1、咸宁电信动力监控系统的数据采集及传输研究毕业论文分类号 学号学校代码 密级咸宁电信动力环境监控系统的数据采集及传输研究 学位申请人：学科专业：指导教师：答辩日期：A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringThe Research on Date Acquisition and Transmissionof Power-supply Facilities and Environment Supervising System for Xian
2、ning Telecom BranchCandidate : Zhou ChunquanMajor : Electronics & Communication EngineeringSupervisor : Assoc. Prof. Long ZhanchaoHuazhong University of Science & TechnologyWuhan 430074, P.R.ChinaNovember, 2007独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果
3、。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密， 在 年解密后适用本授权书。不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要随着网络规
4、模的日益扩大，对分散在各通信局站的电源设备的管理维护日益困难，动力环境监控系统是对分布的通信局（站）的电源设备进行遥信、遥测和遥控，实时监控其运行参数，监测和处理故障，记录和处理相关数据，从而实现通信电源设备少人或无人值守和集中维护的计算机控制系统。动力环境监控系统可对通信机房、基站、端局的电源、蓄电池、高低压配电、油机、空调等多种设备以及温度、火警、盗警等环境参量以及现场图像集中进行实时检测，能够及时判断故障并产生告警，对远端设备进行遥控和调节，从而实现通信机房、端局的无人值守。采用这种现代化的监控系统，其根本目的是为了提高设备的维护和管理质量，降低设备维护成本，提高整体工作效率，从而建立起
5、一套高可靠性、高效率的维护体制。动力环境监控系统由采集子系统、传输子系统、软件子系统组成，采集子系统完成底端数据的采集，传输子系统将底端采集到的数据传送到监控中心，软件子系统完成系统设置、数据处理、告警产生、数据存储、系统功能等。本文结合咸宁电信实际情况，具体研究了数据采集和数据传输技术，采用采集模块技术，探讨了监控系统的数据采集的问题；应用现场总线技术，实现采集数据在监控模块、监控单元及监控中心的传输和交换。通过测试，本系统采集数据的精度、响应时间、告警准确率、时钟同步、平均无故障时间等性能指标都达到设计和应用的要求，各监控点的采集数据能准确实时地送到监控中心，本动力环境监控系统在实际工作得
6、到应用，实现了咸宁电信通信机房少人无人值守，提高了设备维护的工作效率。关键词：数据采集 现场总线 监控中心 监控单元 监控模块 实时监控AbstractAlong with the expansion of the telecommunications network day by day, it has become more and more difficult to manage and maintain the power-supply system and facilities distributed different telecommunication stations. Con
7、centrated Supervising System for Power-supply Equipments and Environments (short for CSSPEE) is a computer-controlled system, which can realize remote singling, remote metering, remote control the power-supply system and equipments distributed different telecommunication stations. CSSPEE can monitor
8、 these facilities running status, record its fault. So we depend upon it to reduce maintainer, and to bring about less maintainer even no man need for a monitored communication station. CSSPEE is able to supervise switching-mode rectifier system, plumbic acid battery, high-voltage and average voltag
9、e distributing system, generator, air-conditioner, and room temperature, fire, stealing alarm. Without doubt, it also can Tele-adjust these facilities operation parameters and Tele-control some kinds of equipment, from ON to OFF, or Run to Stop. Relying on this high-tech means, certainly, we can rai
10、se the quality of maintaining and management of these facilities, besides, can reduce maintaining costs of the power-supply equipment, and can raise our work efficiency also. Thus, we make use of the CCSPEE to establish a high reliability and high efficiency maintaining organization.A CCSPEE is made
11、 up of data acquisition sub-system, transmission sub-system, applications. Data acquisition system accomplishes raw data acquisition. Transmission system transports the raw data to Supervising Center. Software system accomplishes system setting, data processing, output alarm, data storage etc. Based
12、 upon the real situation of Xianning Telecom Branch, This paper researches the data acquisition and on-the-spot Bus technology in depth and the data acquisition module technology provides the way to solve the data acquisition. We use the On-the-spot technology to make the data streams which transfer
13、 and switch between supervision module, supervision unit and supervision center come true.After a series of test, the performance index of the system, such as the accuracy of the acquisition data, the time of response, time synchronization, mean time to repair, and so on, it have completely met with
14、 the requirements of design and application. Each acquisition data may transfer to supervising centre properly and real-time. The supervising system has applied to the real work situation successfully, and the targets that reduces our maintainers even no man need for a monitored communication statio
15、n have realized and can provide efficient operation indeed. Key words：Data Acquisition On-the-spot Bus Supervision Center Supervision Unit Supervision Module Real-time monitoring目 录摘 要 IAbstract II1 绪论1.1 动力环境监控系统研究的意义 (1)1.2 动力环境监控的作用 (2)1.3 咸宁电信动力环境监控需求分析 (2)1.4 本课题的主要研究内容 (2)1.5 论文整体结构介绍 (3)1.6 小
16、节 (3)2 监控系统的一般拓扑结构及咸宁监控系统概况2.1 监控系统的一般拓扑结构 (4)2.2 组成单元及功能 (6)2.3 咸宁电信动力环境监控系统概况 (8)2.4 小节 (9)3 监控系统局站分类及监控对象选取3.1 监控系统监控局站的分类 (10)3.2 监控对象 (11)3.3 监控内容 (11)3.4 小节 (14)4 咸宁电信动力环境监控系统数据采集方案4.1 分散式采集技术 (15)4.2 传感器和变送器概述 (15)4.3 农村支局所数据采集方案 (20)4.4 县局数据采集方案 (28)4.5 小节 (32)5 咸宁电信动力环境监控系统传输组网及监控中心配置5.1 传输
17、资源 (34)5.2 传输线路接入设备 (35)5.3 传输组网 (36)5.4 监控中心的硬件配置 (40)5.5 监控中心的软件配置 (41)5.6 监控中心数据处理流程 (43)5.7 小节 (44)6 监控系统的测试6.1 测试依据和规范 (45)6.2 测试内容 (45)6.3 测试过程 (45)6.4 测试结果及分析 (46)6.5 小节 (51)结束语 (52)致 谢 (54)参考文献 (55)1 绪论动力环境监控系统(以下简称动力环境监控系统)是利用数据采集技术、计算机网络技术、数据库技术，对分散在各地的通信局（站）的电源、空调、油机、蓄电池、高低压配电等设备和机房环境的各种参
18、数等进行遥测、遥信、遥调整和遥控，通过监控系统的实时监控、报表自动化、故障告警与处理、智能分析、数据视频联动等检测手段来提高维护管理水平，保证电源设备、空调设备的正常运行和机房安全，从而保证各种通信设备的正常运行1。通信电源系统是通信系统的心脏，在局、站中具有不可比拟的地位。为提高劳动生产率、进行综合管理、从而节约值班人员调度等多重能力，进而提高动力设备运行维护的效率以及保证通信网络的安全畅通2，及实现少人和无人值守。实现机房少人无人值守显得尤为重要。1.1 动力环境监控系统研究的意义近几年来，我国通信事业的蓬勃发展，咸宁电信通信网络规模日益扩大。通信网本身随着基础技术和系统技术的发展走向更高
19、的层次，相应地对电源系统和空调系统的要求越来越高。特别是近几年来随着电话网模块局的大量建设，通信电源设备的迅速分散，大量电源设备和空调设备分散在各个模块局内，由于电源设备和空调设备并不是一个单纯的电子元件组合，它还有许多机械部件，同时它受外界的影响最大，例如停电、雷击、烟雾等各种人为和自然因素使电源设备出现故障，加上电源、空调设备相对独立，发生故障无法对外界告警。咸宁电信通信电源传统的维护管理体制是分散的维护管理体制，基本上是以通信局站为单位进行电源设备维护管理。每一个通信局站都配备一定的维护人员负责全部电源设备和空调设备的维护管理。维护人员昼夜值守在机房内，进行巡视、抄表等日常维护工作和必要
20、的设备维修、故障处理等。在这种维护管理体制下，维护人员劳动强度较大，维护管理水平不高，而且需要大量维护人员。相反电信公司近年来为了提高劳动生产率，不断精简维护人员。很显然，这种传统维护管理方式已经越来越不能适应通信事业的发展。随着计算机网络技术的发展，对工业过程的远程监测和控制成为目前发展最快的应用技术3 4，通信设备的自动化性能有了很大提高，为通信系统的集中监控管理提供了可行性。通信电源是通信系统的重要组成部分，要适应通信技术的整体发展，以保证通信网络的运行可靠性、降低维护成本，逐步实现通信电源设备由分散维护到集中维护，由有人值守到无人值守的改革5。必然要积极的采用监控系统。 因此咸宁电信建
21、设动力环境监控系统是非常必要的。1.2 动力环境监控的作用通信电源集中监控技术在通信电源中的应用，标志着通信电源的维护和管理从人工看守式的维护管理模式向计算机集中监控和管理模式转换，其意义：（1）与通信技术发展相适应，提高对通信电源设备的维护管理水平。 （2）提高通信电源供电质量，使供电系统有更高的可靠性和经济性。 （3）充分发挥计算机技术优势，使电源设备管理向自动化、智能化方向发展。 （4）实现通信电源设备少人、无人值守。 （5）提高维护效率，降低维护成本。 综上所述，使用一套技术先进、可靠性高、功能强大的电源监控系统并将其应用于实际工作中具有非常深远的意义。1.3 咸宁电信动力环境监控需求
22、分析动力环境监控系统需要实现的功能有：一是对电源及设备的监测与控制；二是对监测数据的记录、处理、管理和分析。因此系设需求可以从以上两个方面进行考虑。在进行咸宁电信监控系统设计时，必须根据监控系统的需求分析进行。既能满足监控系统功能的要求，又要保证系统具有较高的性能价格比。1.4 本课题的主要研究内容本课题分析了本论文提出来的背景和目的，通过对咸宁电信分公司动力设备现状及维护方式存在的问题进行分析，指出建设动力设备及环境监控系统的意义和作用。本文结合咸宁电信实际情况，具体研究了数据采集和数据传输技术，采用采集模块技术，解决了监控系统的数据采集的问题；应用现场总线67技术，实现采集数据在监控模块、
23、监控单元及监控中心的传输和交换。然后，结合电总有关精神指示和技术要求，讨论咸宁电信动力环境监控的网络结构、数据采集、传输组网、系统功能、技术指标要求及骏工验收等问题8 9。此课题的研究，将对咸宁电信分公司动力环境监控系统的规划和选型起到指导性作用 。1.5 论文整体结构介绍在绪论中介绍了动力环境监控系统的研究意义及作用；研究的内容及需求分析。在第二章中描述了动力环境监控系统的一般拓扑结构、组成单元及相应的功能，并对咸宁电信动力环境监控系统作了概述。在第三章中对咸宁电信动力环境监控系统的通信局站作了分类，并确定了相应的监控对象及内容，对监控内容作了详细的介绍。在第四章中简介了分散式采集技术和传感
24、器及变送器。对前端采集设备的性能及参数作了详细的介绍。并介绍了农村通信支局所及县交换局的两种监控数据采信集方案。在第五章中详细介绍了农村通信支局所及县交换局的两种传输方式。在第六章中对动力环境监控系统的作了测试，并给出了测试结果。结束语对论文作了总结。1.6 小节本章首先论述了研究动力环境监控系统建设的背景和意义，指出了建设系统的必要性；然后对咸宁电信对监控系统的需求进行了分析，指出系统必须实现遥控、遥信、遥测三个基本功能，还要对采集数据进行记录、处理、管理和分析，对电源设备的维护管理起指导作用。最后讲述了本文的研究方向和主要内容，并对数据采集和数据传输二个方面进行了深入地研究，实现了数据的分
25、散式采集和数据的实时传输。并对论文整体结构作了介绍。2 监控系统的一般拓扑结构及咸宁监控系统概况2.1 监控系统的一般拓扑结构动力环境监控采用分布式计算机控制系统1011的结构，以多级监控中心自下而上逐级汇接而成，每个级别的监控中心连接而成一对多的监控网络。这种结构使得监控过程条理清楚，层次分明。既分散了系统故障的危险，提高了系统可靠性，使多项工作协调并行处理，提高了系统的实时性；同时这种结构具有一定的灵活性，有利于系统的扩展12。根据中国电信的网络结构，动力环境监控可以分为两级或三级逐级汇接的拓扑结构13。2.1.1 三级树形结构动力环境监控的三级树形结构见图2.1，它由监控中心、监控站、监
26、控单元和监控模块构成。图2.1 动力环境监控系统的三级树形结构其中：SC（Supervision Center，监控中心）本地网或者同等管理级别的网络管理中心。监控中心为适应集中监控、集中维护和集中管理的要求而设置。SS(Supervision Station，监控站)区域管理维护单位。监控站为满足县、区级的管理要求而设置的，负责辖区内各监控单元的管理。SU(Supervision Unit，监控单元)监控系统中最基本的通信局（站）。监控单元一般完成一个物理位置相对独立的通信局（站）内所有的监控模块的管理工作，个别情况可兼管其它小局（站）的设备。SM(Supervision Module，监控
27、模块)完成特定设备管理功能，并提供相应监控信息的设备。监控模块面向具体的被监控对象，完成数据采集和必要的控制功能。一般按照被监控系统的类型有不同的监控模块，在一个监控系统中往往有多个监控模块。2.1.2 二级树型结构随着监控网络的延伸，三级逐级汇接的树状结构正逐步被二级逐级汇接的树状结构网络型结构所替代。动力环境监控系统的二级树型结构见图2.2。SS的汇接作用图2.2 动力环境监控系统的二级树型结构也逐渐由SC统一完成了，这样不仅便于网管中心的集中管理，提高了系统的可靠性。而且降低了系统造价和复杂程度。通常SS通过延伸SC的一个业务控制台经过软件设置实现原来的功能。如果工作需要,二级管理结构将
28、来也可连入地网管系统,并能与省电信公司联网组成三层结构1415。2.2 组成单元及功能2.2.1 监控中心(SC)的组成和功能监控中心SC是整个动力及环境集中监控系统的监控和管理中心，主要完成全网的监控信息的统计处理及分析。监控中心SC一般由数据库服务器、监控业务台、打印机及相关附属设备组成。（1）数据库服务器主要完成监控数据的存储，是监控系统的数据存储和管理中心，运行Windows NT/Windows 2000操作系统和Microsoft SQL Server6.5数据库系统。（2）SC业务台是监控中心的系统操作平台，主要负责收集、分析、统计和查询各监控单元SU的动力监控实时数据、告警信息
29、及历史数据。告警信息产生时系统会相应进行声光告警，提请值班操作人员紧急处理。在接管监控站(SS)的控制权后，对于告警信息的处理与监控站(SS)相同，实时监视各监控站(SS)的工作状态。可透过监控站(SS)对监控单元(SU)下达监测和控制命令；统计生成各种统计报表及曲线图；告警立即打印、定时打印、屏幕拷贝打印；SC对全网进行时钟校准。2.2.2 监控站(SS)的组成和功能 监控站SS的设备配置组成类似于SC，但是监控站SS相对于监控中心SC的重点功能是设备监控和维护。一般情况下，除了与监控中心SC的配置相同之外，监控站SS配置有若干台，对其所监控的监控单元SU数据进行采集和处理。在二级系统结构中
30、监控中心SC同时具备SS的功能。SS是连接监控端局和监控中心的桥梁，是整个监控系统数据处理的核心，其主要功能是对端局采集器的原始数据进行处理，并将处理结果发送给监控业务台和数据服务器，同时接受业务台的控制命令对端局设备实施控制。县级电信局都是大中型的交换局、汇接局或中继局，监控中心一般要监控参量和设备较多。在县级中心一般可按情况配置多个监控模块，可以设一个管理中心，以让县级维护人员能对本区域内的系统进行一定的维护和管理。但是考虑到各本地网正实施本地网集中维护体制，在县级中心一般只配一个简单工作站，处理数据并进行显示、不打印。这只是方便维护人员调试和维护监控系统。对本区域内所有设备的实时数据、告
31、警信息都全部上传市级监控中心，由本地网监控中心处理设备的实时数据和所有告警信息。 2.2.3 监控单元(SU)的组成及功能 根据局站机房的特点，其监控设备主要为非智能的低压配电，智能型的开关电源、非智能空调、蓄电池组，以及温湿度、门禁、火警、水浸等环境量。由于设备类型及数量较多且有较大扩容需求，SU需要有较大的容量和灵活的可扩展性。 设备监控单元应根据监控设备系统组成和地域分布情况确定。一般通信局站的每个机房均有一个监控模块(SM)。如果两个机房距离不远(小于1000米)而且两个机房监控的参量在一个监控模块容量内，则可以只设一个监控模块。这样既可以以减少系统复杂程度，又可以降低成本和施工难度。 该单元收集、显示、记录管辖区内各监视点的状态及运作数据资料，指挥设备采集单元执行各种命令;向监控中心SS实时地传送数据，并可接受并执行SS下达的各种控制命令;可查询设定电压、电流、功率、电能、温度及环境变量之值等。它能进行基本的数据处理，具备接入计算机进行现场维护操作的功能。具备接入计算机进行现场维护操作的功能，也可通过接入计算机中运行的终端软件监控该SU本身所监控的所有参数，可在当地实现“四遥”功能。 此级是系统的数据采集层，该级是系统扩容性最强的一级，以后随着工程规模的不断扩大，可以将本地网内所有的中继站纳入进来。由于系统具备很强的扩容性能，因此可以组成
