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                          淺談數據中心機房動(dòng)力環(huán)境監控系統設計與優(yōu)化

                          更新時(shí)間: 2023-10-20   點(diǎn)擊次數: 341次

                          摘要:結合銀行數據中心建設項目,設計銀行數據中心機房動(dòng)力環(huán)境監控系統,分析銀行數據中心機房監控對象、搭建系統監控架構,給出監控實(shí)現方法,*后針對運行一段時(shí)間出現的問(wèn)題,提出優(yōu)化措施和建議,對同類(lèi)工程建設具有一定借鑒意義。

                          關(guān)鍵詞:數據中心;動(dòng)環(huán)監控;系統架構;網(wǎng)絡(luò )拓撲

                          0引言

                          銀行數據中心機房的供配電和精密空調等基礎設施多,而設備維護人力資源少,因此增加了基礎設施運維人員工作強度和難度。為及時(shí)發(fā)現設備故障并處理,本文設計了動(dòng)力環(huán)境監控系統,并針對運行中出現的主要問(wèn)題給出優(yōu)化措施。

                          1系統監控對象

                          銀行數據中心機房動(dòng)力環(huán)境監控系統(以 下 簡(jiǎn) 稱(chēng) 為 動(dòng)環(huán)監控系統)的監控對象可分為三大類(lèi):第一是對設備動(dòng)力系統實(shí)時(shí)工作狀態(tài)進(jìn)行監控,如供配電系統開(kāi)關(guān)狀態(tài)、UPS和柴油發(fā)電機等設備的運轉參數和狀態(tài)等;第二是對機房?jì)冗\行環(huán)境進(jìn)行監測與控制,如溫度、濕度、漏水、氫氣濃度及消防等;第三是對人員設備進(jìn)出進(jìn)行監控,如門(mén)禁、攝像頭、防入侵等安全類(lèi)設備。而機柜內服務(wù)器、交換機、加密機等安全或網(wǎng)絡(luò )類(lèi)硬件設備運行狀態(tài)并未納入,不在本文探討范圍。

                          2系統架構

                          動(dòng)環(huán)監控系統采用計算機網(wǎng)絡(luò )、現代通信技術(shù)和控制技術(shù),對機房動(dòng)力設備及環(huán)境等進(jìn)行實(shí)時(shí)監控,實(shí)現無(wú)人值守機房的現代化管理。硬件上采用三層架構:底層為現場(chǎng)設備層,由被監控設備、I/O采集模塊等構成;中間層為數據采集處理層,由各串口服務(wù)器、動(dòng)環(huán)服務(wù)器、交換機等構成;頂層為數據應用層,由監控平臺或客戶(hù)端等終端構成。軟件上采用B/S結構,在機房中通過(guò)安裝各種傳感器及數據采集設備進(jìn)行底層數據采集,將所有子系統集成在統一的用戶(hù)界面下,對各個(gè)子系統進(jìn)行統一監視、控制和協(xié)調,從而構成統一的協(xié)同工作的整體。系統架構設計如圖1所示。image.png

                          圖1動(dòng)環(huán)監控系統架構設計

                          3系統實(shí)現

                          3.1工程概況

                          數據中心主機房設置在6F,按功能細分為服務(wù)器機房一、二、三,網(wǎng)絡(luò )機房,配電間A、B;配電間重要斷路器或開(kāi)關(guān)、電量?jì)x、UPS及防雷,主機房?jì)刃嘛L(fēng)機、精密空調及漏水檢測、機柜PDU、溫濕度、防入侵(紅外線(xiàn)檢測)需納入動(dòng)環(huán)監控系統。UPS蓄電池室設置在-2F,柴油發(fā)電機間設置在-1F,三電源切換室設置在1F,運維室設置在7F,消防氣瓶間設置在8F。動(dòng)環(huán)監控系統的監控對象見(jiàn)表1。image.png

                          3.2硬件構成

                          動(dòng)環(huán)監控系統由2臺服務(wù)器(雙機熱備)、2臺客戶(hù)端PC機、監控大屏、核心交換機(A、B網(wǎng))、視頻匯聚交換機、門(mén)禁接入交換機、采集箱及串口服務(wù)器等構成。

                          3.2.1數據采集層核心設備

                          采集箱負責開(kāi)關(guān)量、溫濕度等原始數據的采集,是整個(gè)監控系統的核心,采用深圳計通機架式,大小為2U,可安裝在機柜內,箱內采集模塊通過(guò)端子排與被監控設備相連。串口服務(wù)器采用計通OAO-9000E嵌入式智能管理單元,該設備集數據采集、解析、存儲告警于一體,具備正確故障定位能力,可滿(mǎn)足不同廠(chǎng)家設備數據信號的接入與“翻譯"。

                          3.2.2現場(chǎng)設備層

                          現場(chǎng)設備層的設備分為需接協(xié)議轉換器設備、需提供通信協(xié)議設備、模擬量直集模塊和開(kāi)關(guān)量直集模塊四類(lèi)。

                          (1)需接協(xié)議轉換器(串口服務(wù)器)的設備包括精密空調、漏水繩、機柜PDU、電量?jì)x、UPS電源、蓄電池、柴油發(fā)電機。這些設備需相應廠(chǎng)家提供通信接口及其開(kāi)放的通信協(xié)議,以便對各設備運行參數或狀態(tài)進(jìn)行監測。

                          (2)需提供通信協(xié)議的設備包括視頻監控和門(mén)禁子系統。這些設備需相應的廠(chǎng)家提供通信協(xié)議,由動(dòng)環(huán)監控系統進(jìn)行集成和管理,能實(shí)現在動(dòng)環(huán)監控端點(diǎn)擊任意攝像頭調出相應攝像頭的實(shí)時(shí)監控畫(huà)面和實(shí)現對任意門(mén)的開(kāi)關(guān)控制。

                          (3)模擬量直集模塊。①溫濕度監測:通過(guò)在機房?jì)鹊闹匾獏^域、冷熱通道和機柜內部安裝溫濕度傳感器,實(shí)時(shí)采集溫濕度的變化情況和熱力分布情況。②氫氣監測:通過(guò)在電池間安裝氫氣采集模塊,可實(shí)時(shí)檢測PPM值是否超標,及時(shí)發(fā)現氫氣泄漏的電池隱患;當氫氣PPM達到設定的閾值時(shí),系統發(fā)出報警。

                          (4)開(kāi)關(guān)量直集模塊。①重要開(kāi)關(guān)監測:通過(guò)監測配電柜內重要斷路器的輔助觸點(diǎn)狀態(tài),判斷開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài);當監測的開(kāi)關(guān)狀態(tài)與設定默認狀態(tài)不一致時(shí),監控主系統發(fā)出報警。②防雷監測:通過(guò)監測防雷器的遙信觸點(diǎn),實(shí)時(shí)監測防雷器狀態(tài);當監測的防雷器狀態(tài)與設定默認狀態(tài)不一致時(shí),監控主系統發(fā)出報警。③新風(fēng)排煙監控:通過(guò)在新風(fēng)和排煙管道中安裝壓差開(kāi)關(guān)檢測壓差信號,監測機房?jì)刃嘛L(fēng)機和排煙機的運行狀態(tài),可遠程控制新風(fēng)機的啟停。④防入侵監測:通過(guò)在機房?jì)劝惭b紅外探頭以監測機房?jì)热藛T移動(dòng)狀態(tài);當紅外探測器的狀態(tài)異常時(shí),系統發(fā)出報警。⑤消防監測:通過(guò)采集消防控制主機報警輸出點(diǎn)的信號,實(shí)時(shí)監測機房?jì)雀鞣謪^的消防狀態(tài);一旦發(fā)生報警,系統就自動(dòng)切換到相應的監控界面,火警狀態(tài)圖標變紅且閃爍顯示,同時(shí)產(chǎn)生報警事件并記錄存儲。

                          4.軟件平臺

                          動(dòng)力環(huán)境集中監控平臺軟件采用B/S結構,通過(guò)在機房中安裝各種傳感器及數據采集設備進(jìn)行底層數據采集,外廠(chǎng)家設備需提供通信接口及其開(kāi)放的通信協(xié)議,進(jìn)行數據“翻譯"處理,通過(guò)機房監控平臺集中監控,全中文、圖形化;界面結構層次清晰,實(shí)時(shí)反映數據狀態(tài)。集中監控平臺能運行于中文Windows操作系統。動(dòng)力環(huán)境集中監控平臺軟件采用模塊化設計,可劃分為采集層、處理層、管理層及展示層,如圖3所示。其中,個(gè)人工作平臺能提供動(dòng)環(huán)監控主界面、告警事件列表、待辦事項、告警等級統計、PUE實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、基礎設施分類(lèi)餅狀圖等可自由選擇的個(gè)性化定制界面。報表管理可根據機房管理原有報表格式生成詳細的數據記錄報表和數據分析報表,存儲格式為Excel或PDF;數據存儲時(shí)間需長(cháng)于1年,且具有防篡改功能。軟件交互界面中,動(dòng)環(huán)監控模塊可直觀(guān)看到各個(gè)機房實(shí)時(shí)運行狀態(tài),設置機房名稱(chēng)、設備圖標等超鏈接可直達各子界面,通過(guò)溫濕度監測、門(mén)禁、視頻監控、溫度場(chǎng)、漏水監測、紅外監測、消防監測等按鈕可直達各分畫(huà)面,并提供基于電子地圖、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、餅狀圖、折線(xiàn)圖、直方圖等多形式數據展現方式,便于運維人員分析設備歷史運行趨勢,以判斷設備狀況。

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                          圖3動(dòng)力環(huán)境集中監控平臺軟件架構圖

                          系統告警采取短信、電話(huà)、現場(chǎng)語(yǔ)音三種報警結合的方式,報警等級分為緊急、重要、一般三個(gè)層次,不同級別的報警采用不同報警方式實(shí)現報警信息的發(fā)送。無(wú)論系統處于任何畫(huà)面,都可自動(dòng)提示告警,顯示告警信息。當一個(gè)報警狀態(tài)解除時(shí),系統可自動(dòng)發(fā)送相應的恢復短信,以便機房管理人員隨時(shí)掌握相關(guān)動(dòng)態(tài)。

                          5安科瑞動(dòng)環(huán)監控系統解決方案

                          通過(guò)數據中心動(dòng)環(huán)監控系統,實(shí)現了對數據中心的門(mén)禁狀態(tài)、水浸狀態(tài),煙霧狀態(tài),視頻狀態(tài),環(huán)境狀態(tài),高低壓配電狀態(tài),設備運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測,并進(jìn)行實(shí)時(shí)報警,保障數據中心正常運行,避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障,保證維護人員安全,延長(cháng)設備使用壽命,減少配電室粗放式管理導致成本過(guò)高。同時(shí)實(shí)現動(dòng)環(huán)監控并對各用能耗能進(jìn)行能效分析,幫助用戶(hù)實(shí)現用能效率的優(yōu)化。

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                          5.1系統功能

                          (1)展示當前數據中心總能耗,IT能耗,空調能耗,及其他能耗并且計算出當前數據中心實(shí)時(shí)PUE值,通過(guò)儀表盤(pán)形式直觀(guān)展示。

                          (2)選擇查看數據中心的中低壓配電系統主接線(xiàn)圖,并在一次圖顯示配電系統當前遙測、遙信數據和狀態(tài)。實(shí)時(shí)監測各配電柜的電壓、電流等電力參數,變電站的溫濕度、煙感、水浸、門(mén)禁等環(huán)境情況。

                          (3)電氣接點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)監測,斷路器觸頭、觸臂、母排和線(xiàn)纜連接等位置安裝無(wú)線(xiàn)測溫傳感器監測接點(diǎn)溫度,便于提前發(fā)現溫度異常導致的事故。

                          (4)監測各變壓器各項參數,包括負載率、頻率、功率因數、三相不平衡度等,并且顯示歷時(shí)曲線(xiàn)圖,數據實(shí)時(shí)變化。幫助用戶(hù)直

                          (5)電能質(zhì)量在線(xiàn)監測,可以監測電流和電壓諧波畸變率、電壓暫升暫降暫中斷等暫態(tài)事件記錄、ITIC容忍曲線(xiàn)等

                          (6)系統采集UPS輸入、輸出端和旁路三相電壓、電流、有功功率、功率因數頻率,同時(shí)監測UPS溫度、蓄電池電壓、當前負載下的剩余時(shí)間等數據。

                          (7)展示單體電池電壓、內阻和溫度,預測電池帶載時(shí)剩余時(shí)間,每節電池數據均可以設置異常報警,及時(shí)發(fā)現蓄電池異常。

                          (8)展示精密配電柜內進(jìn)線(xiàn)和饋線(xiàn)回路電氣參數,包括電流電壓功率電能以及開(kāi)關(guān)狀態(tài),并可以對數據進(jìn)行報警設置和分級,數據取自精密配電柜測量模塊。

                          (9)展示智能小母線(xiàn)的始端箱和插接箱電氣參數,包括電流電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、插接點(diǎn)溫度,并對數據進(jìn)行報警設置和分級。

                          (10)通過(guò)平面圖顯示數據中心能源分布,設備分布情況,并顯示設備能耗數據,點(diǎn)擊平面圖上設備可以進(jìn)入具體設備監控界面。

                          (11)實(shí)時(shí)顯示當前數據中心PUE值以及歷史PUE曲線(xiàn)。并且顯示各分項用能的用能情況及用能排行。監測各變壓器運行及負載情況,給出本月變壓器輸出電能排行。

                          (12)顯示電能消耗日/月/年報表,并可對具體回路選擇曲線(xiàn)圖、餅圖進(jìn)行展示。對數據中心用電數據進(jìn)行同比、環(huán)比分析比較,查看用電趨勢。

                          (13)監測精密空調的回風(fēng)溫濕度,出回水溫度,并可以設定精密空調的溫濕度,達到更好的控制效果。

                          (14)監測數據中心溫濕度、開(kāi)關(guān)門(mén)、水浸、煙霧、噪聲、氣體濃度狀態(tài)等參數。曲線(xiàn)圖直觀(guān)明了,同時(shí)支持歷史數據查詢(xún)

                          (15)通過(guò)列表顯示各類(lèi)報警事件數量,通過(guò)柱狀圖顯示逐日報警數量,提供報警總數以及增長(cháng)趨勢。

                          維管理功能,可針對數據中心各主要設備進(jìn)行巡檢派工,消缺,搶修等維護工作。


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