機房動態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

李先洲

（山東高速股份有限公司泰安運管中心泰安信息分中心，山東 泰安 271000）

1 機房動態(tài)環(huán)境檢測系統(tǒng)建設(shè)的實際意義

《交通強國建設(shè)綱要》要求推動大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、超級計算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合，推動智慧高速建設(shè)。其中，機房是所有信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在信息系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。泰安運管中心隸屬山東高速股份有限公司，轄區(qū)內(nèi)共9 處收費站，該單位負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)10 處機房的管理工作。

為了確保機房的穩(wěn)定運行，集中監(jiān)管，需對機房進行監(jiān)測和維護，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決問題，能夠有效地避免問題的擴大與升級。其中，機房可分為UPS 室和主機房。而通常機房需要監(jiān)測的參數(shù)主要包括[1]：

1.1 機房溫、濕度參數(shù)

機房溫、濕度是機房環(huán)境中的重要評價指標(biāo)。根據(jù)《計算站場地技術(shù)條件》（GB 2887—89）要求，機房內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度最好控制在22±2℃、45%～60%RH。機房溫度過高過低都不利于設(shè)備的運行。如果機房溫度過高，服務(wù)器系統(tǒng)將過熱，可能出現(xiàn)死機和數(shù)據(jù)丟失的狀況。而濕度對機房設(shè)備的影響也很大，機房環(huán)境中濕度過大，極易造成設(shè)備中的插接件、電路板和線纜的絕緣性降低，嚴(yán)重時還可造成電路短路。

1.2 UPS 運行狀態(tài)

UPS 電源的工作狀態(tài)有正常運行狀態(tài)、電池工作狀態(tài)、旁路運行狀態(tài)和旁路維護狀態(tài)，其具備不停電功能、交流穩(wěn)壓功能、凈化功能和管理功能，解決了電網(wǎng)停電問題、電壓劇烈波動問題、電網(wǎng)與電源污染問題和交流動力維護問題。因此，對于UPS 運行狀態(tài)的監(jiān)測尤為重要。為了更好地監(jiān)測UPS 運行狀態(tài)，需要觀測其蓄電池狀態(tài)、輸入/輸出端的各相電壓、線電壓、空載損耗、功率因數(shù)、效率、輸出電壓波形失真度及輸出電壓的頻率等。

1.3 空調(diào)系統(tǒng)運行狀態(tài)

空調(diào)系統(tǒng)為機房提供合格的溫度、濕度和空氣潔凈度，同時，針對空調(diào)系統(tǒng)運行時的能源浪費問題，設(shè)計了自動啟停系統(tǒng)，使其具備高顯熱比、高能效比、高可靠性、高精度等特點。

1.4 消防系統(tǒng)運行狀態(tài)

機房消防系統(tǒng)監(jiān)測對防火分區(qū)內(nèi)火災(zāi)報警信號進行實時檢測，并對火警信號設(shè)置的消防聯(lián)動設(shè)計運行情況進行監(jiān)控和記錄。針對機房等電子設(shè)備集中的設(shè)備間多使用七氟丙烷（HFC-227ea、FM-200）作為滅火媒介。

1.5 水浸采集器

眾所周知，機房防水是一項極其重要的防范措施。全隔離密封型水浸變送器通常為常開狀態(tài)，一旦電極觸水，它的阻抗就會發(fā)生變化，常開開關(guān)閉合，同時通過所屬的集成芯片將信號進行放大、整形、比較后形成電平高低變化，以指示所處位置有水。其結(jié)構(gòu)采用了一體化全密封包裝，可以防止液體滲入，提高了系統(tǒng)的壽命和運行的可靠性。

1.6 視頻聯(lián)動系統(tǒng)

系統(tǒng)中可添加項目現(xiàn)場的攝像頭，發(fā)生火警后系統(tǒng)可直接彈出該區(qū)域攝像頭，查看現(xiàn)場視頻，快速確認(rèn)警情地點實時狀態(tài)，提高事件處理效率，做到讓數(shù)據(jù)“多跑路”、群眾少跑腿；后臺記錄原始數(shù)據(jù)，可查看歷史錄像記錄，為后期溯源提供依據(jù)。

2 機房動態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

機房動態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計架構(gòu)采用4 層模式，分別為感知層、傳輸層、服務(wù)層、應(yīng)用層，其系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖1 所示。

圖1 機房動態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計圖

圖中4 個層面相互關(guān)聯(lián)，共同完成機房動態(tài)環(huán)境檢測的任務(wù)。應(yīng)用層的數(shù)據(jù)中心中央平臺作為人機交互入口，是用戶直接使用的人機交互窗口，主要實現(xiàn)報警故障監(jiān)控、基礎(chǔ)檔案維護、地理信息展示、消防設(shè)施維保、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、值班維保人員管理。服務(wù)層由通信服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、前端顯示終端、相關(guān)瀏覽器等人機交互界面等組成。通信服務(wù)器向下與傳輸層通信，向上與應(yīng)用服務(wù)器通信，是通信的核心，應(yīng)用服務(wù)器與綜合管理平臺通信，實現(xiàn)信息上傳和命令下發(fā)。傳輸層由傳輸設(shè)備組成，完成感知層上傳數(shù)據(jù)收集、存儲、處理，由通信服務(wù)器實現(xiàn)信息采集信息上傳和命令下發(fā)。感知層由各類傳感器及其系統(tǒng)控制器組成，實現(xiàn)對現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備的實時信息采集，并通過RS232、RS485 或TCP/IP 將數(shù)據(jù)上傳[2]。

3 檢測功能的實現(xiàn)

3.1 溫濕度檢測

在需要檢測的機房內(nèi)按照一定范圍劃為若干測溫、測濕工作區(qū)，在工作區(qū)內(nèi)安裝一定數(shù)量的溫濕度傳感器，實時監(jiān)測當(dāng)前工作區(qū)的溫濕度。溫濕度子系統(tǒng)工作前需要預(yù)設(shè)合理的溫濕度范圍值，使用者通過應(yīng)用層的數(shù)據(jù)管理平臺進行溫濕度范圍的設(shè)置，預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)存儲到溫濕度子系統(tǒng)控制單元中。控制單元按照固定頻率通過IIC 總線讀取各個工作區(qū)的傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)某個工作區(qū)的溫濕度值出現(xiàn)異常時，控制單元接收到巡檢信號后，通過RS485 接口和通信協(xié)議進行事件上報，應(yīng)用層可以通過PC 屏幕進行顯示，同時按照預(yù)先設(shè)定好的聯(lián)動關(guān)系進行聯(lián)動，如溫度過低時可以聯(lián)動空調(diào)進行制熱動作。

3.2 UPS 檢測

UPS 的檢測采用智能電力采集模塊，無須損壞原有的電源線配接。模塊的工作原理：首先通過互感效應(yīng)獲取到電源線上的電能情況，其次高性能的嵌入式控制器通過分壓電路進行ADC 采樣，然后將ADC 采樣值與預(yù)設(shè)值進行比較，判斷當(dāng)前的電能情況，包括蓄電池狀態(tài)、輸入/輸出端的各相電壓、線電壓、空載損耗、功率因數(shù)、效率、輸出電壓波形失真度及輸出電壓的頻率等。當(dāng)檢測參數(shù)與預(yù)設(shè)參數(shù)不一致時，控制單元接收到巡檢信號后，通過RS485 接口和通信協(xié)議進行事件上報。

3.3 音頻子系統(tǒng)

音頻子系統(tǒng)的搭建使用統(tǒng)一采購各個不同焦距段的海康威視攝像頭+螢石云平臺+插件接入的方式進行集中監(jiān)管。音頻攝像頭根據(jù)用途和安裝位置被編入不同分組中，通過TCP/IP 協(xié)議上傳至服務(wù)器，使用液晶屏幕進行統(tǒng)一顯示。針對特殊區(qū)域采用系統(tǒng)自帶的人形檢測功能，通過插件可以將螢石云系統(tǒng)推送的信息接入數(shù)據(jù)管理平臺上，使用者可以通過查看提示判斷有無人員出沒。

3.4 消防子系統(tǒng)檢測

目前，對消防系統(tǒng)的檢測主要依賴于消防設(shè)備廠家提供的消防報警控制器，一般都放置于消防控制室內(nèi)，有專人進行值班看守。為了整合系統(tǒng)、實現(xiàn)集中管理，將消防報警控制器通過RS485 總線并入系統(tǒng)。機房安裝有消防報警系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)。消防報警系統(tǒng)由消防報警控制器、煙溫復(fù)合探測器、聲光警報器組成。當(dāng)發(fā)生火警時，煙溫復(fù)合探測器可以感知溫度或煙霧的變化，相比于傳統(tǒng)的氣敏電阻類煙霧報警器，其穩(wěn)定的工作性能大大地提高了警示信號的可靠性和可信度。

在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運動，電流、電壓就會有所改變，破壞內(nèi)外電離室之間的平衡。當(dāng)達(dá)到臨界閾值后進行火警事件上報，消防報警控制器接收到報警后啟動聲光警報器進行報警。氣體滅火系統(tǒng)由氣體滅火控制器、氣體釋放警報器、緊急啟停按鈕和滅火媒介組成，滅火媒介存儲在鋼瓶中。當(dāng)火警聯(lián)動啟動氣體滅火時，氣體滅火控制器控制鋼瓶噴灑滅火媒介，通常選用七氟丙烷，同時啟動氣體釋放警報器，工作人員可以手動啟動或停止氣體滅火系統(tǒng)工作。氣體滅火控制器、消防報警控制器通過RS485 接口和通信協(xié)議進行事件上報，消息在應(yīng)用層進行顯示。

3.5 水浸檢測

由于機房內(nèi)都是運行中的電子儀器設(shè)備，因此要時刻檢測機房內(nèi)有無漏水。將漏水檢測設(shè)備布置安裝在空調(diào)管道等其他易發(fā)生水浸隱患的區(qū)域附近，保證電子儀器設(shè)備的穩(wěn)定運行。當(dāng)發(fā)生漏水時，水浸傳感器將水警信號通過IIC 上傳給工作區(qū)的嵌入式主機，嵌入式主機通過RS485 接口和通信協(xié)議進行事件上報，由應(yīng)用層的軟件對漏水進行實時監(jiān)測，顯示發(fā)生水浸的位置，同時產(chǎn)生報警事件進行記錄存儲即有相應(yīng)的處理提示，第一時間發(fā)出報警并接入告警管理，之后啟動報警系統(tǒng)，以提醒相關(guān)管理人員進行處理，避免造成更大的損失[3]。

4 機房動態(tài)檢測系統(tǒng)的使用說明

無人機房監(jiān)測系統(tǒng)由機房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)、UPS運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、消防系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、防浸水系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)、視頻聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)和短信報警通信系統(tǒng)多種系統(tǒng)聯(lián)合組成。其功能全面，通過數(shù)據(jù)中心中央管理平臺簡單預(yù)設(shè)參數(shù)和操作界面就可以實現(xiàn)對機房的全方位監(jiān)測，要求簡單，上手難度較小。機房設(shè)備示意圖如圖2所示，UPS 監(jiān)控界面如圖3 所示。

圖2 機房設(shè)備示意圖

圖3 UPS 監(jiān)控界面圖

5 結(jié)語

本文通過對溫濕度檢測、UPS 檢測、音頻子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)檢測和水浸檢測的設(shè)計，建設(shè)了機房動態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，將機房維護工作由運維人員定期巡邏檢查轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程查看與自動報警，大大地減少了機房維護工作所需要的人力資源，通過軟件定期收集統(tǒng)計報表，精準(zhǔn)地統(tǒng)計機房各設(shè)備的運行工作狀態(tài)、故障率，從而減輕機房的維護工作、提高系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命。同時，在智慧高速建設(shè)的關(guān)鍵階段，該系統(tǒng)的建立將成為智慧高速發(fā)展的助推劑。