呼倫貝爾市人才流動人事考試中心 李全忠

計算機機房運行物理環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

呼倫貝爾市人才流動人事考試中心 李全忠

計算機機房是保證信息系統(tǒng)可靠運行非常重要的一個環(huán)節(jié)，它的必須保證能為放置于其中的各種設(shè)備提供一個安全可靠的物理環(huán)境，動力供應。這些物理環(huán)境的保證都是通過計算機機房的各種輔助設(shè)備的安全可靠運行實現(xiàn)的。本文較詳細說明了實現(xiàn)計算機機房安全運行物理環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)的原理，并且在了呼倫貝爾市勞動保障數(shù)據(jù)機房得到了成功的應用。

計算機機房；物理環(huán)境；安全運行；自動監(jiān)控

1.前言

計算機機房是為用于電子信息處理、存儲、交換完成信息處理過程的各類電子信息設(shè)備提供運行環(huán)境的場所。對電力、溫濕度、新風等特理環(huán)境參數(shù)有著極其嚴格的要求，必須依據(jù)《國家電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》要求的相應計算機機房等級提供符合標準的運行環(huán)境物理參數(shù)。一旦機房環(huán)境的輔助設(shè)備出現(xiàn)故障，將會使電力、溫濕度、新風等參數(shù)偏離正常值，直接影響計算機系統(tǒng)的正常運行，對數(shù)據(jù)傳輸、存儲的可靠性構(gòu)成威脅。如事故嚴重又不能及時處理，就可能損壞硬件設(shè)備，造成嚴重后果。需要實時交換的數(shù)據(jù)機房，管理更為重要，一旦系統(tǒng)故障，造成的經(jīng)濟損失是不可估量的。目前國內(nèi)普遍缺乏機房環(huán)境設(shè)備的專業(yè)管理人員，在許多地方的機房不得不安排軟件人員或者不太熟悉機房設(shè)備員值班維護，這對機房的安全運行無疑又是一個不利因素。

因此，隨著工控技術(shù)的發(fā)展和管理水平的提高，實現(xiàn)機房動力環(huán)境集中監(jiān)控管理是一個必然的趨勢。計算機機房物理環(huán)境的集中監(jiān)控系統(tǒng)，就是為解決機房設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控，實現(xiàn)機房的無人職守，減輕計算機機房維護人員負擔，提高了計算機機房動力環(huán)境及物理環(huán)境的可靠性，保證事故的及時發(fā)現(xiàn)、準確定位，同時對系統(tǒng)設(shè)備的歷史日志進行記錄和管理，為設(shè)備的日后維護提供重要的參考，因而機房物理環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)對機房的科學管理有特殊的意義。

本文闡述的機房物理環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)可對配電系統(tǒng)、UPS、柴油發(fā)電機、蓄電池組、開關(guān)電源、空調(diào)、漏水、消防、保安等設(shè)備做統(tǒng)一的集中監(jiān)控，另外在技術(shù)條件許可的前提下，可以根據(jù)用戶的要求定制監(jiān)控任務，對機房的上下限溫度、濕度、供電參數(shù)進行實時采集。

2.設(shè)計思想

整個機房安全運行自動監(jiān)控系統(tǒng)遵循系統(tǒng)工程原理進行設(shè)計，綜合運用分布處理架構(gòu)、Client/Server組織形式、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、多媒體的表現(xiàn)方法、工控領(lǐng)域的模塊化組態(tài)設(shè)計技術(shù)、人工智能計算機輔助決策技術(shù)，采用先進的軟、硬件設(shè)備，進行系統(tǒng)集成，保證系統(tǒng)在可靠性、實時性、開放性、易用性等方面滿足設(shè)備及環(huán)境監(jiān)控的需要，總體設(shè)計依據(jù)以下基本的原則：可靠、穩(wěn)定、實用、功能完整、操作簡便、安全性、系統(tǒng)開放性、具有擴展性、網(wǎng)絡化功能。

原則1：可靠性

系統(tǒng)硬件以專業(yè)的工業(yè)監(jiān)控產(chǎn)品為主，包括主機、采集模塊都要有嚴格的質(zhì)量保證，確保性能的可靠性，MFB＞20萬小時。

原則2：實用性

在系統(tǒng)功能上力求實用，在保證功能完整的基礎(chǔ)上來豐富畫面的靈活性和人性化。

原則3：功能完整

在系統(tǒng)功能上，盡量要利用現(xiàn)有成熟技術(shù)，確保系統(tǒng)的功能完整，如在原有聲光報警的方式上，增加利用電話語音技術(shù)而開發(fā)的電話語音報警系統(tǒng)，利用多媒體語音系統(tǒng)開發(fā)的現(xiàn)場語音報警系統(tǒng)系統(tǒng)；歷史記錄查詢功能，所有歷史曲線、報警記錄均可查詢，數(shù)據(jù)記錄時間根據(jù)硬盤容量可存儲數(shù)年；故障處理技術(shù)支持文件，以便在故障發(fā)生時管理人員能夠迅速作出1個判斷，為減輕損害盡可能節(jié)約寶貴時間；提升機房動力環(huán)境設(shè)備安全管理水平、提高管理效率，建立人員全面負責跨科目負責，能夠全面監(jiān)測機房。

原則4：操作簡便

結(jié)合實際使用的需求組成集中監(jiān)控系統(tǒng)，將所有功能操作簡便化，使用戶只需填寫“YES”“NO”或“1、2、3….”即可完成大部分管理功能。

原則5：安全性

在所有涉及登錄和修改系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)報警與否、啟動和關(guān)閉監(jiān)控系統(tǒng)等操作均需要密碼才可執(zhí)行，而且根據(jù)管理權(quán)限可以設(shè)置不同的管理級別。

原則6：系統(tǒng)的開放性

系統(tǒng)采用COM技術(shù)，配有設(shè)備自動連接向?qū)?，支持多種現(xiàn)場總線、PLC、智能儀表、采集板、智能模塊、變頻器等；全面支持OPC標準，可與任何支持該接口的硬件完美通訊；內(nèi)嵌SQL Server系統(tǒng)，支持開放式數(shù)據(jù)接口（ODBC），自由管理各種標準的數(shù)據(jù)庫，除COM外還提供動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE），很方便用戶利用PC機豐富的軟件資源擴充系統(tǒng)的功能。

原則7：具有擴展性

通對智能和非智能設(shè)備通過通訊或加裝硬件的方式很容易實現(xiàn)系統(tǒng)的擴容，而且對不同種設(shè)備、不同的廠家輕易實現(xiàn)集成和后期集成，包括機房的保安監(jiān)控系統(tǒng)、門禁監(jiān)控系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、柴油機系統(tǒng)、有源諧波濾波系統(tǒng)、精密空調(diào)系統(tǒng)、溫濕度檢測系統(tǒng)、漏水檢測系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)等。

原則8：網(wǎng)絡化

提供基于廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的B/S/S模式的網(wǎng)絡化監(jiān)控，參數(shù)瀏覽及監(jiān)控功能。

3.系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由遠程用戶計算機、環(huán)境監(jiān)控主機（服務器）、計算機網(wǎng)絡、智能模塊、遠程模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊、多設(shè)備驅(qū)動卡及智能設(shè)備等組成。（詳見圖1）

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場結(jié)構(gòu)主要采用RS485工業(yè)監(jiān)控總線為主要傳輸模式，采用TCP/IP與串行協(xié)議混合集成的為補傳輸方式，系統(tǒng)整體采用開放式結(jié)構(gòu)，支持各種傳輸網(wǎng)絡，三層客戶機／服務器（Client／Server）體系結(jié)構(gòu)，“三層”是將應用功能分為表示層、功能層和數(shù)據(jù)層3部分?？蛻艚K端（網(wǎng)絡端Client）與服務器（現(xiàn)場端Server）之間的通信方式為符合TCP／IP標準的自定義數(shù)據(jù)包。

3.2 監(jiān)控主機

圖1 計算機機房特理環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)控主機是本地系統(tǒng)的監(jiān)控中心，在WIN2000運行在環(huán)境下。根據(jù)用戶需要可監(jiān)控低壓配電系統(tǒng)、UPS電源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)等運行狀態(tài)及環(huán)境系統(tǒng)狀態(tài)，以數(shù)據(jù)的形式進入各自的RS485總線后，接入監(jiān)控主機的設(shè)備驅(qū)動板。

要求監(jiān)控主機365*24小時工作，監(jiān)控主機系統(tǒng)必須可靠，應采用專業(yè)工控機為監(jiān)控主機，如果系統(tǒng)要求更可靠，可以采用雙機熱備方式。由端口數(shù)據(jù)處理量不大，因此對監(jiān)控主機的配置要求不高但是必須穩(wěn)定。

3.3 數(shù)據(jù)采集模塊、監(jiān)控輸出模塊、傳感器模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊

數(shù)據(jù)采集模塊用于采集監(jiān)控模擬量、開關(guān)量等信號，將信號傳輸給監(jiān)控主機。數(shù)據(jù)采集包括模擬量采集模塊（模擬量采集單元Q-7000C），智能開關(guān)量采集模塊（數(shù)據(jù)采集模塊Q-7000D），監(jiān)控輸出模塊包括開關(guān)量及模擬量監(jiān)控輸出模塊（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元Q-7000C）。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控模塊一般采用RS485通訊接口，可以遠傳。傳感器模塊用于采集現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)處理提供依據(jù)，協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊為智能設(shè)備及儀表提供接入系統(tǒng)的標準接口。

3.4 監(jiān)控客戶機

客戶機（也可稱為網(wǎng)絡分機），用于機房管理員實時讀取、查閱監(jiān)控的數(shù)據(jù)。通過TCP/IP與主機建立通訊，傳輸途徑不限。設(shè)備一般可以是普通電腦、工控機、或移動訪問，其實質(zhì)為安裝了訪問軟件的PC電腦。

4.監(jiān)控系統(tǒng)詳細設(shè)計

以系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖為主線，按監(jiān)控的設(shè)備（詳見表1）依次對各部分進行詳細分解設(shè)計。由于本文以實現(xiàn)對各終端設(shè)備的集中監(jiān)控為主，所以重點闡述自主監(jiān)控服務器開始到終端的監(jiān)控，對于局域網(wǎng)及廣域部分不做說明。

表1 監(jiān)控明細表

表2

表3 專用空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)容及配置表

4.1 配電系統(tǒng)監(jiān)控

4.1.1 市電運行監(jiān)控

通過在總輸入柜加裝2臺德國西門子全參數(shù)電量監(jiān)測儀，可以對市電3相電壓、電流、功率、頻率、電度等常規(guī)電量進行監(jiān)測，通過對市電運行參數(shù)的實時監(jiān)測，可以準確記錄并且保存，對于電壓波動、停電、缺相、失壓等異常情況記錄、打印、并通知相關(guān)管理人員。

4.1.2 開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控

監(jiān)視UPS輸入柜、輸出柜內(nèi)主開關(guān)和支路開關(guān)狀態(tài)。對于機房內(nèi)重要的配電開關(guān)，因為每路開關(guān)都分別負擔著重要設(shè)備的供電，一旦開關(guān)跳閘，會造成很大的影響，實時監(jiān)測有利于異常情況準確定位、及時處理，遠程報警。

實現(xiàn)方式是通過配電柜開關(guān)的輔助接點引信號至開關(guān)量采集模塊，即“0、1”狀態(tài)量采集模塊，然后由監(jiān)控主機集中采集監(jiān)控，實現(xiàn)的要點是各空開必須留有余量點，以備監(jiān)控開關(guān)量模塊使用。

4.2 柴油發(fā)電機監(jiān)控

柴油發(fā)電機作為機房備用電的一個重要組成部分，其日常維護完好與否直接關(guān)系著主機房后備電力的應急供應，油機必須始終處于待機狀態(tài)。而其位置一般遠離機房，所以其工作狀態(tài)必須通過遠程實現(xiàn)實時監(jiān)控。以防止柴油機故障或蓄電池耗盡的緊急情況油機造成發(fā)電機不能啟動，對其監(jiān)控十分必要。

實現(xiàn)方式是通過中大型的柴油發(fā)電機按標準工控協(xié)議提供的遠程監(jiān)控編程接口，按照其約定的數(shù)據(jù)通迅方式將油機電壓、電流、頻率、功率、引擎溫度、水溫、蓄電池狀態(tài)等重要特性進行實時監(jiān)測，周時可以通過編制按鈕遠程起停油機。

4.3 UPS監(jiān)控

對UPS的運行參數(shù)和狀態(tài)進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)方式是通過對UPS主機的通迅接口加裝協(xié)議轉(zhuǎn)換器，在監(jiān)控機上按UPS約定的通迅方式進行通訊軟件的開發(fā)，將每組UPS的整流器、逆變器、電池、旁路、負載等五部分的運行狀態(tài)與參數(shù)通過網(wǎng)絡傳至監(jiān)控中心，集中監(jiān)控，異常的遠程報警。顯示采取圖表及流程圖方式（提取的參數(shù)見表2）。

4.4 空調(diào)監(jiān)控

通過空調(diào)的智能接口實現(xiàn)對ALTUS精密機房智能空調(diào)的實時監(jiān)控，監(jiān)控空調(diào)各部件（壓縮機、風機、加熱器、加濕器、去濕器、濾網(wǎng)等）的運行狀態(tài)與參數(shù)，并可遠程修改設(shè)置與開關(guān)空調(diào)。

對于ATLAS空調(diào)一般通過監(jiān)控系統(tǒng)可以獲得如下數(shù)據(jù)及報警（參見表3）

4.5 泄漏水監(jiān)控

對于面積大的機房，必須有漏水報警系統(tǒng)。水敏探頭易布置在機房地板下易出水點周圍，確保一旦漏水報警的可靠性，檢測方式有多種，可以根據(jù)使用環(huán)境的不同自由選擇。

本設(shè)計中采用法國TTK線纜式漏水檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)本身包括：漏水監(jiān)控器、漏水感應線及其他輔助設(shè)備，系統(tǒng)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(tǒng)功能完善，對感應線有斷線報警功能。系統(tǒng)還可檢測機房潔凈度，當感應線上的塵埃集結(jié)到一定厚度，系統(tǒng)會報警提示管理人員清洗感應線纜。當任意點漏水發(fā)生時，水流經(jīng)過感應線纜，在極短的時間內(nèi)（40S）之內(nèi)發(fā)生告警。同時，集中監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)字變量模塊采集報警信息，計算機房集中監(jiān)控系統(tǒng)準確的將報警信息彈出同時電話報警，以便及時消除隱患，避免巨大損失。

4.6 溫濕度監(jiān)控

對于面積較大的機房，由于氣流及設(shè)備分布的影響，溫濕度值會有較大的區(qū)別，根據(jù)主機房實際面積，按照平均分布的原則設(shè)置溫度、濕度探測器最后以總線方式匯總至集中監(jiān)控系統(tǒng)，以確保主機房溫濕度監(jiān)控的準確度。同時，不要遺忘在UPS配電間、柴油發(fā)電間溫濕度一體化傳感器。通過RS485總線將實時的各探頭所在位置的溫度，傳回集中監(jiān)控系統(tǒng)，當超過設(shè)定值自動進行本地和遠程電話同時報警。

4.7 新風機系統(tǒng)

利用廠家提供的基于標準工控協(xié)議，根據(jù)其規(guī)定的通迅控制方法，實現(xiàn)對新風機的遠程起?？刂?、運行參數(shù)獲取、故障報警信息的集中獲取。

4.8 消防報警系統(tǒng)

消防報警系統(tǒng)是一套完整的系統(tǒng)，按國家消防有關(guān)規(guī)定，基于消防系統(tǒng)的特殊性，必須獨立運行。所以在集中監(jiān)控系統(tǒng)中對消防系統(tǒng)只是作為一個補充，即在系統(tǒng)原有配置不動，只從報警監(jiān)控器將開關(guān)信號引入監(jiān)控主機，搭載整體監(jiān)控系統(tǒng)報警平臺，配合消防系統(tǒng)實現(xiàn)遠程的記錄和電話報警。

5.機房物理環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計時應注意的問題

5.1 集中監(jiān)控系統(tǒng)不要承擔消防系統(tǒng)聯(lián)動控制功能

按照計算機房和消防系統(tǒng)設(shè)計的有關(guān)規(guī)范要求，計算機機房的空調(diào)、新風、排風系統(tǒng)應與自動消防系統(tǒng)具備系統(tǒng)聯(lián)動功能?；谙老到y(tǒng)的特殊性、可靠性要求，這種聯(lián)動必須由消防自動控制系統(tǒng)自身實現(xiàn)。所以在設(shè)計機房物理環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)時，切不可基于集中監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)新風、空調(diào)、排風系統(tǒng)的聯(lián)動，只能對報警信號采集，同時實現(xiàn)輔助報功能。

5.2 集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計實施時必須根據(jù)實際情況靈活組態(tài)

由于每個機房的場地、輔助設(shè)備不盡相同，所以在進行集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計首先要依據(jù)計算機的機房的規(guī)范確定其等級，了解計算機機房的設(shè)計及輔助設(shè)備選型，進行實地現(xiàn)場考察。同設(shè)備廠商進行接洽，了解設(shè)備的接口標準、控制協(xié)議做好系統(tǒng)組態(tài)的前期準備。盡可能將設(shè)備廠家提供的故障報錯原因、故障處理措施，在告警發(fā)生時詳盡描述彈出，以便值班人員能夠得到即時的技術(shù)支持。

5.3 必須保證高可靠性

集中監(jiān)控系統(tǒng)所有使用的協(xié)議轉(zhuǎn)換器、電纜、開關(guān)量模塊、監(jiān)控主機等全部硬件設(shè)備選擇品牌時一定要慎重，基本要求平均無故障時間要大于20萬小時。對于要求特別高的A級機房，為了確保集中監(jiān)控系統(tǒng)可靠性，還應采取Watch Dog等防死機技術(shù)，關(guān)鍵的監(jiān)控主機、轉(zhuǎn)換模塊應采取冗余方式構(gòu)建。

5.4 在資金條件允許的情況下易支持多種遠程處理方式

基于電話語音告警CTI技術(shù)。采用電話CALL CETER技術(shù)、數(shù)字語音轉(zhuǎn)換技術(shù)，對各種設(shè)備的報警及專家處理提示采用語音系統(tǒng)。報警產(chǎn)生時，系統(tǒng)會自動撥打所設(shè)置的號碼（手機、BB機自動留言、電話），采用語音通知有關(guān)人員，并將告警做報表記錄，并且可以回撥到監(jiān)控主機查詢報警及電話通知情況。

采取C/S/S模式的實現(xiàn)基于WEB發(fā)布方式遠程監(jiān)視機房運行情況，當發(fā)電話報警時管理可以通互聯(lián)網(wǎng)或是專網(wǎng)終端進行報警信息的查詢，以便及時采取合適的處置措施。

在安全管理方面，要通過劃分、配置操作權(quán)限，實現(xiàn)系統(tǒng)安全管理，并且以次做管理人員操作日志，確保系統(tǒng)運行安全。

6.結(jié)束語

機房安全運行自動監(jiān)控系統(tǒng)的投入對勞動保障數(shù)據(jù)中心機房的安全管理有了極大的提高，對勞動保障數(shù)據(jù)系統(tǒng)可靠的運行和管理提供了可靠的保障，實現(xiàn)了計算機機房無人職守。

[1]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)[M].北京:北京航天航空大學出版社,1993.

[2]何立民.單片機應用技術(shù)選編<1>[M].北京:北京航天航空大學出版社,1993.

李全忠（1974—），男，內(nèi)蒙古扎蘭屯人，大學本科，電子工程師，呼倫貝爾市勞動保障數(shù)據(jù)中心副主任，研究方向：工業(yè)自動化控制應用，政務信息系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、實施建設(shè)。