數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計

孟慶祝 (北京國安電氣總公司，北京 100080)

數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境綜合監(jiān)控系統(tǒng)的建立是確保數(shù)據(jù)中心設(shè)備在良好的機房環(huán)境（供配電系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、精密空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、安保系統(tǒng)等）下穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)條件，實現(xiàn)機房環(huán)境設(shè)備的嚴(yán)密監(jiān)測和統(tǒng)一監(jiān)控，提高整個信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的可靠性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機房的科學(xué)管理。

以北京某電力公司數(shù)據(jù)中心機房為例，機房環(huán)境綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要是對機房設(shè)備（如供配電系統(tǒng)、UPS電源、精密空調(diào)、消防系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、門禁系統(tǒng)等）的運行狀態(tài)、溫度、濕度、潔凈度、供電的電壓、電流、頻率、配電系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)、漏水檢測等進(jìn)行實時監(jiān)控并記錄歷史數(shù)據(jù)。可以隨時隨地的監(jiān)控機房的任何一臺設(shè)備，獲取所需的實時和歷史信息，進(jìn)行高效的全局事件管理。使數(shù)據(jù)中心真正成為滿足各種微機電子設(shè)備和工作人員對溫度、濕度、潔凈度、電磁場強度、噪聲干擾、安全、防漏、電源質(zhì)量、振動、防雷和接地等要求的IDC數(shù)據(jù)機房。

1 系統(tǒng)簡介

北京某電力公司數(shù)據(jù)中心機房位于該公司辦公樓內(nèi)，建筑面積約為574m2。該數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)控的對象包括：精密空調(diào)、UPS、電量檢測、溫濕度監(jiān)測、漏水檢測、門禁、閉路監(jiān)控、消防監(jiān)測等，實現(xiàn)7×24×365的全面集中監(jiān)控和管理。

系統(tǒng)是一個以信息流監(jiān)控為核心的綜合應(yīng)用平臺，采用組態(tài)方式、中間構(gòu)件和模塊化結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對各類信息流（包括各種實時采集數(shù)據(jù)、視頻流、語音流等）的實時監(jiān)控和管理；同時，在信息流監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)通過定義策略，完成對各種數(shù)據(jù)間相關(guān)性的定制，實現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)或子系統(tǒng)間的聯(lián)動功能，將功能各異的設(shè)備及子系統(tǒng)有機地組合成一個既相互關(guān)連又統(tǒng)一協(xié)調(diào)的整體，實現(xiàn)各設(shè)備及子系統(tǒng)的優(yōu)化運行；通過Internet/Intranet技術(shù)集成監(jiān)控信息流，提供對設(shè)備及子系統(tǒng)的管理職能，監(jiān)視其實時信息，控制其工作狀態(tài)、報告各種異常狀況，確保所有設(shè)備及子系統(tǒng)的安全、可靠、高效運行。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用樹狀結(jié)構(gòu)，按照各監(jiān)控單元的監(jiān)控職能和相似特點，本子系統(tǒng)分為如下功能模組：

1) UPS設(shè)備組（UPS）；

2) 空調(diào)及通風(fēng)設(shè)備組（精密空調(diào)）；

3) 供配電設(shè)備組（包括電量儀、配電開關(guān)狀態(tài)）；

4) 環(huán)境監(jiān)控設(shè)備組（包括溫濕度、漏水監(jiān)測）；

5) 安防設(shè)備組（消防、門禁、視頻）。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

整個系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)方案設(shè)計

圖2 配電柜監(jiān)控

3.1 配電柜監(jiān)控

進(jìn)線柜在運行中有很多重要的參數(shù)，例如電壓、電流、功率（有功、無功、視在）、功率因數(shù)、頻率電度（有功、無功）。通常的做法是采用在配電柜上安裝儀表，由人工監(jiān)視，柜內(nèi)的自動空氣斷路器、過流保護(hù)的工作狀態(tài)以及總開關(guān)的狀態(tài)也是由人工在現(xiàn)場監(jiān)視。現(xiàn)在，進(jìn)線柜的供電參數(shù)通過智能電量儀表把市電的運行狀態(tài)以數(shù)據(jù)的形式傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)，對其進(jìn)行監(jiān)視，使現(xiàn)場達(dá)到無人值守的目的。

根據(jù)實際情況，具體配置及功能如下：

配置8臺智能電量檢測儀，實時監(jiān)視機房1路市電的三相電壓、電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無功功率。系統(tǒng)管理員和操作員可以通過歷史曲線圖看到每天的電壓、頻率、有功、無功的最大值、最小值、當(dāng)前值及電壓、電流峰值，從而能清楚地知道三相電壓、電流是否均衡。

系統(tǒng)一旦報警,會自動切換到相應(yīng)的開關(guān)畫面,顏色隨即由綠色變成了紅色，系統(tǒng)自動播放多媒體語音報警。同時，若設(shè)置了電話自動撥號功能，系統(tǒng)將會自動撥打所設(shè)置的電話號碼，并可通過發(fā)送手機短信通知有關(guān)人員進(jìn)行處理。

3.2 UPS電源監(jiān)控

對UPS的監(jiān)控，實際上是對UPS的內(nèi)部整流器、逆變器、電池、旁路、負(fù)載等各部件的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，一旦有部件發(fā)生故障，系統(tǒng)會以各種方式報警。此外，還實時監(jiān)視UPS的各種電壓、電流、頻率、功率等參數(shù)，并有直觀的圖形界面顯示。

采用的UPS帶有智能通訊接口（RS485或RS232），通過手牽手的總線方式將多臺UPS的監(jiān)控數(shù)據(jù)直接接入現(xiàn)場監(jiān)控服務(wù)器統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)測。

系統(tǒng)可全面診斷UPS狀況，監(jiān)視UPS的各種參數(shù)。一旦UPS報警，將自動切換到相關(guān)畫面。越限的參數(shù)將變色，并伴隨有報警聲音，有相應(yīng)的專家處理提示。并可根據(jù)用戶需求設(shè)置電話、語音、手機短信等方式通知有關(guān)人員。對于重要的參數(shù)，可作曲線記錄，查詢一年內(nèi)某些測點的曲線（如電壓、電流），并可顯示選定某天的最大值、最小值，使管理人員對UPS的狀況有全面的了解。

具體而言，可監(jiān)控整流器、逆變器、電池、旁路、負(fù)載等五部分的運行狀態(tài)與參數(shù)。根據(jù)機房實際情況，本系統(tǒng)需實現(xiàn)如下幾方面功能：適時監(jiān)控輸入、輸出電壓、輸出電流、輸出頻率、整流器狀態(tài)、逆變器狀態(tài)、電池狀態(tài)、旁路狀態(tài)、負(fù)載狀態(tài)等部分的工作狀態(tài)及參數(shù)。

3.3 精密空調(diào)監(jiān)控

精密空調(diào)自帶有智能通訊接口（RS485或RS232），可以全面監(jiān)控空調(diào)的運行參數(shù)。同時，可通過監(jiān)控系統(tǒng)直接設(shè)定空調(diào)機的各種參數(shù)，如溫度的設(shè)定。

系統(tǒng)一旦有報警，將自動切換到相關(guān)畫面。越限的參數(shù)將變色，并伴隨有報警聲音和相應(yīng)的專家處理提示。對重要參數(shù)，可作曲線記錄，用戶可通過曲線記錄直觀地看到空調(diào)機組的運行品質(zhì)。這樣，空調(diào)機組即使有微小的故障，也可以通過系統(tǒng)檢測出來，及時采取相應(yīng)的措施，防止空調(diào)機組進(jìn)一步損壞。

對嚴(yán)重故障的報警，可根據(jù)用戶需求加設(shè)電話語音報警。

本機房監(jiān)控系統(tǒng)可實時監(jiān)控世界各廠家的精密智能空調(diào)，實時監(jiān)視空調(diào)各部件（壓縮機狀態(tài)、風(fēng)機狀態(tài)、加熱器狀態(tài)、抽濕器狀態(tài)、加濕器狀態(tài)、濾網(wǎng)等）的運行狀態(tài)與參數(shù)，并可遠(yuǎn)程修改設(shè)置與開關(guān)空調(diào)。

據(jù)機房實際情況，系統(tǒng)在這一部分需達(dá)到如下監(jiān)控功能：壓縮機狀態(tài)、風(fēng)機狀態(tài)、加濕器狀態(tài)、去濕器狀態(tài)、加熱器狀態(tài)、空調(diào)的溫度、濕度值、遠(yuǎn)程控制空調(diào)的開機和停機、遠(yuǎn)程設(shè)置空調(diào)的溫度與濕度。

圖3 精密空調(diào)監(jiān)控

3.4 溫濕度檢測系統(tǒng)

圖4 溫濕度監(jiān)控

在機房中，有大量的服務(wù)器等精密設(shè)備，設(shè)備對溫、濕度等運行環(huán)境的要求非常嚴(yán)格，所以應(yīng)加裝溫濕度傳感器，以實時檢測機房和重要設(shè)備區(qū)域內(nèi)的溫、濕度。在本項目中，在機房設(shè)計安裝了32個溫濕度一體化傳感器，將檢測到的溫濕度值實時傳送到當(dāng)?shù)氐臋C房監(jiān)控及安全監(jiān)管平臺服務(wù)器中，并在界面上以圖形化形式直觀地表現(xiàn)出來。一旦溫、濕度值越限，系統(tǒng)將自動彈出報警框并觸發(fā)語音報警，提示管理員通過調(diào)節(jié)空調(diào)溫、濕度值為機房設(shè)備提供最佳運行環(huán)境。并且還可以將一段時間內(nèi)機房里的溫、濕度值通過歷史曲線直觀地表現(xiàn)出來，以方便管理人員進(jìn)行查看。

溫、濕度傳感器還可與空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動，當(dāng)機房的溫度越限時，系統(tǒng)可聯(lián)動設(shè)定空調(diào)目標(biāo)溫度及啟動空調(diào)進(jìn)行工作等聯(lián)動動作。

對于線纜的溫度，采用線纜溫濕度傳感器對機房內(nèi)24條電纜進(jìn)行實時的溫度監(jiān)測，當(dāng)溫度超過設(shè)置的閥值時，系統(tǒng)將以短信或電話的方式通知機房管理人員，及時查看并進(jìn)行處理。

3.5 漏水檢測監(jiān)控

由于機房內(nèi)使用的空調(diào)設(shè)備較多，且漏水水源一般在機房地板下，為了方便用戶今后的維護(hù)，采用漏水檢測系統(tǒng)。其工作原理為：采用耐腐蝕、強度高的感應(yīng)線纜與控制器及其他附件，將有水源的地方圍起來，一旦有泄漏液體碰到感應(yīng)繩，感應(yīng)繩通過控制器將信號輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)，并通過相應(yīng)的報警方式及時通知有關(guān)人員采取相應(yīng)措施排除故障。

系統(tǒng)本身包括：漏水控制器、漏水感應(yīng)繩及其他輔助設(shè)備，系統(tǒng)可檢測感應(yīng)線上任何點的漏水位置并有語音報警。感應(yīng)線纜為特種橡膠制成，抗腐蝕、抗酸堿。系統(tǒng)功能完善，對感應(yīng)線有斷線報警功能。系統(tǒng)還可檢測機房潔凈度，當(dāng)感應(yīng)上的塵埃集結(jié)到一定厚度，系統(tǒng)會報警提示管理人員派人清洗感應(yīng)線。

圖5 漏水檢測監(jiān)控

3.6 消防監(jiān)測

在機房內(nèi)加裝煙感探頭，直接接入機房監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對機房煙霧火災(zāi)的早期預(yù)防，及時處理。同時系統(tǒng)支持與CCTV、門禁系統(tǒng)的聯(lián)動，可以實現(xiàn)在消防報警時相關(guān)位置的門自動開啟、自動彈出實時視頻畫面等。

圖6 消防監(jiān)測

3.7 新排風(fēng)機監(jiān)控

由于新排風(fēng)機屬于非智能設(shè)備，一般都是通過開關(guān)電源來進(jìn)行開關(guān)機的控制，實現(xiàn)監(jiān)控功能時必須通過一些報警采集模塊和開關(guān)控制模塊。在本系統(tǒng)中，設(shè)計使用開關(guān)量采集和開關(guān)量轉(zhuǎn)換模塊對新風(fēng)機和排風(fēng)機的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；使用開關(guān)量控制模塊和開關(guān)裝置，實現(xiàn)對新風(fēng)機電源的開路與閉路操作，達(dá)到控制新風(fēng)機啟停的效果。

3.8 閉路電視監(jiān)控管理

圖7 閉路電視監(jiān)控管理

本系統(tǒng)采用的硬盤錄像機支持MPEG-4或H.264壓縮格式。所有視頻文件采用MPEG-4或H.264格式壓縮后通過流媒體格式進(jìn)行傳輸，保證監(jiān)控、錄像、回放、傳輸能同步進(jìn)行。一般來說，單路視頻傳輸在25幀/s時，其占用帶寬應(yīng)小于300K。系統(tǒng)允許用戶根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況隨時更改視頻數(shù)據(jù)的傳輸參數(shù)，如幀數(shù)、分辨率等。

2) 視頻存儲

錄像方式：每臺攝像機的硬盤錄像方式可靈活設(shè)置，包括無間斷實時錄像、預(yù)設(shè)時間段錄像、報警預(yù)錄像、移動偵測錄像以及聯(lián)動觸發(fā)等多種方式。每路25幀/s，分辨率為352×288，連續(xù)錄像24h占用存儲空間為2G。錄像方式可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整，例如白天實時錄像，晚上動態(tài)監(jiān)測或報警聯(lián)動錄像。另外，當(dāng)硬盤存滿時系統(tǒng)可自動從頭覆蓋，循環(huán)錄像。

3) 圖像控制

可靈活調(diào)節(jié)視頻圖像的亮度、對比度、飽和度、色調(diào)等，設(shè)置畫面質(zhì)量和壓縮比；支持任意時刻圖像的抓拍和存儲。

4) 視頻查詢

（1） 錄像資料的檢索：系統(tǒng)提供錄像資料檢索通道，在監(jiān)控管理平臺上可進(jìn)行錄像資料的檢索回放，且可根據(jù)錄像的類型（定時錄像、觸發(fā)錄像、抓拍等）、通道和錄像時間等多種條件進(jìn)行組合檢索。

（2） 錄像資料的回放控制：可利用拖拽功能選擇任意時間點的回放，同時回放速度可調(diào)（至少具備四種速度 ：-2、2、4、8 速），回放時不影響系統(tǒng)正常錄像。

（3） 快速查詢：系統(tǒng)應(yīng)支持快速查詢功能，管理界面上設(shè)置快速查詢通道，當(dāng)管理人員輸入攝像機名稱等唯一性信息時，系統(tǒng)可自動切換到該攝像機實時監(jiān)控畫面，并提供該攝像機錄像資料查詢功能。

5) 斷電保護(hù)

系統(tǒng)具有斷電保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生意外斷電時，系統(tǒng)自動保存斷電時刻以前的錄像數(shù)據(jù)。

3.9 門禁綜合管理

圖8 門禁綜合管理

系統(tǒng)設(shè)計的門禁系統(tǒng)是一個可以脫機獨立運行的系統(tǒng)，機房監(jiān)控管理平臺出現(xiàn)任何問題都不會影響門禁系統(tǒng)的使用。門禁控制器自身還帶有后備電池，可以確保在停電后不會丟失任何刷卡信息和權(quán)限管理信息。在系統(tǒng)管理界面上可遙控所有門禁電鎖的開關(guān)，當(dāng)非法進(jìn)入發(fā)生時，可通過授權(quán)（4級以上用戶）對部分門禁進(jìn)行封鎖；另外，系統(tǒng)提供圖形化動態(tài)邏輯組態(tài)功能，以圖形化界面方式實現(xiàn)邏輯定義，從而更方便的實現(xiàn)聯(lián)動功能。

4 結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境綜合監(jiān)控系統(tǒng)，軟/硬件均采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，適應(yīng)發(fā)展需要，充分保證了系統(tǒng)在擴容、升級時系統(tǒng)可無間斷安全運行；提供了安全舒適的工作環(huán)境同時提高了機房管理工作的效率；節(jié)省了機房運行管理費用，達(dá)到了短期投資長期受益的目的，在很大程度上起到了節(jié)能降耗的作用，推動了“綠色”、“節(jié)能”數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。

[1] 路宗雷，李 濤. 數(shù)據(jù)中心機房綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案［J］.智能建筑與城市信息，2010（8）：8-11.