遠程機房空調節能監控系統的研究與設計

周志偉 李哲

摘要：近幾年來，我國的通信事業快速發展，各運營商不斷的加大對各類通信機房投資，其機房數量成倍數的增加，用電量也隨著機房數量不斷的飆升。為了減少企業運行費用，有必要加強機房設備的維護管理和技術改造，制定和實施有效方案，從而達到節能減排的目的。通過分析，其中通信機房的空調能耗費用在整個運營維護費用中占有較大的比重，如何降低空調耗能費用成為了首要的問題，進一步的對通信機房空調運行情況進行了分析，發現空調的能源浪費現象較為嚴重，節能管理等方面工作較為薄弱。本文通過對通信機房設備運行現狀進行分析，提出利用遠程控制技術來建立機房空調節能監控系統，并對系統進行了設計。

關鍵詞：遠程監控 機房空調 節能改造 設計方案

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0143-03

Abstract：With the vigorous development of China's telecommunications industry， the construction of various types of telecommunications operators room doubled， soaring electricity constantly. In order to reduce business operating costs， the need to strengthen the engine room equipment maintenance and management and technological transformation， to develop and implement effective programs to achieve the purpose of energy saving. Communication room air-conditioning energy costs in the communications business operation and maintenance costs Expenditures on one view of this situation， the operation of the communications room air were analyzed and found that air conditioning is more serious waste of energy， energy management and other aspects of weak . Based on the communications room equipment operation status analysis， the use of remote control technology to build energy-efficient room air-conditioning control system， and system design.

Key Words：Remote monitoring； Air conditioning system； Energy Saving； Design program

1 前言

在我國經濟社會發展的新階段中，建設節約型社會是我國可持續發展的重要目標之一，隨著近些年來國家對節能要求的不斷加強，通信企業也需要不斷提高自己的節能技術水平，做好節能技術改造，既能減少能源開支，提高經濟效益，又符合國家節能要求。

節能工作要有新的突破必須首先要對耗能設備的耗能情況有詳細的了解，從而制定各種能源消耗定額，嚴格實行計劃用能。節能監控的作用就是幫助企業掌握和了解耗能設備能源消耗狀況、指定用能計劃，找出企業節能潛力，提高企業能源利用率。因此節能監控工作是節能技術改造不可缺少的前期工作。

在通信機房里，許多設備使用了大量的集成電路和電子元件，對使用環境條件有特定要求，主要體現在溫濕度等方面。通信機房一般采取安裝空調的方式保障環境溫度達標。根據運營商提供的公開數據顯示，機房空調所消耗的電量接近整個機房用電量的40%。所以對運營商來言，節能減排工作的重點在機房，機房節能技術改造的重點在空調。因此，建立通信機房空調節能監控對于實施節能減排工作的實施有重要的意義。

2 機房空調監控系統現狀的分析

近幾年來，我國的通信事業快速發展，各運營商不斷的加大對各類通信機房投資，其機房數量成倍數的增加，用電量也隨著機房數量不斷的飆升，而大多數機房、基站分布較廣，由單獨的人員進行定時巡查及維護機房場地設備。傳統方式管理下，分散維護和管理不僅浪費人力物力，面對突發事故也不具備有良好的應對措施。目前國內普遍缺乏專業的機房管理人員對機房設備進行管理和維護，同時機房節能的意識也極度欠缺。機房、基站在某些時間點更是出現異常的高能耗現象，其原因僅僅是因為機房運維人員常常將空調溫度保持在一個低溫的狀態下，導致空調長時間運作并產生大量的能耗浪費。還有因缺乏監管，導致空調出現故障時也不能及時作出補救措施，導致機房內設備異常運行，嚴重影響了設備正常使用以及設備的壽命。

機房遠程監控技術就是利用現代化的互聯網等手段在監控中心和監控對象之間建立通信連接，從而實現對遠程監控對象的監測和控制。它是本地和遠程共同構成的能夠實現遠程監控功能的軟、硬件系統，是網絡、計算機、自動控制、微電子等各種技術和手段相互結合的產物，在許多歐美等發達國家中，通信機房的遠程監控是管理機房的常用手段之一，同時有著較高的技術水平。

在日益龐大的通訊行業面前，現有的分散式看管體質已經不再適應新的形勢及節能減排要求。因此，在實現通信機房空調監控的基礎上，做好空調等設備的遠程控制，能使其降低其耗能基于這一背景，開發了遠程機房空調節能監控系統，它能夠實現機房空調遠程監控以及能耗動態監管等功能，對于機房的節能降耗具有很大的現實意義。

3 機房空調節能監控系統的設計

3.1 系統架構

系統大體可以分為三個層次：機房監控層、監控中心，遠程瀏覽客戶端。機房遠程控制節能系統的網絡結構如圖1所示。

機房監控層：空調控制器、協議轉換器和節能控制器等組成。機房監管站負責將監控中心下發的控制器了，通過空調控制器發送到空調，控制空調的運行。也負責將采集機房的環境溫度和各種告警信息上報到監控中心。

監控中心：負責對多個機房集中管理，將各機房采集的空調運行的狀況和機房的溫度實時地以表格和圖表形式顯示在監控中心的屏幕上；將各種告警信息以聲光方式告警，同時將按照告警等級要，通過短信方式通知相關人員。

遠程瀏覽客戶端：監管人員可以使用WEB瀏覽器查看各機房空調的運行情況，并通過監控中心主機，下發命令控制機房中的空調。

本系統主要由空調控制器、節能控制器、通訊服務系統、監控中心系統組成。系統結構圖如圖2所示。

3.2 系統設計與實現

3.2.1 傳感器位置的選取

傳感器位置的選取上，盡可能的平均分布在機房內，同時傳感器個數也要求要在3只以上，通過選取傳感器溫度平均值來確定該機房的具體溫度。采用多點測溫，可以避免由于機房溫度分別不均，而空調自身的溫度傳感器單點測溫，導致的因此帶來的控制錯誤的問題。在空調的出風口加載NTC溫度傳感器，使用它獲得的空調出風口溫度的時間梯度曲線，可以判斷空調的是否正常工作。

3.2.2 空調控制器

空調控制器使用485總線與節能控制器連接。它將節能控制器下發的命令通過信號處理器編碼，由紅外發射器發送至空調來控制空調的運行。同時通過溫濕度傳感器采集室內溫濕度等環境參數，將溫濕度信息由模擬量轉成數字量，接入采集網關的數字量輸入模塊。空調控制器結構如圖3所示。

空調遙控器中的信號處理器使用預先設置的數千種空調的遙控編碼，將遙控器下發的遙控命令轉換成對應空調要求的紅外遙控信號，進而控制空調的運行。信號處理器工作流程圖如圖4所示。

3.2.3 節能控制器

節能控制器是基于ARM7的嵌入式系統，使用μclinux嵌入式操作系統。支持多路模擬量輸入輸出電路、數字量輸入輸出電路，視頻信號采集電路，音頻信號采集電路，熱電偶、熱電阻信號采集電路，以太網接口電路，串口電路，CAN總線接口電路，各種工業總線（如PROFIBUS、Lon Works總線等）接口電路，CF卡存儲器電路，電源及外圍電路等。節能控制器硬件結構如圖5所示。

節能控制器是機房監管站的控制和通訊中心，它負責處理監控中心下發的命令；將當前的機房溫度、用電量和異常信息反饋到監控中心。節能控制器與空調控制器和電度表使用RS485連接。與上位機使用UDP通訊協議。由節能控制器組成的網絡示意圖如圖6所示。

節能控制器能夠使用預先設置的自動策略，控制空調按照最節能的方式運行，自動策略包括機房空調運行溫度的上下限。機房空調運行溫度的上下限是對歷年空調溫度設定、開停機時間和機房溫度運用神經網絡及遺傳算法，建立了機房室內溫度的變化、各種機房參數數據，包括溫度控制上下限等參數和空調控制時間的長短，通過空調的運行與待機時長比得到空調溫度控制的最優變化量，將該變量作為自動策略中機房溫度的浮動值，使得空調在最佳節能狀態下運行。節能控制器處理信息的邏輯圖如圖7。

3.2.4 監控中心和遠程瀏覽客戶端

采用J2EE面向構件開發的B/S體系架構的監控管理平臺，使用三層架構設計，主要實現監控采集信息的實時展示、報警信息提醒、報警控制處理和報警信息的統計分析，通過數據對空調自動設置閥值，有規律的控制開機溫度、關機溫度、延時時間。以及機房基本信息的管理、基礎代碼設置、系統用戶管理和對信號處理器遠程升級等。針對信號處理器在沒有保存的空調遙控編碼，可通過監控中心的客戶端將空調遙控編碼下發到節能控制器，再由節能控制器將空調遙控編碼升級到信號處理器中。

4 系統實施

該系統在某市電信機房實地安裝使用，在安裝中發現多數機房的空調是被一直設置在22℃，個別機房被設置在18℃，空調長期處于開機狀態，且有個別空調已經損壞多時，未被發現。使用遠程通信機房空調節能監控系統后，這些空調均被很好的管理，使得機房溫度始終處于電信對機房要求的溫度范圍內，并根據數據對比及時發現損壞的空調，使得空調得到及時的修理，達到節省的效果。

5 結語

以當前環境下，通信機房空調設備運行能耗問題是通信企業終點需要解決的對象。同時，國家一直倡導節約能源和保護環境走可持續發展的策略，因此通信業作在耗能方面需要配合國家和企業的雙重利益，在節能環保方面上要有足夠的重視以及正確的方案措施。該論文表明運用遠程機房空調監控系統監控的效果良好，對于通信機房監控系統的建設和節能減排有重要意義。

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