數據中心機房環境綜合監控系統方案設計

孟慶祝 (北京國安電氣總公司，北京 100080)

數據中心機房環境綜合監控系統的建立是確保數據中心設備在良好的機房環境（供配電系統、UPS系統、精密空調系統、消防系統、安保系統等）下穩定運行的基礎條件，實現機房環境設備的嚴密監測和統一監控，提高整個信息網絡系統穩定運行的可靠性，實現數據中心機房的科學管理。

以北京某電力公司數據中心機房為例，機房環境綜合監控系統主要是對機房設備（如供配電系統、UPS電源、精密空調、消防系統、視頻監控、門禁系統等）的運行狀態、溫度、濕度、潔凈度、供電的電壓、電流、頻率、配電系統的開關狀態、漏水檢測等進行實時監控并記錄歷史數據。可以隨時隨地的監控機房的任何一臺設備，獲取所需的實時和歷史信息，進行高效的全局事件管理。使數據中心真正成為滿足各種微機電子設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、電源質量、振動、防雷和接地等要求的IDC數據機房。

1 系統簡介

北京某電力公司數據中心機房位于該公司辦公樓內，建筑面積約為574m2。該數據中心機房環境綜合監控系統主要監控的對象包括：精密空調、UPS、電量檢測、溫濕度監測、漏水檢測、門禁、閉路監控、消防監測等，實現7×24×365的全面集中監控和管理。

系統是一個以信息流監控為核心的綜合應用平臺，采用組態方式、中間構件和模塊化結構，實現對各類信息流（包括各種實時采集數據、視頻流、語音流等）的實時監控和管理；同時，在信息流監控系統內通過定義策略，完成對各種數據間相關性的定制，實現各子系統內或子系統間的聯動功能，將功能各異的設備及子系統有機地組合成一個既相互關連又統一協調的整體，實現各設備及子系統的優化運行；通過Internet/Intranet技術集成監控信息流，提供對設備及子系統的管理職能，監視其實時信息，控制其工作狀態、報告各種異常狀況，確保所有設備及子系統的安全、可靠、高效運行。

2 系統結構

系統采用樹狀結構，按照各監控單元的監控職能和相似特點，本子系統分為如下功能模組：

1) UPS設備組（UPS）；

2) 空調及通風設備組（精密空調）；

3) 供配電設備組（包括電量儀、配電開關狀態）；

4) 環境監控設備組（包括溫濕度、漏水監測）；

5) 安防設備組（消防、門禁、視頻）。

圖1 系統結構圖

整個系統架構圖如圖1所示。

3 系統方案設計

圖2 配電柜監控

3.1 配電柜監控

進線柜在運行中有很多重要的參數，例如電壓、電流、功率（有功、無功、視在）、功率因數、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，由人工監視，柜內的自動空氣斷路器、過流保護的工作狀態以及總開關的狀態也是由人工在現場監視。現在，進線柜的供電參數通過智能電量儀表把市電的運行狀態以數據的形式傳輸給監控系統，對其進行監視，使現場達到無人值守的目的。

根據實際情況，具體配置及功能如下：

配置8臺智能電量檢測儀，實時監視機房1路市電的三相電壓、電流、頻率、功率因數、有功功率、無功功率。系統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。

系統一旦報警,會自動切換到相應的開關畫面,顏色隨即由綠色變成了紅色，系統自動播放多媒體語音報警。同時，若設置了電話自動撥號功能，系統將會自動撥打所設置的電話號碼，并可通過發送手機短信通知有關人員進行處理。

3.2 UPS電源監控

對UPS的監控，實際上是對UPS的內部整流器、逆變器、電池、旁路、負載等各部件的運行狀態進行實時監控，一旦有部件發生故障，系統會以各種方式報警。此外，還實時監視UPS的各種電壓、電流、頻率、功率等參數，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的監控數據直接接入現場監控服務器統一進行監測。

系統可全面診斷UPS狀況，監視UPS的各種參數。一旦UPS報警，將自動切換到相關畫面。越限的參數將變色，并伴隨有報警聲音，有相應的專家處理提示。并可根據用戶需求設置電話、語音、手機短信等方式通知有關人員。對于重要的參數，可作曲線記錄，查詢一年內某些測點的曲線（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，可監控整流器、逆變器、電池、旁路、負載等五部分的運行狀態與參數。根據機房實際情況，本系統需實現如下幾方面功能：適時監控輸入、輸出電壓、輸出電流、輸出頻率、整流器狀態、逆變器狀態、電池狀態、旁路狀態、負載狀態等部分的工作狀態及參數。

3.3 精密空調監控

精密空調自帶有智能通訊接口（RS485或RS232），可以全面監控空調的運行參數。同時，可通過監控系統直接設定空調機的各種參數，如溫度的設定。

系統一旦有報警，將自動切換到相關畫面。越限的參數將變色，并伴隨有報警聲音和相應的專家處理提示。對重要參數，可作曲線記錄，用戶可通過曲線記錄直觀地看到空調機組的運行品質。這樣，空調機組即使有微小的故障，也可以通過系統檢測出來，及時采取相應的措施，防止空調機組進一步損壞。

對嚴重故障的報警，可根據用戶需求加設電話語音報警。

本機房監控系統可實時監控世界各廠家的精密智能空調，實時監視空調各部件（壓縮機狀態、風機狀態、加熱器狀態、抽濕器狀態、加濕器狀態、濾網等）的運行狀態與參數，并可遠程修改設置與開關空調。

據機房實際情況，系統在這一部分需達到如下監控功能：壓縮機狀態、風機狀態、加濕器狀態、去濕器狀態、加熱器狀態、空調的溫度、濕度值、遠程控制空調的開機和停機、遠程設置空調的溫度與濕度。

圖3 精密空調監控

3.4 溫濕度檢測系統

圖4 溫濕度監控

在機房中，有大量的服務器等精密設備，設備對溫、濕度等運行環境的要求非常嚴格，所以應加裝溫濕度傳感器，以實時檢測機房和重要設備區域內的溫、濕度。在本項目中，在機房設計安裝了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地的機房監控及安全監管平臺服務器中，并在界面上以圖形化形式直觀地表現出來。一旦溫、濕度值越限，系統將自動彈出報警框并觸發語音報警，提示管理員通過調節空調溫、濕度值為機房設備提供最佳運行環境。并且還可以將一段時間內機房里的溫、濕度值通過歷史曲線直觀地表現出來，以方便管理人員進行查看。

溫、濕度傳感器還可與空調系統實現聯動，當機房的溫度越限時，系統可聯動設定空調目標溫度及啟動空調進行工作等聯動動作。

對于線纜的溫度，采用線纜溫濕度傳感器對機房內24條電纜進行實時的溫度監測，當溫度超過設置的閥值時，系統將以短信或電話的方式通知機房管理人員，及時查看并進行處理。

3.5 漏水檢測監控

由于機房內使用的空調設備較多，且漏水水源一般在機房地板下，為了方便用戶今后的維護，采用漏水檢測系統。其工作原理為：采用耐腐蝕、強度高的感應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繩，感應繩通過控制器將信號輸到監控系統，并通過相應的報警方式及時通知有關人員采取相應措施排除故障。

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

圖5 漏水檢測監控

3.6 消防監測

在機房內加裝煙感探頭，直接接入機房監控系統，實現對機房煙霧火災的早期預防，及時處理。同時系統支持與CCTV、門禁系統的聯動，可以實現在消防報警時相關位置的門自動開啟、自動彈出實時視頻畫面等。

圖6 消防監測

3.7 新排風機監控

由于新排風機屬于非智能設備，一般都是通過開關電源來進行開關機的控制，實現監控功能時必須通過一些報警采集模塊和開關控制模塊。在本系統中，設計使用開關量采集和開關量轉換模塊對新風機和排風機的運行狀態進行監控；使用開關量控制模塊和開關裝置，實現對新風機電源的開路與閉路操作，達到控制新風機啟停的效果。

3.8 閉路電視監控管理

圖7 閉路電視監控管理

本系統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行傳輸，保證監控、錄像、回放、傳輸能同步進行。一般來說，單路視頻傳輸在25幀/s時，其占用帶寬應小于300K。系統允許用戶根據網絡狀況隨時更改視頻數據的傳輸參數，如幀數、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置，包括無間斷實時錄像、預設時間段錄像、報警預錄像、移動偵測錄像以及聯動觸發等多種方式。每路25幀/s，分辨率為352×288，連續錄像24h占用存儲空間為2G。錄像方式可以根據要求進行調整，例如白天實時錄像，晚上動態監測或報警聯動錄像。另外，當硬盤存滿時系統可自動從頭覆蓋，循環錄像。

3) 圖像控制

可靈活調節視頻圖像的亮度、對比度、飽和度、色調等，設置畫面質量和壓縮比；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：系統提供錄像資料檢索通道，在監控管理平臺上可進行錄像資料的檢索回放，且可根據錄像的類型（定時錄像、觸發錄像、抓拍等）、通道和錄像時間等多種條件進行組合檢索。

（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（至少具備四種速度 ：-2、2、4、8 速），回放時不影響系統正常錄像。

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

5) 斷電保護

系統具有斷電保護功能，當發生意外斷電時，系統自動保存斷電時刻以前的錄像數據。

3.9 門禁綜合管理

圖8 門禁綜合管理

系統設計的門禁系統是一個可以脫機獨立運行的系統，機房監控管理平臺出現任何問題都不會影響門禁系統的使用。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限管理信息。在系統管理界面上可遙控所有門禁電鎖的開關，當非法進入發生時，可通過授權（4級以上用戶）對部分門禁進行封鎖；另外，系統提供圖形化動態邏輯組態功能，以圖形化界面方式實現邏輯定義，從而更方便的實現聯動功能。

4 結束語

數據中心機房環境綜合監控系統，軟/硬件均采用模塊化結構設計，適應發展需要，充分保證了系統在擴容、升級時系統可無間斷安全運行；提供了安全舒適的工作環境同時提高了機房管理工作的效率；節省了機房運行管理費用，達到了短期投資長期受益的目的，在很大程度上起到了節能降耗的作用，推動了“綠色”、“節能”數據中心的發展。

[1] 路宗雷，李 濤. 數據中心機房綜合監控系統解決方案［J］.智能建筑與城市信息，2010（8）：8-11.