數(shù)據(jù)中心機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計探討

    楊翠

    安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

         摘 要:結(jié)合銀行數(shù)據(jù)中心建設(shè)項目,設(shè)計銀行數(shù)據(jù)中心機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),分析銀行數(shù)據(jù)中心機(jī)房監(jiān)控對象、搭建系統(tǒng)監(jiān)控架構(gòu),給出監(jiān)控實現(xiàn)方法,*后針對運(yùn)行一段時間出現(xiàn)的問題,提出優(yōu)化措施和建議,對同類工程建設(shè)具有一定借鑒意義。

         關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)中心;動環(huán)監(jiān)控;系統(tǒng)架構(gòu);網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

    0引言

          銀行數(shù)據(jù)中心機(jī)房的供配電和精密空調(diào)等基礎(chǔ)設(shè)施多,而設(shè)備維護(hù)人力資源少,因此增加了基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維人員工作強(qiáng)度和難度。為及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障并處理,本文設(shè)計了動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),并針對運(yùn)行中出現(xiàn)的主要問題給出優(yōu)化措施。

    1系統(tǒng)

            監(jiān)控對象銀行數(shù)據(jù)中心機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)(以下簡稱為動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng))的監(jiān)控對象可分為三大類:**是對設(shè)備動力系統(tǒng)實時工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,如供配電系統(tǒng)開關(guān)狀態(tài)、UPS和柴油發(fā)電機(jī)等設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)和狀態(tài)等;*二是對機(jī)房內(nèi)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測與控制,如溫度、濕度、漏水、氫氣濃度及消防等;*三是對人員設(shè)備進(jìn)出進(jìn)行監(jiān)控,如門禁、攝像頭、防入侵等安全類設(shè)備。而機(jī)柜內(nèi)服務(wù)器、交換機(jī)、加密機(jī)等安全或網(wǎng)絡(luò)類硬件設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并未納入,不在本文探討范圍。

    2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

    2.1設(shè)計原則

              銀行機(jī)房動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循“集中化、一體化、智能化”的設(shè)計模式,采用高標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則,實現(xiàn)主動、、流程化的監(jiān)控管理。

    (1)穩(wěn)定性。動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)作為機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施“管家”,要求24h不間斷提供服務(wù),這不僅依賴動環(huán)監(jiān)控設(shè)備供電的穩(wěn)定性,還依靠網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

    (2)安全性。動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)信號采集回路應(yīng)具備良好的保護(hù)機(jī)制,不會因采集回路故障而造成被監(jiān)控基礎(chǔ)設(shè)備誤動作或故障,且系統(tǒng)應(yīng)具備自檢功能,在基礎(chǔ)設(shè)施故障時能及時通過電話或短信等方式告知運(yùn)維人員設(shè)備故障部位、故障性質(zhì)等。

    (3)開放性。動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)符合開放式設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),預(yù)留多種對外接口和兼容MODBUS-TCP、OPC、OD-BC、BACNET等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議,以實現(xiàn)與第三方廠商設(shè)備數(shù)據(jù)的傳輸與交換。

    (4)可擴(kuò)展性。動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)可擴(kuò)容及易維護(hù),以適應(yīng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的擴(kuò)容、監(jiān)控設(shè)備增加等變動情形。

    2.2系統(tǒng)架構(gòu)

           動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代通信技術(shù)和控制技術(shù),對機(jī)房動力設(shè)備及環(huán)境等進(jìn)行實時監(jiān)控,實現(xiàn)**機(jī)房的現(xiàn)代化管理。硬件上采用三層架構(gòu):底層為現(xiàn)場設(shè)備層,由被監(jiān)控設(shè)備、I/O采集模塊等構(gòu)成;中間層為數(shù)據(jù)采集處理層,由各串口服務(wù)器、動環(huán)服務(wù)器、交換機(jī)等構(gòu)成;**層為數(shù)據(jù)應(yīng)用層,由監(jiān)控平臺或客戶端等終端構(gòu)成。軟件上采用B/S結(jié)構(gòu),在機(jī)房中通過安裝各種傳感器及數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行底層數(shù)據(jù)采集,將所有子系統(tǒng)集成在統(tǒng)一的用戶界面下,對各個子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視、控制和協(xié)調(diào),從而構(gòu)成統(tǒng)一的協(xié)同工作的整體。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

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    圖1動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

    3系統(tǒng)實現(xiàn)

    3.1工程概況

           數(shù)據(jù)中心主機(jī)房設(shè)置在6F,按功能細(xì)分為服務(wù)器機(jī)房一、二、三,網(wǎng)絡(luò)機(jī)房,配電間A、B;配電間重要斷路器或開關(guān)、電量儀、UPS及防雷,主機(jī)房內(nèi)新風(fēng)機(jī)、精密空調(diào)及漏水檢測、機(jī)柜PDU、溫濕度、防入侵(紅外線檢測)需納入動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)。UPS蓄電池室設(shè)置在-2F,柴油發(fā)電機(jī)間設(shè)置在-1F,三電源切換室設(shè)置在1F,運(yùn)維室設(shè)置在7F,消防氣瓶間設(shè)置在8F。動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象見表1。

    表1監(jiān)控對象

    3.2硬件構(gòu)成

            動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)由2臺服務(wù)器(雙機(jī)熱備)、2臺客戶端PC機(jī)、監(jiān)控大屏、**交換機(jī)(A、B網(wǎng))、視頻匯聚交換機(jī)、門禁接入交換機(jī)、采集箱及串口服務(wù)器等構(gòu)成。

    3.2.1數(shù)據(jù)采集層**設(shè)備

           采集箱負(fù)責(zé)開關(guān)量、溫濕度等原始數(shù)據(jù)的采集,是整個監(jiān)控系統(tǒng)的**,采用深圳計通機(jī)架式,大小為2U,可安裝在機(jī)柜內(nèi),箱內(nèi)采集模塊通過端子排與被監(jiān)控設(shè)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(shè)備集數(shù)據(jù)采集、解析、存儲告警于一體,具備正確故障定位能力,可滿足不同廠家設(shè)備數(shù)據(jù)信號的接入與“翻譯”。

    3.2.2現(xiàn)場設(shè)備層

           現(xiàn)場設(shè)備層的設(shè)備分為需接協(xié)議轉(zhuǎn)換器設(shè)備、需提供通信協(xié)議設(shè)備、模擬量直集模塊和開關(guān)量直集模塊四類。

    (1)需接協(xié)議轉(zhuǎn)換器(串口服務(wù)器)的設(shè)備包括精密空調(diào)、漏水繩、機(jī)柜PDU、電量儀、UPS電源、蓄電池、柴油發(fā)電機(jī)。這些設(shè)備需相應(yīng)廠家提供通信接口及其開放的通信協(xié)議,以便對各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)或狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

    (2)需提供通信協(xié)議的設(shè)備包括視頻和門禁子系統(tǒng)。這些設(shè)備需相應(yīng)的廠家提供通信協(xié)議,由動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成和管理,能實現(xiàn)在動環(huán)監(jiān)控端點(diǎn)擊任意攝像頭調(diào)出相應(yīng)攝像頭的實時監(jiān)控畫面和實現(xiàn)對任意門的開關(guān)控制。

    (3)模擬量直集模塊。

    ①溫濕度監(jiān)測:通過在機(jī)房內(nèi)的重要區(qū)域、冷熱通道和機(jī)柜內(nèi)部安裝溫濕度傳感器,實時采集溫濕度的變化情況和熱力分布情況。

    ②氫氣監(jiān)測:通過在電池間安裝氫氣采集模塊,可實時檢測PPM值是否**標(biāo),及時發(fā)現(xiàn)氫氣泄漏的電池隱患;當(dāng)氫氣PPM達(dá)到設(shè)定的閾值時,系統(tǒng)發(fā)出報警。

    (4)開關(guān)量直集模塊。

    ①重要開關(guān)監(jiān)測:通過監(jiān)測配電柜內(nèi)重要斷路器的輔助觸點(diǎn)狀態(tài),判斷開關(guān)的通斷狀態(tài);當(dāng)監(jiān)測的開關(guān)狀態(tài)與設(shè)定默認(rèn)狀態(tài)不一致時,監(jiān)控主系統(tǒng)發(fā)出報警。

    ②防雷監(jiān)測:通過監(jiān)測防雷器的遙信觸點(diǎn),實時監(jiān)測防雷器狀態(tài);當(dāng)監(jiān)測的防雷器狀態(tài)與設(shè)定默認(rèn)狀態(tài)不一致時,監(jiān)控主系統(tǒng)發(fā)出報警。

    ③新風(fēng)排煙監(jiān)控:通過在新風(fēng)和排煙管道中安裝壓差開關(guān)檢測壓差信號,監(jiān)測機(jī)房內(nèi)新風(fēng)機(jī)和排煙機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),可遠(yuǎn)程控制新風(fēng)機(jī)的啟停。

    ④防入侵監(jiān)測:通過在機(jī)房內(nèi)安裝紅外探頭以監(jiān)測機(jī)房內(nèi)人員移動狀態(tài);當(dāng)紅外探測器的狀態(tài)異常時,系統(tǒng)發(fā)出報警。

    ⑤消防監(jiān)測:通過采集消防控制主機(jī)報警輸出點(diǎn)的信號,實時監(jiān)測機(jī)房內(nèi)各分區(qū)的消防狀態(tài);一旦發(fā)生報警,系統(tǒng)就自動切換到相應(yīng)的監(jiān)控界面,火警狀態(tài)圖標(biāo)變紅且閃爍顯示,同時產(chǎn)生報警事件并記錄存儲。

    3.2.3供電與組網(wǎng)動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)硬件

           設(shè)備的供電需雙路UPS電源,以確保供電可靠性,滿足24h不間斷提供服務(wù)的要求;而且重要的硬件設(shè)備要求主從配置,如動環(huán)服務(wù)器具備雙機(jī)熱備功能,利用“雙監(jiān)控系統(tǒng)+雙數(shù)據(jù)庫”模式,保證系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。

    動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備的組網(wǎng)要求A、B雙網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備逐級匯接模式,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由POE交換機(jī)、接入交換機(jī)、匯聚交換機(jī)、**交換機(jī)組成。POE交換機(jī)負(fù)責(zé)視頻攝像機(jī)的供電和;接入交換機(jī)使用二層有VLAN功能的交換機(jī),負(fù)責(zé)采集單元中數(shù)據(jù)收斂;匯聚交換機(jī)使用三層交換機(jī),用于匯聚POE交換機(jī)數(shù)據(jù),避免二層網(wǎng)絡(luò)過大導(dǎo)致環(huán)路,也減輕了**交換機(jī)的數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān)。

    動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示

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    圖2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

    3.3軟件平臺

            動力環(huán)境集中監(jiān)控平臺軟件采用B/S結(jié)構(gòu),通過在機(jī)房中安裝各種傳感器及數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行底層數(shù)據(jù)采集,外廠家設(shè)備需提供通信接口及其開放的通信協(xié)議,進(jìn)行數(shù)據(jù)“翻譯”處理,通過機(jī)房監(jiān)控平臺集中監(jiān)控,全中文、圖形化;界面結(jié)構(gòu)層次清晰,實時反映數(shù)據(jù)狀態(tài)。集中監(jiān)控平臺需要能運(yùn) 行于中文Windows操作系統(tǒng)。動力環(huán)境集中監(jiān)控平臺軟件采用模塊化設(shè)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,個人工作平臺能提供動環(huán)監(jiān)控主界面、告警事件列表、待辦事項、告警等級統(tǒng)計、PUE實時曲線、基礎(chǔ)設(shè)施分類餅狀圖等可自由選擇的個性化定制界面。報表管理可根據(jù)機(jī)房管理原有報表格式生成詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄報表和數(shù)據(jù)分析報表,存儲格式為Excel或PDF;數(shù)據(jù)存儲時間需長于1年,且具有防篡功能。軟件交互界面中,動環(huán)監(jiān)控模塊可直觀看到各個機(jī)房實時運(yùn)行狀態(tài),設(shè)置機(jī)房名稱、設(shè)備圖標(biāo)等**鏈接可直達(dá)各子界面,通過溫濕度監(jiān)測、門禁、視頻、溫度場、漏水監(jiān)測、紅外監(jiān)測、消防監(jiān)測等按鈕可直達(dá)各分畫面,并提供基于電子地圖、實時曲線、餅狀圖、折線圖、直方圖等多形式數(shù)據(jù)展現(xiàn)方式,便于運(yùn)維人員分析設(shè)備歷史運(yùn)行趨勢,以判斷設(shè)備狀況。

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    圖3動力環(huán)境集中監(jiān)控平臺軟件架構(gòu)圖

           系統(tǒng)告警采取短信、電話、現(xiàn)場語音三種報警結(jié)合的方式,報警等級分為緊急、重要、一般三個層次,不同級別的報警采用不同報警方式實現(xiàn)報警信息的發(fā)送。無論系統(tǒng)處于任何畫面,都可自動提示告警,顯示告警信息。當(dāng)一個報警狀態(tài)解除時,系統(tǒng)可自動發(fā)送相應(yīng)的恢復(fù)短信,以便機(jī)房管理人員隨時掌握相關(guān)動態(tài)。

    4系統(tǒng)運(yùn)行中的問題及優(yōu)化措施

    4.1常見問題

           動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行以來,出現(xiàn)過監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)不刷新,監(jiān)控平臺電腦“死”,采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,系統(tǒng)告警漏報、誤報、頻發(fā)(告警信號抖動)及延遲報警問題。

    (1)監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)不刷新。這種情況在實際運(yùn)維工作中*常見,整個監(jiān)控平臺軟件數(shù)據(jù)不刷新或系統(tǒng)中某設(shè)備數(shù)據(jù)不刷新,導(dǎo)致運(yùn)維人員無法收到告警信息。

    (2)采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。這種情況主要體現(xiàn)在監(jiān)控畫面顯示的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場設(shè)備實際運(yùn)行數(shù)據(jù)不符,若畫面顯示的數(shù)據(jù)**過告警的閾值就有可能造成系統(tǒng)誤告警或不告警,影響設(shè)備的運(yùn)行安全。如智能儀表部分測點(diǎn)值與系統(tǒng)顯示值不一致或單位不同,將導(dǎo)致該設(shè)備失去監(jiān)控。在冷熱通道溫度檢測過程中,軟件顯示的數(shù)值**過告警上限閾值引發(fā)告警,而運(yùn)維人員現(xiàn)場檢查后并未**限,造成的浪費(fèi)。

    (3)實時告警問題。動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)告警漏報、誤報、頻發(fā)、延遲報警及告警信號抖動等問題是困擾數(shù)據(jù)中心運(yùn)維工作人員的嚴(yán)重問題。數(shù)據(jù)中心運(yùn)維值班人員7×24h應(yīng)急值班,告警信息誤報、頻發(fā)將給人員造成很嚴(yán)重的身體傷害;而告警信息的漏報與延遲將導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障時未能及時通知從而導(dǎo)致較嚴(yán)重的機(jī)房事故。

    ①告警漏報:告警漏報主要原因是告警級別設(shè)置過低或設(shè)備通信中斷或設(shè)備信息故障等導(dǎo)致重要告警信息缺失,未能及時上報運(yùn)維人員,從而錯失重要告警信息,將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

    ②告警誤報:告警誤報是衡量動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)可用性的重要指標(biāo),采集裝置受到電磁干擾或周圍環(huán)境改變、協(xié)議解析有誤、采集裝置故障、儀表故障、板卡端口故障等均會引起誤報,如精密空調(diào)四周部署的漏水繩因灰塵或沙土等導(dǎo)致電阻增大從而引起誤報。

    ③告警頻發(fā):告警頻發(fā)類似于“信息”,可分為兩種情況:一是同一告警信息頻繁多次報送給運(yùn)維人員,原因是當(dāng)某一測點(diǎn)觸發(fā)告警時,采集值在告警閾值附近來回波動;二是同一事件觸發(fā)機(jī)房多個動力設(shè)備同時告警,如機(jī)房停電或閃停后恢復(fù),各相應(yīng)重要開關(guān)、電量儀、UPS、機(jī)柜PDU等多設(shè)備引起的“電話短信”。④告警延遲:告警信息是否及時上報給運(yùn)維人員是考驗監(jiān)控系統(tǒng)是否合格的重要指標(biāo)之一,而上報時間應(yīng)設(shè)置為用戶可選項,如電力閃斷立即恢復(fù)的情形,可設(shè)置一定延時;而重要信息應(yīng)能在15s內(nèi)完成上報。

    4.2優(yōu)化措施

    (1)監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)不刷新問題的解決。運(yùn)維人員需熟知動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?,從單點(diǎn)設(shè)備故障到網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行排除,對重要設(shè)備必要時可優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?,對采集設(shè)備或裝置進(jìn)行冗余備份,或?qū)χ匾O(jiān)控對象通信采用A、B雙網(wǎng)通信。

    (2)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性問題的解決。檢查智能儀表裝置或第三方設(shè)備的通信協(xié)議是否準(zhǔn)確,與原廠家技術(shù)支持核實設(shè)備協(xié)議文本正確性,如更換智能儀表未核對通信協(xié)議,將導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或無法采集。檢查通信故障,首先檢查物理連接是否存在問題,然后對通信配置進(jìn)行檢查,重點(diǎn)檢查波特率、校驗位、串口的設(shè)置等是否存在問題。檢查裝置或采集箱等設(shè)備、溫濕度探測器等硬件自身是否存在故障,排除設(shè)備硬件故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確的問題。

    (3)實時告警問題的優(yōu)化。首先嚴(yán)格控制智能設(shè)備串接數(shù)量,避免串接設(shè)備數(shù)量過多引起數(shù)據(jù)上傳緩慢,進(jìn)而導(dǎo)致告警延遲。合理配置FSU掃描時間,通過調(diào)整動環(huán)設(shè)備掃描周期來縮短采集裝置對各個測點(diǎn)的問詢時間,以提高采集速度。其次合理選擇設(shè)備測點(diǎn),對重要測點(diǎn)進(jìn)行合理選擇和優(yōu)化,避免掃描過多的測點(diǎn)造成采集器負(fù)擔(dān)過重,進(jìn)而影響采集效率。另外,運(yùn)維人員應(yīng)避免非重要數(shù)據(jù)的掃描占用過多資源,引起采集過慢。再者通過軟件手段控制告警頻發(fā)和非合理數(shù)據(jù)引發(fā)的告警,可增加告警回差屏蔽功能,數(shù)據(jù)采集值**出合理范圍的,通過設(shè)置有效的閾值上下限,屏蔽此部分?jǐn)?shù)據(jù),誤告警。電磁干擾在傳輸過程中產(chǎn)生的誤告警,除在軟件端進(jìn)行有效門限屏蔽外,還可在傳輸線路上套裝抗干擾磁環(huán)以減少干擾。*后采用人工智能等**手段增加告警邏輯關(guān)系分析和對告警信息進(jìn)行合理分類。如增加告警溯源功能,劃分主次告警,確定告警產(chǎn)生設(shè)備的主從關(guān)系,進(jìn)而對告警信息進(jìn)行有效優(yōu)化,以減少告警“信息”,同時不漏掉重要告警信息。

    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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測,并進(jìn)行實時報警,**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,延長設(shè)備使用壽命,減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過高。同時實現(xiàn)動環(huán)監(jiān)控并對各用能耗能進(jìn)行能效分析,幫助用戶實現(xiàn)用能效率的優(yōu)化。

     



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