YAM电力通信网监控管理系统总体设计方案.docx
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YAM电力通信网监控管理系统总体设计方案
标题：
YAM-2000电力通信网
通信设备及环境集中监控管理系统总体设计方案
编号：
版本号：
版本1.0
拟制：
田斌日期：
1999.7
审核：
日期：
标准化：
日期：
批准：
日期：
深圳市亚奥新实业有限公司监控事业部
一、设计输入
1.1应用范围
电力通信系统是电网安全稳定控制系统和调度自动化系统的基础，是现代电力系统不可缺少的组成部分。
随着城乡电网改造的不断深入，电力通信网的建设规模不断发展和日益壮大，形成了包括电力线载波、数字微波、模拟微波、光纤、卫星、无线等多种通信方式并举的通信网络。
电力通信系统已不仅仅是为电力调度、自动化、防汛指挥服务，同时还要为生产管理、基建、办公自动化服务，是电力生产指挥和管理的重要支柱。
为了确保各种信息稳定、可靠、迅速、准确的传送，提高通信网络的运行效率，对通信网络系统的运行可靠性提出了更高的要求。
随着网络通信设备日益更新，通信网络结构日趋复杂，如何及时、有效地维护和管理好电力通信网是运维管理部门迫切希望解决的问题。
目前网局级和省局级都设立了运行管理值班室及通信调度部门，虽有对各种通信专业的运行归口协调职能，但不能及时掌握系统运行状况和指挥处理系统运行障碍，对通信电路运行监视通常是由各专业运行部门采用打电话来了解和判断处理故障，各种电路的运行管理联系是松散的，这种采取传统的分散管理和人工维护的方法，维护效率低，及时性差，已远不能适应现代通信技术发展的需要，因此，装备功能完善的通信网监控管理系统，实现通信或变电站的少人甚至无人值守，推动电力通信网的管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展，从而为最终建立符合现代电力通信网技术要求的维护体制打下坚实的物质基础就显得日益重要。
YAM-2000电力通信网集中监控管理系统的网络拓扑结构与电力通信网调度管理体制相对应，分为五级：
即部级、网局级、省局级、地区级和县级。
YAM-2000系统适用于对各个通信站机房电力通信网的通信设备（如载波设备、微波设备、交换设备、光端设备等）、通信辅助设备（如电源设备、空调等）以及机房环境（如烟雾、红外、水浸、温度、湿度、玻璃破碎及出入门禁管理）等进行监视、控制和管理，能够对通信网中各种设备及通信机房环境实现“四遥”（遥测、遥信、遥控、遥视），使运行管理指挥部门能够及时发现通信电路或设备的故障，缩短维修停运时间，提高设备的维护管理水平和通信质量，降低系统维护成本，提高整体工作效率，以达到最终提高整个电力通信网的社会和经济效益的目的。
YAM-2000系统由通信设备监控子系统、动力设备监控子系统、环境监控子系统及远程图像监视子系统四大功能子系统组成，可根据用户的需要任意组合，且各个子系统之间既相互独立，又能有机的联系在一起，保证系统的扩容和组态方便。
YAM-2000监控系统的功能包括故障管理、配置管理、性能管理及安全管理，同时系统还备有远程登录功能，以便有关人员远程登录到系统，了解和查询系统中各站通信设备、通信辅助设备和机房环境的运行状态及参数。
YAM-2000系统不仅适用与电力通信网的集中监控管理，还适用与电信、交通、公安、金融、消防、保安、铁路、化工、水利、商场、仓库和楼宇监控等领域。
1.2主要特点
YAM-2000电力通信网集中监控管理系统既要满足各通信设备、通信辅助设备和环境的技术性能，又要实现这些设备运行管理的具体要求，因此，如何综合应用高速发展的计算机网络技术和软件工程技术和思想来指导本系统的开发是一个关键性的问题。
YAM-2000电力网集中监控管理系统具有以下的主要技术特点：
采用先进的体系结构
YAM-2000系统采用基于客户机/服务器（Client/Server）体系结构，为客户机与服务器的应用程序之间提供透明的通道，以提高系统的灵活性和适应系统的可扩充性。
由于所有的应用软件均在传输（T）层上开发，对应用系统提供了统一的接口，因而屏蔽了因具体计算机硬件和网络不同而造成的差异。
系统的先进性和开放性
为保证YAM-2000系统应用、技术和市场的生命力，并保持系统网络与其它各系统互连的方便性，系统设计时采用中文WindowsNT4.0服务器平台、MSSQLServer6.5关系数据库技术、TCP/IP开放式网络互连协议、各业务台采用中文Windows95/98界面。
系统的有效性和实用性
针对电力网信息流的特点，YAM-2000系统采用树型结构的网络拓扑，可确保整个网络系统的分布式处理，提高分布式数据库查询及分布式信息传输的实时性。
为确保用户投资资源的有效性，在网络设计时，因为网络的组网方式灵活，所以可根据用户目前的应用及将来的发展确定网络的联网手段，就网络设备而言，由于支持多协议和分级结构，不会因升级而被淘汰。
用户终端工作台采用Windows图形界面，中文显示，为用户提供了一个方便、友好的操作维护界面，整个系统的配置灵活、经济、实用。
系统的可靠性和稳定性
网络系统的故障可能直接给应用带来灾难性的损失，网络的可靠性主要是防止在网上出现单个破损点，其主要取决于网络设备、网络线路、网络拓扑设计的合理性、网络通信接口的可靠性、网络通信软件的可靠性等等。
一般而言，网络设备的可靠性均较主机设备高，其MTBF（平均无故障时间）在十几万小时到几十万小时。
由于我国的电力通信线路近几年发生了巨大的变化，提供高质量和高可靠的传输通信已不是问题，加之，YAM-2000系统中网络通信软件的自动检测和自动重新建链功能、应用软件中的失败重发功能等等有效地提高了系统的可靠性和运行的稳定性。
树形的网络拓扑使当某条广域的通信线路出现故障时，不会对整个网络产生大的影响。
网络通信接口的可靠性直接与网络接口设备的选择有关。
系统的安全性和保密性
YAM-2000系统中提供三级安全和保密控制：
一是用户预先注册制和口令鉴别，用户进入YAM-2000系统时，必须提供代表其身份的工号和密码，只有授权的用户才可进入系统。
二是文件存取权限控制，不同的网络终端和操作员对文件具有不同的存取权限，只有超级用户（系统管理员）才有对所有文件的全部存取权。
除网络系统本身提供了存取控制外，操作系统、数据库系统及应用软件都有相应的存取控制。
三是操作员的分级管理，不同操作员具有不同级别（共分三级）的操作维护权限，用户必须有一定的操作级别才能使用相关的操作维护命令。
系统的可扩展性和升级能力
YAM-2000系统设计时并不是追求高配置和高速度，而是在保证网络的先进性和实时性的同时，选择具有良好扩展性和升级能力的网络设备，设计出具有良好扩展性的网络拓扑，以保证在YAM-2000系统应用软件不变的条件下，整个网络系统具有很好的可扩展性和升级能力，如选用具有良好开放性的网络协议和平台，易于扩充和升级，网络设备选用多协议路由器，可用于PSTN、X.25网、DDN和ISDN等等。
系统的可维护性与网络管理
YAM-2000系统本身的维护和管理十分重要，它直接关系到整个监控管理系统网络是否稳定而可靠地运行。
YAM-2000系统的维护模块可对整个系统各网络链路和监控设备进行维护，可以对系统的运行状态进行检测、故障记录和故障定位；同时还可以对远端模块进行复位、启动自检、软件或数据加载、配置数据访问和重新启动等。
最大限度的缩短系统的维护时间（MTTR）。
可互操作性
YAM-2000系统具有较强的可互操作性，即系统能与其他IT系统交换信息。
如可与电力调度自动化系统、电力管理系统相互交换信息。
使其和现有的或将有的IT系统有机的融为一体。
组态
YAM-2000系统具有较强的组态功能，这样可大大增强了系统的适应能力。
组态包括网络体系结构的组态、监控中心/站中业务台功能的组态、报表组态、前端采集模块的组态等。
目前电力通信网主要有微波、光纤和电力线载波等组成，在不同的区域用户所能提供给监控系统的传输通道是不同的，YAM-2000系统在组网方式上必须具有组态功能，针对不同的传输方式建成不同的网络体系结构。
根据用户的需求，监控系统的规模不一，相应各级监控中心、主站或子站的业务台的数量和各个业务台所包含的功能也有所不同。
根据监控规模大小和监控内容的多少，可以将用户所需的功能安排在某一个台位上，也可进行重新配置，将所需功能分配到多个业务台位上或将若干业务台位的功能合并到一个业务台位上。
就业务台中某些功能而言，也需具有组态功能，如操作界面和报表等，可以根据用户的需要定制报表格式，根据被监控设备的实际情况，配置操作界面。
前端采集模块具有组态功能的含义为：
针对具体的被监控设备，通过对前端模块的现场配置，在逻辑上可以认为某一监控模块就是为监控某一被监控设备的专门设计的专用设备，也就是说前端采集模块应具有较高的智能性和可配置性。
1.3技术功能
1.3.1、告警管理功能
1.3.1.1告警信息的实时采集处理
1.3.1.1.1告警信息的实时采集处理由YAM-2000系统的前端数据采控模块完成，数据采控模块实时地接收被监控设备所输出的所有告警或设备运行状态信息，实时接收机房的环境参数，这些告警信息或状态参数的内容至少包括如下：
机房的环境告警，如温度、湿度、红外、水浸、门禁等。
通信设备的告警，如交换机、电力线载波机、光纤传输设备、微波设备、无线扩频设备等。
通信辅助设备的告警，如高/低压配电屏设备、蓄电池、空调、太阳（风）能等。
通信机房的实时图象及语音。
对于以上设备各个采控点的具体分布情况，请参见“电力通信网通信设备及环境集中监控系统技术要求”一文中的有关章节。
机房所需监控的环境量，应根据机房的实际情况以及用户的具体要求来定。
1.3.1.1.2在YAM-2000系统的体系结构中，前端数据采控设备将采集接收到的各类告警信息保存在本地的通信控制设备中，同时还将这些告警信息或状态参数发送到监控中心，由监控中心的监控处理机写入服务器上的告警动态数据库中，告警数据汇总到一块，集中按告警产生地点和日期存放。
在前端数据采控设备中要求保留七天的原始数据，监控中心分类处理的数据至少保留一年，在监控中心可将保留的数据进行转储，长期保存。
1.3.1.1.3为使前端数据采控模块采集接收到的各类告警信息清晰有序的显示在监控站的业务台上，对一些同时发生的相关告警必须进行处理，系统具有将多个（种）低级告警归并成一个更高一级告警的告警过滤功能，如前端的市电同时三相缺相告警，系统应能将其判断归并为市电掉电告警。
1.3.1.1.4根据实际情况或用户的要求，YAM-2000系统具有自动/人工设防和撤防功能。
可按时段、机房（环境）或设备分别进行告警屏蔽，并可对一些告警/正常状态进行设置，如对设备进行正常维护时，屏蔽此设备的所有告警。
夏天空调开为正常状态，关则需告警，冬季则反之。
1.3.1.2故障告警监视
故障告警监视可对电力通信网内各通信设备、通信辅助设备和机房环境的告警信息进行集中监视，对重要告警采用多媒体技术分类或不分类实时地进行可视、可闻的告警提示，包括采用图形分层显示和定位查询故障告警信息。
1.3.1.2.1全网告警监视
全网的集中告警监视是故障管理系统的主要功能之一，它以图形（地图）或树形控件的方式显示监视网络中各种设备的当前告警情况并统计当前所发生的重要告警，例如持续时间最长的告警和发生频度最高的告警等。
当某设备或机房有告警发生时，监视网络图中表示该设备或机房的图标颜色发生相应变化，并发出声音提示，同时呼通该设备或机房值班人员的寻呼机，在值班人员的寻呼机显示有关告警信息。
当需要进行告警定位时可用鼠标直接点按地图中该设备或机房的图标，便可进入设备或机房告警的进一步监视。
1.3.1.2.2设备或机房环境告警监视
设备或机房环境告警监视主要是对发生告警的某设备或机房环境进行当前告警监视及定位查询。
定位查询的图形或树形控件为分层显示：
第一层为某变电站整个通信/辅助设备及机房的排列图；第二层为某个具体设备或机房各个采控点分布图，将故障定位到具体各个采控点上。
在做故障定位查询时，首先显示第一层某变电站整个通信/辅助设备及机房的排列图，如某设备或机房告警，则代表该设备或机房的图标颜色发生变化，点按该图标可进入第二层依次显示该设备或机房各个采控点分布图。
这样可以将告警定位到具体的采控点，并可按要求显示当前各级告警的统计数据和有关具体告警的详细信息。
1.3.1.3故障告警查询
1.3.1.3.1告警信息除按用户的要求实时驱动多媒体显示和发声设备外，所有的告警都应分类存入数据库以备统计、分析和查询。
数据库的表结构中至少包括如下字段：
*告警通信站编号
*告警通信设备编号
*告警时间（年、月、日、时、分、秒）
*告警状态（发生、清除、升级、降级）
*告警类别
*告警级别
*告警位置
*告警内容
1.3.1.3.2按指定条件或条件的组合查询系统的告警历史数据，可对以下条件进行查询：
告警通信站（如告警通信站发生多少次告警）
告警类型（某种类型的所有告警）
告警时间（某段时间发生的所有告警）
告警级别（某级别的所有告警）
告警号（告警报告号在某范围内的所有告警）
复合条件（以上查询条件的组合）的告警数据查询
*告警频次（单位时间发生告警次数大于某值的所有局名或者某类告警）
告警历史数据的查询结果可以按照规定格式汇总成报表格式打印输出。
1.3.1.4故障分析统计
YAM-2000系统在告警查询的基础上提供针对某段指定时间内告警历史数据的分析和统计功能（日统计、月统计、周统计），生成各种统计图表（如直方图、曲线图、饼图等），包括：
各种类型告警发生频次的分析统计直方图。
对告警次数的分时间段的分析统计直方图，如日统计以小时为单位，月统计和周统计以天为单位。
对重要告警的统计（如某段时间内持续时间最长和频次最高的告警）。
统计分析结果（统计图）可以在需要时以图形形式打印输出。
1.3.1.5综合报表
YAM-2000系统的综合报表功能包括报表生成和报表打印，在指定生成何种类型的报表后，就可生成相应的统计报表并打印，所生成的是综合统计报表。
统计报表详细内容请见“电力通信网通信设备及环境集中监控系统技术要求”有关章节。
1.3.1.6故障告警维护
YAM-2000系统的故障告警维护功能主要包括对告警界面的一些维护。
告警级别管理
各级别告警的声音/指示灯开关设置（打开、关闭）
告警提示管理
1）禁止声音/指示灯提示（对所有告警）
2）允许声音/指示灯提示（对所有告警）
3）告警查询周期的设置
告警确认管理
系统能对告警产生的时间、确认时间、结束时间进行明确的区分，并自动予以记录。
当前端发生告警时，系统能自动记录确认人和确认时间，告警未经确认系统不会关闭声光告警提示。
1.3.2、监控系统操作维护
1.3.2.1集中远程操作维护
集中远程操作维护业务台（模块）具有友好的操作界面，对YAM-2000系统所辖的所有的设备（监控设备）和链路实施远程操作维护。
监控站的集中远程操作维护业务台（模块）能动态地显示整个电力监控网网络链路以及监控设备设备的运行状态，并能对网络链路是否畅通和可靠进行测试，对各业务台以及各远端模块的工作状态及参数进行采集和统计，并能对读取远端模块的配置信息和加载新的配置数据，当端模块模块出现故障时，能实现远程复位。
除此之外，集中操作维护还具备如下功能：
可修改远程操作维护终端的注册口令和工号
可将故障定位到板级
重要数据可以存到指定的文件中,亦可连机打印输出
将操作员所发出的操作维护命令，连同操作员的工号和时间存入数据库相应的表中，以便日后查询
命令日志查询，可查询过去任何时间所发送的命令，可查出发送到那个局，使用的指令和操作员工号。
一旦遇到操作引起的故障，可以查出实施操作的人员，便于明确责任。
1.3.2.2电力网监控系统的数据流描述
关于操作命令
在YAM-2000系统各业务台位上，系统维护人员敲入的命令由各个业务台位上的命令处理模块负责处理后组成命令包,调用底层通信原语（基于传输层T开发）将其发送给目的地前端模块/监控站，由前端模块/监控站负责向各数据采控模块转发该命令,各数据采控模块执行该命令所规定的操作之后，根据该命令的执行是否须将结果返回，如果有执行结果要返回，则将命令的执行结果返回给相应的业务台，以进行显示和存档。
关于告警和设备状态
YAM-2000系统主控台（模块）、维护台（模块）能实时地接收并显示当前被监控设备或机房所产生的告警信息。
当前端数据采控模块一旦检测有告警信息后,一方面将告警信息上报监控中心的主控台（模块）、维护台（模块）,另一方面也要将之写入本地通信控制器中。
监控中心的主控台（模块）、维护台（模块）可根据所接收到的告警信息的级别对其进行分类及显示并发出声光告警提示。
当YAM-2000系统各业务台需要查询某些设备（包括监控设备、被监控设备、机房环境和有关的图象、语音显示和采集设备）工作状态和运行参数时，可向负责监控这些设备的数据采控模块发出查询命令，数据采控模块接收到查询命令后，将需查询设备有关参数上报给相应的业务台位，并刷新监控中心数据库中的数据。
报表台（模块）所需的数据一般是从数据库中取得，但如需绘制（统计）某些设备的实时图（表）时（如蓄电池充放电曲线），所需的数据可从有关监测设备中直接获取。
关于人机命令日志
YAM-2000系统操作维护台（模块）能对所有经本台输入的控制命令及其返回结果在系统数据库中作日志。
日志内容包括:
操作员工号、目的码、命令发出时间、命令码、参数及命令返回结果。
1.3.2.3系统软件平台选用
系统软件选用的标准是技术成熟,具有开放性和可移植性,以代表当今的软件发展方向，并具有很好的兼容性和及易操作性。
操作系统
由于WINDOWS系列操作系统能够提供良好的用户操作界面,同时目前在电力和其他领域已得到广泛的应用,其界面风格已为广大用户所熟悉,既有良好的开放性,又有良好的易操作性。
所以,我们选用WINDOWS系列操作系统作为YAM-2000系统的操作系统。
软件开发平台
1）、组态软件
2）、通用开发软件
Inprise公司的C++BUILDER和微软公司的VC++都是目前开发面向对象程序设计的流行工具，它们具有集成开发环境友好，通用性强，兼容性高等特点。
开发环境本身包含有大量可重用的类库，对组件对象模型（COM）、ActiveX控件、Web服务器以及Internet/Intranet领域所涉及的WinSock、UDP、FTP、HTML、HTTP、SMTP、POP3、NNTP等开发提供了编程向导。
对于监控领域的编程必须采用“组态”技术和思想。
C++BUILDER或VC++所能提供的开发环境及工具能较好的满足我们的要求。
另外在可视化编程和数据库开发方面C++BUILDER比VC++要好；但在公司实力和使用的普及性方面VC++比C++BUILDER强。
数据库管理系统
目前数据库管理系统大多为关系数据库管理系统，通信和电力部门的管理和调度系统采用的正是SYBASE或SQLServer关系数据库管理系统，针对电力监控系统规模，规模较大的系统使用SYBASE数据库管理系统，较小的选择SQLServer数据库管理系统。
网络协议及体系结构
随着Internet/Intranet的高速发展，应用范围广、互连性好的TCP/IP协议已越来越广泛的得到人们得认可，已成为事实上的标准。
而以太网以其组网方式简单、性价比高、应用面广和产品品种多等优势，在各行各业已被广泛采用。
因此，YAM-2000系统的网络协议采用TCP/IP，网络体系结构采用以太网。
1.3.2.4监控站/中心各业务台操作界面
监控站/中心各业务台的操作系统均采用Windows95/98（中文），业务台操作界面为目前流行的Windows图形界面。
在画面设计上应能充分反映系统网络的层次结构和设备的分布情况，使用菜单、热键、树状视图控件、属性值表单等控件。
YAM-2000系统具有在线帮助功能，方便工作人员联机查阅有关文档，减少对新的操作人员的培训时间。
工作人员每进入一画面，系统对当前画面所表示的信息有明确的提示，并对工作人员下一步的操作提供向导（Wizard）。
1.3.2.5接口说明
与数据库的接口
监控中心/站各业务台以及监控处理机均需进行数据库（SERVER）的存取操作。
为加快数据库的存取速度，提高系统的实时性，在数据库端需建立一数据库管理进程专门负责数据库的读、写和查询等操作。
数据库CLIENT端对数据库进行的访问实质是与此进程间的操作，CLIENT端通过统一的API接口函数向数据库管理进程发出请求，数据库管理进程接受到数据库操作请求后，根据请求的具体内容立即将有关数据写入数据库或读出并传送给请求者或转发给其他数据库等。
业务台的接口
监控中心/站各业务台应用软件均通过调用在T层上开发的原语（函数）与被监控设备通信，数据采集层各数据采控模块（又称数据采控终端RTU）与监控中心/站进行通信的帧格式、数据编码及传输规范，符合“电力通信网监测系统数据采集层传输规约（试行）”的规定。
根据传输通道的不同传输层（T层）在具体实现时有可能会有一些差别，但T层对上的接口必须统一。
1.3.2.6关键技术
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1.4技术指标
1.4.1系统处理能力
历史数据的存储
1.监控中心能保存历史数据至少一年
2.监控主（子）站能保存历史数据至少六个月
3.数据采控模块能保存历史数据至少七天
系统安全指标
系统可设定每个操作人员的权限（一般分为三级）、登录名称、口令和其它信息
双切换时间小于一分钟
时钟精度优于1s/d
有关年份的记录应用四位数表示
系统一般应建立三级网络结构，也可建立两级或多级网络
图象
调用画面响应时间≦5s，分辨率为352*288
传输带宽
64k
384k
1M
2M
图像传输速度
12帧/秒
15帧/秒
20帧/秒
25帧/秒
告警等级
告警级别
重要性
告警定义
一级故障
紧急告警
通信电路全程中断
二级故障
重要告警
通信设备部分故障，电路尚可运行
三级故障
一般告警
通信设备越限告警，电路传输质量下降
告警相应
故障告警采集及传送时间≦10s（如使用PSTN，应排除连接时间）。
系统实时数据查询周期10s～30min，可人工设置。
交、直流电压
交流电压精度r=|u-v|/v*100%优于2%
直流电压精度r=|u-v|/v*100%优于0.5%
蓄电池单体电压r=|u-v|小于5mv
注：
u——系统显示数值；v——标准仪表测得数值；r——精度值
有功功率、无功功率、功率因数、频率
有功功率精度r=|Ws-Wc|/Ws*100%优于2%
无功功率精度r=|Ks-Kc|/Ks*100%优于2%
功率因数精度r=|Cs-Cc|/Cs*100%优于2%
频率精度r=|f-g|/f*100%优于2%
注：
Ws,Ks,Cs,f——系统显示数值；Wc,Kc,Cc,g——标准仪表测得数值；r——精度值
温、湿度
温度精度r=|t-tl|/tl*100%优于5%，单位为度
湿度精度r=|h-hl|/hl*100%优于5%，单位为相对湿度百分比
注：
t,h——系统显示数值；tl,hl——标准仪表测得数值；r——精度值
系统可用率﹥99.5％
可靠性
监控中心/站平均故障间
升级会员 