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探讨机房动力设备与环境监控与节能措施

   日期:2013-11-13     浏览:596    
核心提示:机房动力设备监控包括电力监控、发电机监控、UPS监控、空调、新风监控。电力监控电源系统的电压、电流、频率、视在功率、有效功
机房动力设备监控包括电力监控、发电机监控、UPS监控、空调、新风监控。电力监控电源系统的电压、电流、频率、视在功率、有效功率等参数;发电机监控转速、输出电压、电流、频率、油温等参数;UPS监控UPS状态、输入输出电压、电流、频率、电池电压、电池后备时间等参数;空调监控送回风温湿度、风量、压缩机状态、过滤器状态参数。

机房动力环境监控机房环境监控包括机房各区域温湿度、漏水情况、消防监控等。



安防监控安防监控主要是视频监控、红外防盗监控、门禁监控。

监控系统功能
动力环境集中监控系统主要实现以下三种功能:数据采集和控制;设备运行和维护;维护管理。管理功能实现以下四组管理功能:配置管理;故障管理;性能管理;安全管理。

环境动力监控系统的结构组成
机房环境动力监控系统由现场传感器和检测设备、通信设备、上位机和软件组成。其中上位机和软件处于核心地位。整个系统主体上是基于PC的(PG-Based)控制结构。机房环境动力监控的特点以监视为主,采集的数据需要进行处理如报表、各种报警、打印、数据记录等。因此监控软件的核心功能之一就是采集数据。通信方式主要可归纳为三种:
1. 标准通信协议:常用的标准协议有:ARCNET,CANBus,DevjceNet,LonWorks,Modbus,Profibus。
2. 标准的资料交换接口:常用的有DDE(dynamicdataexchange)、OPC(OLEforProcesscontrol)。使用标准的资料交换接口。
3. 绑定驱动(nativedriver):绑定驱动程序是针对特定硬件和目标设计的驱动。

设计需求规划
不同的机房用户,对机房内的设备数量、型号规格要求不一样,甚至使用习惯都不同,这就造成需求的千差万别,因此很难用固定不变的软件满足所有需求,二次开发是不可避免的。为成功地进行二次开发,在机房环境动力监控项目的实施过程中,特别需要和用户有良好的技术沟通。 一般按照如下几个步骤进行环境动力监控的规划和实施:
1. 确定需要监控的对象:首先应该明确系统中需要监控的设备和项目;
2. 确定监控对象的信号类型:监控对象虽然多,但信号类型只分为三类:开关量信号、模拟量信号、智能设备信号;
3. 确定监控对象的信号采集方法:信号的采集过程分为几个环节,实际信号一电信号的转换,电信号一数字信号的转换;
4. 确定智能设备的控制参数:智能设备是监控系统数据采集的难点。应保证设备有通信接口并重点了解协议中提供的参数,规划出需要的信息;
5. 确定系统所要实现的功能:在每个具体项目中,需要与用户进行良好的沟通,确认最终要实现的系统功能;
6. 确定采用的通信解决方案:采用常用的现场采集模块配合RS485通信模式。模拟量和开关量用一条总线,其余的智能设备每台占用一条总线;
7. 确定软件的集成开发平台:考虑到灵活性和开放性,可以采用组态软件。

节能措施
1、风阀控制
在新型的绿色数据中心,动力环境监控系统可以通过采集机柜的温湿度,自动通过风阀控制送风量的大小和调控空调的协同工作,避免空调之间的抵触工作(一个在制冷,一个在制热的状态或一个在加湿状态、一个在除湿状态),能准确的匹配电能系统,使用电效率应用到最佳状态。

2、电池容量管理
蓄电池作为系统的后备电源,其性能好坏直接影响停电支撑时间。对重要机房来说,蓄电池更是救命稻草,一旦开关电源(整流模块)、UPS电源,输出出现故障或市电停电后UPS无法正常供电,此时蓄电池性能的性能就直接关系机房的安全。

运维人员要做到心中有谱就必须了解蓄电池的后备支撑时间。一般来说了解蓄电池的后备支撑时间的测试方法有多种多样,可以是理论测算,也可以是实测数据。由于理论测算受到各方面的影响因素较大,与实际容量偏离较大故只能作为判断理论容量的一个参考值。最原始实测数据方式就是运维人员带着放电设备及容量测试设备到机房放电。

动力监控系统实现可以实现远程的对蓄电池的测试和放电。远程电池的电池容量的大小随时可以做到动态更新。利用监控系统对电池的远程放电来管理蓄电池放电支撑时间,可为动力调度提供重要的调度依据。同时,利用监控系统报表功能对各项指标进行分析,可作为蓄电池每年例行的放电测试原始记录,不仅节约了人力成本,还在很大程度上节省了物力、财力成本。别一方面通过对电池的容量测试过程,运维人员还可通过监控系统提供的报表及曲线功能来分析电池的健康状况,及时剔除落后电池,保证系统稳定可靠运行,并且放电过程中出现的落后电池也能及时被运维人员发现,做到早更换、早处理,达到提升蓄电池性能的目的。

3、空调控制智能化
对于某机房区域配置两台或多台空调设备并且各自独立运行时,由于多台空调系统之间存在个体差异会带来巨大的内部损耗,现象是部分空调处于加热状态,而部分空调则处于降温状态;或者是部分空调处于加湿状态,而部分空调则处于除湿状态,其主要原因如下:
1). 空调内部温湿度传感器一致性差异或部分传感器损害;
2). 空调设备温湿度设置的差异或异常;
3). 空调回风路由的不同或整个机房温湿度部分差异;
往往上述原因所带来的空调内部损耗不易察觉或无法察觉,这样所带来的电能损失是相当巨大的。

所以用集中监控的方法选取机房中某一台空调作为主控空调,其他空调依次与其控制器连接;通过主控空调来设置联机信息,包括联机数量、各台空调设置温湿度以及可设置空调轮流启停时间; 通过主控空调的传感器信息来控制机房所有空调,实现一致性的升降温和加除湿状态; 通过主控空调控制多个空调轮流工作保障了各台空调定期运行,同时避免了由于自身传感器误差带来的部分空调持续工作,部分空调从不工作的弊端。

4、通风系统改造
虽然监控系统有着各种各样的组网方式及形形色色数据采集方案,但无论怎么改变,其最基本处理量都包含模拟量采集、开关量采集、遥控输出等最基本数据的处理。

通过实践,发现利用监控设备的智能控制功能加上普通换风机,可以实现智能风机的功能。利用监控设备的遥控通道控制风机运行,通过控制表达式的修改就可以达到风机的自定义开关机及空调的协调控制,能实现使用风机降温的情况下尽量不使用空调的目的。系统连接如下图所示。



5、告警管理
监控系统告警并非都是故障报警,更多的是系统对运维人员的一个警示。

运维人员应通对重要参数的变化设定对重要故障设定为重要告警,并配以声光告警用以警示(如市电停电),对一般性的参数变化则将其设定为一般告警,不配以声光告警(如交流电压过压10%以内)。系统告警有时更多是对故障前夕的一个警示,如不处理得当将使告警继续发展成为故障。

在没有动力环境集中监控系统发挥作用的情况下,运维人员对系统故障的处理往往采用的都是事后补救的形式。往往在故障发生时机房中断后运维人员到现场查看才可以发现故障情况,故障处理时限较长。相应的处理人员则通过分析监控提供的数据对故障情况作一个准确的判断,然后决定让相关人员依什么样的方式处理,大大提高了故障处理的效率。

除了上述的动力环境集中监控系统在节能降耗上体现出的功能,很多新功能、新用法还需运维人员去发现和探索研究。

通过对动力监控系统的合理利用,以及数据的组合分析,运维人员就能够得到更准确的数据,依此检测出机房运行的异常情况和不利于节能减排的设备运行情况,并着手处理或者改善,以进一步提高数据中心的节能。

6、利用热工学和3D建模来优化数据中心制冷气流
通过科学合理的布置在机房不同空间位置安装温湿度传感器,系统根据实时采集到的数据分析,实时处理,结合现场位置,采集时间,温度变化等数据生成分布的机房的温度场三维空间图;根据此图可以直观的看出机房的温度分布情况;形象直观的温度高低分布。

下图是根据系统实时采集到的数据通过系统平台处理后,展现出来的温度高低分布情况:

 
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