機房環(huán)境動力監(jiān)控系統(tǒng)功能介紹及設計需求規(guī)劃和選擇(下）

yi321yi 2016-07-17

展開全文

六、環(huán)境動力監(jiān)控通信網(wǎng)絡的選擇

　　目前有4種常用網(wǎng)絡結構:串口和485總線、采用現(xiàn)場總線、采用以太網(wǎng)、混合組網(wǎng)。

　　(一)串口和R5485總線
　　由于PC上有串口，而智能設備的通信口也多是RS232、RS485等方式，因此二者連接的最簡單方法就是通過串口通信，具體模式則主要取決于設備的接口規(guī)范。當雙方都是R5232串口時，如果距離小于l5m，可以直接連接，而如果距離超出限制，就需要通過R5485連接來滿足實際距離，這樣在兩側都需要增加R5485/32轉換器。當被監(jiān)測設備是RS485接口，則只有PC側需要轉換器?？傊?，一條485總線需占用一個PC的RS232串口
　　(通過R5485/32轉換)。雖然理論上每條總線可以帶32個設備，但在實際項目中，往往只將數(shù)據(jù)量小的開關量采集模塊和模擬量采集模塊掛在同一條485總線上，對于智能設備則通常采用一個設備對應一個串口(485或232)的方式配置，比如一臺空調占用一個口。因此，對于智能設備的通信連接，實質上是星型的、一對一的，即使采用了485線路，也僅僅是為了延長通信距離，或者是因為被監(jiān)測設備的接口是485接口，而沒有真正利用到R5485的另一個優(yōu)點:它是一條可串接多個不同地址碼的智能設備總線。原因之一是因為智能設備數(shù)據(jù)量大，更主要的是接口驅動開發(fā)復雜。這種結構帶來的問題是需要PC配置較多的串口才能滿足端口數(shù)的要求，因為常規(guī)的PC或工控機均只有1~2個串口，而機房內的智能設備數(shù)量往往大于這個數(shù)，因此需要通過多串口卡進行擴展。串口卡宜采用PCI接口。擴展后的PC總串口數(shù)(含本機自帶串口)應大于所需要的數(shù)量，保證擴展空間。帶來的另一個問題是需要布置較多的線纜。采用基于485網(wǎng)絡的現(xiàn)場采控模塊的組網(wǎng)方式，就是基于PC控制的模式。

　　(二)現(xiàn)場總線
　　根據(jù)國際電工委員會(IEC)和美國儀表協(xié)會(lSA)的定義:現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字型、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡，它的關鍵標志是能支持雙向多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通信，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、通信速率快、系統(tǒng)安全、造價低廉、維護成本低等特點。現(xiàn)場總線的標準多達幾十種，全世界尚未形成一個統(tǒng)一的標準。在機房監(jiān)控中常采用的是而Lonworks總線。采用Lonworks總線需要在上位機上安裝LON網(wǎng)絡接口設備，使上位機具備與Lonworks網(wǎng)絡通信的能力。
　　與RS485一樣，Lonworks也是總線，但RS232、RS485只能代表通信的物理介質層和鏈路層，如果要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問，就必須自己編寫通信應用程序，但這種程序多數(shù)都不能符合IS0/0SI的規(guī)范，只能實現(xiàn)較單一的功能，適用于單一設備類型，程序不具備通用性。在R5232或R5485連接的設備網(wǎng)中，如果設備數(shù)量超過2臺，就必須使用R5485通信，RS485網(wǎng)的設備之間要想互通信息，只有通過'主(master)'設備中轉才能實現(xiàn)，這個主設備通常是PC，而這類設備網(wǎng)中只允許存在一個主設備，其余全部是從(slave)設備。
　　而現(xiàn)場總線技術是以IS0/0SI模型為基礎的，具有完整的軟件支持系統(tǒng)，能夠解決總線控制、沖突檢測、鏈路維護等問題。現(xiàn)場總線設備自動成網(wǎng)，無主/從設備之分，允許多主存在。在同一個層次上不同廠家的產品可以互換，設備之間具有互操作性。因此，互操作性是Lonworks的最大優(yōu)勢。那么，機房監(jiān)控中能否實際利用到這個優(yōu)點呢?從機房監(jiān)控的特點來看，一些智能設備實際上不能充分利用這個優(yōu)勢，原因是以監(jiān)視為主的特點造成監(jiān)控的數(shù)據(jù)流是從被監(jiān)測設備流向上位PC機而不是在現(xiàn)場的檢測模塊間流動。另外，空調設備的控制已經自行解決，對用戶而言只是幾個參數(shù)的人工設置問題，仍然是從PC到空調采控模塊的數(shù)據(jù)傳輸，不需要與其他模塊分享。因此，對此類設備，Lonworks不能發(fā)揮主要優(yōu)點，反而會增大成本，不建議采用。

　　(三)以太網(wǎng)組網(wǎng)
　　采用以太網(wǎng)是當前的趨勢，可以充分利用網(wǎng)絡的覆蓋面解決布線、遠程傳送等實際問題。采用以太網(wǎng)組網(wǎng)可以和前面的串口通信、現(xiàn)場總線等混合使用。對于232/485串口，目前基于以太網(wǎng)的轉換網(wǎng)關(也叫串口網(wǎng)絡通信服務器)實現(xiàn)了PC機上的串口'透明延伸'到現(xiàn)場。因此相關程序不需要改動即可運行。大多數(shù)現(xiàn)場總線標準也都已經開發(fā)出連接以太網(wǎng)的接口，從而實現(xiàn)現(xiàn)場仍采用現(xiàn)場總線，與PC通信則通過以太網(wǎng)的結構。

　　(四)混合組網(wǎng)
　　既然各種通信方式各有優(yōu)缺點，那么根據(jù)實際情況將各種網(wǎng)絡結構方案組合，就可以綜合發(fā)揮各種網(wǎng)絡結構的優(yōu)點，提高通信效率，比如需要聯(lián)動的采用Lonworks，而其他則采用串口通信。

　七、現(xiàn)場采控設備的選擇

　　(一)常用的現(xiàn)場采控設備
　　機房內常用的基于串口網(wǎng)絡的現(xiàn)場采控設備是多串口卡、RS485/32轉換器、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊、模擬輸入模塊。
　　(1)多串口卡。用以擴充PC串口數(shù)量。常用的有2、4、8端口的。串口卡選擇時應注意選擇帶浪涌保護功能的光電隔離型產品。串口類型選擇應和被監(jiān)測設備相符，在設備接口未明確是RS232還是485時，可選擇帶可轉換接口類型的產品。
　　(2)RS485/32轉換器。用以實現(xiàn)RS232的遠距離傳輸或實現(xiàn)485線路和PC串口的連接。建議采用光電隔離型產品。常用的是單路轉換器。
　　(3)數(shù)字輸入模塊。簡稱DI，用于采集現(xiàn)場的開關量信號如風機、配電開關的狀態(tài)信號等，并將其轉化為數(shù)字信號通過RS485進行傳輸。
　　(4)數(shù)字輸出模塊。簡稱躍DO，用于開關量控制，比如開燈控制。需要注意的是，這類模塊和PLC或DDC不同，它僅僅是將上位機的動作命令輸出給被控設備去執(zhí)行，自身并沒有決策控制功能。
　　(5)模擬輸入模塊。簡稱AI，用于如溫濕度模擬信號的采集和傳輸。模擬量輸入有電壓和電流型之分。選擇時應根據(jù)傳感器的輸出接口形式來確定AI的接口形式，二者要一致，包括信號量程范圍。

　　(二)根據(jù)安裝模式選擇
　　DI、DO、AI等模塊分兩種安裝模式:獨立式和組合式。組合式安裝模式可以共用底板，共用一個通信接口、一個地址和電源，初期配置不必配滿，擴容時只增加功能模塊即可。而且組合后的容量很大，可達數(shù)百個DI通道和上百個AI通道，適合大容量集中采控。而獨立式安裝模式每個都有一個通信口，需要單獨賦予地址，擴展時只能整個增加，單個模塊的容量有限，一般AI僅8路信號，DI僅16個通道，適合分散式采集。

　　(三)根據(jù)被監(jiān)測設備的位置布局選擇
　　相近的設備可以共用一個多路Dl、AI，這樣可以節(jié)約成本。設備距離較遠時則應分別配置模塊。

　　(四)根據(jù)擴展性選擇
　　對DI、DD、AI等應留有擴展通道，方便擴容和在發(fā)生故障時的臨時替換。
　　

(五)根據(jù)兼容的通信協(xié)議選擇
　　模塊應支持標準的MODBUS協(xié)議，便于開發(fā)。

八、環(huán)境動力監(jiān)控系統(tǒng)軟件的選擇

　　(一)常用的環(huán)境動力監(jiān)控系統(tǒng)軟件
　　目前市場上應用在機房環(huán)境的監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要分兩大類:通用SCADA/HMI軟件和專用軟件。通用控制軟件可以應用在機房、樓宇、工廠等眾多領域，一般采取組態(tài)的方法來實現(xiàn)每個具體項目監(jiān)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)。由于需要兼顧各個行業(yè)，軟件的通用性強，功多，集成性好，開放。其最大的優(yōu)點在于開放性，用戶不必因為軟件而被綁定在一個集成商身上，其他集成商也可以維護，風險小。而專用軟件則僅僅是針對機房監(jiān)控應用開發(fā)的，功能單一、封閉、二次開發(fā)困難，而且只能由原廠商維護。
　　SCADA(supervisorycontrolanddataacquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，HMI則是人機界面(humanmachineinterface)的簡稱。HMI廣義的解釋就是'使用者與機器間溝通、傳達及接收信息的一個接口'。在機房里，要搜集機房關鍵房間、區(qū)域的溫度、濕度以及電源、空調設備的狀態(tài)等等的信息，通過一臺主控器監(jiān)視并記錄這些參數(shù)，并在一些意外狀況發(fā)生的時候能夠加以處理，這便是一個很典型的SCADA/HMI的運用，一般而言，HMI系統(tǒng)必須有幾項基本的能力:
　　(1)實時的資料顯示。把采集的資料經換算后立即顯示在屏幕上。
　　(2)自動記錄資料。自動將資料儲存至數(shù)據(jù)庫中，以便日后查看。
　　(3)警報的產生與記錄。使用者可以定義一些警報產生的條件，比方說溫度過度或壓力超過臨界值，在這樣的條件下系統(tǒng)會產生警報，通知作業(yè)員處理。
　　(4)歷史資料趨勢顯示。把數(shù)據(jù)庫中的資料作可視化的呈現(xiàn)。
　　(5)報表的產生與打印。能把資料轉換成報表的格式，并能夠打印出來。
　　(6)圖形接口控制。操作者能夠透過圖形接口直接控制機臺等裝置。

　　(二)選擇環(huán)境力監(jiān)控系統(tǒng)軟件應把握的原則
　　開放性:保證系統(tǒng)可兼容更多的采集設備，能夠與更多的應用軟件交換數(shù)據(jù)。其中，對OPC接口的支持非常必要。OPC是用于過程控制的OLE。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，解決客戶應用程序從數(shù)據(jù)源(如現(xiàn)場設備、SCADA系統(tǒng)等)讀取數(shù)據(jù)的方法是為不同的客戶應用程序編寫不同的驅動程序。這種方式存在許多問題，如同一個設備為適應不同的應用程序可能需要多種驅動程序，不同的驅動程序之間存在著不一致性，驅動程序對硬件存在著極大的依賴性等等。為了解決這些問題，一些與微軟公司合作的自動化硬件和軟件供應商聯(lián)合制定了一套稱為OPC規(guī)范的OLE/COM接口協(xié)議，以此來提高過程控制申現(xiàn)場設備以及應用程序之間的互操作性。
　　可以說OPC是監(jiān)控軟件的現(xiàn)場總線，其基本思想是:每個硬件供應商為其設備開發(fā)一個通用的數(shù)據(jù)接口(即OPCserver)，供其他系統(tǒng)讀寫信息，客戶的應用軟件也可以通過OPC規(guī)范的接口來讀寫硬件設備的信息。由于硬件供應商通常將硬件驅動程序封裝成OPCserver單獨出售，這樣作為OPC數(shù)據(jù)客戶端的上層應用，可以不包含任何通信接口程序，不必關心底層硬件內部的具體細節(jié)，只需遵循OPC數(shù)據(jù)接口協(xié)議，就能夠從不同的硬件供應商提供的OPC數(shù)據(jù)服務器中取得數(shù)據(jù)。另一個重要的特性就是對主流數(shù)據(jù)庫的支持，沒有數(shù)據(jù)庫的支撐，監(jiān)控軟件功能將大打折扣。對數(shù)據(jù)庫的支持以MSSQLserver、ACCESS為主。
　　易用性:軟件應采用組態(tài)的方式進行二次開發(fā)，功能強大靈活，簡單易用。對開發(fā)者來說，可以極大地節(jié)約開發(fā)時間，而不用為某些要求單獨編寫程序。對用戶前言，許多用戶往往缺少專業(yè)知識，易用的軟件可以使用戶快速掌握，甚至可以自行開發(fā)一些需要的簡單功能。
　　擴展性:在選擇軟件時，軟件支持的變量容量是一個關鍵參數(shù)。通常用支持的變量標記名(TAG)數(shù)量來衡量。常見的軟件容量分為64、128、256、512、1024、3000、無限點。每一個變量點可以表示一個實際參數(shù)如電壓、電流或溫度等。不同品牌的軟件對點數(shù)的劃分有不同的解釋，主要有兩類計算方法:一是只計算I/O變量;二是對I/O變量和中間變量均計算。I/O變量指監(jiān)控軟件與其他應用程序交換數(shù)據(jù)用到的變量，比如采集的溫濕度、電壓、電流、功率值為輸人變量(input)，控制空調開關機的信號為輸出變量(output)。而中間變量則僅在監(jiān)控軟件內部使用，比如內部條件判斷變量。在規(guī)劃設計時，需要針對項目的具體情況，對需要用到的變量數(shù)量做出估算，并預留20%左右的變量數(shù)以備擴展。
　　先進性:監(jiān)控的作用實質上是兩類功能:采集信息以及處理信息。從采集信息角度看，軟件應能支持較多的通信協(xié)議和接口，比如現(xiàn)場總線、OPC等，以便能支持更多的設備。從處理信息來看，除了要求軟件能夠實現(xiàn)前面所描述的各種基本功能外，還要求能夠提供更多的基于后臺數(shù)據(jù)庫的分析工具，幫助用戶更好地掌握機房運行規(guī)律。

機房環(huán)境動力監(jiān)控系統(tǒng)功能介紹及設計需求規(guī)劃和選擇(上）