动力与环境监控系统架构及应用

阮国天

捷通智慧科技股份有限公司北京市100016

摘要：动力与环境监控系统是数据中心智能建筑专业中一个重要的组成部分，技术比较成熟，实施单位众多，他是由软件和硬件搭建的综合性系统，软件包含动环系统的软件和设备接口软件，硬件包含各种传感器和其他辅助性硬件。动环系统的应用可以实现实时监测机房环境的各项指标，遇到机房停电、电源故障、环境温度高、非法闯入、火灾和漏水等紧急意外情况可及时记录、查询和自动报警。本文以大连银行项目动环监控平台为基础，通过介绍其组成、实现功能、监测对象及其应用等对动环监控系统进行分析说明并明确了系统架构，实现方法，同时还阐述了项目实施中必须考虑的问题，包括工程中前端传感器的合理配置，数据采集传输方式的选择等。根据数据中心设备配置，环境条件及空间布局不同，合理配置监测、监控设备，才能保证环境与设备监控系统工作的稳定性和可靠性，减少误报，杜绝漏报。在经过了深入细致地分析并结合个人工作经验最后得出了有关动环监控系统建设结论和建议，同时预测动力与环境监控系统未来发展的趋势，比如在DCIM和BIM管理平台上的关联应用。

关键词：数据中心；动环监控系统；架构；施工；实现；应用

绪论

信息化高速发展到“互联网+”时代，数据中心基础设施作为承载信息系统运行的物理环境，其规模越来越大，系统越来越复杂，而对数据中心的智能化要求越来越高，信息安全、可靠性更为重要，因此数据机房的稳定运行与否至关重要，而这稳定与否则与机房的动力及环境设备密切相关。机房的动力设备（市电、配电、UPS等）、环境设备（空调、新风机、消防等）必须时时刻刻为计算机系统提供正常的运行环境。一旦机房环境设备出现故障，就会影响到计算机系统的运行，对数据传输、存储以及整个系统运行的可靠性构成威胁，若事故严重又没有得到及时的处理，就可能损坏硬件设备，造成严重后果。尤其对于银行，证券，海关，电网等需要实时交换数据的单位的机房，机房管理显得更为重要，一旦系统发生故障，造成的经济损失会更惨重。所以，对机房进行实时监控、集中监控，实现智能感知、独立运行、数图融合、远程运维，建设一个涵盖动力监控、环境监控、集成门禁系统、视频监控系统、消防监控以及电力监控等子系统的监控平台，实现实时监控、事前预警、事中报警、事后取证的安全管理模式，打造先进可靠的智慧机房很有必要。

科学的管理计算机机房，才能保证机房内的网络设备和服务器等高级设备长期、可靠、稳定地运行。本文以大连银行数据中心动环监控平台为基础，阐述大型数据中心动环监控系统的架构设计，搭建动环平台实现监控以达到机房维护要求的简单、高效、节能、安全的目的。

1动力与环境监控系统组成

数据中心基本上全是24小时不间断运行的，而运行管理人员很难保证时时刻刻对机房情况进行监控，因此通过技术手段实现24小时不间断监控显得非常必要。机房环境与动力监控系统通过通信和软件的集成可实现对机房环境和重要设备的集中监控，并实时采集报警信息发给相关的管理人员。

1.1系统构成

动环监控系统由低层到高层分为三层结构：前端采集或检测设备、本地监控站和中心管理监控站。各采集检测设备主要包括采集模块和各类传感器等；各智能设备与各本地监控站之间通过总线方式实现通讯；各本地监控站与中心管理站之间通过网络实现通讯。

1.1.1前端采集或检测设备

动环监控系统监控的对象包括智能设备和非智能设备。其中智能设备是指具备智能数据通讯接口（RS232/RS485/SNMP），根据设备所提供的接口及通讯协议，进行设备运行参数及状态的采集、处理、分析、报警、记录（如精密空调、精密列头柜、UPS设备、智能PDU、加湿器、新风机组等）；非智能设备是指对于场地环境及安保等而言，需要加装相应的设备及附件，如温湿度传感器、漏水监测设备、开关量采集模块等辅助设备，进行现场数据的实时采集并上传。

1.1.2本地监控站

本地监控站采用嵌入式服务器来实时采集机房各前端设备的运行参数和运行状态，监控主机与各现场智能设备之间通讯可根据用户需要选择采用RS232、RS485或者采用IP网络。

1.1.3中心管理监控站

管理服务器可通过IP网实现对下层本地监控站的遥控、遥测的集中监控与管理。远程管理也可以通过监控内网远程浏览。

总之，数据中心环境与设备监控系统就是负责机房内环境情况和各种动力设备的监测任务，它一般由前端采集和监测设备（包括传输）、本地监控站、中心管理监控站（包括硬件和软件）三部分组成，其结构如图1-1、1-2所示。

动环监控系统系统架构图

监控设备按分布式，有冗余备份，均是模块化配置。

图1-2动环监控系统结构图

1.2系统功能

由结构图可知前端设备采集信号通过传输系统至本地监控站和中心监控站，通过各级监控站整个系统可实现监测和控制功能；在监测软件上可以根据不同的客户需求实现不同的功能，其中包括实时监视、事件报警、数据管理、用户管理、计划排班、报表、远程管理以及在线维护等多种功能。下面就简要介绍几个必备且常用的功能：

1.2.2实时监视功能：这是环境与设备监控系统的基本功能，通过监视电脑屏幕上的数据和图形来直观的监视前端设备运行状态和环境参数，解决了用户到不同设备前查看数据的不方便和不准确等难题。

1.2.2报警和事件功能：报警指机房运行中出现异常情况系统具有并行处理报警的能力，对报警事件按优先级的高低进行处理，报警的输出形式包括屏幕显示、本地语音、电话拨号、手机短信和电子邮件报警等方式，具体使用哪种报警方式根据需求而定；事件指机房运行中发生的一些正常的状态的改变或认为操作，不需要像报警一样立即通知用户进行处理，但是需要记录方便日后查询。

1.2.3数据管理功能：数据管理包括实时数据管理和历史数据记录功能。实时数据是指系统应能够监控到相关设备的实时参量，并能实时进行查询，系统可提供多种形式的实时动态曲线；历史数据是对预设的监控对象有关参数系统应自动保存历史数据，任何历史数据不允许任何人进行修改，保证数据的可靠性、安全性，系统应能提供多种形式的历史数据曲线。

1.2.4用户管理功能：用户管理即权限管理；用户如需对子系统进行操作，需先通过登录，输入用户名、密码，经系统验证后根据用户分配的操作权限和管理范围进行操作。

2动力与环境监控系统监控对象及实现方法

设计动环监控系统首先需要考虑就是监控对象（即监控哪些设备和环境参数）。现在结合大连银行项目介绍动环监控系统监控对象及实现。

2.1监控对象的信号

监控对象的种类虽然很多，但信号的类型却只有三种：开关量信号，模拟量信号和智能设备信号。

（1）开关量信号：这类信号只有两个状态，比如配电柜开关只有合闸和开闸两个状态。属于开关量信号的有：配电开关、防雷器状态、新风机、排风机、消防信号。

（2）模拟信号：模拟量是连续变化信号，房间温、湿度传是典型的模拟信号。

（3）智能设备：智能设备的检测和数字编码工作设备自行完成，设备上提供通信接口，监控系统只是与其进行通信连接，将信号传输到监控主机上。UPS电源、精密列头柜、精密空调、发电机、电量仪以及定位漏水控制器均属于智能设备。

2.2监控对象的监测及实现方法

不同的数据中心有其各自的特点，对监控对象的要求也不尽相同，通常机房内所监控的智能设备或子系统主要包括：配电柜参数监测、开关监测、发电机、UPS监控、空调监控、防雷监测、漏水监测、温湿度监测、消防监测、新排风系统、视频监控、门禁监控等，本次大连银行数据中心项目监控系统涵盖了配电监控、UPS电源监控、空调监控、温湿度监控、漏水检测、电池监控、智能PDU，防雷检测、柴油发电机，另外集成别的监控子系统。详细如下：

2.2.1配电监控

目前监测内容：通过监视各市电进、出线三相电源的相电压、线电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率等参数。对于重要的参数，可作曲线记录，系统管理员和操作员可以通过历史曲线图查看每天的电压、频率、有功、无功的最大值、最小值、当前值及电压、电流峰值。

实现方式：对于UPS室内的市电的监测，通过对ABB配电柜所配电量仪ET254进行监测，可实时监测三相输入电压及频率，对机房内的精密列头柜上的ESDTEK的精密仪表ePDU-HMI-进行监测，并将信号实时发送至监控服务器做数据处理。

开关监测：通过16路数字输入输出模块DS7053D实现对开关量的监测。

2.2.2UPS电源监控

根据伊顿UPS提供的监控主板，按RS485通讯接口监控

实现方式：通过其UPS自身智能接口与协议获得UPS运行参数，通过智能接口接入监控服务器进行数据处理、分析和联动设置，监控服务器分析后的数据发送到总控平台的集中管理服务器进行统一监管。

监控内容：全面监视智能UPS的电池状态、旁路状态、及其他负载保护、在线模式、负载过载等状态；实时监测的工作参数主要包括：输入电压、输入电流、输入频率、负载电压、负载电源、负载频率、旁路电压、旁路电流、旁路入频率等。

UPS报警：一旦UPS报警，将自动切换到相应UPS监控子系统的运行画面。越限参数变色显示报警，并伴随有报警多媒体语音，系统进行报警记录的同时有相应的处理提示。用户还可根据需要对重要的报警事件设置电话语音拨号、手机短信等对外报警功能。

为保证UPS的正常运行，避免出现误操作，因此动环监控系统不对UPS进行控制操作。

2.2.3精密空调监控

监控系统通过空调自带智能通讯接口及通讯协议，采用SNMP协仪，系统可实时、全面诊断空调运行状况，监控空调各部件（如压缩机、风机、补给水、水泵、加热器、加湿器、去湿器、滤网等）的运行状态与参数，并可通过软件在系统上或通过网络远程修改空调设置参数（温度、湿度等），实现空调的远程开关机。系统一旦监测到有报警或参数越限，将自动切换到相关的运行画面。越限参数将变色，并伴随有报警声音，及相关处理提示。对重要参数，可作曲线记录，用户可通过曲线记录直观地看到空调机组的运行品质。空调机组即使有微小的故障，也可以通过系统检测出来，及时采取步骤防止空调机组进一步损坏。对严重的故障，可按用户要求加设电话语音报警和短消息报警。

实现方式：通过精密空调的智能接口接入本地监控服务器。

2.2.4温湿度监测

实现方式：智能温湿度传感器通过RS485通讯接口将数据发送至现场的管理服务器做处理、存储、分析、联动策略。

监测内容：实时准确的监测机房内的温度和湿度的实时数值；

显示方式：通过电子地图，实时显示温湿度所处空间区域内的真实温度和湿度数值；

动态曲线：通过动态曲线对机房的温湿度的趋势进行估测，并且可以打印动态曲线；

历史曲线：通过历史曲线记录机房温湿度，可以查询历史曲线，也可打印历史曲线。

温湿度传感器可与空调系统实现联动，当机房的温度越限时，系统可联动设定空调温度及启动空调进行工作等联动动作。

2.2.5漏水检测

机房定位式漏水检测：使用美国进口泰科品牌的定位式漏水设备，需要在有可能漏水的空调水源周围或空调四周敷定位式漏水感应绳进行围闭，当检测到有漏水情况发生时，在画面上显示具体的漏水位置，精确到米，精确定位漏水故障，同时发出电话或短信报警，及时通知有关人员排除漏水故障。

大连银行项目主机房区沿着管路及空调设备区均设置漏水感应绳，包括两侧空调机房及中间主走廊，使用5套定位式的定位式漏水检测系统用来监测机房内无漏水事件发生，确保设备不受水浸的危害。系统本身包括：漏水控制器和漏水检测的其他辅助设备，在有可能漏水的空调水源周围，当检测到有漏水情况发生时，系统在第一时间报警，监控界面自动切换到漏水监测画面上，并且在画面上显示具体的漏水位置（精确到米），同时发出电话或短信报警，及时通知有关人员排除漏水故障。

2.2.6电池监测

在蓄电池上安装蓄电池监测模块，将检测数据接入动环监控平台，可以实时监测蓄电池的状态与参数，监测各节电池电压，各电池总电压，总电流及电池温度等。

2.2.7发电机监测

监控系统通过发电机自带智能通讯接口及通讯协议，采用SNMP协仪，系统可实时监测发电机运行状况，浏览发电机的电流、电压、温度、功率和其他参数。

2.2.8防雷监测

对现场所有配电柜内的电源防浪涌保护器进行监测，采用ICP-7052可以采集监测防雷器输出接点信号。一旦系统故障，系统立即会报警，自动播放多媒体语音，通知运维人员进行设备维护，并发送相关报警信息。

2.2.9系统集成

动环监控支持南、北向接口设置，南向接口用于集成第三方系统，通过第三方系统提供的接口及接口协议，在第三方系统平台上集中展示。本次集成了机房门禁和视频系统、电梯、油路、变配电系统、机房智能照明、VRV空调、防雷监测和楼控系统，因此整个项目动环系统比较庞大，对服务器配置要求高。北向接口也有预留，按照上层平台接口规范要求，提供定制化的接口规范，支持RESTFUL、Socket、Webservice等。

结论

动力与环境监控系统是一个智能化程度较高的系统，有一定的技术门槛，它的正常运行，直接关系到数据中心设备运行和使用，是机房高效管理和安全运营的有力保证。动环监控系统应基于对现场的实际勘察，根据环境条件、监控对象特点以及机房运营人员需求等因素，因地制宜地运用多种信号采集设备、传感器和智能设备接口，进而构筑一套完善的监控体系。在实施过程中要严格按照系统架构施工，才能完好的对数据中心各个系统实时监控。

动环监控系统实现了南北向接口预留，动环系统可以实现与BIM模型的对接，可通过调用BIM模型中轻量化设备模型，在3D可视化系统中进行渲染展示。不论是动环监控系统数据在BIM中体现还是动环监控系统调用BIM模型，在以后的发展中，监控系统会越发精细，越发直观，在软件终端就可以模拟数据中心实况，数据中心现场环境可以如实展现，到时候动环监控系统功能会更加强大，这个软件管理平台应用也会更广泛更普遍。

参考文献：

[1]电子计算机机房设计规范[S].GB50174-2016.

[2]电子计算机场地通用规范[S].GB2887-2011.

[3]数据中心监控系统技术白皮书.

[4]数据中心基础设施监控管理（DCIM）解决方案.