPS 主机通信故障

3.1.1 故障排查

机房安装 UPS 城堡系 C6K(S)～3C20KS 在线式正弦波不间断供电系统[10]，该系统带有旁路维修开关，具有并联冗余的功能，可为机房的精密设备提供可靠、优质的交流电源。同时主机具有 RS-232 通讯接口，可以与监控主机进行通讯。在系统集成过程中，曾发生数据集中采集器一直无法采集到 UPS主机发出信号的情况。

故障排查方案如下：

1）重新焊接串口引脚线路，引脚图如图5 所示。将连接线接入数据集中采集器，此时检测 MACAM 3.0 是否能够得到 UPS 信号。

图5 计算机接口引脚图

检测结果为 UPS 信号中断，故排除连接线的问题。

2）升级 MACAM 3.0 系统固件，提高系统与采集卡的兼容性。

检测结果为 UPS 信号中断，故排除设备间通信协议问题。3）使用新的通讯线，将监控主机与 UPS 直连。检测结果为 UPS 信号中断，进一步排除通讯协议问题。

因此，UPS 信号中断的原因是 UPS 主机自身的传输协议问题，该主机无法将信号传递到上位机中，因此对 UPS 厂家提出更换主机的要求。

3.1.2 故障检修

安装的供电系统可对市电中出现的断电、电压过低或过高、电压瞬间跌落或减幅震荡、高压脉冲、电压波动、浪涌电压、谐波失真、杂波干扰、频率波动等情况提供有效保护，故市电需接入 UPS主机进行过滤后，再将稳定的电压传输给设备机柜。如需更换UPS 主机，必须将整个市电切断，进行离线更换。

目前海河下游局网络通信机房已经进入试运行期间，网络设备、通讯设备、服务器已处于正常工作状态，部分设备在搬迁时曾出现过断电后无法恢复工作的情况，同时各业务部门的工作在有序开展，故不宜进行大规模的断电离线更换主机方案。

有效进行在线更换 UPS 主机成为难点，针对现状，对实施方案进行了缜密研究，并做好前期工作，即新进 UPS 主机在离线状态下，连接 16 块电池组，并通过 RS-232 串口与监控主机连接，进行 UPS主机信号采集。检测结果表明，新进 UPS 主机工作、通讯状态都正常，可进行下一步的在线切割更换工作。在线切割核心思路： 通过消防排风系统使用的 220V 不间断市电，引入临时供电线路，保证机柜供电，再切断原有线路，对 UPS 主机进行更换，市电柜线路图如图6 所示（粗线部分为临时线路）。

UPS 主机具体更换步骤如下：

1）切断排风系统空气开关，用临时电缆从排风空气开关下口接入至备用空气开关 1 上口，端口接线与原接线方式保持一致；

2）使用临时线路将备用空气开关 1 的下口接入至 UPS 空气开关下口，端口接线与原接线方式保持一致；

3）UPS 主机切换到旁路模式，此时，市电直接接入机柜；

4）合上备用空气开关 1、排风系统空气开关，此时 2 路 220 V 市电同时进入机柜；

图6 市电柜线路图

5）切断总空气开关，临时将 220 V 市电直接接入机柜，机柜中设备运行正常，同时 UPS 主机处于断开状态；

6）切断 UPS 空气开关，关闭 UPS 主机，开始UPS 主机切换工作；

7）待 UPS 主机更换完毕后，主机接线与原接线方式保持一致，开启 UPS 主机，调至正常工作状态；

8）合上总空气开关、UPS 空气开关，此时 2 路220 V 市电同时接入机柜；

9）打开 UPS 主机电源，待主机正常工作后，切断备用空气开关 1、排风系统空气开关，拆除临时供电线路，UPS 主机更换完毕。

3.2 监控服务器与指纹门禁远程通信

监控服务器安装在应急值班室内，与中心机房不在同一楼层，对工作人员的指纹录入需要在门禁读卡器上进行，在录入工作中存在一定的局限性。为了解决这一问题，采用 USB 接口指纹发行器[11]，该产品采用内嵌强大的 32 位 RISC 处理器，工作频率为 60 MHz，集成常见的指纹识别算法，实现指纹的高速识别与发行处理。该产品抗干扰能力强，支持 USB 在线升级程序，具有高兼容性，使用方便，广泛应用于后台系统的指纹登记、发行。

首先要把指纹发行器通过 USB 虚拟串口连接到软件系统平台，并选择正确的发行器通讯配置参数。在系统平台选择员工后，在注册指纹页面中有注册第 1 和 2 及报警指纹的 3 个按钮对应注册不同的指纹信息，先按发行设备选择注册指纹的指纹机，再分别按下第 1 和 2 及报警指纹按钮，然后在指定的指纹机上进行指纹注册；在注册时，每项指纹都要求注册 2 次，注册第 1 次时设备蜂鸣器叫 1 声，红灯和蓝灯闪烁 1 次，注册第 2 次时设备蜂鸣器叫2 声，红灯和蓝灯闪烁 2 次，如果登记指纹成功，该窗口自动关闭并保存数据。

4 弱电监控系统评价

海河下游管理局网络通讯机房弱电监控项目自2013 年 4 月 9 日通过上级单位批复后，严格参照天津市建设工程招标投标规范，进行公开招投标，并签订施工合同。同年进入系统安装阶段，有效完成温湿度、空调、水浸线、UPS、配电柜等监控设备及指纹门禁的安装工作。待系统部署完毕后，进行联动调试工作，期间有效解决了 UPS 主机通信故障问题，解决了监控服务器与指纹门禁远程通信问题。顺利通过监理机构验收后，弱电监控系统正式进入试运行阶段。

4.1 监控功能齐全

弱电监控系统将环境温湿度、烟感、水浸、配电柜监控，UPS 监控，空调监控，门禁系统，视频监控系统和短信预警系统有效地集成在一起，实现了监控平台的统一管理，解决了管理人员缺少的现状，缓解了大量现场作业的压力。

4.2 稳定性强

采集信号通过 RS-232/485 进入数据采集卡中，再通过网络交换机进入监控主机进行存贮，各个采集信号模块相互独立，任何模块出现故障都不会影响其他模块的正常运行，弱电监控系统自 2013 年 11 月17 日正式投入使用以来，未发生信号中断情况。

4.3 人机交互明确

弱电监控系统采取 3D 图形界面进行交互，对机房内部进行场景仿真，操作简单，结构层次清晰明了，降低了管理人员的操作难度。

5 结语

海河下游局网络通讯机房采用集成环境动力监控、视频监控、短信预警于一体的弱电监控系统，可有效实现管理员对机房的实时监控，同时具备监控功能齐全，稳定性强，人机交互明确，操作简单等优点。弱电监控系统目前正在试运行阶段，在此阶段会出现一些设计上的不足和使用上的不便，今后的工作主要集中在对整套机房弱电监控系统的优化和升级，以及将本系统推广至局属各基层单位机房，实现全局网络通讯机房的在线监控与远程管理。机房弱电监控系统的应用和推广为企业内部机房统一管理建设奠定了坚实的基础，也为水利信息化建设提供可靠地保障。

[1] 杨绍胤.电子信息系统机房工程[M].北京：机械工业出版社，2012: 45-60.

[2] 宋成璞.无人值守机房远程监控系统的研制[D].大连：大连理工大学，2007: 3-5.

[3] 王维.中国人民银行支付清算系统全国处理中心机房项目智能化系统设计介绍[J].智能建筑电气技术，2013, 17 (1): 104-107.

[4] CHEN Yunfeng, LU Huiqing, ZHOU Hui.Integrated application of several automated monitoring systems for distribution network in dispatching[C]//CICED 2012 Symposium.Shang Hai: CIRED, 2012: 1-3.

[5] 深圳市合广测控技术有限公司.A2-EPS1012 N 动环数据采集器使用说明书[S].深圳：深圳市合广测控技术有限公司, 2009: 7-15.

[6] MACAM3.0 深圳市合广测控技术有限公司[EB/OL].[2013-12-28].http://www.heguang.com.cn/.

[7] 海康威视 DS-2CC5181P-VF 红外半球摄像机产品中心[EB/OL].[2013-12-28].http://www.hikvision.com /cn / prgs_446_i3236.html.

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[11] 深圳纽贝尔电子公司.CHD200G-U 型号 USB 接口指纹发行器产品手册[S].深圳：深圳纽贝尔电子公司，2012: 1-5.

Design and Application of Weak Current Monitoring System of Net Communication Workshop in Haihe River Lower Reaches Administration Bureau

YANG Kai
(Haihe River Lower Reaches Administration Bureau, Haihe River Water Conservancy Commission, the Ministry of Water Resources, Tianjin 300061, China)

Net communication workshop has been an important part of operation and management in water conservancy industry.In order to ensure safe and effective operation of network communication system, this paper designs a set of weak current monitoring system, which is composed of environment dynamic monitoring, video monitoring and SMS warning.Hardware and software requirements in the three sub-projects are described in detail.Simultaneously this paper solves the problems occurred in installing and debugging of the system, including UPS host communication fault and transmission of fingerprint access system.It’s shown that the weak current monitoring system has obvious advantages of monitoring function, stability and human-computer interaction.With this system, administrators of the workshop can always be awareness of the overall situation and implement effective management to prevent accidents.

net communication workshop; weak current monitoring; monitoring system; environment dynamic monitoring; video monitoring; SMS warning

TP308

A

1674-9405(2014)04-0048-05

2014-03-21

杨 凯（1987－），男，甘肃榆中人，硕士研究生，主要研究方向：电子与通信工程、计算机系统集成。