安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要 ：通過介紹數據中心不同時期動力環境監控系統的建設和發展，結合數據機房的維護對象、動力環境監 控系統的軟件組成和工作原理，探討云計算數據中心動力環境監控系統的配套需求和“集中管理、集中監控集中維護”運維管理模式的發展趨勢。
關鍵詞：動力環境監控系統；云計算；數據中心；運維管理
一、動力環境監控系統概述
數據中心是云計算的主要載體，其中動力環境監控系統是數據中心保障通信設備正常、穩定運行的重要基礎設施，動力環境監控系統失效，可能會造成數據災難事故。
1.系統概述
機房動力環境監控系統是運用計算機、現代通信、智能測控等技術，利用的通信網絡對 分布于本區域或者遠程區域的機房和工作區進行實時監控，通過圖像監控、故障告警、緊急事件處理、記錄并處理相關數據等方法，實現對一個區域或不同區域里的各個機房及工作區集中監控。隨著網絡維護的不斷發展，“集中維護、集中監控、集中管理”的維護理念越來越明確，而機房動力環境監控系統就是這種理念的體現，通過通信電源和環境的集中控制，可實現少人或無人值守，在提高維護質量的同時，有效地降低維護成本，解決目前管理部門所面臨的設備運行環境要求高、機房多、人員配備少等問題。
2.發展歷程
早期的動力環境監控系統主要以“集中監控、統一告警"為主要工作目的，強調數據釆集的實時 性和傳輸的時效性，要求“能夠發現告警、通知告警”即可，側重于維護層面，對于數據分析和挖掘要求不高；在系統架構上，表現為單服務器和數據庫，未部署其余外部網絡接口及其應用；在數據組織的邏輯層次上，也只有數據釆集層和數據處理層。經歷了多年發展，動力環境監控系統的 發展歷程大致分為三個主要階段，如圖1所示。
圖1動力環境監控系統發展歷程
初期主要釆用干接點方式，即通過通信設備的系統監控數據的處理與傳輸。中期為滿足對機房整體監控的需求，已經可以實現遙感、遙控、遙 測等功能。該階段的監控軟件開發和應用逐漸成熟，能夠通過數據分析掌握監控對象的運行狀態。由于網絡技術的快速發展，采用輪詢方式的數據處理技術已不能滿足較大機房和多點機房的集中監控 要求。此時，基于IP技術的智能化嵌入式監控系統很好地解決了這一難題。該技術在系統優化設計的基礎上，采用告警事件主動上報機制代替被動輪詢機制。
二、動力環境監控系統組成及工作原理
1.維護對象及系統軟件組成
動力環境監控系統的維護工作包括了以下對象：
（1）動力系統（組合電源、ups、電池、開關等）；
（2）環境系統（空調、泄漏、溫度、濕度、新風機等）；
（3）消防系統（煙感探測器、溫感 探測器、其他消防設備）；
（4）安防（門禁、閉路監控、其它保安設備）；
（5）網絡設備（路由器、交換機、主機、服務器、 其他通訊設備）。
動力環境監控系統所有硬件設備運行狀況的監控，由動力環境監控系統的各個相應子系統完成，如： UPS電源、電量儀等設備的監控工作由配電監控子系統實現；機房環境的溫濕度是否符合國家機房標準，由溫濕度監控子系統和漏水監控子系統等完成。 因此，動力環境監控系統從軟件方面可以分為圖像監控、配電監控、設備監控、環境監控、消防監控 和入侵監控六個組成部分。
（1）圖像監控：通過智能監控屏的音接口采 集音信號，實現對機房的圖像實時監控、硬盤 存儲和網絡傳輸。
（2）配電監控：釆用專用電力監控模塊，實時監控各種配電柜的運行參數和狀態。
（3）設備監控：釆用嵌入式現場監控主機接入機房的UPS、專用空調、開關電源和后備發電機等智能設備；
（4）環境監控：釆用開關量輸入模塊和模擬量輸入模塊，接入紅外、煙霧、水浸、溫濕度變送器等采集的信號，實現對機房的安防、火災、漏水 及溫度、濕度的實時監控。
（5）消防監控：通過釆集信號或煙 感探測器的信號，實時監測機房內的火災狀態。 當發生煙霧著火時,系統會立即發出通知，并啟動聲光。
（6）入侵監控：釆用雙鑒（紅外+微波）雙重監測人體和物體的移動，采用門磁監測門和窗戶的狀態，以及其他防盜設備檢測機房安防狀態,發現立即發出通知，并啟動聲光。
2.工作原理
動力環境監控系統通過前端設備，即傳感器釆集現場信息并轉變成信號后，由中部設備數據釆集系統實時采集，送入設備中進行存儲、顯示或送入計算機進行處理。執行器則接收數據采集設備輸出的模擬量或開關量，執行相應的動作。系統工作原理如圖2所示。
圖2監控系統工作原理
動力環境監控系統可以將各監控點數據通過 LAN/WAN、GPRS等TCP/IP網絡系統傳送，實現集中監控，同時可對設備進行集中管理。當發生告警時，系統會立即通過電子郵件、SNMP Trap以及聲光等方式將信息傳達給用戶。同時可根據情況聯動控制，例如：機房門禁的控制，當發生火災時可解除門禁系統的控制；機房溫度過高時，可以自動調節普通空調的溫度，使溫度保持在溫度范圍。
三、云計算數據中心動力環境監控配套需求
隨著新技術新業務的不斷發展，現代數據中心發生了巨大變化：資源規模及維護壓力快速增長，客戶需求越來越多樣，數據中心迅速走向集中化、規模化，大型數據中心成為主流，云業務逐漸代替傳統租賃托管業務，在資源管理、配套供給、綠色節能等方面提出新的挑戰。針對其配套的動力環境監控系統，有以下五點需求：
(1)云計算一般擁有大量的服務器，機房規模大、 數量多、動力環境監控系統應當是一個通用 的系統，不同子系統、不同產品間接口和協議"標 準化”，使它們之間具有互聯性和互操作性，通過高集成度的監控系統將原有的分散式的監測管理改為控制中心式的集成化管理，以節約有限的資源，提高管理與控制的效率。
(2)云計算在有限的空間內需要支持高負載，機房部署集中，對機房動力及環境要求高，應提供多種方式構建一個高可靠性、穩定性的動力環境監控系統，能及時發現隱患，在長時間飽和運行的實際情況下具有連續運行能力。
(3)為滿足應用和用戶規模的增長，節省投資，數據中心具有良好的伸縮性，動力環境監控系統也應建成一個可擴展的平臺，提高控制系統的兼容性，為將來新設備的購入和使用預留接口，保護前期工程和后繼技術的銜接，使系統具有性。
(4)云計算數據機房應是24小時無人值守、可遠程管理，這種管理涉及到整個數據中心的自動化運營，動力環境監控系統應嚴格按照模塊化 結構方式開發，以滿足通用性和可替換性。
由于機房內設備的實時參數復雜而且以不同方式顯示，使得管理人員難以在有限的時間內進行監測與系統運行狀態估計。實現人機友好的操作界面，將機房的各項參數進行數據化的處理并直觀地顯示在操作系統界面上，提供直觀、相對簡單的輔助管理，
(5)并且進行智能化預處理，可以有效降低管理人員的工作難度，提高管理人員的工作效率。
四、系統運維管理發展方向
現階段動力環境監控系統主要以供電KPI 為網絡運營指標，側重"自動化、集中化”而建立起了 “集中監控、集中維護”的模式，針對不同級別的故障發生情況，釆用相應的部門故障上報及處理流程，在資源有限的情況下，有效地利用了設備和人力資源并且提高了故障響應速率。在這個期間，系統維護工作主要依靠的是廠商技術支援力量。
在數據中心"以客戶感知為導向”的運營指標下，隨著動力環境監控系統的不斷完善，特別是隨著監控系統覆蓋面逐漸擴大，"集中維護”的管理模式在未來將不能夠滿足維護需求、不能夠在可能發生影響客戶感知故障進行處理。因此，機房運維會逐漸轉向"集中管理、集中監控、分散維護”的模式上來。"集中管理”表示規劃、設計、施工以及管理、維護，包括二次應用新增等，均由部門統管；“集中監控”表示各屬地分別監控屬地機房，監控責任人非實時監控和數據分析，設備責任人負責實時監控統一處理，體現監控分散化、屬地化；“分散維護” 則表示按維護分散化、維護屬地化分別執行日常維護和響應突發事件。
此外，對于維護團隊的建設也會隨之發生一些變化，原本大多“依賴監控廠商技術支援”的維護團隊建設體制將逐漸轉變為“依靠廠商，以我為主，釆取故障分級管理、分級處理模式，以區級統管廠商技術支援、致力于維護團隊建設，建立起完整內訓體系”，通過設定“故障自處理率指標”，促進自主維護能力和自主維護力量的提升。因此，可以預測，隨著新的網絡運營策略不斷深化，監控系統的維護模式也將不斷趨向于“集中管理、集中監控、分散維護”，通過集中管理來提高一致性和掌控發展方向、通過分級監控、分散維護來提高對突發 事件的響應速度和不斷貫徹落實監控系統的日常管 理維護工作。
五、安科瑞AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理系統平臺組成
安科瑞電氣緊跟數據中心發展形式，推出AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理解決方案，包含有電力監控、動環監控、消防監控、能耗統計分析、智能照明以及新能源監測幾個子系統。集成了變配電監測、電源備自投、電氣接點測溫、智能照明、電能質量監測及治理、蓄電池在線監測、配電監控、智能母線監控以電氣火災、應急照明及疏散指示等多種子功能，能夠幫助用戶實時掌握數據中心的運行情況，保障數據中心可靠、節約、有序、低碳的運行，輔助運維團隊提升數據中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低運維成本。
六、平臺拓撲圖
七、平臺子系統
1.電力監控解決方案
電力監控系統實現對數據中心中低壓配電系統、UPS、蓄電池組、ATS/STS、精密配電柜、電源支路電流、PDU機柜電源以及其它重要設備進行監視、測量、記錄、報警等功能，實時掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高數據中心供電可靠性。
2.動環監控系統解決方案
通過數據中心動環監控系統，實現了對數據中心的門禁狀態、水浸狀態，煙霧狀態，視頻狀態，環境狀態，高低壓配電狀態，設備運行狀態進行實時監測，并進行實時報警，保障數據中心正常運行，避免運行環境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高。同時實現動環監控并對各用能耗能進行能效分析，幫助用戶實現用能效率的優化。
系統功能
展示當前數據中心總能耗，IT能耗，空調能耗，及其他能耗并且計算出當前數據中心實時PUE值，通過儀表盤形式直觀展示。
選擇查看數據中心的中低壓配電系統主接線圖，并在一次圖顯示配電系統當前遙測、遙信數據和狀態。實時監測各配電柜的電壓、電流等電力參數，變電站的溫濕度、煙感、水浸、門禁等環境情況。
電氣接點溫度實時監測，斷路器觸頭、觸臂、母排和線纜連接等位置安裝無線測溫傳感器監測接點溫度，便于提前發現溫度異常導致的事故。
監測各變壓器各項參數，包括負載率、頻率、功率因數、三相不平衡度等，并且顯示歷時曲線圖，數據實時變化。幫助用戶直
電能質量在線監測，可以監測電流和電壓諧波畸變率、電壓暫升暫降暫中斷等暫態事件記錄、ITIC容忍曲線等
系統采集UPS輸入、輸出端和旁路三相電壓、電流、有功功率、功率因數頻率，同時監測UPS溫度、蓄電池電壓、當前負載下的剩余時間等數據。
展示單體電池電壓、內阻和溫度，預測電池帶載時剩余時間，每節電池數據均可以設置異常報警，及時發現蓄電池異常。
展示精密配電柜內進線和饋線回路電氣參數，包括電流電壓功率電能以及開關狀態，并可以對數據進行報警設置和分級，數據取自精密配電柜測量模塊。
展示智能小母線的始端箱和插接箱電氣參數，包括電流電壓、開關狀態、插接點溫度，并對數據進行報警設置和分級。
通過平面圖顯示數據中心能源分布，設備分布情況，并顯示設備能耗數據，點擊平面圖上設備可以進入具體設備監控界面。
實時顯示當前數據中心PUE值以及歷史PUE曲線。并且顯示各分項用能的用能情況及用能排行。監測各變壓器運行及負載情況，給出本月變壓器輸出電能排行。
顯示電能消耗日/月/年報表，并可對具體回路選擇曲線圖、餅圖進行展示。對數據中心用電數據進行同比、環比分析比較，查看用電趨勢。
監測精密空調的回風溫濕度，出回水溫度，并可以設定精密空調的溫濕度，達到更好的控制效果。
監測數據中心溫濕度、開關門、水浸、煙霧、噪聲、氣體濃度狀態等參數。曲線圖直觀明了，同時支持歷史數據查詢
通過列表顯示各類報警事件數量，通過柱狀圖顯示逐日報警數量，提供報警總數以及增長趨勢。
維管理功能，可針對數據中心各主要設備進行巡檢派工，消缺，搶修等維護工作。
3.能耗統計分析（能源管理）解決方案
建立高效的能耗監測管理系統，對建筑各類耗能設備能耗數據進行實時測量，對采集數據進行統計和分析。能夠合理的確定各區域建筑能耗經濟指標及績效考核指標，發現能源使用規律和能源浪費情況，提高人員主動節能的意識。
① 搭建數據中心智慧能源管理系統的基本框架，對各個用能環節進行實時監測；
② 排碳數據化：通過系統可實現建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實現低碳辦公數據化；
③ 區域能效比：實現建筑單位內區域能耗對比，方便能耗考核；
④ 同期能效比：實現同年、同期、同一區域能耗對比，方便節能數據分析；
⑤ 能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；
⑥ 能耗競爭排名：各個功能區能耗對比，實現能耗排名，增強工作人員的節能意識；
⑦ 對能耗的使用數據進行綜合的分析、統計、打印和查詢等功能，并根據能耗監測管理系統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據；
⑧ 能耗數據采集，隨時查詢，并根據采集數據進行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統信息化、自動化水平。
4.蓄電池監測系統
安科瑞公司ABAT系列鉛酸蓄電池在線監測系統是在線電池監測產品，可以提前對失效的鉛酸蓄電池進行預警及電池均衡，符合ANSI/TIA-942標準要求。
該系統具有監測電池的電壓、內阻與內部溫度功能，安裝、維護與接入非常方便。系統主要由ABAT-S模塊、ABAT-C模塊及ABAT-M采集器組成，可通過采集器查詢告警與實時數據、設置參數等，可選配監測平臺實現網絡化集中管理。
5.精密配電管理系統解決方案
系統可以展示精密配電柜內進線和饋線回路電氣參數，包括電流電壓功率電能以及開關狀態，并可以對數據進行報警設置和分級，數據取自精密配電柜測量模塊。
6.智能小母線監控解決方案
數據中心IT服務器配電傳統采用精密配電柜，占用空間較大，配電線纜多，新增設備不便，為了節省面積，智能小母線方案由于不占用機房面積、可按需靈活插拔，受到很多數據中心的青睞，被越來越多的應用。
安科瑞智能母線監控產品分為交流和直流母線監控兩類，包括始端箱監測模塊、插接箱監測模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線槽連接器紅外測溫模塊用于監測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。通過標準網線手拉手簡單組網，可以實現任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運行的插接箱的數據上傳通訊。
7.智能照明控制系統解決方案
數據中心人流較少，面積大，機房多，合理使用照明控制系統，通過感應控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強度照明，盡量解決照明用電。
系統在配電箱內的模塊主要有總線電源、開關驅動器、IP網關、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌安裝。
安裝在控制現場的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經過可以設定紅外感應控制亮燈，人離開后在設定的時間內熄燈，智能面板等手動控制設備，可實現自動控制、現場控制和值班室遠程控制相結合。
8.電氣安全
電氣接點溫度實時監測，斷路器觸頭、觸臂、母排和線纜連接等位置安裝無線測溫傳感器監測接點溫度，便于提前發現溫度異常導致的事故。
8.1電氣火災監控系統解決方案
電氣火災監控系統是用于接收剩余電流式電氣火災監控探測器等現場設備信號，以實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制、管理的運行于計算機的工業級硬件/軟件系統。對分散在建筑內的探測器進行遙測、遙調、遙控、遙信，方便實現監控與管理。
8.2消防設備電源監控系統解決方案
消防設備電源監控系統能夠對消防設備的電源進行實時監控，通過檢測消防設備電源的電壓、電流、開關狀態等有關設備電源信息，從而判斷電源設備是否有斷路、短路、過壓、欠壓、錯相以及過流（過載）等故障信息并實時報警、記錄的監控系統。此系統具有可靠性、實時性并具有數字化、智能化、網絡化、自動化和連續監控的特性。實時反映出被監控設備電源的狀況，并集中顯示，從而可以有效避免在火災發生時，消防設備由于電源故障而無法正常工作的危急情況，保障消防聯動系統的可靠性。
8.3防火門監控系統解決方案
數據中心防火門數量比較多，由于部分區域經常有人走動，常開常閉防火門數量都不少，防火門監控系統的作用就是監測防火門開閉狀態，在發生火災后自動關閉常開防火門，防止煙霧擴散。防火門監控系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，用于監測和控制防火門狀態，當防火門發生異常位置信號時，防火門監控器能發出故障報警信號，指示故障報警部位并保存故障報警信息。發生火災時，關閉事故區域所有常開防火門，防止煙霧向安全區域擴散。
8.4消防應急照明和疏散指示系統解決方案
數據中心消防比較復雜，一旦發生火災，疏散指示系統非常重要。消防應急照明和指示系統可以和火災報警系統聯動，提供應急照明和疏散路徑指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一鍵選擇疏散應急預案，提升人員逃生概率。
9.充電樁系統解決方案
數據中心停車場有電動汽車和電動自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，解決物業、用電管理部門的充電樁使用、監控問題。電動自行車充電可采用投幣、掃碼充電方式，電動汽車支持IC卡和掃碼充電方式。遠程充電樁系統可實時遠程完成啟動充電、強制停止、單價設置等控制指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進行支付后，系統發起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；能夠遠程控制，提供財務報表和數據分析等功能。
10.電能質量治理解決方案
數據中心常用設備為不間斷電源系統UPS、LED照明、IT服務器等，易產生諧波電流和三相負載不平衡問題，電能質量監測和治理裝置可根據負載運行情況進行實時的檢測、分析并跟蹤治理，為不同負載類型的電能質量問題提供合適的設計解決方案，以達到改善供電質量和確保電力系統安全經濟運行的目的。
八、平臺部署硬件選型
1.電力監控、電能質量、配電室環境監控系統
九、結語
云計算的飛速發展形成大量數據傳輸，大規模 的數據中心機房逐漸取代傳統數據機房，對數據的處理和存儲進行集中管理，以提高穩定性并有效降 低運行及維護成本。而數據中心的動力及環境設備無間斷正常運行才能保證網絡環境中用戶的正常工作，現代數據中心動力環境監控系統的出現有效改進了傳統的人工被動監控和排除故障的方式，為實現數據中心環境設備的正常運行提供了有力保障。隨著數據挖掘、物聯網概念的普及，以及外部傳輸網絡、數據網絡技術的不斷更新和成熟，動力環境監控系統必有較好的發展前景。
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