通信電源監(jiān)控系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

王哲坤，趙廣超

（中國(guó)人民解放軍63880部隊(duì)，河南 洛陽471003）

通信電源作為各種通信系統(tǒng)中必不可少的重要組成部分，其任務(wù)是安全、可靠、高效、穩(wěn)定、不間斷地向系統(tǒng)提供能源，被稱為通信系統(tǒng)的心臟［1－2］。為保證整個(gè)通信系統(tǒng)的暢通，提高電源系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，一方面，要對(duì)電源主電路本身做出改進(jìn)，降低故障率；另一方面，需要對(duì)電源系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控。

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)［1］是對(duì)電源供電系統(tǒng)及備用蓄電池組進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、控制、故障告警和運(yùn)行狀態(tài)顯示，并通過通信網(wǎng)絡(luò)使開關(guān)電源能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)少人或無人值守。它是一個(gè)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過對(duì)分布的通信電源設(shè)備和機(jī)房空調(diào)、照明等設(shè)備設(shè)置必要的監(jiān)控點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)監(jiān)測(cè)和處理系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備的故障。

1 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)通信電源集中維護(hù)，統(tǒng)一管理的基本模式，和郵電部《XTDOS－95通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》及《YDN023－96通信電源和空調(diào)集中監(jiān)控系統(tǒng)》的規(guī)定，監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是一個(gè)多級(jí)的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，一般分為監(jiān)控單元（SU－Supervision Unit）、監(jiān)控站（SS－Supervision Station）和監(jiān)控中心（SC－Supervision Center）三級(jí)結(jié)構(gòu)［2］，如圖1所示。

圖1 分布式監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

目前監(jiān)控系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)和信息交換方面大體可分為兩種方式：一種方式是基于通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，另一種是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通信電源監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)性要求很強(qiáng)的大型分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不論是以通信網(wǎng)還是以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換，其監(jiān)控網(wǎng)監(jiān)控主機(jī)所采用的操作系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)功能的特點(diǎn)，在功能上，為實(shí)現(xiàn)對(duì)電源設(shè)備少人、無人值守的要求，監(jiān)控系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)對(duì)電源設(shè)備故障事件的快速響應(yīng)和故障告警的準(zhǔn)確性。

當(dāng)前，電源監(jiān)控系統(tǒng)在對(duì)基本功能，如遙控遙信遙測(cè)、監(jiān)控信息查詢、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄、實(shí)時(shí)歷史趨勢(shì)、系統(tǒng)配制、遠(yuǎn)端操作、密碼管理、支持聯(lián)網(wǎng)等功能完善的基礎(chǔ)上，不斷擴(kuò)展新的功能，如監(jiān)控系統(tǒng)自診斷、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)圖像監(jiān)控等。

2 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

根據(jù)通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，其關(guān)鍵技術(shù)主要涉及以下幾個(gè)方面[3－4]：

（1）系統(tǒng)規(guī)模與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)規(guī)?？?，由于通信電源產(chǎn)品更新?lián)Q代快，用戶要求的系統(tǒng)容量不一，要求監(jiān)控系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同電源設(shè)備，其容量也應(yīng)便于擴(kuò)充。監(jiān)控系統(tǒng)需要有較大的監(jiān)控規(guī)模，一般需要能涵蓋整個(gè)本地網(wǎng)的能力，監(jiān)控對(duì)象的數(shù)量多，類型復(fù)雜；從結(jié)構(gòu)看，監(jiān)控屬?gòu)V域網(wǎng)范疇，規(guī)模大、數(shù)據(jù)量多，導(dǎo)致其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與一般小規(guī)模的普通局域類設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)不同。

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)具有分布區(qū)域廣、采集點(diǎn)多、信息量大、與配電網(wǎng)和用電負(fù)荷耦合性強(qiáng)等特點(diǎn)，信息之間的共享和交互要求較高。如圖1所示，樹形結(jié)構(gòu)有很好的擴(kuò)容性，結(jié)合分布式結(jié)構(gòu)的并發(fā)特性，整個(gè)系統(tǒng)可在保證性能的前提下，擴(kuò)容到很大的規(guī)模。

（2）監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理方式

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，監(jiān)控中心可能面臨數(shù)量較多的監(jiān)控站點(diǎn)和對(duì)象，必須進(jìn)行分轄區(qū)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理，以減輕監(jiān)控中心負(fù)擔(dān)，故監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)立區(qū)域監(jiān)控中心。區(qū)域監(jiān)控中心負(fù)責(zé)其轄區(qū)內(nèi)所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的收集與處理，作為整個(gè)處理系統(tǒng)的一個(gè)并發(fā)處理分節(jié)點(diǎn)。除了動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)告警信號(hào)實(shí)時(shí)上傳外，各區(qū)域中心并不將其他龐大的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳到總監(jiān)控中心，故總監(jiān)控中心便少了備份各分控中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的龐大工作量。

（3）傳輸方式

根據(jù)通信行業(yè)的實(shí)際情況，通信電源監(jiān)控系統(tǒng)可采用的傳輸方式主要有：

a.遠(yuǎn)程路由網(wǎng)；b.El/2M 抽取時(shí)隙（包括半永久連接）；c.DDN、ISDN 專網(wǎng)；d.通信主設(shè)備維護(hù)通道/公務(wù)信道；e.外部告警通道（此方式嚴(yán)重影響系統(tǒng)架構(gòu)）。

在實(shí)際應(yīng)用中，上述各種傳輸方式往往綜合運(yùn)用，如在FSU－LSC之間采用El/2M 時(shí)隙方式，在LSCCSC之間采用路由網(wǎng)方式。

3 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的功能

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)要求如下：

（1）系統(tǒng)由集中監(jiān)控中心、區(qū)域監(jiān)控中心、監(jiān)控站點(diǎn)組成一個(gè)逐級(jí)匯接的二級(jí)結(jié)構(gòu)。集中監(jiān)控中心（SC）：監(jiān)控所轄區(qū)域監(jiān)控站傳上來的重要信息和重要告警信息；監(jiān)控站（SS，也稱區(qū)域監(jiān)控中心）：監(jiān)控所轄區(qū)域的監(jiān)控單元的所有信息。

（2）數(shù)據(jù)庫采用Svbase商用數(shù)據(jù)庫。

（3）網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議采用TCP/IP。

（4）傳輸接口：

①集中監(jiān)控中心和各區(qū)域監(jiān)控中心組成廣域網(wǎng)。

②區(qū)域監(jiān)控中心和站點(diǎn)采用數(shù)字公務(wù)通道、DDN、2M抽時(shí)隙、MODEM等多種方式組網(wǎng)。

（5）集中監(jiān)控中心和區(qū)域監(jiān)控中心均具有和本地網(wǎng)管系統(tǒng)的接口。

3.1 監(jiān)控單元

監(jiān)控單元直接與被控設(shè)備相連，負(fù)責(zé)周期性地實(shí)時(shí)采集被監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)與工作狀態(tài)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)主動(dòng)地向監(jiān)控站發(fā)送監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)，并接收監(jiān)控中心下達(dá)的監(jiān)控命令。當(dāng)通信發(fā)生中斷時(shí)，監(jiān)控單元能保存主要告警數(shù)據(jù)，在通信恢復(fù)后，具備將通信中斷期間數(shù)據(jù)上報(bào)的功能。監(jiān)控單元作為系統(tǒng)信號(hào)采集和控制執(zhí)行單元，主要功能有［5］：

（1）電源監(jiān)控系統(tǒng)電能采集，有功電能計(jì)量精度0.5級(jí)，可在終端查詢有功總電量、當(dāng)日有功電量、當(dāng)月有功電量，并可在服務(wù)器實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)的查詢；

（2）系統(tǒng)正常工作時(shí)，可通過對(duì)供電線路上的電壓、電流等參數(shù)的檢測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)控直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)的運(yùn)行情況，電壓電流傳感器采集的數(shù)據(jù)通過電能計(jì)量模塊傳送到控制器。如果出現(xiàn)開路、短路等故障時(shí)，立即告警并切斷輸出，判斷故障消失及啟動(dòng)后備電源情況。系統(tǒng)監(jiān)控站點(diǎn)電源供電狀況，包括異常情況記錄功能、告警功能、顯示功能；

（3）系統(tǒng)終端采用GPRS/SMS兩種方式進(jìn)行通訊，正常情況下終端與管理服務(wù)器端通過GPRS進(jìn)行通信；當(dāng)GPRS出現(xiàn)連接故障時(shí)，終端可通過短消息與管理服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；如果二者均不能實(shí)現(xiàn)，則終端能對(duì)未發(fā)送出去的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，待上述情況解除后及時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器；

（4）帶有實(shí)時(shí)時(shí)鐘、環(huán)境溫度采集、遠(yuǎn)程控制和自身供電功能，保證終端可靠運(yùn)行，增強(qiáng)監(jiān)控人員對(duì)環(huán)境的掌控能力，進(jìn)一步確保通信系統(tǒng)安全持續(xù)的運(yùn)行；

（5）狀態(tài)顯示：通過顯示與控制接口實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)，提供查詢和參數(shù)設(shè)置功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通信電源系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并將信息傳遞給監(jiān)控人員。

3.2 區(qū)域監(jiān)控中心

區(qū)域監(jiān)控中心管理各個(gè)監(jiān)控站點(diǎn)，是監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵設(shè)備，它向下與各設(shè)備監(jiān)控單元相連，接收各設(shè)備監(jiān)控單元傳送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后向上一級(jí)傳送，負(fù)責(zé)集中管理所在地區(qū)各個(gè)站點(diǎn)電源監(jiān)測(cè)和控制，具有如下的功能：

（1）收集電能計(jì)量信息，設(shè)定數(shù)據(jù)更新時(shí)間，統(tǒng)計(jì)電能使用情況，包含歷史記錄，具有相關(guān)統(tǒng)計(jì)功能；

（2）各站點(diǎn)運(yùn)行狀況，記錄相關(guān)日志，并提供信息歸類和報(bào)告；

（3）對(duì)前端的注冊(cè)和連接信息管理。

3.3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)是監(jiān)控系統(tǒng)中最高一級(jí)的設(shè)備，具有實(shí)時(shí)監(jiān)視各區(qū)域監(jiān)控中心的工作狀態(tài)并與區(qū)域監(jiān)控中心保持通信的功能，同時(shí)可根據(jù)需要設(shè)置告警等級(jí)、用戶權(quán)限、監(jiān)控性能門限值等參數(shù)。其應(yīng)構(gòu)建在標(biāo)準(zhǔn)、通用的軟硬件基礎(chǔ)平臺(tái)上，具備可靠性、可用性、擴(kuò)展性和安全性，配置原則是在具備基本功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要合理配置擴(kuò)展功能。

3.4 系統(tǒng)整體功能

（1）后備電源自檢功能。如果后備電源工作正常，退出自檢過程，如果不能正常工作則立即發(fā)出告警信息，提示工作人員進(jìn)行維修；

（2）當(dāng)通信站點(diǎn)市電（AC220 V電源）斷電時(shí)，可立即啟動(dòng)蓄電池后備直流電源為本系統(tǒng)供電，同時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)，為站點(diǎn)其他設(shè)備供電，當(dāng)市電恢復(fù)時(shí)，可重新切換到市電供電；

（3）系統(tǒng)可通過顯示與控制接口實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)，查詢站點(diǎn)站號(hào)、供電線對(duì)數(shù)、總電壓、總電流、各單線電流值以及系統(tǒng)相關(guān)時(shí)間等，并能對(duì)局站號(hào)、供電線對(duì)數(shù)、峰值電流等系統(tǒng)重要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；

（4）系統(tǒng)通過GPRS將站點(diǎn)用電量數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息以及故障信息等上傳服務(wù)器端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4 結(jié)束語

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施對(duì)于提高通信電源供電質(zhì)量，使供電系統(tǒng)具有更高的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)通信電源設(shè)備少人、無人值守和集中維護(hù)，以及提高維護(hù)效率，降低維護(hù)成本等方面將發(fā)揮重要作用。

［1］ 李正家.通信電源技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：人民郵電出版社，2009.

［2］ 崔恒源.移動(dòng)通信基站電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)［D］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2009.

［3］ 劉希禹.通信電源與空調(diào)及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)［M］.北京：人民郵電出版社，2009.

［4］ 俞 浩.通信電源監(jiān)控在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.江蘇電機(jī)工程，2011，30（5）：47－49.

［5］ 梁 強(qiáng).基站通信電源及其監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究［D］.天津：天津大學(xué)，2007.