动力环境监控系统若干问题的探讨

      摘要：目前，动力环境监控系统已经在国内得到了广泛的应用。但在建设过程仍存在着大量的问题，制约甚至阻碍了监控系统的正常发展。本文提出了存在的问题，分析了产生的原因以及解决的方法。

      目前，通信局（站）动力环境集中监控系统（以下简称动力监控系统）在国内已经得到了广泛的应用。动力监控系统属于非标产品，至今没有相关的入网检测，在动力监控系统建设和使用的过程中，由于建设单位维护体制、监控厂商技术水平以及维护人员素质的不同，监控系统的建设方案和实际运行情况存在很大的差别，维护人员对动力监控系统的作用与实际使用的效果会得出不同的、甚至相反的看法。

      为什么会出现以上的问题呢？

      笔者长期从事动力监控系统的研究和工程设计，下面就动力监控系统建设过程中存在的一些问题，笔者将提出自己的拙见并进行探讨。

      一、动力监控系统的作用

      随着维护体制的不断改革和技术的进步，对通信局（站）动力设备和环境的管理要求更加科学化、规范化，从减员增效的角度出发，要求通信局（站）实现少人、无人值守。动力监控系统的实施为实现上述目标提供了一个有效的手段。

      我们知道，动力监控系统的目的在于对高压配电设备、低压配电设备、开关电源、UPS等众多通信电源设备以及机房空调、环境进行实时监控，及时发现故障，从而使动力维护从被动的、分散的人工轮巡方式改变为集中监控、集中维护、集中管理，减轻维护强度，提高维护质量。

      基于上述原因，部分运营商把动力监控系统作为一项重要的维护手段，要求各分公司进行建设，并制定了详细的考核指标。

      另一方面，也不可否认，动力监控系统不可能为建设单位带来直接的经济效益，不是保障通信系统正常运行的必要条件，还要增加投资规模。因此，在部分建设单位，动力监控系统在建设初期就处于一种尴尬的处境：一方面作为考核指标需要实施建设，而另一方面则因为动力监控系统不带来直接的经济效益，导致重视不足，在投资、人员配置等方面无法进行正常投入。这些工程在开始就处于先天不足的情况，工程质量无法保证，考核指标流于形式，甚至监控系统无法正常使用。

      因此，动力环境监控系统的建设应在明确其作用后，根据建设单位自身维护的需求，确定合理的建设范围和投资规模；根据监控系统自身非标准化、施工难度大的特点，加强工程管理；同时在工程设计时预留出系统扩容的接口，在条件具备时进行系统的升级改进。只有通过严格的工程管理和规范化的建设，才能确保动力监控系统的稳定运行，真正发挥动力环境监控系统的作用。

      二、动力监控系统厂商的选择

      早期动力监控系统工程建设中，由于经验不足，监控厂商对通信电源系统及动力设备了解不够，许多工程都是边施工、边改进，在工程中摸索解决问题的方法。通过近二十年的发展，在动力监控系统领域已经形成了一些技术力量强、专业水平高的公司。

      目前的动力监控厂家众多，水平参差不齐。在进入动力监控系统领域以前，这些公司一般从事于工控领域或是电信设备供应商，只是对监控领域或某些电源产品有了解，而通信电源设备的种类是十分繁杂的。

      表面上看，动力监控系统的硬件组成只是由一些具有AI（模拟量输入）、DI（开关量输入）、通信接口的采集设备和监控中心的计算机设备，作为系统集成商甚至只要外购专用的采集设备与计算机便可以完成。但实际上动力监控系统不是一个独立的专业，涉及面十分广泛，要做好一个完整的动力监控系统，除了监控数据采集的必要条件，还需要深入掌握整个通信电源系统和动力设备的组成、工作原理、结构、监控系统组网、传输、维护体制及需求等综合因素，这是一个在工程实践中不断积累的过程，并非看一些监控规范所能了解的。

      在这方面，一些综合类的产品供应商具有明显的技术优势，目前主流的监控厂家，如中兴力维公司和艾默生网络能源公司，中兴力维公司依托于中兴通讯强大的技术支撑和深厚的研发实力，不断创新，已经在动环监控领域处于领先的地位；而作为业界航母的艾默生网络能源公司，不仅是通信电源、不间断电源、精密空调等动力设备的主要供应商，而且是通信机房一体化解决方案的倡导者和推动者。

      目前的监控市场，一方面是监控厂家技术和实力的比拼，另一方面则是价格的因素。一些中、小公司利用其低廉的价格占领市场（根据笔者的经验，有些公司低廉的价格实际上是靠减少和降低标书的配置来实现的），在一段时间、一定区域内取得成功，随着系统规模的不断扩大，一些实力较弱的公司，往往由于其产品质量、技术创新和工程能力等方面的欠缺，最终系统的稳定性、可靠性及功能等各个方面都会产生问题，这种情况下，将原有监控系统整体拆除、引入新的监控厂商重新建设的事情屡见不鲜。事实上，从动环监控产品开始出现到目前广泛建设，每年都有监控厂商被淘汰出局。

      不考虑系统的软、硬件开发实力，本文仅从动力设备和施工经验两个基本的方面，来说明动力监控系统对监控厂家工程技术实力的要求。

      动力设备种类的多样性

      通信系统用的动力设备种类多达十几种，每种设备又有几十甚至上百家生产厂商。即使是同类型的动力设备，由于生产厂家的不同，其结构、通信协议格式及通信协议提供的监控内容也各不相同。

      设备结构的多样性

      只有准确了解动力设备的结构，才能使我们确定合理的监控点，避免重复或者遗漏监控点。

      对于智能设备而言，其通信口因产品内部通信组网的不同而有较大的区别。例如对于通信电源系统最常使用的开关电源，国内有几十家生产厂家，监控时一般从通信接口直接读取相关的监控内容。有的产品一套开关电源提供一个通信接口，通过通信接口可获取开关电源系统交流屏、整流屏及直流屏的相关监控信息；而有些公司的产品则具有多个通信接口，根据整流屏与直流屏配置型号的不同，一个屏或多个屏共用1个通信接口，对于这种结构，就需要对其内部的通信组网结构有详细的了解，弄清每个屏对应的通信接口，才能确定协议所提供监控点的具体位置。

      至于对部分需要加装传感器的非智能电源设备，就更需要对电源设备的结构有相当的了解，选择合适的监控点。例如对于蓄电池单体电池的监测这样一个简单的问题，如果不考虑电池内部极板和外部电池接线柱的连接方式，在监控中简单的按一节电池电压作为一个监控点来处理，则有遗漏监控点的可能，无法全面监控蓄电池工作状态。[page]

      上述开关电源与蓄电池是通信系统中最常用的两种电源设备，对于其它设备就不再一一举例。

      b)通信协议的多样性

      通信协议的正确与否关系到能否对智能设备进行正常的监控。在监控工程实施过程中，对于通信协议的获取无法单纯依赖建设单位向设备供应商索取，经常还需要监控系统厂商进行现场破译，而这些工作需要长期的工程积累，即使规模较大的监控厂商也经常遇到电源设备的通信协议无法获得或破译的情况。

      通信协议提供的监控内容影响到能否提供完善的监控点，监控点内容的选取对于动力设备的维护是十分重要的。对于同样的设备，不同的生产厂家对于监控内容的选取也不相同。例如柴油发电机组的启动电池电压，在日常维护中是一项很重要的监控内容，部分型号的智能油机却未进行监测，需要加装电压传感器。只有确切了解智能设备通信协议提供的监控内容，才能在此基础上确定对一些重要的监控点是否需要加装传感器监控，并确定合理的监控位置，使监控内容尽量完善。

      掌握数量众多的通信协议与协议破译能力的提高都需要长期的工程积累，如果仅局限于在工程中临时进行通信协议的破译，将大大增加工程周期与成本。在此方面，主流监控厂家无疑具有明显的技术优势。

      2）施工问题

      动力监控系统需要加装大量的变送器、传感器、控制机柜等设备，布放相当数量的通信电缆，其施工工艺要求与工业控制及综合布线相仿。虽然相关规范对于硬件的安装、各种线缆的布放原则有着明确的规定，各监控厂商的技术手册也有明确的说明，但在具体工程实施中，由于各家公司工程经验的差别，施工工艺及质量相差很大。例如笔者勘察的某项目，由于前期工程中监控厂商缺乏对电源系统的了解，在多个电力室安装控制机柜时都占用了电源设备的正常扩容位置，而电力室还有足够的的闲置空间可用来放置控制机柜，这样摆放为后期电源工程造成了极大的不便。其它诸如布线工艺不规范、信号线未屏蔽等更是屡见不鲜。

      如果监控厂商对于动力设备、机房环境、系统传输组网等方面没有深入的了解，将无法建立起一套完善的监控系统，必然会遗漏一些重要的监控点，再考虑到硬件可靠性、施工质量、系统组网、传输和软件开发等方面的因素，监控系统最终体现的是一家公司的综合实力。而这些方面的能力需要一个长期的积累和完善的过程，是靠大量的工程总结出的经验教训，不是简单的看几本规范就能够了解的。

      因此，选择监控厂家时，单纯靠价格来确定厂家是极端不可取的，技术和实力是更加重要的因素。需要指出的是，由于监控系统不同于开关电源、UPS等相对独立的动力设备，无法在实验室模拟大规模监控系统的运行，因此建议在选择监控厂家时应注意该厂家目前在网运行监控系统的数量和规模；应坚决避免由于所选择厂家因技术能力不足的问题，造成动力监控系统无法正常运行，而导致拆除重建事情的发生。

      三、监控对象、监控内容及监控点位置的选择

      由于动力设备的种类较多，结构不尽相同，智能化程度因投资和建设年代的不同存在着较大的区别，维护体制因运营商和地区的不同而异，因此，要根据以上的具体情况选择合适的监控对象及监控内容，不能一概而论。

      就动力设备而言，可根据智能设备与非智能设备采用不同的监控方法。

      动力设备的智能化程度对于监控对象与监控内容有很大的影响。一般而言，对于具有通信接口的设备，可直接通过通信接口进行监控，从相关通信接口获取智能设备的监控内容，不对原有的设备进行改造，具有较高的可靠性，对于这种设备可直接监控，一般将监控点全部纳入监控系统，不需要增加更多的投资；对于没有通信接口的动力设备，可根据情况选择对维护重要的监控内容进行监测，没有必要照搬规范对监控内容面面俱到，甚至某些设备在电源系统的作用不大时，可以不监控，例如少数日常照明配电用配电箱。需要指出的是，在对非智能设备进行智能化改造时，对某些监控点的监控可能要对原设备造成机械或结构上的损伤，在实施时必须谨慎，除非十分必要，否则对于此类监控点应不监控，以免降低设备的可靠性。

      另外，对于非智能设备在确定监控内容时，应避免重复监测，应根据整个动力系统的构成，如果通过其它智能设备的监控可获得该非智能设备的部分监控内容时，可不必进行该监控内容的监控。

      确定了监控对象和监控内容后，还要明确监控点的位置，因为即使确定了某一监控内容，由于安装位置的不同，其监控效果也会有很大的区别，例如，在进行基站配电箱监控时，交流电压变送器安装在总输入开关的输入端或输出端，在该电压变送器产生无电压告警时，其安装位置将会对故障分析起到完全相反的作用。

      四、监控系统网络结构

      根据监控规模、解析方式以及传输网络的不同，动力监控系统可以灵活选择不同的组网形式。

      解析方式的探讨

      动力监控系统对于智能设备接入方式可分为两类：底端解析和中心解析方式。

      在动力监控系统发展的起步阶段，监控系统的规模较小，部分监控系统采用中心解析方式，即现场监控单元通过具有透传功能的传输设备，将智能设备协议数据直接透传到监控中心（相当于监控中心计算机与监控对象直联），由监控中心的网管软件解析，进行相应处理，现场监控单元对采集的智能设备协议不做任何处理。中心解析方式组网简单，具有硬件投资小的特点，但其扩容性差，只能适用于监控规模较小的通信网络，无法满足大规模监控系统的需求。

      动力监控系统一般以地区为单位进行建设，规模相对较大，目前主流监控厂商都采用底端解析的方式，即在监控现场的监控单元对监控对象进行协议解析，同时由监控单元进行对采集数据的预处理，完成一些管理和统计功能。底端解析方式实质上是一个分散采集、分散控制的监控系统，从而减轻了监控中心计算机的负担，适用于大规模监控系统和灵活的组网，因此，目前行业标准也是基于底端解析的方式进行编制。

      与中心解析方式相比，底端解析具有以下的优点：

      a.可靠性：当动力监控系统传输出现故障时，底端监控模块可保存动力设备的运行数据，在传输恢复时上传到监控中心，做到监控数据的不丢失；底端解析可大大降低对监控中心解析服务器软硬件的要求，提高了可靠性。

      b.适用于大规模组网：底端解析为一个分散采集、分散控制的系统，大量的监控模块分担了整个监控系统的负担，增加了整个监控系统的接入能力，适用于大规模的监控系统。

      c.监控对象接入能力：对于部分通讯接口和通信协议较为特殊的监控对象，底端解析可以提供完整的接入方案，将监控对象平滑的纳入监控系统。

      e.传输适应性：底端解析可根据原有的通信传输网络情况，采用灵活的组网方式，适应不同的数据通讯方式。

      e.方便开发增值应用：一个良好的动力监控系统，其底端监控模块应能根据不同的需求对所监控动力系统进行完善的监控和管理。只有采用底端解析，在监控模块内实现数据统计分析的基础上，采取相应的控制措施，才能实现监控和管理功能。

      与中心解析相比，底端解析的成本稍高，但底端解析具有中心解析无法比拟的优势，代表了监控技术的发展方向。

      2）传输组网的选择

      动力监控系统应根据已有的传输资源，支持多种传输组网，从动力监控系统发展至今，在不同的历史时期，Modem、GPRS、CDMA 1X、短信、E1时隙、2M环和IP等都得到了大量的应用。

      就通信局（站）而言，综合性通信楼的传输资源相对丰富，而对于基站、光缆中继站和微波站等，传输资源则相对匮乏。因此，在动力监控系统组网时，应根据不同通信局（站）的传输资源和技术的发展，选择合适的传输组网方式。[page]

      目前，移动基站在通信系统局（站）中数量最多，占据了重要的地位，本文将对移动基站的组网类型进行分析。早期受传输资源的限制，移动基站大多采用抽取2M传输一个64K时隙的组网方式，监控系统和基站设备共用一个2M传输，在BSC将多个基站2M中用于监控的64K时隙交叉复用到一个2M中，再传送到监控中心，这种方式存在明显的弊端，主要表现在基站调整、割接时造成监控中断，传输转接环节过多造成调试、维护困难等。

      随着通讯网络的快速发展，目前基站动力监控采用TCP/IP组网逐步形成趋势。由于目前大多数基站传输资源还不能直接支持IP接口，因此基于IP的2M双向保护环组网就是较为理想的选择，其网络结构参考图1所示：

      图1  基于IP的2M双向环组网
     
      基于IP的2M双向保护环组网一方面采用成熟的TCP/IP网络通信技术，另一方面优化了传输网2M资源使用方式。

      与以往的基于抽取时隙的组网相比，基于IP的2M双向保护环组网具有如下的优点：

      降低了动力监控系统的复杂程度，简化了监控系统传输收敛设备的复杂性，改变了2M时隙方式配置复杂、维护不便的状况，大大的节约了传输维护方面的人力投入。
多个基站共享2M传输带宽，提高传输资源效率。

      提供传输保护机制，提高了组网的可靠性。

      采用TCP/IP技术，方便应用扩展。如基站采用TCP/IP组网后，可方便的实现基站视频监控。

      动力监控数据相对独立，不会出现2M抽取时隙方式引起的监控与业务相互影响的隐患，不受基站数据调整和传输调整的影响。

      由于TCP/IP组网具有系统组网简单、维护管理方便、可靠性高等优点，目前在不同的应用领域都得到了广泛的应用，也是今后动力监控系统组网发展的方向。

      五、加强动力监控系统的设计工作

      动力监控系统的设计人员需要对通信电源系统、计算机网络、图像、智能门禁、传输等多种技术有详尽的了解，一个良好的动力监控设计，应根据工程的具体情况来确定监控对象、监控内容、监控点、传输及组网方案等各个环节。

      由于动力监控系统涉及到以上众多的学科和专业，具有此方面综合素质的设计人员相对欠缺。在一些动力监控工程中，设计人员大多没有以上综合知识的积累，所做的设计无法进行监控设备的准确配置和组网，漏洞百出；一些动力监控工程甚至没有设计，在现场情况不清楚的情况下，就要求监控厂家进行方案的设计和实施，毫无疑问将造成监控点的遗漏。

      一个优良的工程设计，应从监控系统招标时做起，避免因招标文件不严谨和招标人员业务水平不足可能带来的问题。由于相关行业标准和各运营商规范中，只是对于系统功能和监控对象、监控内容等提出要求，对于其实现方式没有具体的规定，且厂家能否真能实现该功能、实现该功能是否还需要其它前提条件，则要求招标人员根据技术应答书进行判断。在笔者参加的招标中，投标厂家的应答都是满足要求，但通过技术分析，往往会发现一些厂家少报、漏报情况的发生，或者其应答书中的监控产品根本不能实现标书中的技术要求。如某次招标中，对于基站停电的监控，标书要求需要监测基站配电箱总输入开关前的电量，某厂家投标时没有配置相关电量传感器，并辩解说可利用开关电源情况判断基站市电的情况；还有的应答书中答复可满足传送连续视频（分辨率352x288），但其方案中传输带宽只能提供一个64K时隙，只能传送断续的图片。通过在概念上混淆技术指标的手段，少报、漏报，用低配置投标，达到降低报价的目的。因此，只有在工程招标时制作严谨的招标书，科学评判投标技术文件，才能为高质量监控系统的建设提供一个良好的开端。

      优良的工程设计，对动力监控工程的顺利实施将起到重要的作用，反之，设计人员没有很高的综合素质，设计流于形式，是对工程的极端不负责任。笔者所承接的某监控工程，由于原监控厂家为满足建设方的要求，采用了不合理的组网方式，而原设计人员对该方案没有提出修改的意见；在监控勘察时又由原监控厂家进行勘察，部分监控内容遗漏无法满足维护需求，还存在一些监控点的重复监控，浪费了投资；甚至在该系统无法正常运行时，原设计人员对监控产品的性能还不清楚。可以说，这个案例是具有代表性的，目前的动力监控工程设计水平与大规模进行的监控工程相比，是极其不相称的。

      因此，培养和提高动力监控设计人员的业务能力，为动力监控系统建设的顺利进行奠定坚实的基础，满足高水平动力监控系统的需求，是目前亟待解决的问题。

      六、结束语

      动力监控系统从开始研究到现在大规模建设已有近二十年的时间了，经历了从试验、发展到广泛使用的过程，既有成功的典范，也有失败的案例。如何更加规范动力监控系统的发展，使其真正成为提高维护质量的一种有效手段呢？

      重视动力监控系统的建设，根据维护需求制定动力监控系统的详细建设方案，做到有的放矢，避免贪大求全。

      规范动力监控系统的选型，选择技术领先、实力强的监控厂商。动力监控系统一直没有统一的测试选型，有的运营商虽然从规范要求考虑做了一些选型工作，但对于具体的系统指标却没有进行必要的测试。监控系统不同于单独的动力设备，涉及的设备多、工艺复杂、施工周期长，厂家的技术说明及应答指标远不能代表实际的系统水平。做好选型工作不仅能保障动力监控工程的顺利实施，而且也为日后监控系统的维护、扩容和升级奠定良好的基础。

      选择有经验、技术实力强的设计单位，对监控内容、系统组网等进行严谨的规划和设计，避免出现监控内容的遗漏和不合理的监控方案。

      作者简介：

      侯永涛：1997年毕业于西安理工大学自动化专业，硕士学历，中讯邮电咨询设计院有限公司高级工程师，长期从事通信电源工程及动力环境监控工程的设计，曾参与动力监控系统的研发、测试和相关行业标准的制定。