矩陣智控風扇在機房的創新應用

翟 駿，林武雋，劉永彬，張 淵，徐 嘉

（中國電信 北京分公司，北京 100032）

1 問題描述

在“數字經濟”大背景下，北京電信互聯網數據中心（Internet Data Center，IDC）業務蓬勃發展。近幾年，隨著設備功率密度的不斷提升，機房局部熱點問題頻發。機房產生普遍通過定時巡檢或溫濕度采集器組合方式探測發現。通過開啟備用空調，放置軸流風機，采購干冰、水冰等方式進行冷量引入和強迫換熱。監測難度大，應急降溫處理流程工作量大。

老舊不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）風扇模塊是UPS設備的消耗器件，與UPS主機8年的服役期不同，風扇運行5年即可更換，數量眾多，結構簡單且質量可靠。在集團“云改數轉”戰略背景下，通過將風扇模塊重新排列組合，輔以自控模塊，融合監控系統，結合工業生產中自動引導車（Automated Guided Vehicle，AGV）小車尋址技術，一種風量可調節、具備移動屬性、具備安全性以及可自學習控制的散熱組件亟待集成開發[1]。

2 分析過程

結合機房熱通道特點，團隊先后展開多次技術研討，綜合整體組件安全性、有效性及后期代碼迭代能力，確認矩陣指控風扇應具備能力如下文所述。

（1）具備風量自控調節能力。通過溫度傳感器數據采集，判別風扇所處位置是否有局部熱點，控制風扇和AGV小車的啟停，實現機房多點變風量控制，散熱的同時產生節能效果。

（2）機房環境控制安全性更高，具備電壓、電流和風速的采集能力。定制安全控制算法，在防止風扇工作過電壓、過電流的同時，減少因風速過高導致局部氣流短路給機房環境帶來的隱患。

（3）具備無線遠程監控能力。集成無線Wi-Fi模塊實現與上位機（動力監控采集器）通信。定制開發接口協議，將本設備采集的數據同步至動環監控平臺，風扇不受有線連接限制。監控平臺通過動環監控單元（Field Supervision Unit，FSU）采集 DO 和 AO 通道控制矩陣風扇的開關、小車啟停和運行速度，設定各種工作參數（如風扇開關控制溫度值）。

（4）深化散熱器節能效果。在傳統風扇通斷控制基礎上，結合傳感器數據和內部算法，實現整體風扇組件的機房多點變風量控制[2]。

（5）對機房列柜熱通道環境實現監測控制。發揮風扇模塊特性，結合無線信道和AGV小車優勢、FSU采集器功能，通過硬件集成和軟件改造，優化機房列間環境指數。

（6）風扇組建預留干冰、水平等放置空間，作為風扇組件的冷源輸出，可作為臨時空調，強化機房環境安全度。

3 解決措施

3.1 風扇模塊集成

創新集成矩陣送風、傳感器、控制板、Wi-Fi傳輸模塊、動環FSU采集器于一體，在變廢為寶、安全可靠、快速部署的基礎上，擴展了參數可監、狀態可控、數據互通的能力，提質增效，達到了節能減排的使用效果[3-5]。風扇模塊設計演進過程如圖1所示。

圖1 風扇模塊設計演進過程

3.2 傳輸控制算法

通過微控制器單元（Microcontroler Unit，MCU）模塊，整合溫濕度、電壓、電流、風速運行數據，基于C++語言創新定制自動控制邏輯算法，實現輸出風量與運行安全參數的監測控制，并通過無線Wi-Fi模塊完成與上位機FSU的通信，將運行數據接入機房動力環境監控系統，把本設備作為一個智能設備接入到動力環境監控平臺中，實現本設備的遠程監控功能，其中控制模塊實例如圖2所示，監控系統前臺實例如圖3所示，邏輯流程如圖4所示。

圖2 控制模塊實例

圖3 監控系統前臺實例

圖4 邏輯流程

3.3 機柜熱通道散熱技術

聚焦機房熱通道散熱問題，創新集成風扇模塊VAV控制和AGV小車尋址技術。通過溫度傳感器-MCU控制板-動環FSU采集器-后臺網管算法集成控制，完成整體風扇組建的變風量+機房多點散熱功能。風扇組建預留干冰、水平等放置空間，作為風扇組件的應急冷源輸出。風扇組件移動路徑如圖5所示，圖6為磁條路徑移動實拍圖。

圖6 磁條路徑移動實拍圖

4 經驗總結

首先，矩陣送風角度、模塊配置數量、組合方式等參數仍有優化空間，與器件組裝廠商和動環集成商有合作空間。產品成熟后可以通過招投標的采購方式，在定制化功能需求實現的同時降低制造成本。其次，限于本次使用的矩陣風扇陣列體積較大，矩陣風扇只能在熱通道較寬的區域進行巡航測試，應用場景比較有限，機房內定制路線無法覆蓋機房全量熱通道，后續矩陣風扇整體結構設計還需要進一步優化。最后，針對風扇控制本身，隨著圖傳、人工智能（Artificial Intelligent，AI）算法的技術更新，后續引入深度神經網絡等學習算法，結合傳感器采集的延時性實現精準點位散熱。