煤礦信息化機房動力環境監控預警系統研究

賀鵬程

(山西焦煤汾西礦業(集團)有限責任公司 雙柳煤礦,山西 柳林 033300)

隨著先進的采掘設備、監控系統等應用,煤礦機房內設備數量及類型等均不斷增加,規模也不斷增大[1-3]。煤礦機房布置有動力(如電源、配電設備等)、環境設備(如消防、監控等)均需要在合適且穩定的環境中運行,同時為實現機房內設備運行監控,礦井普遍通過安排專人24 h不間斷巡檢[4-6]。但是人工巡檢面臨占用人力資源、巡檢效果有待提升以及管理不規范等問題。為此,雙柳煤礦提出在機房內構建控預警系統,通過布置監控設備及通信網絡等實現機房內設備、環境等監控,達到提高機房安全監控能力、故障預警等目的。

1 工程概況

雙柳煤礦機房內部配套的設備也逐漸增多,機房信息中心已經成為企業的重要組成部分,其安全狀態越來越受到各級管理人員的重視,但是傳統的安全建設,更多是集中在軟件上面、系統上面,購買了很多防火墻、入侵防御等,實現數據、網絡層面的安全防護,但是忽略了對空間環境物理安全的建設,使得數據中心機房一直處于風險之中,并且物理安全風險一旦出現造成的損失比軟件和系統風險帶來的損失還要巨大。現階段雙柳煤礦擁有1個數據中心,4間分支機房、2間電池間,在數據中心機房運行及日常維護過程中面臨各種風險,具體主要風險類型如圖1所示,這些風險時刻影響著其安全穩定的運行。

圖1 雙柳煤礦機房主要風險類型

2 機房環境監控預警系統設計

2.1 監控預警系統整體架構

監控預警系統基于物聯網IOT技術構建,整體分為數據采集、安全感知、決策執行三個模塊,實現對數據中心、弱電間等場景的物理安全問題進行全面感知、聯動告警并跟蹤問題處理的流程,提升數據中心管理水平,降低物理安全風險,全面保障單位、組織、業務在安全、合理的環境中運行。

2.2 監控預警系統網絡拓撲

在雙柳煤礦中心機房部署物理環境監測系統物理安全感知系統平臺,實現對所有設備數據的整體監測和數據呈現,包括動力系統、環境系統、安防系統、網絡設備等狀態進行統一監測。并通過內置的3D引擎實現智能建模,利用數字孿生技術實時展示機房的狀態[7-8]。具體預警系統網絡拓撲結構如圖2所示。

圖2 雙柳煤礦機房主要風險類型

3 監控系統布置及效果分析

3.1 機房部署架構

雙柳煤礦中心機房被監控對象按采集方式分為智能、非智能兩類,智能設備具備數據采集和處理能力,可以與上位機通信;非智能設備需要增加傳感器、采集器等實現數據采集及傳輸。具體現場主要使用的設備及功能統計結果如表1所示。

表1 主要設備及功能統計

3.2 動力系統實現效果

3.2.1 市電參數感知

監控系統可感知市電總輸入的各相電壓、相電流、頻率、功率等參數,當出現異常時,觸發預警系統并向管理員發出預警信息。

3.2.2 UPS狀態感知

感知參數內容包括:各相電壓、電流、功率、逆變器狀態、充放電狀態等。

3.2.3 蓄電池狀態感知

在日常運維過程中,經常會出現因為蓄電池問題帶來的供電癱瘓和安全事故等風險,監控系統通過蓄電池監測套件在線監測每節電池的電壓、極柱溫度、內阻;電池組溫度、電流充放電時長等。蓄電池監測套件包括蓄電池監測模塊、蓄電池收斂模塊、電流霍爾傳感器、蓄電池顯示終端4個內容。

3.2.4 用電單元狀態感知

PDU(電源分配單元)為所有的IT元件提供徑直的電源和電路連接,向基礎設施提供驅動、傳遞能量。以往,PDU只是保證機房用電安全,尚不具備智能化的屬性。基于用戶數據中心、機房等場景的特殊需求,機房監控系統通過SNMP協議直接管理智能PDU,實現對機柜內的IT設備用電情況進行監測。基于單個用電設備,如交換機、服務器等,對其電流、電壓等數值進行監測,實現用電安全。具體實時監測參數包括有:輸入電壓、輸入輸出電流、位電流、有功功率、每位電能、總電能等。

3.2.5 機房環境安全狀態感知

機房內布置設備對溫、濕度等參數要求嚴格,因此,在機房內可通過加裝溫濕度等傳感器,以實時檢測機房和重要設備區域內的溫度、濕度、漏水等情況。傳感器將把檢測到的數據實時傳送到IPSIP物理安全感知平臺,并在平臺界面上以圖形形式直觀地表現出來。監控系統在機房內部署溫、濕度傳感器、漏水傳感器、氫氣傳感器,實現對環境狀態的感知,并通過可變線序采集器對接精密空調、紅外網關對接普通空調實現對環境狀態的感知。

3.2.6 消防系統安全狀態感知

通過部署煙霧傳感器實現對現有消防系統補充,另外通過開關量接口感知消防主機是否有告警,并通過監控系統內置的多種告警方式推送給相關人員。

3.2.7 安防系統安全狀態感知

機房安防監控主要包括門禁 、視頻監控和人員入侵三單內容;通過門禁系統實現對機房大門及人員出入情況進行進行監測,通過紅外人體感應檢測機房人員安防情況;通過攝像頭聯動抓拍及攝像,進一步確定機房實際告警情況。

1) 門禁系統建設。針對機房,為了保障人員出入的合法性,引入多種認證方式,通過部署接人臉識別門禁,實現對人員出入情況進行記錄和保留。

2) 視頻監控系統。在機房重要位置部署安裝攝像頭、NVR,物聯網平臺需要保持和NVR、攝像頭的IP可達,網絡可達即可實現對攝像頭和NVR的對接和管理。具體可實現如下功能:①告警聯動,自動彈出告警實時畫面;②事件追蹤,視頻錄制與照片抓拍,掌握告警發生的全過程;③安防監控實時呈現,管理更方便。

3) 紅外人體感應。紅外人體感應傳感器可全方位的對機房的整體情況進行紅外防盜,可設置監測時間;在監測時間內,如有人非法入侵時,系統界面彈窗提示告警信息,并且通過短信、APP等方式將告警信息通知機房管理人員。

4 結 語

利用先進的計算機、控制和通信技術,構建機房監控預警系統,實現對所有設備數據的整體監測和數據呈現,便于維護人員獲取所需的實時和歷史信息、進行高效的全局事件管理。根據雙柳煤礦機房監控需求,完成動力環境、空調、消防等監控,具體通過動力環境的監測,實現市電狀態、UPS狀態、蓄電池狀態及用電單元的狀態感知;空調系統通過可變線序采集器與精密空調系統對接,實現對精密空調、風機、壓縮機等設備狀態參數監測;消防系統通過部署煙霧傳感器實現對現有消防系統補充;另外通過開關量接口感知消防主機是否有告警,并通過監控系統內置的多種告警方式推送給相關人員;完成視頻監控系統的監測,實現告警聯動、事件追蹤、告警回溯等功能。

雙柳煤礦機房動力環境監控系統應用提高了對突發事件的反應能力,減少事故帶來的危害,所以該項目所產生的經濟效益是非常有利的。