機房動力及環境集中監控系統的研究

鄭曉波，劉育欣，溫桂玉

（1.北京交通大學交通運輸學院，北京100044；2.中國鐵道科學研究院電子計算技術研究所，北京100081）

機房動力及環境集中監控系統是利用計算機網絡、數據庫、通信、自動控制、新型傳感等技術構成的計算機網絡，提供一種以計算機技術為基礎，基于集中管理監控模式自動化、智能化和高效率的技術手段，輔助管理人員對機房重要設備進行日常管理工作，及時排除隱患，保障機房重要設備安全穩定運行。

1 現狀與需求分析

近些年，我國鐵路進入快速發展階段，各車站相繼建成現代化的信息機房，但機房和配線間普遍缺少專門的管理人員，設備運行管理常處于無人值守狀態，無法及時發現設備故障，對車站正常生產運營產生不利影響。

機房值班人員是機房環境及各類設備、設施的日常維護人員，需要實時監督并了解某一設備的運行情況，能及時處理問題。機房動力及環境集中監控系統提供了設備實時監控與報警功能，不僅能夠查看各類設備的實時運行數據，還可以對故障報警或其它突發事件進行及時反映。值班人員能夠在第一時間全面了解設備的運行狀態和報警狀態，從而使維護更方便、管理更智能、響應更及時，最大限度節省了人工成本。

機房動力及環境集中監控系統能夠實現對UPS電源、中央空調機組、配電設備、環境溫濕度、漏水檢測、視頻監控等系統運行狀態的實時監控功能。對監控數據進行記錄，并對歷史運行數據進行備份。當系統發生報警時，系統平臺能夠自動彈出報警畫面，并通過手機短信、聲光報警等方式告知值班人員。

2 系統設計

2.1 系統功能設計

機房動力及環境集中監控系統包含4大功能模塊：環境監控模塊、視頻監控模塊、歷史數據模塊和系統管理模塊，如圖1。

圖1 系統功能模塊

2.1.1 環境監控

（1）基本環境子模塊。基本環境子模塊包括溫濕度監控和漏水監控。溫濕度監控通過溫濕度傳感器監控機房內溫濕度的數值，保障機房環境安全以及對空調工作狀態的檢驗。當溫、濕度超過限定的上限或下限時，系統會自動報警。漏水監控通過漏水監測系統實時監控空調下方的漏水情況，當有漏水情況發生時，系統可準確定位漏水點位置，并在監控系統內直觀的動態顯示。

（2）UPS監控子模塊。系統通過RJ45智能接口及SNMP協議庫獲取設備的運行參數，實現監控UPS通信、同步情況、市電電壓、旁路電壓、蓄電池總電壓，以及輸出短路、零線/火線、充電器、整流器、逆變器、散熱器等參數的功能。

（3）配電監控子模塊。系統通過從電量儀采集配電情況，實現監控市電輸入/輸出的三相電壓、三相電流、相電壓、相電流、功率的功能，還可監控配電柜參數和重要開關的工作狀態的功能。

（4）機房空調監控子模塊。系統通過智能接口（RS485）及協議獲取設備的運行參數，實現監控空調回風溫度、電源、加熱器、壓縮機、過濾網、壓力傳感器的工作參數功能。

（5）電子地圖。系統提供基于arcgis地理信息系統和3ds max渲染平臺開發的二維電子地圖，該電子地圖按實際比例顯示機房內各設備及傳感器的相對物理位置，實時顯示管轄范圍內各機房內環境溫濕度及UPS等設備的狀態信息，有報警事件發生時，對應位置自動彈出報警對話框并不斷閃爍以提醒值班人員。

2.1.2 視頻監控

（1）實時預覽子模塊：系統可實時顯示設備間內的監控畫面，隨時掌控現場情況，能夠實現多畫面調節，畫質調節，抓拍，錄像，云臺控制功能。（2）視頻回放子模塊：系統提供錄像資料檢索通道，在監控管理平臺上可進行錄像資料的檢索回放，可根據錄像的類型、通道和時間等多種條件進行組合檢索。（3）參數配置子模塊：該模塊僅針對視頻參數進行配置，主要完成對硬盤錄像機的型號、IP地址、用戶名和口令等的配置，使監控終端能夠實時顯示監控畫面以及調取其內部存儲的視頻圖像。

2.1.3 歷史數據

（1）報警事件子模塊：系統提供完整的報警事件查詢功能，報警日志包含時間、地點、設備、內容、確認人等信息。（2）統計信息子模塊：通過實時采集機房內各設備的運行狀態和參數信息，統一分析和整理后，按用戶需求形成各種類型的報表。（3）監控記錄子模塊：該模塊提供完整的事件日志查詢功能，日志包含發生時間、地點、設備、內容等信息。

2.1.4 系統管理

（1）監控管理子模塊：提供完整的設備監控樹形結構，詳細列出系統監控設備的監控項和監控點，用戶可針對不同監控項、監控點配置差異化的報警預案。（2）報警管理子模塊：系統提供多種已配置好的報警預案供用戶選擇，同時系統支持用戶自定義新的報警預案。（3）參數設置子模塊：該模塊對系統監控樹的根節點以及系統用戶進行管理，同時可對使用SNMP協議監控設備的監控項（OID）進行配置。

2.2 系統邏輯結構

系統邏輯結構由客戶端、應用服務器、設備接口服務器、數據庫服務器4個邏輯實體構成，如圖2。各個邏輯實體的體系結構遵守MVC設計模式，以松耦合高內聚為設計目標。

圖2 系統邏輯結構圖

客戶端采用插件架構實現，本系統設計包括環境監控插件、視頻監控插件、歷史數據插件、系統管理插件。

服務器端采用線程池技術，工作流技術,動態加載技術，包括采樣工作流定義庫、設備驅動庫、服務驅動庫用于滿足不同的服務器角色需求。

2.3 系統體系結構

根據機房動力及環境集中監控系統業務特點，體系結構主要分為監控管理層、數據處理層、數據采集層和監控設備層，采用C/S架構開發，如圖3。

（1）監控管理層。監控管理層實現實時監控和設備告警信息的維護和管理功能。包括環境監控、視頻監控、歷史數據、系統管理的各類數據的查詢、分析、統計、備份等管理功能。

（2）數據處理層。對監控設備數據的查詢、分析、運算、統計、備份等操作進行統一處理，對采集到的報警信息按預先設置的報警流程進行處理，并對用戶的響應情況進行記錄。

（3）數據采集層。負責監控設備數據的統一采集處理，并把數據保存到數據庫服務器。根據數據類別采用多線程采集處理，保證數據的實時性和準確性。

（4）監控設備層。機房內的各類監控設備包括配電、空調、漏水、視頻、溫濕度、UPS等，使用相應的監控接口卡進行數據采集并通過多種總線形式傳到監控中心。

圖3 系統體系結構圖

3 網絡方案

網絡結構以某站點機房動力和環境集中監控系統為例，該站點需要在1層主機房、1層實驗室、2層主機房、3層主機房、UPS主機室、UPS電源間、空調間、設備間、通信室內布設動力及環境監控傳感器若干，具體安裝情況如圖4。

圖4 系統網絡結構圖

系統采用星形網絡拓撲結構，以監控中心應用及數據庫服務器為核心，監控終端/客戶端和采用SNMP協議的監控設備為葉子節點，通過10/100 M自適應以太網交換機互聯根節點與葉子節點。設備接口服務器（RTU）通過RS232/RS485總線從各類傳感器上采集數據，通過局域網把采集到的信息傳輸到應用及數據庫服務器內。視頻監控數據通過攝像機采集后首先存儲到硬盤錄像機中，再通過以太網傳輸到客戶端的軟件界面上，供值班人員實時調取監控畫面。

4 結束語

為了保障機房內重要設備安全穩定的工作，減輕機房值班人員日常工作負擔，解決事故追憶、故障分析困難等難題，本文采用層次化的系統架構，提出了一個4層次的機房動力及環境集中監控系統解決方案，為機房日常管理提供了參考。

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