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通信监控系统
摘要
随着科学技术的突飞猛进，我国的通信事业有了飞速的发展，通信网本身随
着基础技术和系统技术的发展走向更高的层次，相应地对电源系统和空调系统的
要求越来越高。
通信事业和科学技术的迅速发展，使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，通过集中监控系统，维护人员可
以发现设备故障，如果有必要，可以派人到现场处理，从而使通信局站不必配备
一定的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的设
备维修、故障处理等。
本论文详细介绍了电源监控的各项知识，包括集中监控的设计原则、集中监
控的监控内容、集中监控的结构组成及硬件的功能，详细论述了监控设备的网络
结构。
关键词：
通信电源集中监控系统
ABSTRACT
Withthedevelopmentofthescienceandtechnology,thecommunication
enterprisesgrowquickly.Basedontheprogressinthebasicandsystematictechnology,thecommunicationnetworkingisalsoimprovingtoahigherlevel.Accordingly,therearemorerequirementsonthepowersupplysystemandairconditioningsystem.Furthermore,moreautomaticalcommunicationdevicesprovidemorepossibilitiesofcentralmonitoringsystem.Agreatdealofpowersupplydevicesandairconditioningdevicesaredistributedinseparatemodules.Usingthemonitoringsystem,themaintenancestaffcanfindthemalfunctionandthensendworkerstosolvetheproblemsonsiteifitisnecessary.Consequentlythecommunicationofficedoesn'tneedtokeepcertainmaintenanceworkersinthecomputerroomwholedayandwholenighttopatrol,takenote,repairandcorrectfailure.
Thisthesisintroducesthedetailedinformationofpowersupplycontrolsystem,suchasdesignprinciple,content,composition,hardwarefunctionandnetworkingstructure.
Keywords:
communicationpowerconcentratesthemonitoringsystem
第一章概述
1.1通信电源监控系统简介
通信电源是电信通信网络的心脏，是保障通信系统正常运行的“源动力”。
只有提供稳定、可靠的通信电源，才能确保整个通信的畅通，通信电源的监控系统就是在此基础上提出来的。
它通过对通信电源设备及机房环境进行遥测、遥信、遥调和遥控，以提高设备维护质量，降低运行维护费用，同时保证系统处于良好的运行状态，从而大幅度地提高整体运行效率，提高通信质量及电源系统的管理水平。
由于新技术、新工艺及高质量的器件在通信设备的生产制造中得到更广泛的应用，使其可靠性、自动化程度有了很大的提高，如：
开关电源设备，UPS，柴油发电机等智能设备以及目前普遍使用的阀控蓄电池组等非智能设备，它们都有较高的可靠性，这对通信电源集中监控管理，以实现通信电源设备少人、无人值守的目的是提供了较好的条件。
而作为维护管理和新型工具通信电源监控系统的可靠性问题也同样至关重要。
因为监控系统可靠性问题解决的好与坏，直接影响到通信电源设备现代维护管理体制的建立和发展，影响到能否提高通信电源设备维护管理水平、提高通信电源供电质量、实现少人无人值守的目的。
因此在电源监控系统是一个大型的实时网络系统，其可靠性一般表现在如下几个方面：
1.监控系统的构成。
考虑到监控系统的局部故障不影响整体的正常运行，采用分布式的网络结构。
在局站、区域分布网络的接点处，采用其监控主机备用方式能提高监控系统运行的可靠性，但因技术相对复杂，成本过高，在实际工程中很少采用。
2.监控软件的性能。
监控是一个要求实时性很强网络系统，特别强调在监控系统设计满容量的情况下，保证其监控系统的技术性能指标符合要求，这就要求监控软件要采用适合大型的实时网络系统的软件平台，在应用软件的设计上采用更先进的手段，应具有更为先进的监控系统的开发使用环境。
3.监控系统的通信于数据传输。
通信和数据传输是监控系统的重要组成部分，如果通信和传输出现问题，与此相关的部分就将失控，严重影响监控系统的可靠性，监控系统的数据传输依靠的是电信网，所以在有条件的情况下要选择较为安全的传输手段，同时也可考虑增设备用传输通道的方法来提高其可靠性，但这样会增加监控系统的传输成本。
另外，在通信机制中要充分考虑在通信过程中来自外界的各种干扰和误码的影响，如数字滤波、通信重发、安区可靠的数码校验方式等。
4.电磁干扰。
数字技术的应用越来越普遍的今天，电磁污染也日益严重。
特别是监控系统的前端采集部分，置于电源设备的现场，更易受到影响。
一般监控系统受到的电磁干扰分计算机内部和来自计算机外部的干扰，计算机内部干扰有信号反射、高频电路辐射、元器件噪声。
来自计算机外部的干扰包括有电器设备的干扰如工频干扰、开关冲击、电磁辐射干扰、电器设备的放电干扰、自然方面的干扰如雷电、电磁脉冲以及静电干扰等，所以抗干扰也是监控系统的重要课题，监控系统的计算机抗干扰通常采取如下措施：
1）计算机内部电路板的制作考虑元器件、布线的合理布置，并采用隔离、分离、定向的办法减少内部电路的干扰。
2）处理好电源馈线、机内贯穿导线的走向，合理设计地线系统及各部分间的电连接来消除和抑制电磁及静电干扰。
3）滤波器防止或减少对电路的干扰。
4）采用屏蔽隔离手段防止或减少电磁的直接干扰。
5）良好的接地方式防止或减少电磁或雷电的干扰。
6）软件数字滤波可防止或减少电磁辐射、电磁脉冲等对通道的干扰。
7）软硬件看门狗可防止由于电磁干扰而产生的程序走飞情况。
监控系统中通过监控主机软件、维护台软件和配置软件，将不同局站的不同情况，根据实际的工作情况来配置采集数据和较直观的人机界面。
利用声光或紧急呼叫进行告警，对于不同的告警可以在维护台上设置，并能抑制无关的告警。
以及对操作权限的设置，都具有完善的管理和维护功能，符合电信的维护管理体制和发展方向。
而且还可以通过不同的软件实现对各端局监控设备的运行数据进行统计、查询及故障分析，掌握各种运维情况。
维护人员还可以根据系统的自诊断功能及时发现监控系统本身的故障，保证系统的完整和正常。
1.2监控系统的网络构成
1.2.1监控系统组成
监控系统一般是有监控中心（SC）、现场局站监控中心（SS）、监控单元（SU）和模块监控（SM）构成，如图1.1所示。
以DDN、PSTN或Internet为传输资源，实现对各端局动力和环境设备的集中监控。
SUPERVISONCENTER
图1.1系统监控站网络示意图
电源监控管理中心SC是通信局站电源系统中以人工维护管理服务为目的的区域性监控中心。
SC监控中心可通过DDN、PSTN或Internet实现与所辖范围内的各现场局站监控中心SS的联网，也可通过电话拨号实现上述功能，使得区域监控中心SC可以实时获取各局站的监控参数。
1.2.2监控中心（SC）组成
SC一般组成如下:
2台区域主监控管理节点机（互为备用），1台热备的历史数据存储用文件服
务器Server（可选），1台工程师站监控管理节点，2台针式打印机。
为了解决区域网络监控管理中心负担过重的问题，一般采用多监控计算机组成局域网的方式，各监控计算机可分别监测不同局站或不同性质的监控量，也可同时并发地监控相同的内容或局站，完成对监控系统的各种数据进行分析、处理、存储等功能。
区域监控管理中心SC系统具有完善的安全管理功能。
系统具有系统口令、操作口令、关键功能口令等三级安全管理功能，未经认可，任何操作都将被置于系统之外。
其功能与局站的设计标准相同。
同时，在安全管理的基础上，系统保证了全面的操作员、操作设备、操作日期、操作时间、操作内容等的记录和查询功能，其性能符合有关技术规范要求。
电源监控管理中心SC应具有以下功能：
（1）数据画面监视
（2）实时/历史趋势图
（3）实时/历史数据报表/统计/打印
（4）报警与报警打印
（5）DDE动态数据交换
（6）实时/历史数据库
（7）故障纪录数据库
（8）设备的遥测、遥信、遥控
还具有完善的区域告警功能，可接收和处理中心以内的所有局站传送的报警信息。
经过系统设置，其它区域的局站信息也可方便地接收和处理，即可实现高级的局站间互监控功能，方便维护管理人员的现场操作。
如果区域监控中心SC可代管或透明监控各管辖区县SS内的局站电源状况，则系统可以通过获取的报警信息，作出派修单和故障报警分析；在画面上，系统可根据报警的级别和报警的位置，自动推出发生故障的局站和所发生故障的设备区域动态图，以利于及时获取最重要信息，帮助维护工作。
1.2.3现场局站监控中心（SS）组成
现场局站监控中心（SS）担负着所在局站通信电源系统各类设备运行参数/状态的动态监测与控制的重要任务，其功能与区域监控管理中心SC大部分相同，在结构上采用先进的分布式工业计算机测控网络。
现场的设备配置要满足灵活性、可靠性、集散式、分布式、可延展性要求。
现场局站监控中心（SS）主要包括了现场处理监控计算机，及其和采集监控单元SU之间的联接网络（布线），需要监控的电源、空调设备和环境条件。
现场处理监控计算机的配置，应根据需求来决定，理论上来说，配置越高、处理速度越快，则越好。
1.2.4监控单元（SU）组成
电源系统中的设备监控单元就是通常所说的监控模块。
监控模块通过RS485总线对各个被监控部分（包括整流模块、交、直流配电部分、蓄电池，甚至还可包括一些环境量）进行控制，控制液晶的显示，接受键盘的操作，并与现场局站监控中心（SS）进行通讯，实现远程监控功能。
当局（站）监控管理中心设在本地通信局（站）时，两者间可用一般的串行数据链路，物理接口为RS485,RS422或RS232C。
其各个检测部分包括：
一、交流配电单元
交流配电单元将市电接入，经过切换送入系统，交流电经分配单元分配后，
一部分提供给开关整流器，一部分作为备用输出，供用户使用。
系统可以由两路市电（或一路市电一路油机）供电，两路市电主备工作方式。
平时由市电1供电，当市电1发生故障时，切换到市电2，在切换过程中，通信设备的供电由蓄电池来供给。
两路市电输入要求有机械或者电器互锁，防止两路交流输入短接。
两者的切换在小系统中一般用电气自动切换，大系统中一般用手动切换。
另外，在交流断电的情况下，交流配电单元提供一路直流应急照明输出。
系统的第二级防雷电路放在交流配电单元中。
交流配电单元内应有监控的取样、检测、显示、告警及通信功能。
图1.2通信电源系统框图
二、整流部分
整流部分的功能是将由交流配电单元提供的交流电变换成48V（或者24V）直流电输出到直流配电单元。
整流部分包括整流模块和结构部分（机架）。
国内还有很多相控整流器在运行。
这种整流电路用可控硅（晶闸管）作为开关器件，通过移相（改变导通角）来控制输出电压，故称相控整流器。
相控整流器工作在工频（50Hz），体积重量大，效率低、对电网的污染严重，并产生大量的热辐射和工频噪音，现在己经逐步被高频开关整流器所替代。
高频开关整流器采用MOSFET和IGBT等新一代开关器件，工作频率大多高于50kHz，体积和重量大幅度下降，消除了噪音，在采用功率因数校正技术后，提高了功率因数，使之接近1。
结构方面，整流机架一方面给整流模块一个安装结构上的支撑，另一方面，整流机架有汇流母排，将各个整流模块的直流输出汇接至直流配电单元。
三、直流配电单元
直流配电单元完成输出直流的分配和备用电池组的接入。
开关整流器的输出经汇流母排接入直流配电单元，配电单元为负载分配不同容量的输出，可满足不同的需要，后备电池组的输入与开关整流器输出汇流母排并联，以保证开关整流器无输出时，后备电池组能向负载供电。
直流配电单元关键在于保证屏内最小压降、监控的可靠实现、内部的布局灵活以方便上下出线。
四、蓄电池组
通信电源系统中采用整流器和蓄电池组并联冗余供电方式。
蓄电池组既为备用电源，又可以吸收高频纹波电流。
目前常用的蓄电池为阀控式密封铅酸蓄电池，即VRLA，因为较之传统的开口型电池密封性好、自放电小、寿命长，又被称为“免维护蓄电池”。
依照其使用环境可分为移动型和固定型两种，又可依据电解质状态分为贫液式和胶体式两种类型。
（1）蓄电池组结构
VRLA由电池槽、极板组、电解液、隔膜、安全阀、引出端子等部分构成。
电池的寿命主要决定于充放电循环周期。
（2）充电特性
蓄电池的两种充电状态分别是正常充电和均衡充电（均充）。
正常充电是电池放电之后、在不脱离负载情况下的充电，包括浮充充电、限流恒压充电和递增电压充电三种。
在蓄电池放电时间较长时，采用限流恒压充电和递增电压充电，在蓄电池放电时间仅为几分钟或者与整流器共同给通信设备供电时，采用浮充充电。
均衡充电是指多节串联的电池（一般为24节）在运行过程中有时会发生容量、端压不一致的情况，为了防止发展为故障电池，采用限流恒压充电和递增电压充电定期补充电池的容量，使多节电池的容量、端压趋于均衡的充电方法。
蓄电池浮充电压的选择是对电池维护好坏的关键，如果选择的太高，会使浮充电流太大，不仅增加能耗，对于密封电池来说，还会因剧烈分解出氢氧气体而使电池爆炸；如果选择太低，则会使电池经常充电不足导致电池加速报废。
根据YD1T799-19%标准要求，浮充电压取值为2.23-2.27V/节。
五、其他
在一些地方出了监控上述内容外，还可能包括高压配电设备、变压器、低压配电设备、柴油发电机组、燃气轮机发电机组、整流配电设备、不间断电源（UPS）、逆变器、集中空调设备、环境温度、湿度、烟感、温感、水浸、门禁、红外告警、玻璃破碎告警等内容。
1.2.5模块监控（SM）组成
通过以上分析可以看出，模块监控（SM）是镶嵌在电源模块内部的监控系统，可以通过参数设置控制电源模块的输出电压、限流点，测量模块输出电压、电流、监视模块故障、保护、输入输出过/欠压。
当接收到监控单元发来的命令，及时将监测模块相应数据及状态通过RS485/RS422通讯上报监控单元。
具体内容包括：
（1）实时采集电源的运行数据，定时记录以供后台读取存档；
（2）对采集的数据进行处理，判断电源的运行状态。
在出现报警时通过传输RS485/RS422及时、准确上报监控单元（SU），；
（3）接受SU发送的控制命令，实现SU对SM的各项配置命令和控制命令，完成系统参数的设置、电池均浮充的手动管理、整流器的开关机控制等；
（4）提供前台显示、输入功能，接收用户通过键盘对电源的工作参数的设置和对电源的控制命令；
（5）显示电源的各项运行数据，在报警时发出声光报警信号，控制相应的报警指示灯并向用户指示报警的原因。
1.3主要研究内容
本文主要研究对象是集中监控系统中的模块监控（SM），即：
（1）完成SM的硬件设计；
（2）完成SM的软件设计。
第二章模块监控总体方案设计
为了完成模块监控的功能，首先要了解系统的总体结构。
2.1AC/DC电源系统总体结构方案
本论文要研究的电源系统是为基站提供26V直流电源，与配电、防雷、监控组成供电系统。
按照总体设计要求，在每个站址内可按需要配置多个机架和模块，不同机架之间通过多组总线互联，从而可以灵活、方便、可靠地按不同的需要实现不同的电源配置。
所以对供电系统也要求能采用灵活、方便、可靠的配电监控方案，如：
集中防雷保护、分布交、直流配电：
即每个机架供电系统自成一体，每个电源单独配备模块监控（SM），负责监控本电源模块及机架内部分环境量，并通过通用监控总线上报系统监控单元（SU），来实现电源的管理和监控等。
其中PMU即指监控单元（SU）。
电源系统原理框图如图2.1所示：
图2.1电源系统框图
220VAC通过交流输入防雷配电单元，经由机柜顶盖EMI滤波器后输入，沿机架左走线槽向下走线，接至电源框母板的输入汇流条上。
在电源框母板上有220VAC电源汇流条、-48VDC汇流条、26VDC汇流条。
当使用AC/DC电源模块时-48VDC汇流条不接。
AC/DC电源模块直接用两个96PIN插座插在母板上，AC/DC电源系统使用4个AC/DC－26V/25A模块（3＋1备份），可以保证至少1950W的输出。
2.2模块监控结构
根据监控要求，出了能够完成相应的功能外，还应该具有自动判定模块位置等功能。
所完成的功能为：
输出量检测（电压测试、电流测试、输出频率测试），输出量设定（输出电压设定、开关机）、各种开关量检测、通信功能、看门狗、位置识别、故障显示灯等功能。
（1）输出量检测
输出电压测试：
定时采集输出电压，在通信时上报。
输出电流测试：
定时采集输出电流，在通信时上报。
输出频率测试：
在系统中如果有交流电源输出，定时采集输出频率，在通信时上报。
（2）输出量设定
电源模块的开关机控制：
在接收到上位机遥控开关机指令后通过开关量处理下达关机指令给电源模块，使电源输出关闭。
电池的均浮充电压设定：
在接收到可上位机的均充电压启动指令后，通过线性光耦转化为模拟量加入到电压控制环节，从而改变输出电压。
（3）开关信号量
交流市电有无信号及交流市电过欠压信号；
模块工作正常/故障状态、
交流模块主备工作状态、冗余量；
（4）地址码输入：
8位地址拨码开关设在模块后面板，监控板上应设有对拨码开关的读取电路及相应输入接口。
（5）面板设计
市电有无：
绿灯1个（市电有指示灯亮）
市电过、欠压：
红灯1个（市电过、欠压指示灯亮）
模块故障：
红灯1个（模块故障指示灯亮）
电池均充：
黄灯1个（均充指示灯亮）
通信发送：
黄灯1个（监控模块发送指示灯亮）
通信接收：
黄灯1个（监控模块接收指示灯亮）
（6）通信接口设置
RS-232,RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，由于RS-232通信距离短、速率低，采用了RS-485通信接口，将传输速率提高到I0Mb/s，传输距离延长到100米。
其特点为
传输方式：
差分
传输介质：
双绞线
标准节点数：
32
最远通信距离：
1200m
共模电压最大、最小值：
+12V；-7V
差分输入范围：
-7V～+12V
接收器输入灵敏度：
士200mV
提供两个RS485口，用于上报监控信息给SU。
第三章模块监控硬件设计
根据第二章的论述，本论文所研究的模块监控是用于前端现场中对各个功能模块的监控，可以实时、准确的监控电源的状态和环境的变化并进行通信。
根据功能要求，设计了监控总体框图，如图3.1所示：
图3.1模块监控硬件框架图
模块监控板主要对模块输出电压、工作状态、输出电压频率等进行实时检测并通过指示灯显示模块工作状态。
模块监控板设有对RS485对外接口，以便及时把相关信息送给监控单元。
为了利于生产和维护，模块监控板采用归一化方式设计，由模块后面板的8位拨码开关来区别不同的模块类型。
模块的电压及开关量等检测信号为在模块内经过变压器板处理的共地信号。
3.1单片机最小系统
单片机最小系统包括：
时钟电路、复位电路、看门狗电路以及使单片机正常工作的电源电路。
时钟电路为单片机提供时钟控制信号，本系统采用了6M的晶振作为CPU的内部时钟源；复位电路可以在单片机正常工作中如需要一个复位信号，以便使单片机上电或按下复位开关时能从头开始工作，它的复位信号低电平有效；看门狗电路MAX813L在单片机受外界干扰时，保证单片机程序不跑飞。
提高系统可靠性。
其具体电路如图3.2所示：
图3.2单片机最小系统
3.2时间记忆电路设计
这里采用DS12C887实时时钟芯片，因为DS12C887实时时钟芯片具有如下特点：
1.自带晶体振荡器及电源，在没有外部电源的情况下可工作十年；
2.内建128字节RAM（其中14字节为时钟控制寄存器，114字节为通用寄存器）；
3.数据、地址总线复用；
4.可用二进制码或BCD码表示时钟信息；
DS12C887实时时钟芯片的管脚描述如图3.3和表3-2所示；
图3.3DS12C887实时时钟芯片
表3-1DS12C887实时时钟芯片管脚详尽功能描述
助字符
名称和功能
AD0~AD7
地址、数据复用总线
Vcc
电源
GND
地
Nc
空脚
MOT
总线类型选择（MOTOROLA/INTEL）
CS
片选
AS
又称ALE，地址锁存使能端
RST
复位端
IRO
中断请求输出端
SQW
方波输出端
R/W
在INTEL总线下作为/WD
DS
在INTEL总线下作为/RD
当VCC高于4.25V，200ms后，芯片可以被外部程序操作；当VCC低于4.25V时，芯片处于写保护状态（所有的输入均无效），同时所有的输出呈高阻状态；当VCC低于3V时，芯片将自动将供电方式切换到内部电池供电。
当系统突然断电时，保证时间数据不丢失，重新通电后，系统以时间为参数，继续工作。
AT89C52单片机最小系统与DS12887实时时钟芯片的连接形式如图3.4所示。
图3.4AT89C52单片机最小系统与DS12887实时时钟芯片的连接
3.3模块地址定义
模块通过不同的地址进行区分，模块地址必须设置不同，相同的地址设置可能会导致监控系统紊乱。
无论模块放在什么位置，通过面板上的拨码开关设置，都可以设置相应的位置，其设计规则如图3.5所示（图中只画出了AD0一路信号，其余AD1~AD7相同）。
图3.5地址设定
八位不同的地址定义如下：
高位低位
拨码开关76543210
11111110模块位置0
11111101模块位置1
11111011模块位置2
11110111模块位置3
11101111模块位置4
11011111模块位置5
10111111模块位置6
01111111模块位置7
3.4V/F变换电路的设计
电压频率转换器（VFC）是一种能够在输入端接受模拟电压或电流信号，通过内部电路的转换，以与输入值成一定比例的频率形式在输出端提供一系列的脉冲或方波的装置。
因此通过使用VFC，在一段时间内用计
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