數(shù)據(jù)中心動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)分析與應(yīng)用

安科瑞 陳聰

摘要：介紹了數(shù)據(jù)中心動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，并結(jié)合原理圖詳細(xì)分析。本系統(tǒng)主要對(duì)數(shù)據(jù)中心的電源設(shè)備和環(huán)境參數(shù) 進(jìn)行監(jiān)控，如 UPS、蓄電池、配電柜、溫濕度、漏水監(jiān)測(cè)等，將實(shí)現(xiàn)多機(jī)房、微模塊遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)管， 從而為提高數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo) PUE 值奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)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(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的系統(tǒng)，是管理運(yùn)維人員進(jìn)行遠(yuǎn)程集中維護(hù)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(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房的動(dòng)力設(shè)備參數(shù)、環(huán)境狀態(tài)、能效計(jì)量和機(jī)房?jī)?nèi)各類(lèi)設(shè)備位置的監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)以上監(jiān)控功能，可通過(guò)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(bào)警、環(huán)境狀態(tài)保存和環(huán)境狀態(tài)呈現(xiàn)等幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)。

（1）機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象有：柴油發(fā)電機(jī)、配電柜、列頭柜（或母線(xiàn)槽）、UPS、蓄電池組、溫濕度、水浸漏水、精密空調(diào)、氫氣檢測(cè)、視頻監(jiān)控、門(mén)禁等，終都集成在動(dòng)環(huán)監(jiān)控平臺(tái)中統(tǒng)一管理。在故障報(bào)警前可進(jìn)行預(yù)警，故障報(bào)警發(fā)生時(shí)能通過(guò)各種方式通知管理人員，管理人員可以方便地設(shè)置和調(diào)整報(bào)警參數(shù)和條件。

（2）系統(tǒng)將通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采用B/S的架構(gòu),便于遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)和集中監(jiān)控。所監(jiān)控的設(shè)備或者子系統(tǒng)均通過(guò)串口/網(wǎng)絡(luò)接入到監(jiān)控服務(wù)器；各智能設(shè)備按照同種設(shè)備一定數(shù)量分為不同的組，通過(guò)串口連接的各組設(shè)備以手拉手的方式串接起來(lái)，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(wù)器,也可為電力室另配置監(jiān)控服務(wù)器。嵌入式采集器和監(jiān)控服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步，以便監(jiān)控和報(bào)警。嵌入式采集器有本地存儲(chǔ)功能，可存儲(chǔ)3～12個(gè)月的數(shù)據(jù)。

下面對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控的設(shè)備及參數(shù)做詳細(xì)介紹。

1動(dòng)力監(jiān)控

1.1柴油發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)

通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)所帶的智能數(shù)據(jù)接口，對(duì)發(fā)電機(jī)的三相輸出電壓、三相輸出電流、輸出功率、輸出頻率、啟動(dòng)電池電壓、液位、工作狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和顯示。同時(shí)，也可對(duì)發(fā)電機(jī)的工作方式（手自動(dòng)）、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（ATS）狀態(tài)、柴油泄露、啟動(dòng)失敗、過(guò)載、緊急停車(chē)等各類(lèi)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

1.2開(kāi)關(guān)電源監(jiān)測(cè)

通過(guò)智能數(shù)據(jù)接口對(duì)開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)三相輸入電壓、三相輸出電流、輸入頻率、輸出母線(xiàn)電壓、整流模塊單體輸出電流、總負(fù)載電流、蓄電池充電電流、主要分路電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的智能接口，采用總線(xiàn)的方式將信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集器，由監(jiān)控平臺(tái)監(jiān)測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)的開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行情況。

1.3配電柜、列頭柜及開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)信號(hào)線(xiàn)連至列頭柜、UPS輸入柜、UPS輸出柜、二級(jí)空調(diào)配電柜的自帶智能接口電量?jī)x，納入統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)。監(jiān)測(cè)各配電柜總進(jìn)線(xiàn)三相電源的相電壓、線(xiàn)電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、頻率等參數(shù)，同時(shí)可監(jiān)測(cè)各回路開(kāi)關(guān)和ATS開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

1.4UPS主機(jī)監(jiān)測(cè)

通過(guò)UPS設(shè)備提供的智能數(shù)據(jù)接口，由監(jiān)控平臺(tái)軟件進(jìn)行UPS的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)監(jiān)視UPS的各項(xiàng)參數(shù)：輸入輸出及旁路電力參數(shù)（電壓、頻率、負(fù)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(shí)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(cè)

通過(guò)單體蓄電池檢測(cè)模塊對(duì)每節(jié)蓄電池進(jìn)行連線(xiàn)檢測(cè)，再由蓄電池檢測(cè)儀采用總線(xiàn)的方式將信號(hào)接入到數(shù)據(jù)采集器，對(duì)蓄電池報(bào)警進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。另外，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)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(nèi)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(cè)

在機(jī)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(dòng)報(bào)警。溫濕度傳感器不允許安裝在設(shè)備熱出風(fēng)口。溫濕度傳感器對(duì)環(huán)境溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，既可在液晶面板上看到當(dāng)前的溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)值，也可采用總線(xiàn)的方式將信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集器，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)可與其它設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，如當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，可自動(dòng)啟動(dòng)空調(diào)制冷。

2.2漏水監(jiān)測(cè)

在空調(diào)主機(jī)周邊區(qū)域、空調(diào)排水管周邊區(qū)域、機(jī)房?jī)?nèi)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(jī)控制器采用總線(xiàn)的方式將漏水報(bào)警信號(hào)直接接入數(shù)據(jù)采集器，進(jìn)行漏水的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.3精密空調(diào)監(jiān)控

機(jī)房溫度出現(xiàn)異常時(shí)，將對(duì)機(jī)房其他設(shè)備運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，精密空調(diào)設(shè)備采用總線(xiàn)的方式將監(jiān)控信號(hào)直接接入到數(shù)據(jù)采集器，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)智能通訊接口，實(shí)現(xiàn)以下功能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制：空調(diào)狀態(tài)（開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)）、當(dāng)前溫度值、工作模式、空調(diào)模式、風(fēng)速、調(diào)溫設(shè)置、定時(shí)啟動(dòng)時(shí)間段、溫度控制啟動(dòng)上下限閥值等。

2.4濕膜加濕器監(jiān)控

能通過(guò)智能數(shù)據(jù)接口，對(duì)機(jī)房、電力室、配套用房的濕膜加濕器的運(yùn)行參數(shù)和故障報(bào)警進(jìn)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(yuǎn)程監(jiān)視、事故追溯的重要手段，于建設(shè)初期應(yīng)提前按要求部署視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)攝像機(jī)等設(shè)備對(duì)關(guān)鍵區(qū)域?qū)嵤┍O(jiān)控。

機(jī)房?jī)?nèi)所有分區(qū)有監(jiān)控，重要機(jī)房的所有過(guò)道、冷熱通道均設(shè)置至少2個(gè)攝像機(jī)形成對(duì)射，無(wú)盲區(qū)覆蓋，配置7*24小時(shí)視頻監(jiān)控條件。通常采用1080P高清攝像機(jī)，出入機(jī)房樓大廳配置具備人臉識(shí)別功能的攝像機(jī)和門(mén)禁道閘，所有視頻資料保存時(shí)間為90天，并具備智能監(jiān)控、離線(xiàn)告警等功能。

3.2門(mén)禁管理

門(mén)禁管理可進(jìn)行在線(xiàn)授權(quán)、撤銷(xiāo)，配置門(mén)禁參數(shù)、遠(yuǎn)程操作開(kāi)門(mén)、事故斷電常開(kāi)、布防撤防等。具有持卡人員配置管理功能，能配置管理部門(mén)人員信息，能按時(shí)段分配持卡人員權(quán)限。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)的反映當(dāng)前門(mén)禁狀態(tài)，能夠遠(yuǎn)程操作門(mén)禁開(kāi)關(guān)，實(shí)時(shí)監(jiān)控持卡人員的出入情況，對(duì)操作的結(jié)果和告警信息實(shí)時(shí)給出提示?？刹樵?xún)?nèi)藛T出入記錄、操作記錄、告警記錄，管理各項(xiàng)信息，同時(shí)能夠輸出各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

3.3新風(fēng)機(jī)組監(jiān)控

監(jiān)測(cè)新風(fēng)機(jī)組風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手自動(dòng)狀態(tài)、新風(fēng)閥執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、過(guò)濾網(wǎng)堵塞狀態(tài)（壓差）、送風(fēng)溫度等，控制電動(dòng)閥開(kāi)度、新風(fēng)機(jī)組的開(kāi)啟和關(guān)閉（雙DO）、新風(fēng)閥執(zhí)行器的開(kāi)啟和關(guān)閉（雙DO）。

3.4氫氣監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)蓄電池室內(nèi)氫氣濃度，通過(guò)采集模塊數(shù)據(jù)采集氫氣傳感器濃度。

3.5各類(lèi)風(fēng)機(jī)監(jiān)控

監(jiān)測(cè)送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)機(jī)等各類(lèi)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手自動(dòng)狀態(tài)等，控制風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟和關(guān)閉（雙DO）。

注意事項(xiàng)：后三項(xiàng)監(jiān)控現(xiàn)在通常納入BA系統(tǒng)，根據(jù)氫氣監(jiān)測(cè)、冷媒泄露監(jiān)測(cè)等聯(lián)動(dòng)各類(lèi)風(fēng)機(jī)的啟停，如果風(fēng)機(jī)管理多個(gè)機(jī)房，則還要聯(lián)動(dòng)管理風(fēng)閥執(zhí)行器的啟停。新風(fēng)機(jī)組監(jiān)控通常會(huì)有兩種模式：（1）新風(fēng)機(jī)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(diǎn)；（2）如直彭新風(fēng)機(jī)組采用特定介質(zhì)作為冷源，自帶室外機(jī)組，則通常由產(chǎn)品自成系統(tǒng)，通過(guò)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(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

通過(guò)數(shù)據(jù)中心動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，保障數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員安全，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過(guò)高。同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)環(huán)監(jiān)控并對(duì)各用能耗能進(jìn)行能效分析，幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)用能效率的優(yōu)化。

5.1系統(tǒng)功能

（1）展示當(dāng)前數(shù)據(jù)中心總能耗，IT能耗，空調(diào)能耗，及其他能耗并且計(jì)算出當(dāng)前數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心的中低壓配電系統(tǒng)主接線(xiàn)圖，并在一次圖顯示配電系統(tǒng)當(dāng)前遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)和狀態(tài)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(mén)禁等環(huán)境情況。

（3）電氣接點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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(cè)溫傳感器監(jiān)測(cè)接點(diǎn)溫度，便于提前發(fā)現(xiàn)溫度異常導(dǎo)致的事故。

（4）監(jiān)測(cè)各變壓器各項(xiàng)參數(shù)，包括負(fù)載率、頻率、功率因數(shù)、三相不平衡度等，并且顯示歷時(shí)曲線(xiàn)圖，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)變化。幫助用戶(hù)直

（5）電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，可以監(jiān)測(cè)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(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(shí)監(jiān)測(cè)UPS溫度、蓄電池電壓、當(dāng)前負(fù)載下的剩余時(shí)間等數(shù)據(jù)。

（7）展示單體電池電壓、內(nèi)阻和溫度，預(yù)測(cè)電池帶載時(shí)剩余時(shí)間，每節(jié)電池?cái)?shù)據(jù)均可以設(shè)置異常報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池異常。

（8）展示精密配電柜內(nèi)進(jìn)線(xiàn)和饋線(xiàn)回路電氣參數(shù)，包括電流電壓功率電能以及開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置和分級(jí)，數(shù)據(jù)取自精密配電柜測(cè)量模塊。

（9）展示智能小母線(xiàn)的始端箱和插接箱電氣參數(shù)，包括電流電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、插接點(diǎn)溫度，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置和分級(jí)。

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

（11）實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)中心PUE值以及歷史PUE曲線(xiàn)。并且顯示各分項(xiàng)用能的用能情況及用能排行。監(jiān)測(cè)各變壓器運(yùn)行及負(fù)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(bào)表，并可對(duì)具體回路選擇曲線(xiàn)圖、餅圖進(jìn)行展示。對(duì)數(shù)據(jù)中心用電數(shù)據(jù)進(jìn)行同比、環(huán)比分析比較，查看用電趨勢(shì)。

（13）監(jiān)測(cè)精密空調(diào)的回風(fēng)溫濕度，出回水溫度，并可以設(shè)定精密空調(diào)的溫濕度，達(dá)到更好的控制效果。

（14）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)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(shù)。曲線(xiàn)圖直觀(guān)明了，同時(shí)支持歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)

（15）通過(guò)列表顯示各類(lèi)報(bào)警事件數(shù)量，通過(guò)柱狀圖顯示逐日?qǐng)?bào)警數(shù)量，提供報(bào)警總數(shù)以及增長(zhǎng)趨勢(shì)。

維管理功能，可針對(duì)數(shù)據(jù)中心各主要設(shè)備進(jìn)行巡檢派工，消缺，搶修等維護(hù)工作。

5.2 動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)選型方案

6結(jié)語(yǔ)

數(shù)據(jù)中心動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)多機(jī)房、微模塊遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)管，工作人員在總控中心即可統(tǒng)一對(duì)數(shù)據(jù)中心下屬多個(gè)機(jī)房和微模塊進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力設(shè)備和機(jī)房環(huán)境的狀態(tài)，及時(shí)檢測(cè)各類(lèi)故障并通知相關(guān)人員操作處理，可遠(yuǎn)程進(jìn)行維護(hù)、數(shù)據(jù)備份、升級(jí)，提高機(jī)房無(wú)人值守的安全可靠性。同時(shí)，能對(duì)數(shù)據(jù)中心園區(qū)、每棟建筑、每個(gè)機(jī)房、每個(gè)微模塊乃至每個(gè)機(jī)架機(jī)柜的能效進(jìn)行計(jì)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】 

【1】GB50314-2015.《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2015.

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

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5版