淺談模塊化數據中心在大柳塔煤礦的應用

侯建發

(呼和浩特市地鐵運營有限公司，內蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

在高產、高效的現代化煤礦生產中，信息化和智能化水平的提高也顯得尤為重要[1]。伴隨區域中央生產控制指揮中心的建立，數據中心也隨之在大柳塔煤礦成功應用。數據中心機房是礦井自動化生產和信息化網絡辦公的中樞神經，其重要性顯而易見。在移動互聯網、云計算大力發展的今天，機房作為設備的物理存放、信息載體的匯聚地，其發展的數量和規模迅速擴大，由此產生的能源消耗和運營成本也日益突出。在能源消費日益增長的今天，模塊化數據中心備受人們的關注，各種節能技術和能效提升技術也隨之出現[2-3]。所謂模塊化數據中心是指，在不同位置區域的各個具有獨立功能的模塊，通過統一的輸入、輸出接口，互相關聯、組合后形成一個完整的數據中心[4]。為了避免出現大馬拉小車等資源浪費現象，以及為滿足面向未來快速增長的發展需求，選擇一款適合自己企業使用的數據中心顯得格外重要。通過招投標、對比分析、開會討論等方式，最終確定大柳塔煤礦數據中心建設采用華為技術公司的IDS 2000智能微模塊數據中心。

1 大柳塔煤礦數據中心機房的設計原則

大柳塔煤礦數據中心位于大柳塔煤礦區域調度樓一層，是全礦井辦公自動化等數據和信息計算、交換、存儲的核心區域，具有高速的網絡帶寬和完備的機房設施。其設計不僅需要滿足現代化網絡辦公、視頻會議、工控自動化的各項需求，還要滿足面向未來快速增長的網絡預留發展需求，其設計理念必須要高標準、嚴要求、靈活性強。根據以往機房建設的基本原則和經驗，結合現有大柳塔煤礦的網絡設備、設施和需求，對數據中心在規劃時應遵循以下原則設計。

1.1 安全可靠性

數據中心機房的安全可靠是運行的重中之重，直接關系到礦井網絡安全和網絡穩定，甚至影響到礦井安全生產。在對數據中心制定標書、設計之初，就應充分考慮其結構是否合理，是否便于日常機房的管理與維護，確保機房運行后安全、可靠。

1.2 擴展性

在數據中心方案設計中，要充分考慮為數據中心未來擴展業務留有空間，對設備的網絡互聯層、核心層和分布層設備要考慮模塊化設計。此外，設備的端口密度要合理，為未來擴展網絡互聯、減少設備投入做好準備[5]。可擴展的是數據中心機房是方案設計的基礎，可以為開發提供更多的業務需求。

1.3 標準化

在建設機房規劃的初期，就要按照國家的行業相關標準，對機房的設計、建筑的結構、橋架裝修、電氣施工以及局域網、廣域網的標準統一進行規劃，嚴把施工質量關，做神東集團煤炭公司標準模塊化數據中心機房的典范，為其他單位借鑒經驗和對標學習做表率。

1.4 可管理性

規劃的數據中心需要建立一個全面完善的管理和監控體系。智能化的數據中心應具備先進的管理系統，對機房的運行狀態實時監控，同時系統要記錄機房各模塊的歷史故障信息，并對故障隱患要提前預警，真正做到數據中心無人值守、智能化、自動化功能，方便管理人員對機房的后期維護，減少人員工作量，提高工作效率，為保障數據中心安全、穩定的運行提供決策依據。

2 模塊化數據中心的特點與布局

大柳塔煤礦數據中心采用的華為技術公司生產的IDS2000智能微模塊數據中心，其具有快速部署、綠色節能、柔性擴展、一體化集成和先進的管理系統等優點，被廣泛使用。

2.1 一體化集成

一體化集成是指模塊數據中心將供配電系統、空調系統、照明系統、防雷接地系統、消防系統、機房管理系統和綜合布線集于一身，設計新穎[6]。其中供配電系統集成了市政ATS配電、模塊化UPS配電、空調組配電和機柜其他設備的PDU配電，適用于不同組網情況下的模塊配電。

2.2 安全可靠

模塊化數據中心頂部設計有天窗，當行間空調故障無法啟動造成機房溫度過高時，溫度傳感器便會聯動天窗控制器自動打開天窗來降低行間溫度。模塊化的UPS能實現N+1冗余，保障在設備正常工作狀態下可檢修旁路開關，避免因誤操作引起電氣事故，確保人員安全。此外，機柜還具有綜合布線系統，即在機柜頂部將強弱電、光纜、網線分不同的槽位布置，避免電磁信號干擾，影響通信質量[7]。

2.3 節省機房使用面積降低能耗

無需進行機房工程設計，省去架空地板，可在機柜頂部敷設纜線。通道行間照明，紅外自動感應，節約電能損耗。

2.4 監控完善

通過各種傳感器，實現對機房各功能模塊的連續監控，機房管理系統可在線Web訪問，易于實現遠程管理。

2.5 數據中心的布局

大柳塔煤礦模塊化數據中心的平面配置如圖1所示，大柳塔煤礦數據中心實景如圖2所示。

大柳塔煤礦數據中心共采購兩組IDS 2000雙排模塊化數據中心，西側模塊數據中心包含一體化配電柜、行間空調、UPS電源、雙回路電源輸入柜、UPS電源輸出柜、空調電源柜，東側模塊數據中心包括配電柜、行間空調、中控、監控和ODF配線柜，其中還在數據中心機房預留有擴容區域。

3 數據中心的系統功能

3.1 供配電系統

數據中心IDS 2000供配電系統的供電電壓為380 V三相電，主要為所有弱電機柜內的設備、應急照明、區域中央控制指揮中心智能調度臺和其他智能化設施供電。在數據中心的列頭柜配置一體化配電集成柜，為空調、監控、UPS和網絡設備供電。在行間中部配置UPS不間斷電源柜，當兩路輸入電源故障斷電時，機柜自動切換成UPS供電，保障設備不間斷持續工作。供配電系統接口圖如圖3所示。

圖1 大柳塔煤礦數據中心平面布置圖

圖2 大柳塔煤礦數據中心實景

圖3 供配電系統接口圖

3.2 空調系統

模塊化數據中心空調系統采用華為公司的Netcol 5000-A風冷行級精密空調，制冷量為35 kW，安設在機柜中部，靠近熱源設備安裝，并能根據機柜內的設備負載量和溫控系統，為數據中心智能化的供給行間散熱。空調系統包括有直流變頻的壓縮機、EC風機和PTC電加熱和電極加濕，對保持機房行間的正壓通風，減少灰塵侵入具有良好的效果，為打造大柳塔煤礦綠色、高效的數據中心起到積極作用。

3.3 照明系統

通道級照明采用16 W的一體式LED燈，節能環保，每組數據中心行間通道頂部兩側各安裝一排，簡潔美觀。在行間玻璃門開啟后，探測器監測到人員進入，自動開啟通道照明。

3.4 防雷接地系統

防雷系統：防雷系統包括了直接防雷和防感應雷擊兩部分，直接防雷是在區域調度大樓的頂部安設的避雷設施，防感應雷擊是針對機房負載設備的配電裝置采取防雷措施。防雷系統主要包含兩部分：一要對低壓配電室加裝防雷器，二要在ATS配電柜、一體化配電集成列頭柜、UPS柜安裝B級防雷器，這樣就構成完整的防雷系統。

接地系統：將網絡設備的機殼、機柜的柜門、柜體等可能帶電的金屬表面通過接地線或直接接觸與大地相連，構成安全保護接地，通過不低于16 mm2的銅導線將等電位帶接入接地匯流排，與大樓總接地相連，形成接地系統。其中，機柜體的各金屬部件或零件之間要良好的搭接，對柜體、柜門等外殼進行絕緣保護或噴漆處理。機柜門使用不小于2.5 mm2的電纜線與柜體緊固相連，各柜體內部均設計有一個接地排或主接地點供設備接地用，接地用不小于M8的螺栓連接。

3.5 消防系統

微模塊化數據中心采用柜式七氟丙烷消防滅火系統，機房行間內部安裝有煙霧傳感器、溫度傳感器、聲光報警器、天窗控制器等[8]。

溫濕度傳感器作為數據中心的主要環境監測元件，對機房的運行環境的溫度和濕度實時監測，并上傳至采集器，這對機房的環境安全、火災預防及發揮電子設備的性能、延長IT設備的使用壽命、保障數據安全性有十分重要的作用。煙霧傳感器可檢測數據中心行間通道的煙霧情況，在通道門正上方安裝聲光報警器。天窗控制器作為數據中心的控制單元，可在溫度異常時通過信號傳輸控制行間天窗的開啟和關閉，是消防滅火的關鍵步驟。

當火災發生時，煙霧傳感器和溫濕度傳感器接收到異常信號后，立即向消防主機發送火警指令，消防主機聯動天窗控制器打開天窗，消防警鈴發出警報，氣體滅火控制器在延時0～30 s后，發送放氣指令，機房門外的“放氣誤入”指示燈被點亮，同時開始噴射阻燃氣體滅火劑進行滅火。

3.6 機房管理系統

微模塊數據中心的機房管理采用NetEco基礎設施管理系統，此系統由管理軟件和其他部件構成，實現了對數據中心的溫濕度、空調系統、供配電系統、UPS后備電源、消防及監控等多系統的數據采集與監控，將各子系統和分散環節集中統一管理，為智能化微模塊數據中心的全系統監控提供了可靠保障。NetEco管理系統架構圖如圖4所示。

圖4 NetEco管理系統架構圖

NetEco管理系統通過支持的SNMP(Simple Network Management Protocol，簡單網絡管理協議)的標準網管接口，同其他系統進行信息交互對接，并具有擴展多協議的機制，用來滿足不同設備的訪問。

RH 2288機架服務器是NetEco管理系統的監控主機，主要負責數據的處理和分析。

NetEco管理系統的數據采集主要通過采集器ECC 500，它將各部件的監控接口進行統一接入，向上提供給監控主機，起到對數據采集、處理、轉換和上傳的作用，安裝在列頭柜。

3.7 綜合布線

綜合布線是模塊化數據中心的一大亮點，利用網線或光纜來傳輸監控信息，服務器、采集器等設備。設備的纜線連接是通過機柜頂部的四路走線槽，走線槽從里至外分別是強電、弱電、光纜、網線，做到電源和信號分線槽敷設，兩個模塊單元之間用走線架連接，確保纜線布置合理，消除電磁干擾。

4 結語

神東煤炭集團公司區域中央生產控制指揮中心的成立，使大柳塔煤礦模塊化數據中心機房充分發揮其施工簡單、建設期短、配置靈活等優勢，實現了網絡資源的統一管理、統一部署、統一備份和統一監控。對提高辦公效率、集中管理IT設備、降低能耗、提高空間和設備利用率、提升礦井信息化、智能化起到了積極作用，開啟了大柳塔煤礦數字化礦山建設的全新模式。