電源及環境監控系統在武岡城際鐵路上的應用

鄭曉波，梁 娜

（1.中國鐵路總公司 審計和考核局，北京 100038； 2.中鐵工程設計院有限公司，北京 100038）

電源及環境監控系統在武岡城際鐵路上的應用

鄭曉波1，梁 娜2

（1.中國鐵路總公司 審計和考核局，北京 100038； 2.中鐵工程設計院有限公司，北京 100038）

本文以武岡城際鐵路電源及環境監控系統為模板，從系統體系架構、邏輯架構、數據存儲和主要功能4個方面進行詳細介紹，對該系統在武岡城際鐵路實際部署和應用予以闡述。

電源；環境監控；武岡城際

電源及環境監控系統是一種用以遠程實時監控機房內各類電源設備和環境信息的計算機輔助系統，通過該系統的實時信息采集、分析和告警，能夠輔助管理人員全面掌控機房內各類設備的運行環境信息，為實現機房無人值守，減少系統維護時間提供有效的技術手段和工具。

1 系統體系架構

武岡（武漢—黃岡）城際鐵路電源及環境系統由遠程監控單元（RTU）、采集程序和Web應用3層架構組成，如圖1所示。Web應用服務負責整合系統應用，供用戶實時瀏覽與訪問。采集程序負責對下層進行輪詢數據和接收報警事件，對上層通知事件的報警與消警信息，起到承上啟下的作用。遠程監控單元負責采集與監控指定設備的數據，同時負責與中間層采集程序的通信，接收與響應采集程序的輪詢請求。系統體系結構圖如圖1所示。

圖1 電源及環境監控系統總體架構圖

2 系統邏輯架構

根據業務需求和特點，系統邏輯架構設計采用面向服務的設計理念，從下到上依次分為遠程設備監控層，數據采集存儲層，Web應用層，如圖2所示。每層均定義了自己的調用接口與服務說明，下層為上層提供相關服務，上層調用下層的服務實現相關功能。系統按層次化的模型將整個需求域從垂直方向進行分割，每層按照高內聚低耦合的原則進行模塊設計與模塊組合。

2.1 遠程設備監控層

遠程設備監控層由遠程監控單元（RTU）和硬盤錄像機（DVR）構成。對下，RTU負責通過設備廠商所開發的私有協議與被監控對象的實時通信和數據采集；對上，RTU進行設備集成并屏蔽被監控對象之間的差異性，通過自定義的統一協議與數據采集存儲層進行通信，將設備差異性隔離在遠程設備監控層，保證上層采集層序的單一性與一致性。同時，當遇到網絡噪聲比較大，或上層采集程序發生故障時，RTU還具有臨時存儲環境狀態數據和報警事件的能力，在網絡或程序恢復后能夠把存儲在本地的監控信息發送到中心平臺，保證監控信息的連續性，從而保證不發生漏報事件。DVR主要完成現場視頻圖像信號的采集與存儲，供上層調用。硬盤錄像機參與報警事件處理流程，能夠與報警事件進行聯動、實現預置點、巡航、抓拍和錄像等功能。

圖2 系統邏輯結構圖

2.2 數據采集存儲層

數據采集存儲層由采集程序和數據庫構成。采集程序根據用戶定義的采集周期，采用多線程的工作方式定期對遠程監控單元進行輪詢，向遠程監控單元請求實時監控數據，采集程序通過輪訓方式獲取數據后，根據協議規約進行信息解碼，并把這些數據存儲到數據庫中。有報警（消警）事件發生時，該事件信息通過捎帶技術附加在通信協議實時數據域尾部。當采集層序檢測到捎帶而來的報警（消警）信息時，采集程序會將該事件存儲到數據庫的報警信息表中，并調用Web應用層的報警服務，啟動相應的事件處理機制。

2.3 Web應用層

Web應用層面向終端用戶，主要負責信息的發布與整合，屬于整個系統的表現層，用戶通過Web應用層可以輕松完成瀏覽實時數據，查看報警事件等功能。系統通過電子地圖、實時視頻顯示、報警處理等程序為用戶提供直觀、身臨其境的監控體驗，同時通過Web應用層進行信息的發布與整合，可以簡化客戶端部署與升級，也使用戶易于接受。系統在Web應用層定義了一系列的Web服務供客戶端或第三方系統訪問，在保證具有開放性的同時，也體現了面向服務的特性。

系統邏輯架構參考了RUP思想（Rational Unified Process，是一個面向對象且基于網絡的程序開發方法論）和Gof設計模式（Gang of Four—4人組，由4位專家在《設計模式》一書中提出的面向對象程序設計方法）的理念，采用領域模型將整個應用開發分為幾個相對獨立的層次，實現了高內聚、低耦合的設計目標。在系統因某種原因必須進行修改時，只需對相關層進行調整而不影響與其相鄰的上下層。系統采用基于組件的開發方法，將數據與服務組件和具體的應用系統分開，基于數據資源可構建不同的業務服務組件，而通過調用不同的服務組件和數據資源又可以構建各種應用業務系統，在業務應用層之上提供統一的外部接口。

3 數據存儲方案

采集程序從RTU采集實時監控數據和報警信息，在初步整理、解碼后，數據將被保存到系統數據庫中。系統按設備類型分別設置有基本環境數據表、UPS數據表、空調數據表和配電數據表，用以存放采集程序所獲取的數據。其中基本環境數據表包含環境溫濕度、門禁、玻璃破碎和漏水的實時信息；UPS數據表、空調數據表、配電數據表分別包含UPS、空調和配電設備的實時信息。

在異常情況下遠程監控單元將采集到的設備實時數據和報警事件保存在內存中，由遠程監控單元進行管理與維護，當系統從異常狀態恢復后，遠程監控單元將其內存中保存的數據打包上傳給采集程序，用以保證系統監控信息的連續性以及盡量減少漏報事件發生的幾率。

系統使用內存作為臨時數據緩存，采集程序將采集到的實時數據寫入該緩存中，當達到系統預設的采集閾值時再將緩存中的數據寫入數據庫的相應表中，以減少數據庫的訪問壓力，保障系統穩定運行。歷史數據根據采集日期按日存儲，每晚24:00生成當日的環境監控歷史數據表，系統根據用戶的參數設置，可靈活調整歷史數據的存儲時限，同時提供歷史數據的導出功能，若用戶在系統中配置了歷史數據服務器，當系統內的歷史數據滿足一定條件后可自動導出存儲到該服務器內，供用戶對數據進行挖掘與統計分析使用。系統對于報警信息采用單獨存儲的方式，默認存儲時限為一年。

用戶信息、設備信息等系統運行本身需要的相關信息，保存在相應的系統數據庫表中，為系統正常運行，提供數據完整性支持。

4 主要功能

電源及環境監控系統用于支持對機房環境的遠程集中監控，主要包括溫濕度檢測、漏水檢測、UPS監控、配電監控、空調監控等部分。系統達到了對機房“五遙”遠程監控的設計目標，為機房高效管理和安全運營提供有力的保障。

該系統由環境監控、視頻監控、歷史數據和系統管理4部分構成。環境監控包括電子地圖、基本環境、UPS、配電和空調等模塊；視頻監控主要包括實時預覽、視頻回放和抓拍瀏覽等模塊；歷史數據包括報警事件和監控記錄等模塊；系統管理包括采集管理、用戶管理、監控策略和存儲策略、操作日志等模塊。

系統功能結構圖如圖3所示。

圖3 電源及環境監控系統功能結構圖

4.1 動力環境監控

4.1.1 基本監控子模塊

通過智能空調的數據采集接口實時采集空調的運行狀態和報警信息。采集的主要狀態參數有：工作模式、送風溫度、回風溫度、壓縮機狀態、加熱器狀態、除濕器狀態和加濕器狀態。

4.1.2 配電監控子模塊

通過加裝在配電柜上的智能電量儀實時采集輸入輸出的電能質量，主要采集三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、視在功率和頻率等參數。

4.1.3 UPS監控子模塊

全面監控智能UPS的電池狀態、旁路狀態、負載保護、在線模式和負載過載等狀態；實時監控的工作參數主要包括：輸入電壓、輸入電流、輸入頻率、負載電壓、負載電源、負載頻率、旁路電壓、旁路電流和旁路入頻率等。

4.1.4 空調監控子模塊

通過傳感器完成對機房內溫度、濕度、漏水、門禁、煙感、蓄電池和玻璃破碎等信息的實時監控。

4.2 視頻監控

視頻監控模塊包含實時預覽子模塊、視頻回放子模塊和抓拍瀏覽子模塊，完成對機房內視頻圖像的實時瀏覽、控制、視頻回放和圖像抓拍等功能。

4.3 歷史數據

歷史數據模塊包含報警事件和監控記錄兩個子模塊，主要負責歷史監控記錄查詢、報警事件查詢、報表生成和報表導出等功能。

4.4 系統管理

系統管理模塊包含采集管理、用戶管理、監控策略、存儲策略和操作日志5個子模塊。主要用于維護系統用戶，管理存儲信息，配置監控策略等。

5 武岡城際鐵路電源及環境監控系統應用介紹

武岡城際鐵路電源及環境監控系統在武漢鐵路局調度大樓設置監控中心平臺服務器，用以收集和存儲各站點的實時數據，并通過系統運算以及相關閾值的比對，將機房的實時環境信息和設備的報警信息顯示給機房管理人員；在沿線14處通信、信號和信息機房均設計有電源及環境監控系統數據采集設備—RTU，通過該設備上的串行接口、數字量接口和模擬量等接口分別連接不同的設備和傳感器，通過RTU內程序的控制，定時輪詢各傳感器的數據并根據數據優先級，智能調整發送數據隊列，即先發送優先級高的數據，后發送優先級低的數據，以保證監控中心優先處理重要事件；在武漢通信段網管中心設置統一的監控調度臺，通過通信網絡訪問調度大樓內的動環監控服務器，獲取監控數據。目前，系統運行穩定，滿足功能要求。

6 結束語

為了保障武岡城際鐵路沿線各機房內重要設備安全穩定工作，減輕機房管理人員日常工作負擔，解決事故追憶、故障分析困難的難題，本文采用層次化的系統架構，建成了一個3層次的機房電源及環境集中監控系統。該系統為機房日常管理提供了一種有效手段。

[1]李明江. 動力環境監控系統現狀及在電源維護中的作用[J].通信電源技術，2010（3）.

[2]張 巖.機房動力及運行環境集中監控系統及其應用[J].消費導刊， 2010（7）.

[3]鄭曉波，劉育欣，溫桂玉. 機房動力及環境集中監控系統的研究[J].鐵路計算機應用， 2012，21（7）：23-25.

責任編輯 陳 蓉

Power and Environment Monitoring System in Wugang Intercity Railway

ZHENG Xiaobo1, LIANG Na2
( 1.Administration of Audit and Assessment, China Railway，Beijing 100038，China；2.China Railway Engineering Design Institute Co., Ltd, Beijing 100038，China )

This paper taken Wugang Intercity Railway Power Supply and Environment Monitoring System as the template, introduced system architecture, logical architecture, data storage and main functions in detail, described the actual deployment and application of the System in Wugang Intercity Railway.

power; environment monitoring; Wugang Intercity Railway

U29∶TP39

A

1005-8451（2015）07-0038-04

2014-11-24

鄭曉波，工程師；梁 娜，經濟師。