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机房环境动力监控系统功能介绍及设计需求规划和选择

发布时间:2018-03-06作者:华南腾飞科技点击数:()
 环境动力监控通信网络的选择

  目前有4种常用网络结构:串口和485总线、采用现场总线、采用以太网、混合组网。

  (一)串口和R5485总线
  由于PC上有串口,而智能设备的通信口也多是RS232、RS485等方式,因此二者连接的最简单方法就是通过串口通信,具体模式则主要取决于设备的接口规范。当双方都是R5232串口时,如果距离小于l5m,可以直接连接,而如果距离超出限制,就需要通过R5485连接来满足实际距离,这样在两侧都需要增加R5485/32转换器。当被监测设备是RS485接口,则只有PC侧需要转换器。总之,一条485总线需占用一个PC的RS232串口
  (通过R5485/32转换)。虽然理论上每条总线可以带32个设备,但在实际项目中,往往只将数据量小的开关量采集模块和模拟量采集模块挂在同一条485总线上,对于智能设备则通常采用一个设备对应一个串口(485或232)的方式配置,比如一台空调占用一个口。因此,对于智能设备的通信连接,实质上是星型的、一对一的,即使采用了485线路,也仅仅是为了延长通信距离,或者是因为被监测设备的接口是485接口,而没有真正利用到R5485的另一个优点:它是一条可串接多个不同地址码的智能设备总线。原因之一是因为智能设备数据量大,更主要的是接口驱动开发复杂。这种结构带来的问题是需要PC配置较多的串口才能满足端口数的要求,因为常规的PC或工控机均只有1~2个串口,而机房内的智能设备数量往往大于这个数,因此需要通过多串口卡进行扩展。串口卡宜采用PCI接口。扩展后的PC总串口数(含本机自带串口)应大于所需要的数量,保证扩展空间。带来的另一个问题是需要布置较多的线缆。采用基于485网络的现场采控模块的组网方式,就是基于PC控制的模式。

  (二)现场总线
  根据国际电工委员会(IEC)和美国仪表协会(lSA)的定义:现场总线是连接现场智能设备和自动化系统的数字型、双向传输、多分支结构的通信网络,它的关键标志是能支持双向多节点、总线式的全数字通信,具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。现场总线的标准多达几十种,全世界尚未形成一个统一的标准。在机房监控中常采用的是而Lonworks总线。采用Lonworks总线需要在上位机上安装LON网络接口设备,使上位机具备与Lonworks网络通信的能力。
  与RS485一样,Lonworks也是总线,但RS232、RS485只能代表通信的物理介质层和链路层,如果要实现数据的双向访问,就必须自己编写通信应用程序,但这种程序多数都不能符合IS0/0SI的规范,只能实现较单一的功能,适用于单一设备类型,程序不具备通用性。在R5232或R5485连接的设备网中,如果设备数量超过2台,就必须使用R5485通信,RS485网的设备之间要想互通信息,只有通过"主(master)"设备中转才能实现,这个主设备通常是PC,而这类设备网中只允许存在一个主设备,其余全部是从(slave)设备。
  而现场总线技术是以IS0/0SI模型为基础的,具有完整的软件支持系统,能够解决总线控制、冲突检测、链路维护等问题。现场总线设备自动成网,无主/从设备之分,允许多主存在。在同一个层次上不同厂家的产品可以互换,设备之间具有互操作性。因此,互操作性是Lonworks的最大优势。那么,机房监控中能否实际利用到这个优点呢?从机房监控的特点来看,一些智能设备实际上不能充分利用这个优势,原因是以监视为主的特点造成监控的数据流是从被监测设备流向上位PC机而不是在现场的检测模块间流动。另外,空调设备的控制已经自行解决,对用户而言只是几个参数的人工设置问题,仍然是从PC到空调采控模块的数据传输,不需要与其他模块分享。因此,对此类设备,Lonworks不能发挥主要优点,反而会增大成本,不建议采用。

  (三)以太网组网
  采用以太网是当前的趋势,可以充分利用网络的覆盖面解决布线、远程传送等实际问题。采用以太网组网可以和前面的串口通信、现场总线等混合使用。对于232/485串口,目前基于以太网的转换网关(也叫串口网络通信服务器)实现了PC机上的串口"透明延伸"到现场。因此相关程序不需要改动即可运行。大多数现场总线标准也都已经开发出连接以太网的接口,从而实现现场仍采用现场总线,与PC通信则通过以太网的结构。

  (四)混合组网
  既然各种通信方式各有优缺点,那么根据实际情况将各种网络结构方案组合,就可以综合发挥各种网络结构的优点,提高通信效率,比如需要联动的采用Lonworks,而其他则采用串口通信。
 
  七、现场采控设备的选择

  (一)常用的现场采控设备
  机房内常用的基于串口网络的现场采控设备是多串口卡、RS485/32转换器、数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模块。
  (1)多串口卡。用以扩充PC串口数量。常用的有2、4、8端口的。串口卡选择时应注意选择带浪涌保护功能的光电隔离型产品。串口类型选择应和被监测设备相符,在设备接口未明确是RS232还是485时,可选择带可转换接口类型的产品。
  (2)RS485/32转换器。用以实现RS232的远距离传输或实现485线路和PC串口的连接。建议采用光电隔离型产品。常用的是单路转换器。
  (3)数字输入模块。简称DI,用于采集现场的开关量信号如风机、配电开关的状态信号等,并将其转化为数字信号通过RS485进行传输。
  (4)数字输出模块。简称跃DO,用于开关量控制,比如开灯控制。需要注意的是,这类模块和PLC或DDC不同,它仅仅是将上位机的动作命令输出给被控设备去执行,自身并没有决策控制功能。
  (5)模拟输入模块。简称AI,用于如温湿度模拟信号的采集和传输。模拟量输入有电压和电流型之分。选择时应根据传感器的输出接口形式来确定AI的接口形式,二者要一致,包括信号量程范围。

  (二)根据安装模式选择
  DI、DO、AI等模块分两种安装模式:独立式和组合式。组合式安装模式可以共用底板,共用一个通信接口、一个地址和电源,初期配置不必配满,扩容时只增加功能模块即可。而且组合后的容量很大,可达数百个DI通道和上百个AI通道,适合大容量集中采控。而独立式安装模式每个都有一个通信口,需要单独赋予地址,扩展时只能整个增加,单个模块的容量有限,一般AI仅8路信号,DI仅16个通道,适合分散式采集。

  (三)根据被监测设备的位置布局选择
  相近的设备可以共用一个多路Dl、AI,这样可以节约成本。设备距离较远时则应分别配置模块。

  (四)根据扩展性选择
  对DI、DD、AI等应留有扩展通道,方便扩容和在发生故障时的临时替换。
  
(五)根据兼容的通信协议选择
  模块应支持标准的MODBUS协议,便于开发。
 
八、环境动力监控系统软件的选择

  (一)常用的环境动力监控系统软件
  目前市场上应用在机房环境的监控系统软件主要分两大类:通用SCADA/HMI软件和专用软件。通用控制软件可以应用在机房、楼宇、工厂等众多领域,一般采取组态的方法来实现每个具体项目监控系统软件的开发。由于需要兼顾各个行业,软件的通用性强,功多,集成性好,开放。其最大的优点在于开放性,用户不必因为软件而被绑定在一个集成商身上,其他集成商也可以维护,风险小。而专用软件则仅仅是针对机房监控应用开发的,功能单一、封闭、二次开发困难,而且只能由原厂商维护。
  SCADA(supervisorycontrolanddataacquisition)系统,即数据采集与监视控制系统,HMI则是人机界面(humanmachineinterface)的简称。HMI广义的解释就是"使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口"。在机房里,要搜集机房关键房间、区域的温度、湿度以及电源、空调设备的状态等等的信息,通过一台主控器监视并记录这些参数,并在一些意外状况发生的时候能够加以处理,这便是一个很典型的SCADA/HMI的运用,一般而言,HMI系统必须有几项基本的能力:
  (1)实时的资料显示。把采集的资料经换算后立即显示在屏幕上。
  (2)自动记录资料。自动将资料储存至数据库中,以便日后查看。
  (3)警报的产生与记录。使用者可以定义一些警报产生的条件,比方说温度过度或压力超过临界值,在这样的条件下系统会产生警报,通知作业员处理。
  (4)历史资料趋势显示。把数据库中的资料作可视化的呈现。
  (5)报表的产生与打印。能把资料转换成报表的格式,并能够打印出来。
  (6)图形接口控制。操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置。

  (二)选择环境力监控系统软件应把握的原则
  开放性:保证系统可兼容更多的采集设备,能够与更多的应用软件交换数据。其中,对OPC接口的支持非常必要。OPC是用于过程控制的OLE。在传统系统中,解决客户应用程序从数据源(如现场设备、SCADA系统等)读取数据的方法是为不同的客户应用程序编写不同的驱动程序。这种方式存在许多问题,如同一个设备为适应不同的应用程序可能需要多种驱动程序,不同的驱动程序之间存在着不一致性,驱动程序对硬件存在着极大的依赖性等等。为了解决这些问题,一些与微软公司合作的自动化硬件和软件供应商联合制定了一套称为OPC规范的OLE/COM接口协议,以此来提高过程控制申现场设备以及应用程序之间的互操作性。
  可以说OPC是监控软件的现场总线,其基本思想是:每个硬件供应商为其设备开发一个通用的数据接口(即OPCserver),供其他系统读写信息,客户的应用软件也可以通过OPC规范的接口来读写硬件设备的信息。由于硬件供应商通常将硬件驱动程序封装成OPCserver单独出售,这样作为OPC数据客户端的上层应用,可以不包含任何通信接口程序,不必关心底层硬件内部的具体细节,只需遵循OPC数据接口协议,就能够从不同的硬件供应商提供的OPC数据服务器中取得数据。另一个重要的特性就是对主流数据库的支持,没有数据库的支撑,监控软件功能将大打折扣。对数据库的支持以MSSQLserver、ACCESS为主。
  易用性:软件应采用组态的方式进行二次开发,功能强大灵活,简单易用。对开发者来说,可以极大地节约开发时间,而不用为某些要求单独编写程序。对用户前言,许多用户往往缺少专业知识,易用的软件可以使用户快速掌握,甚至可以自行开发一些需要的简单功能。
  扩展性:在选择软件时,软件支持的变量容量是一个关键参数。通常用支持的变量标记名(TAG)数量来衡量。常见的软件容量分为64、128、256、512、1024、3000、无限点。每一个变量点可以表示一个实际参数如电压、电流或温度等。不同品牌的软件对点数的划分有不同的解释,主要有两类计算方法:一是只计算I/O变量;二是对I/O变量和中间变量均计算。I/O变量指监控软件与其他应用程序交换数据用到的变量,比如采集的温湿度、电压、电流、功率值为输人变量(input),控制空调开关机的信号为输出变量(output)。而中间变量则仅在监控软件内部使用,比如内部条件判断变量。在规划设计时,需要针对项目的具体情况,对需要用到的变量数量做出估算,并预留20%左右的变量数以备扩展。
  先进性:监控的作用实质上是两类功能:采集信息以及处理信息。从采集信息角度看,软件应能支持较多的通信协议和接口,比如现场总线、OPC等,以便能支持更多的设备。从处理信息来看,除了要求软件能够实现前面所描述的各种基本功能外,还要求能够提供更多的基于后台数据库的分析工具,帮助用户更好地掌握机房运行规律。
 

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