數(shù)據(jù)中心動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)分析與應用

安科瑞 陳聰

摘要：介紹了數(shù)據(jù)中心動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，并結合原理圖詳細分析。本系統(tǒng)主要對數(shù)據(jù)中心的電源設備和環(huán)境參數(shù) 進行監(jiān)控，如 UPS、蓄電池、配電柜、溫濕度、漏水監(jiān)測等，將實現(xiàn)多機房、微模塊遠程聯(lián)網集中監(jiān)管， 從而為提高數(shù)據(jù)中心能源效率的指標 PUE 值奠定堅實的基礎。

關鍵詞：數(shù)據(jù)中心；狀態(tài)參數(shù)；監(jiān)控；節(jié)能

0引言

數(shù)據(jù)中心動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)是對數(shù)據(jù)中心進行遠程監(jiān)控的系統(tǒng)，是管理運維人員進行遠程集中維護與操作的基本支撐工具，是展示數(shù)據(jù)中心能效協(xié)助節(jié)能的有效平臺，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)機房的動力設備參數(shù)、環(huán)境狀態(tài)、能效計量和機房內各類設備位置的監(jiān)控。實現(xiàn)以上監(jiān)控功能，可通過環(huán)境狀態(tài)感知、環(huán)境狀態(tài)采集、環(huán)境狀態(tài)異常報警、環(huán)境狀態(tài)保存和環(huán)境狀態(tài)呈現(xiàn)等幾個步驟實現(xiàn)。

（1）機房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測對象有：柴油發(fā)電機、配電柜、列頭柜（或母線槽）、UPS、蓄電池組、溫濕度、水浸漏水、精密空調、氫氣檢測、視頻監(jiān)控、門禁等，終都集成在動環(huán)監(jiān)控平臺中統(tǒng)一管理。在故障報警前可進行預警，故障報警發(fā)生時能通過各種方式通知管理人員，管理人員可以方便地設置和調整報警參數(shù)和條件。

（2）系統(tǒng)將通過TCP/IP網絡進行數(shù)據(jù)傳輸，采用B/S的架構,便于遠程訪問和集中監(jiān)控。所監(jiān)控的設備或者子系統(tǒng)均通過串口/網絡接入到監(jiān)控服務器；各智能設備按照同種設備一定數(shù)量分為不同的組，通過串口連接的各組設備以手拉手的方式串接起來，再接入到嵌入式采集器；本工程一般在消防值班室配置監(jiān)控服務器,也可為電力室另配置監(jiān)控服務器。嵌入式采集器和監(jiān)控服務器數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)實時同步，以便監(jiān)控和報警。嵌入式采集器有本地存儲功能，可存儲3～12個月的數(shù)據(jù)。

下面對系統(tǒng)監(jiān)控的設備及參數(shù)做詳細介紹。

1動力監(jiān)控

1.1柴油發(fā)電機監(jiān)測

通過柴油發(fā)電機所帶的智能數(shù)據(jù)接口，對發(fā)電機的三相輸出電壓、三相輸出電流、輸出功率、輸出頻率、啟動電池電壓、液位、工作狀態(tài)等進行實時監(jiān)控和顯示。同時，也可對發(fā)電機的工作方式（手自動）、自動轉換開關（ATS）狀態(tài)、柴油泄露、啟動失敗、過載、緊急停車等各類故障進行監(jiān)測和報警。

1.2開關電源監(jiān)測

通過智能數(shù)據(jù)接口對開關電源實現(xiàn)三相輸入電壓、三相輸出電流、輸入頻率、輸出母線電壓、整流模塊單體輸出電流、總負載電流、蓄電池充電電流、主要分路電流等參數(shù)進行實時監(jiān)測。通過開關電源的智能接口，采用總線的方式將信號接入數(shù)據(jù)采集器，由監(jiān)控平臺監(jiān)測機房內的開關電源運行情況。

1.3配電柜、列頭柜及開關監(jiān)測

監(jiān)測信號線連至列頭柜、UPS輸入柜、UPS輸出柜、二級空調配電柜的自帶智能接口電量儀，納入統(tǒng)一監(jiān)控平臺。監(jiān)測各配電柜總進線三相電源的相電壓、線電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、頻率等參數(shù)，同時可監(jiān)測各回路開關和ATS開關狀態(tài)。

1.4UPS主機監(jiān)測

通過UPS設備提供的智能數(shù)據(jù)接口，由監(jiān)控平臺軟件進行UPS的實時監(jiān)測。實時監(jiān)視UPS的各項參數(shù)：輸入輸出及旁路電力參數(shù)（電壓、頻率、負載數(shù)據(jù)等），電池參數(shù)（總電壓、總充放電電流、溫度、后備時間等），工作狀態(tài)（工作模式），同步狀態(tài)，UPS/旁路供電，整流器、逆變器、旁路、電池部件等故障狀態(tài)等。

1.5蓄電池監(jiān)測

通過單體蓄電池檢測模塊對每節(jié)蓄電池進行連線檢測，再由蓄電池檢測儀采用總線的方式將信號接入到數(shù)據(jù)采集器，對蓄電池報警進行實時監(jiān)測。另外，能夠實時監(jiān)測蓄電池組的總電壓、充放電電流、單節(jié)電池電壓、單節(jié)電池內阻(可選)和極柱溫度，具備單體電池模擬量監(jiān)控接入功能。

2環(huán)境監(jiān)控

2.1溫濕度監(jiān)測

在機房的重要區(qū)域（如冷熱通道以及UPS室、電池室等），安裝帶液晶顯示面板的溫濕度傳感器，一旦發(fā)現(xiàn)異常立即啟動報警。溫濕度傳感器不允許安裝在設備熱出風口。溫濕度傳感器對環(huán)境溫濕度進行監(jiān)測，既可在液晶面板上看到當前的溫濕度實時數(shù)值，也可采用總線的方式將信號接入數(shù)據(jù)采集器，遠程實時監(jiān)測，同時可與其它設備或系統(tǒng)進行聯(lián)動，如當溫度過高時，可自動啟動空調制冷。

2.2漏水監(jiān)測

在空調主機周邊區(qū)域、空調排水管周邊區(qū)域、機房內含水管道周邊區(qū)域等有水源的地方，安裝定位式水浸傳感器（通常為漏水繩），水浸主機控制器采用總線的方式將漏水報警信號直接接入數(shù)據(jù)采集器，進行漏水的實時監(jiān)測。

2.3精密空調監(jiān)控

機房溫度出現(xiàn)異常時，將對機房其他設備運行造成嚴重影響，精密空調設備采用總線的方式將監(jiān)控信號直接接入到數(shù)據(jù)采集器，遠程實時監(jiān)測。通過智能通訊接口，實現(xiàn)以下功能實時監(jiān)測控制：空調狀態(tài)（開機、關機）、當前溫度值、工作模式、空調模式、風速、調溫設置、定時啟動時間段、溫度控制啟動上下限閥值等。

2.4濕膜加濕器監(jiān)控

能通過智能數(shù)據(jù)接口，對機房、電力室、配套用房的濕膜加濕器的運行參數(shù)和故障報警進行監(jiān)控。

3其他監(jiān)控

3.1視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控作為安全管控、遠程監(jiān)視、事故追溯的重要手段，于建設初期應提前按要求部署視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過攝像機等設備對關鍵區(qū)域實施監(jiān)控。

機房內所有分區(qū)有監(jiān)控，重要機房的所有過道、冷熱通道均設置至少2個攝像機形成對射，無盲區(qū)覆蓋，配置7*24小時視頻監(jiān)控條件。通常采用1080P高清攝像機，出入機房樓大廳配置具備人臉識別功能的攝像機和門禁道閘，所有視頻資料保存時間為90天，并具備智能監(jiān)控、離線告警等功能。

3.2門禁管理

門禁管理可進行在線授權、撤銷，配置門禁參數(shù)、遠程操作開門、事故斷電常開、布防撤防等。具有持卡人員配置管理功能，能配置管理部門人員信息，能按時段分配持卡人員權限。系統(tǒng)可實時的反映當前門禁狀態(tài)，能夠遠程操作門禁開關，實時監(jiān)控持卡人員的出入情況，對操作的結果和告警信息實時給出提示?？刹樵內藛T出入記錄、操作記錄、告警記錄，管理各項信息，同時能夠輸出各種統(tǒng)計報表。

3.3新風機組監(jiān)控

監(jiān)測新風機組風機的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手自動狀態(tài)、新風閥執(zhí)行器的開關狀態(tài)、過濾網堵塞狀態(tài)（壓差）、送風溫度等，控制電動閥開度、新風機組的開啟和關閉（雙DO）、新風閥執(zhí)行器的開啟和關閉（雙DO）。

3.4氫氣監(jiān)測

監(jiān)測蓄電池室內氫氣濃度，通過采集模塊數(shù)據(jù)采集氫氣傳感器濃度。

3.5各類風機監(jiān)控

監(jiān)測送風機、排風機、補風機等各類風機的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手自動狀態(tài)等，控制風機的開啟和關閉（雙DO）。

注意事項：后三項監(jiān)控現(xiàn)在通常納入BA系統(tǒng)，根據(jù)氫氣監(jiān)測、冷媒泄露監(jiān)測等聯(lián)動各類風機的啟停，如果風機管理多個機房，則還要聯(lián)動管理風閥執(zhí)行器的啟停。新風機組監(jiān)控通常會有兩種模式：（1）新風機組采用冷凍水作為冷源，則由BA系統(tǒng)監(jiān)控具體DI、DO、AI、AO信息點；（2）如直彭新風機組采用特定介質作為冷源，自帶室外機組，則通常由產品自成系統(tǒng)，通過智能數(shù)據(jù)接口整體連接至BA。

4原理圖展示

圖1

圖2

5動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

通過數(shù)據(jù)中心動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)中心的門禁狀態(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)進行實時監(jiān)測，并進行實時報警，保障數(shù)據(jù)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，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高。同時實現(xiàn)動環(huán)監(jiān)控并對各用能耗能進行能效分析，幫助用戶實現(xiàn)用能效率的優(yōu)化。

5.1系統(tǒng)功能

（1）展示當前數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心實時PUE值，通過儀表盤形式直觀展示。

（2）選擇查看數(shù)據(jù)中心的中低壓配電系統(tǒng)主接線圖，并在一次圖顯示配電系統(tǒng)當前遙測、遙信數(shù)據(jù)和狀態(tài)。實時監(jiān)測各配電柜的電壓、電流等電力參數(shù)，變電站的溫濕度、煙感、水浸、門禁等環(huán)境情況。

（3）電氣接點溫度實時監(jiān)測，斷路器觸頭、觸臂、母排和線纜連接等位置安裝無線測溫傳感器監(jiān)測接點溫度，便于提前發(fā)現(xiàn)溫度異常導致的事故。

（4）監(jiān)測各變壓器各項參數(shù)，包括負載率、頻率、功率因數(shù)、三相不平衡度等，并且顯示歷時曲線圖，數(shù)據(jù)實時變化。幫助用戶直

（5）電能質量在線監(jiān)測，可以監(jiān)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容忍曲線等

（6）系統(tǒng)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(shù)頻率，同時監(jiān)測UPS溫度、蓄電池電壓、當前負載下的剩余時間等數(shù)據(jù)。

（7）展示單體電池電壓、內阻和溫度，預測電池帶載時剩余時間，每節(jié)電池數(shù)據(jù)均可以設置異常報警，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池異常。

（8）展示精密配電柜內進線和饋線回路電氣參數(shù)，包括電流電壓功率電能以及開關狀態(tài)，并可以對數(shù)據(jù)進行報警設置和分級，數(shù)據(jù)取自精密配電柜測量模塊。

（9）展示智能小母線的始端箱和插接箱電氣參數(shù)，包括電流電壓、開關狀態(tài)、插接點溫度，并對數(shù)據(jù)進行報警設置和分級。

（10）通過平面圖顯示數(shù)據(jù)中心能源分布，設備分布情況，并顯示設備能耗數(shù)據(jù)，點擊平面圖上設備可以進入具體設備監(jiān)控界面。

（11）實時顯示當前數(shù)據(jù)中心PUE值以及歷史PUE曲線。并且顯示各分項用能的用能情況及用能排行。監(jiān)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圖、餅圖進行展示。對數(shù)據(jù)中心用電數(shù)據(jù)進行同比、環(huán)比分析比較，查看用電趨勢。

（13）監(jiān)測精密空調的回風溫濕度，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(jiān)測數(shù)據(jù)中心溫濕度、開關門、水浸、煙霧、噪聲、氣體濃度狀態(tài)等參數(shù)。曲線圖直觀明了，同時支持歷史數(shù)據(jù)查詢

（15）通過列表顯示各類報警事件數(shù)量，通過柱狀圖顯示逐日報警數(shù)量，提供報警總數(shù)以及增長趨勢。

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

5.2 動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)選型方案

6結語

數(shù)據(jù)中心動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)將實現(xiàn)多機房、微模塊遠程聯(lián)網集中監(jiān)管，工作人員在總控中心即可統(tǒng)一對數(shù)據(jù)中心下屬多個機房和微模塊進行統(tǒng)一管理，實時監(jiān)控動力設備和機房環(huán)境的狀態(tài)，及時檢測各類故障并通知相關人員操作處理，可遠程進行維護、數(shù)據(jù)備份、升級，提高機房無人值守的安全可靠性。同時，能對數(shù)據(jù)中心園區(qū)、每棟建筑、每個機房、每個微模塊乃至每個機架機柜的能效進行計量展示，協(xié)助制定合理的節(jié)能方案，從而為提高PUE值、降本增效奠定堅實的基礎。

【參考文獻】 

【1】GB50314-2015.《智能建筑設計標準》. 北京：中國計劃出版社，2015.

【2】常紅波．淺談數(shù)據(jù)中心動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)［Ｊ］．信息技術與信息化，2019（12）：13-15.

【3】安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.5版