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一、概述
随着社会电子信息化进程的加快，许多行业计算机中心机房的设备和规模也日趋扩大，与其相配套的环境设备也日益增多，机房的环境设备（供配电、UPS、消防、空调、防盗）一旦出现故障，就会影响计算机系统的安全运行，严重时会造成机房内计算机设备损坏，甚至使网络系统瘫痪，后果不堪设想。因此，为了保证计算机系统安全可靠工作，对机房的环境设备进行自动监控是极其重要的。
二、机房环境设备监控的主要内容
1 机房电力监测
通过测量低压配电柜和UPS设备的入端和出端的电压电流、频率、电功率值、在监视屏上在线直观地显示各路电力参数，以便了解供电品质，各路载荷情况以及UPS设备运行状况，确保安全供电。
2 温度、湿度监测
机房的温度和湿度是重要的环境参数，是计算机设备正常运行的必要条件。为此在机房的主要设备工作间均需安装温度和湿度传感探头，对温度、湿度进行实时检测，在监视屏上显示各测点温度、湿度值。当检测值超过各工作区规定的温、湿度上、下限值时，在监视屏的相应数据旁用醒目的标志符的闪动来提示该值的超限报警。为在总体上监视整个机房的温度，湿度状况，可在新风机的进风口和主空调机的回风口，分别检测温度和湿度。
3 门禁系统的监测
环境监测主控机，能与门禁装置进行通讯，可收集并显示每个门禁装置内储存的数名持卡人出入工作间的磁卡号和出入时间日期。同时可设定，消除或修正门禁装置内的识别密码和允许出入时间等。
4 安全防破坏监视
计算机房做为计算机网络的枢扭，安全性十分重要，因此必须具有安全防破坏入侵功能。为此在主要设备工作间都安装双鉴红外探头，这样在非常管制时期，一旦有破坏性入侵，双鉴探头即发出信号，监视器即时显示破坏性入侵部位，并驱动报警装置进行声光报警。
5 火警消防监测
根据安装在主控室、主机室、终端室、通讯网络室、微机房等重点消防区的感烟探测器及感温探测器发出的信号，在监视器上显示火警方位，发出声光报警。
6 机房漏水监测
在环绕机房的重点部位及空调机的加加湿管、抽湿管、本体等部位的活动地板下，设置漏水传感器，一旦机房出现漏水情况，即显示漏水部位并报警。
三、监控系统的要求
由于计算机房场地监督控制系统所扮演角色的重要性，因而它要比其它普通监控和数据采集（Supervisory Control And Date Acquisition）即SCADA系统有更高的要求：
1、系统的可靠性：要求无故障运行时间更长，系统可用率高，系统的硬件和软件工作稳定，而系统的维修能快速简便，使停机时间达到最短。
2、安全性：系统可提供多种安全保护措施，可对多种异常状态进行分析，记录、及时报警，以使操作员尽快了解所发生的情况并及时处理。
3、系统的功能：要求可实现的监控目标更高，功能更趋综合化，不仅提供一般的系统报警功能，而且有数据记录和历史曲线记忆等功能。
4、系统的易用性：要求有非常友好的人——机界面，随着图形用户界面（GUI）技术的不断发展和完善，监视器上窗口化的操作将成为主流。在计算机房场地监控系统中，各种机房场地设备的运行状态和参数，均由形象、生动、直观的图表画面来显示，同时操作方式要求软件化，即通过用鼠标在监视器上对一些用模拟图表示的软件按钮的操作来实现相应的监视项目或完成某项控制功能。
5、系统容易扩充：可以在对系统进行少量更改或扩充后增添新的监控项目，扩充监测点数，适应新监控要求，并且可实现网络功能。
高性能的计算机房场地监控系统是一个分布式网络结构的监督控制和数据采集（SCADA）系统。它是根据当今计算机产品和技术发展的大趋势--开放系统结构（Open System Architecture）和在这个大趋势下产生的新一代计算机房场地监控系统。在开放环境下，一个自动化监控系统的设计应该遵循如下原则：
采用具有最大市场销售量的标准化，通用化和系统化的计算机硬件产品。
监控系统软件要具有良好的模块化程度及标准的互联接口，便于组成各种规模的系统及有利于产品和技术的更新换代。
构成系统的软件应具有强有力的应用程序接口（API），以便针对特殊应用编制应用软件及进行系统功能的扩充和开发。
监控系统应有很强的网络构成能力，并可以在保持已有系统继续使用情况下实现升级和扩充。系统应允许不同厂家不同牌号的计算机产品在同一网络中协调运行。
四、一个典型的计算机房场地监控系统实例解析
（一）硬件结构框图
如硬件结构框图1所示，监控系统主机采用高技术质量指标和高可靠性要求的工业控制专用计算机。该工业控制计算机主机箱为19"ESA RS-310C国际标准全钢板结构。前后二个风扇使机箱内始终保持正气压，并且前面的抽风扇带有防尘过滤网，带有胶垫的加固压条可无级调整高度，使各插板不会因振动而松动。无源底板有SMT的精密电阻及电容，驱动能力强，选用7国安规认定的直流电源。控制面板上装有复位、键盘锁定按钮开关，在特殊情况下可以打开此开关，同时用机械锁锁上控制面板上的盖板，此时就锁定了键盘和鼠标，使无关的人员无法动用键盘和鼠标进行随意的操作，确保系统处于监控软件控制下正常封闭地运行。 （图片）
图1 硬件结构框图 主机板为高性能的PLA-450 Series主板，它是一种全尺寸的采用Pentium处理器工业级主机板，同时也是All-in-one CPU card支持Ultra-wide SCSL，使用最先进的 Intel Tritron II chipset，适应于恶劣环境。 PLA-450主机板有4个72芯SLMM插槽，可使板上的DRAM容量从IBM扩展到256MB，板上也可支持突发的同步Cache RAM到256KB，1KB，2KB。这种主机板可工作在PCL/ISA总线的无源底板上。
PLA-450主机板具有一个PS/2键盘接口和一个PS/2鼠标接口。它也可以具有两个RS-232串行口（与带有16安节FIFO的16C550 UARTS兼容）和一个增强型并口（EPP/ECP）。该卡支持2个PCI ELDE控制器有5种工作模式，可提供大于22KB/see的数据传输速率。可控制2个软驱的软驱控制器（FDC）。
PLA-450主机板具有快速上电自检（POST）的LEDS和筒单的错误诊断功能。其它的特点包括用硬件可选到16级的中断的看门狗或非中断的软件控制。可备份用户精确数据的EEPOM；可接PC/104模块的接口。PLA-450主机板设计了一个特殊的PCI总线控制器，可以使用PCI的VCA模块或SCSI模块。
在系统硬件的IO/AD模块中,主要采用了16通道的光电隔离输入板ACLD-9182;16通道继电器功率输出板PCLD-785;多功能增益可编程数据采集卡A-821 PGH/PGL(PCL-812PG);32通道数据输入输出和3道计数卡ACL-7120,单片机智能控制板HY-51A,工业接线端子板PCLD-780等,现将这些硬件模块和板卡性能和特点分别说明如下:
1)、ACLD-9182光电隔离输入板，是一种带光电耦合器的开关量信号隔离板，它可以实现监控计算机总线与被测机房现场设备之间的完全电隔离，以消除公共地线和电源的干扰，从而使机房现场设备和监控计算机系统互不干扰，可靠工作，它还可以实现电平转换等功能。它的输入信号采用双端输入。这样，各通道之间是相互独立的，使用比较方便。
2)、32通道数据输入输出和3通道计数卡ACL-7120；该卡包含有32路数据输入通道，32路数据输出通道和3个定时器/计数器通道。数据输入通道具有低负载特性；输入电压0.4V时电流为15MA。数据输出通道的驱动能力为：灌电流24MA，该卡的五个连接器分别为：
CN1——数据输出（0-15）连接器；
CN2——数据输入（0-15）连接器；
CN3——数据输出（16-31）连接器；
CN4——数据输入（16-31）连接器；
CN5——计数器连接器。
3)、多功能益可编程数据采集卡A-821 PGH/PGL包括：
a.16通道A/D输入，其分辨12位，输出范围:±10V；±5V；±2V；±1V。触发方式可为软件触发、可编程定时触发及外部触发。
b.2通道模拟信号输出（D/A）：分辨率为12位，输出范围：0-5V。
c.16通道数字量输入。
d.16通道数字量输出。
e.2个可编程计数器/定时器。
该卡的一个连接器分别为：CN1——数据输入（DI）连接器；CN2——数据输出（DO）连接器；CN3——模拟量输入/模拟量输出/变时器/计数器连接器。
在监控系统的硬件结构中，监控计算机与门禁控制器，电量测试仪，精密空调机等智能设备通讯中，都采用了RS485通讯方式。ELA RS-485是工业上使用最广泛的双向有补偿输线标准。它是特别为能够高速和长距离发送和接收的工业多工通讯（MULTI-KROP）系统特别开发的。EIA RS-485协议支持每段最大连线长度为1200M，每段最多32个节点，单组双绞线电缆上的双向主从通讯，高阻抗，抗噪声的差分人（有补偿线）传送。传输速率最高达到10M波特。
另一方面计算机场地监控系统，在总体结构选用ETHERNET（以太网）作为系统的网络结构，符合IEEE802.3标准。目前这种网络应用十分广泛，特别是在管理信息系统（MIS）中，以太网的使用几乎占了绝大部分。这给计算机场地监控系统以后联入其它计算机管理系统创造了有利条件。在计算机网络中，有两种基本的通讯方式，一种是CLIENT/SERVER方式，或称客户/口服务器方式，另一种是PEER-TO-PEER方式，或称对等通讯方式，这二种通讯方式的区别在于互相通讯的二个网络节点所采用的服务方式。在CLIENT/SERVER方式中，一方是委托方，一方是服务方，二个节点在功能上是有差异的，服务方的工功能比较齐全，它们可以委托方提供不具备的功能。而在PEER-TO-PEER方式中，两个通讯方具有相同的功能，它们之间可以互相提供服务，以便互相共享资源。但这种方式要求二个节点都是功能比较齐全的节点。因此PEER-TO-PEER实际上是双向的CLIENT/SERER，具备PEER-TO-PEER通讯能力的系统也可以提供CLIENT/SERER通讯。在我们的计算机场地监控系统中，支持和提供PEER-TO-PEER通讯方式，因此在构成网络时，很容易实现系统中多个节点之间的信息资源的共享。
（二）监控系统主要检测仪、门禁机技术性能和信号连接
(1) DPM400系列多功能智能数字电力监测仪
该表为美国电力自动化公司（AAP）的产品，该表可测试相电压、线电压、系统电压、相电流、线电流、系统电流、中性线电流、频率、功率因素、系统有功功率、系统无功功率、系统有功电能、系统无功电能等45个基本电力参数，DPM-420表内有RS-485串行接口可以与计算机联网集中管理。45种参数可从串行口读出，通信能力最长可达2000米，一对双绞线最多可选接32只电表，并具有摇控及通信功能。每个时间点可记录20个电力参数，时间可从1分钟到24小时设置，最多可存储168个时间点的数据，可从串行口读出并清除。
(2) TTDM-24泄漏检测仪
美国RAYCHEM公司的TTDM-24泄漏检测仪适应于对水、油、酸、碱多种液体进行泄漏检测和报警。它由一条检测液体泄漏的感应线和一个带显示报警的控制器二个部份组成。该仪器中氟化物结构使得线缆耐腐蚀强度高，不同于旧式的点感应测漏产品。此感应线缆上的每部分都可感应液体的存在，而且监测范围广，直线距离1500米。该仪器适应性好、兼容性强，以微处理器为基础的报警控制器在泄漏报警之后，可继续监测，并且在泄漏处有明显变化之后再次报警。筒单易懂的监测面板。清晰明确地指示系统状态，同时具有多种信号接口，不仅有继电器输出。还有4-20MA电流输出口，以及RS-232/485通讯接口，能兼容多种通信信道和多种通信速率。因此该检测仪可以很方便地纳入集中监控系统。
(3) AC9100磁卡门禁装置，分为AC9100磁卡锁控制器和微机网络系统两部分组成；即可单独工作又可连网使用。单锁工作基本功能有：
用户可以选择三种方式中的其中一种开门：设置和删除允许进门的钥匙卡：设置AC9100内部时钟，设置开门时间。
在连网使用时除了具有单锁工作的基本功能外，还具有如下功能：使用RS-485网络，可连接100个磁卡锁控制器，通讯距离可达1200米；在微机的屏幕上可以查看网络中多磁卡锁的运行状况，如果出现磁卡锁被破坏，微机与磁卡锁通讯失败等情况，将在微机的屏幕上显示报警信息。在微机上查询每个门的出入门记录（钥匙号、持卡人姓名、出入时间以及出门或入门标志）。使用微机可以对网络中多磁卡锁的工作参数进行设置，修改或删除，这些参数包括：系统码、密码、开门方式、允许入门的卡号及个人密码、磁卡锁内部的时间和日期、普通卡进出门管制时间、磁卡锁地址等。可以使用微机通过网络摇控开门。设置磁卡锁工作参数和遥控开门等操作需要输入口令。用户可以自行修改口令。AC9100磁卡锁可保存1000次进出门记录，并通过网络一次读入微机。
（三）、监控系统软件结构特点
计算机场地监控系统遵循“开放”的设计原则，在计算机产品高速发展并快速更新换代的今天，这一点对于保证系统有更长的生存周期，并能随着计算机平台的更新换代而同步发展有着至关重要的意义。
按照系统设计的要求，SCADA软件应满足以下技术条件：
① 模块化：软件可以按模块组合。
② 分布式：具有强力的网络支持，能够以分布环境方式运行。
③ 多平台支持：具有在多种计算机平台上运行的多种版本，具有不同版本有一致的应用层界面和网络层界面，以便实现网络中多种平台的共同运行。目前用于分布式网络结构的监督控制和数据采集系统的SCADA软件有许多，也各有特色。在我们的计算机房场地监控系统中选用FIX软件，它在众多的SCADA系统的同类软件中是性能较为优异的一种。FIX是一个高度模块化的系统软件，多个软件模块可按一定规则互相搭配，形成不同功能的节点，这些特性合用户要以根据现场情况，功能要求等多种因素进行综合考虑组成最适用的应用系统。由于计算机房场地监控系统在进行内部的图形处理时不是采用点阵图形处理技术，而是采用基本于第三代图形技术即面向目标编程方法（OOPS），使得监控系统具有更直观、更生动、操作效率更高的特点，同时监控系统是多任务系统，在监控计算机平台上能同进运行多个程序，其内部关键程序能按优先权响应更重要的资源要求，在FIX软件中把程序（任务）分为三种级别：
（1）系统任务：系统任务以实时的方式进行处理，系统任务从组态文件中得到指令并有访问系统资源的优先权。
（2）组态任务：组态任务创建监视和控制过程的指令和逻辑，组态任务还创建组态文件，在系统任务被启动时，它读入组态文件并使用其中的信息执行相应的功能。
（3）用户任务：用户任务是工作在过程或过程数据中与用户发生关系的程序，用户任务也使用组态文件。用户取样和建立数据档案的历史趋势应用有三个程序：
历史定义：是一个组态任务，它选择被采样的数据点。
历史采集：是一个系统任务，它根据历史定义任务创建的组态文件执行数据取样。
历史显示：是一个用户任务，它用趋势图显示所收集的数据。
一些程序可以作为不同的任务执行，例如：数据库建立程序（DATA BASE BUILDER）是创造过程数据库的组态任务，它还可以作为用户任务，用电子表格方式显示实时数据。
监控系统软件的两个基本功能是数据采集和数据处理，数据采集是从现场获得数据并将它们加工成可利用形式的基本功能，通常监控系统通过I/O驱动软件同I/O硬件设备直接通讯进行数据采集。并将采集来的数据传送到设备映象表（DIT）的指定地址，接着扫描、报警和控制程序（SAC）读入从DIT来的数据，进行处理并且将其传送给过程数据库。一旦监控系统获得数据，将进行处理并传送给需要这些数据的程序，这个过程就是“数据处理”。监控软件数据处理的主要部分功能如下：
（1）过程数据库是监控和数据采集系统的心脏部分，这个过程数据库是由过程控制逻辑而形成的一种过程描述，它是由块和链组成，一个“块”是一组过程控制指令代码，它执行规定的动作，一般有两种块类型。一级块从DIT读数据，或写数据到DIT或者执行规定功能，二级块处理传输给它的数据。一个链是一系列连接在一起的块，它们完成一个控制或监测回路。例如在一个控制回路中，你需要读一个数据点，用一个标准公式进行计算，然后写出。这个执行控制策略的链可以由一模拟量输入块，后面接一个计算块以及接在后面的一个模拟量输出块组成。
（2）设备映象表（DIT）可以看作一个信箱的集合体。DIT中的每个信箱的叫一个数据记录。每个数据记录可容纳一个单个数据点或一批连续的数据点。为了建立一个数据记录，要规定开始地址和长度。开始地址告诉I/O驱动这批数据从哪个硬件地址开始，长度则告诉I/O驱动有多少个连续的数据需要取出。
（3）I/O驱动是访问硬件设备和规定通讯参数的工具，每个I/O驱动支持特定的硬件，I/O驱动软件加载后就能建立和维护DIT，I/O口驱动是按每个数据记录规定的速度更新DIT，DIT的更新时间。叫数据时间。数据时间可以按0.1秒为增量从0到255秒范围内取值。
（4）扫描、报警和控制程序（SAC）：负责执行数值库链的逻辑，它从DIT取数据，将数据转换成过程数据库要求的格式，对照报警检查数据并产生报警信息，同进负责执行控制逻辑，执行异常检测，按要求将数据写入DIT，每个数值库链还包含了SAC应该处理链的信息，可选的处理方式有三种：以时间为基础的处理，以异常为基础的处理和一次性处理。
以时间为基础的处理：SAC能按0.05秒,秒、分、小时等扫描时间单位处理链的信息。
以异常为基础的处理：SAC能在以下情况下执行以异常为基础的链信息处理；DIT数值变化；从过程硬件主动送来的信息操作员的操作，应用程序发出的指令。
一次性处理：SAC还能执行“一次性处理”，当一个链的扫描时间为零时，SAC只在链开始扫描时执行一次处理。
（5）人机对话（MMI）：它提供一个面向过程的窗口，通过现场传感器，仪表设备及计算机的共同作用使操作员及时了解现场情况。在监控系统中，采用全图形化的用户界面，以人机交互式方式生成显示画面及完成实时数据的动态链接，并且实时地显示过程现场各种数据的动态变化。
（四）、监控系统主要软件模块、软件分布路径和系统启动加载执行程序
1.主要软件模块
基本模块：包括系统组态软件（SCU），安全保护管理，数据库显示及修改。
I/O驱动模块：包括了各种现场I/O设备的驱动程序。
数据平台模块：包括扫描、报警和控制（SAC），报警管理实时数据库数据处理。
人机界面模块：包括面向实体的图形处理功能。
信息服务模块：包括自动控制和统计处理控制模块。
历史趋势模块：完成历史数据收集、存档、显示等功能。
实时数据库访问接口（CDA）模块：提供各种调用去访问实时数据库中的数据。
历史数据库访问接口（HAD）模块：提供各种调用去访问历史数据库中的数据。
2.软件分布路径和用途
基础目录（C:\WDMACS）：存放全部可执行文件,监控系统其它软件和数据文件通常是存放于该基础目录的子目录。
本地目录（C:\WDMACS\LOCAL)：存放过程数据库文件总文件(SUC)和系统安全保护文件。
数据库目录（C:\WDMACS\DDB)：存放过程数据库文件，数据库管理组态文件。
图形目录（C:\WDMACS\PIC）：存放绘图和显示程序使用的图形复盖和块状态显示文件。
应用文件目录（C:\WDMACS\APP）：建立应用程序及相应的数据文件。
历史目录（C:\WDMACS\HTK）：存放历史、趋势、应用三个程序的组态文件。
历史数据（C:\WDMACS\HTRDATA）：存放历史数据文件。
报警（C:\WDMACS\RCC）：存放报警数据文件。
3.系统启动和自动加载执行的程序
报警文件任务（WALMFILE.EXE）：接收报警信息并将它们存入文件。
报警一览任务（WALMSUM.EXE）：按报警一览链接接收报警以进行显示。
报警管理（WNAM.EXE）：向各节点分发报警信息。
对话监视（WSEMON.EXE）：监视系统的对话状态，在对话中断时产生报警信息，同时试图再次接通。
启动对话（WSTRTSES.EXE）：在启动时，接通组态文件中列出的对话。
数据库服务（WDBASRV.EXE）：回答系统中的数据请求。
扫描、报警及控制（WSACTASK.EXE）：根据设备映象表（DIT）更新数据库，向DIT写数据及执行数据库链逻辑。
历史采集（HTC EXE）：根据设定要求采集历史数据。
该计算机房场地环境监控系统已稳定运行多年，对提高电脑机房环境设备的监控水平和改变维护管理的现状都起了积极的作用，为中心机房的计算机及网络系统设备的安全可靠工作提供了良好的环境。
7/11/2005
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