引言无人值守机房远程实时监控系统是以面向消息的中间件软件为平台,结合传感器、单片机、工控机和自动化控制技术,实现对其现场状态进行实时监测和控制,并对其数据信息进行科学、统一管理的综合系统。
该系统可确保电信线路畅通、设备运行安全,并可有效提高对紧急突发事件的快速反应能力。
1、设计思想及依据设计的思想我们的设计思想是在电信接入网点机房现场,搭建基于消息中间件平台的现场统一监控平台,分批逐次对动力设备、机房环境、安全保卫消防等各系统进行集中监控。
该平台要求可整合各系统的各种设备、串口和协议,利用嵌入式服务器技术,面向消息的中间件技术、监控管理中心就可以直接进入各接入网点机房实施监控。
由于搭建了统一平台,在一次投资之后,只需逐步添加传感器,就可渐进完成动力设备、机房环境、安全保卫消防各系统的基于TCP/IP网络结构的集中监控。
设计的依据l 《电气装置工程施工及验收规范》GBJ232--82l 《安全防范系统通用图形符号》GA/T74—94l 《民用建筑电气设计规范》JCJ/T16-2000l 《民用建筑电缆工程技术规范》l 《防盗报警控制器通用技术条件》GB12663-2000l 《入侵探测器通用技术条件》GB10408.1-20002、现有监控系统普遍存在的问题随着中国电信的宽带网发展,在各个接入网点,获得宽带网资源越来越容易。
利用这些宽带网资源,采用TCP/IP方式,接入网点可以很容易地与监控管理中心及数据库建立起联系,用较低的成本,对接入网点的动力设备、机房环境、安全保卫消防、视频图像等信息实施统一平台下的监控。
从近几年电信机房动力、环境、安防、图像监控系统的实际运行情况看,传统的“数据采集器+ 数据服务器”的实现方法已不能满足接入网点机房监控的需要,其弊端主要体现在:1) 动力监控系统、环境监控系统、安全保卫消防系统、视频图像监控系统往往相对独立,系统维护成本较高尽管这些系统的现场数据采集部分本身并不复杂,价格相对便宜,但每套系统都要占用相应的通信信道、拥有各自的管理服务器、各自的传输方式和通信协议,如果这些系统按原有方式安装建设,不但资金浪费严重,维护成本也会相应增加。
同时,由于传输方式、通讯协议众多,将导致维护人员的工作量和难度都相应增大。
并且,如果想在这些已有系统的基础上进行二次开发,提供增值服务功能,会是难上加难。
2)系统层次过多,可靠性和稳定性逐级降低现有的监控系统大多采用分级上报的树状C/S结构,一般分为FSU、LSC、CSC等层次,一旦这些层次中某一个层次的节点服务器故障,它管辖的下属节点信息就无法上报。
3)数据采集器通常没有支撑操作系统,可靠性低传统的数据采集器一般采用8位/16位单片机,系统只能采用大循环的模式进行系统调度,一旦某一个系统模块出问题,将引起整个系统停滞。
尽管采用看门狗技术可以部分解决这个问题,但频繁的看门狗复位会产生众多的误报警、不报警、频繁报警等问题。
4)系统应用功能过分集中在中心服务器,故障风险大传统的数据采集器一般采用8位/16位单片机,容量小,处理能力差,无法处理和保存大量数据。
因此,中心服务器不得不承担大部分数据存储和处理功能。
随着监控点的增加和时间的累积,中心服务器的数据库越来越庞大,连接越来越多,最终容易导致服务器崩溃,从而导致服务器下属的站点无法监控。
由于传统的“数据采集器+ 数据服务器”的上述弊端在现有的机房监控系统中相当凸出,使越来越多的电信管理人员将思路转到“利用宽带网优势,建立现场统一平台(UFP)”的思路上来。
5)交换和传输设备虽有网元管理系统,但违反了“运行网与运维网分开”的原则有一些解决方案试图利用交换和传输设备内置的管理系统软件(如网元管理系统)对动力、环境、安防等系统顺带管理,但这种方案将强电信号与贵重的交换传输设备关联起来,危害性极大,违反了“运行网与运维网分开”的原则,容易对交换传输设备的软硬件正常运行形成干扰甚至破坏。
另外,采用这种方案,在硬件方面,需专门为“动力、环境、安防系统”设计新的采集通讯板卡;同时,在软件方面,接入网设备网元软件(MIB)亦需全面升级才能支持新的板卡。
由此人为地把相对独立的“动力、环境、安防等系统”与交换传输设备生产厂家绑定,人为提高了系统成本、系统复杂性和设备管理难度。
3、基于消息中间件平台的监控方案根据用户的需求,本方案通过消息中间件平台将门禁监控和环境监控整合在一起,在方案设计中硬件采用了台湾泓格公司的WinCon-8000嵌入式控制器,中间件平台采用台湾艾扬科技的嵌入式消息中间件,连接门禁及多种环境监测传感设备。
所有的设备的信息采集与控制均通过WinCon-8000嵌入式控制器进行。
3.1 WinCon-8000的介绍WinCon-8000嵌入式控制器产品图WinCon-8000 是一款领先业界的嵌入式平台,使用运行于Windows 操作系统上的Intel Strong ARM CPU。
与标准的Windows 操作系统相比较,Windows 有许多优点,包括它的强实时能力、很小的内核、快速引导、更高级别的中断处理、确定控制以及低成本等。
Windows 给WinCon-8000 提供了运行基于PC 的软件的能力,如Visual 、Visual C#、Embedded Visual C++、SCADA 软件、Soft PLC 等等。
WinCon-8000 现在提供标准PC 语言开发版本和InduSoft 版本(SCADA软件版本)和提供ISaGRAF 版本(Soft PLC 版本)。
WinCon-8000 具备一个标准的VGA 口,与传统控制器相比,用户可以选用通用的LCD或者CRT 的显示器,而不必去选用昂贵的HMI 或工业PC 来实现人机交互。
WinCon-8000的操作系统内置在WinCon-8000 CPU 模块的闪存中,用户程序存放在外部存储区中,如CF 卡和USB 驱动器,也可在运行时通过LAN 或USB 下载到RAM 中。
WinCon-8000的标准提供一个用来控制I-8000 和I-7000 系列I/O 模块的SDK,便于用户用Visual 、Embedded Visual C++进行应用程序开发。
WinCon-8000基础指标² Intel Strong ARM 206MHz CPU² 内置Windows CE . NET² 支持VGA、Ethernet、USB、键盘、鼠标、闪存² 内建OPC Server 和SQL Server CE 2.0² 支持工业Modbus/TCP、RTU 协议² 即将支持CAN 总线网络² 对于系统设置、监视和软件升级提供方便的工具软件² 有多种配套的I/O 模块:DI、DO、AI、AO、计数器/频率计、运动控制…等等² 丰富的软件开发工具包WinCon-8000的网络通信指标WinCon-8000 控制器上层采用以太网(Ethernet)总线,通过标准的TCP/IP 协议,可以连接上Intranet/Internet,而通过标准的Modbus/TCP 协议,则可以与SCADA 软件沟通。
至于下层的网络,除了RS-232/485 外,可以依据用户的需求选用CAN(Control Area Network)总线及WinCon-8000自有的FRNet 总线,通过Modbus/RTU,CANOpen,DeviceNet 等协议,可以与泓格的远程模块I-7000,紧凑式控制器I-8000 以及其它CAN I/O 做连接,至于FRNet 总线则是沿用了PLC 架构的优点,采用Token Ring 的方式,无须软件协议,在固定的时间内可以扫描所有的I/O 点,再透过Dual-Port RAM 的方式与主控制层做沟通。
至于在如何同时解决远距与实时性这个问题上,藉由将艾扬科技远距实时信息平台iPush Server Embedded Edition (简称iPush Embedded) 预先植入WinCon-8000,使WinCon-8000 具备实时信息主动交换的能力,实现新世代工业控制器必备的网络实时信息基础架构。
透过iPush Embedded,WinCon-8000 拥有主动传送(Active Push)数据的能力。
无论是在局域网络(LAN),还是在远距网络(Internet / VPN / Wireless LAN / GPRS / ADSL)的环境下,只要是TCP/IP 通讯协议,WinCon-8000 就可以源源不绝地把得到的数据──包括监测数据(Data)、报警(Alarm)与设备状态(Status),实时主动发送到远程的监控软件,或是送至监控中心,从而达到分散采集、中央实时监控的目的。
这对于一些远距监控的应用──如远程无人机房来说,可说是一大突破,亦是工业控制产业的必由之路。
3.2 iPush Embedded的介绍什么是iPush® Embedded图一、iPush® EmbeddediPush®Embedded 是一个符合工业自动化需求的ICE iPush®Communication Server (简称iPush® Server) 版本。
iPush® Server是由艾扬科技开发出来的第一个MOM (Message-oriented Middleware,面向消息的中间件) 领导平台,其提供的功能及属性如下:主动推播(Active Push)iPush® Embedded提供了一个以信息为面向的机制。
也就是说,当从I/O模块收到一个信息时,iPush® Embedded将会自动地将信息推播(Push) 给订阅者,不需要额外的轮询(Pulling) 工作。
双向实时的通讯iPush® Embedded可以实时的传送一个信息给订阅者。
当订阅者接受到这个信息时,也可以传送控制命令到I/O模块(以millisecond为单位)。
大量信息的传递能力iPush® Embedded可以传送由I/O模块所收集到的大量数据(包括量度资料、状态、警示资料等)。
多种存取的方式iPush® Embedded 可以很容易地提供给远程各种不同的装置存取,例如PC、Pocket PC、行动电话等。
巨量联机数可以建立中心端的iPush® Server,用以管理为数庞大的群组联机。
下面列出了一些技术特性:- 大量讯息传递能力(Massive Messaging)- 频道/主题寻址方式(Channel/Subject Addressing)- HTTPS信道(HTTPS Tunneling)- 大讯息的传递(Large Size Message Transmission)- 远程管理(Remote Administration)- 使用者身份验证与权限管控(User Authentication and Authorization)- 使用纪录系统(Logging System)- 广泛支持的SDK - Windows DLL、ActiveX Control、Java Class、Linux C Library、以及给Windows 用的ActiveX Control。