机房环境动力监控系统规划方案.docx
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机房环境动力监控系统规划方案
机房环境动力监控系统
规划方案
一、为什么要用动力环境监控
在信息化建设中，机房运行处于信息交换管理的核心位置。
机房内所有设备必须时时刻刻正常运转，否则一旦某台设备出现故障，对数据传输、存储及系统运行构成威胁，就会影响到全局系统的运行。
如果不能及时处理，更有可能损坏硬件设备，耽误业务系统运转，造成的经济损失是不可估量的。
二、机房环境动力监控介绍
随着网络信息化和机房房建设发展迅猛，作为机房正常、稳定运行基本保证的空调、电源等设备的运行状况以及机房环境的安全状况也日渐凸显出其重要性。
由于许多重要机房是24h不间断运行，而管理人员很难保证时时刻刻对机房情况进行监控，因此通过技术手段实现24h不间断监控显得非常必要。
机房环境动力监控系统通过通信和软件的集成，可以实现对机房环境和UPS、机房空调、发电机等设备的集中监视，并实时采集报警信息发送给相关的管理人员。
机房环境动力监控的监控对象是机房的辅助设备，目前一般没有将服务器、网络等的运行纳入监控范围（有专业的软件可以实现服务器和网络的监控）。
机房环境动力监控与楼宇自控系统相比较，其特殊性表现在:
（1）机房规模虽小，但被监控设备类别多、品牌杂、型号多。
（2）被监控设备应用面窄，大多仅限于机房使用，与楼宇自控的控制对象往往不同。
（3）机房设备由于安全性要求很高，因此主要以监视为主，控制需求较少，以避免误操作带来的风险。
三、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是以监视为主，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。
它和采集数据的硬件设备的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。
四、机房动力环境监控系统实现的功能
监控系统需要实现的主要功能和楼宇自控项目基本相同，概括起来有以下几个主要方面。
（一）集中实时监视功能
传统的机房管理采用的是每天定时巡视的制度，比如早晚各一次检查，并且将设备的一些核心运行参数进行人工笔录后存档。
这样取得的数据只限于特定时段，工作单调而且耗费人力。
而集中实时监控功能可解决此问题。
比如对于UPS电源的运行，用户一般比较关心负载功率、总体负载率、三相是否平衡等参数。
如果没有集中监控，用户需要分别到机房内的配电室，现场查看UPS的相关运行参数。
而实时监控系统通过通信采集设备将当前被监视设备的运行参数采集上来，实时显示在监控电脑屏幕上，免去了用户到不同的设备跟前查看数据的麻烦，如果有必要，随时都可以在办公室内查看。
（二）报警和事件功能
报警指机房运行中出现异常情况，比如停电事故、漏水事故等。
报警的发生意味着机房的运行受到影响，其严重程度可用"优先级"的概念来定义。
一般监控系统均可设置几十到上千个优先级以区别报警的严重程度。
机房内的报警优先级一般划分为10级即可。
事件指机房运行中发生的一些正常的状态改变或人为操作。
事件不是异常情况，因此不需要像报警一样立即通知用户进行处理。
但是往往需要进行记录，以便日后检查。
比如修改精密空调的设置温度，这就是一个正常的操作事件，但对修改时间、修改人的这些信息进行记录是有必要的。
报警功能是机房动力环境监控系统最重要的一项功能，原因在于机房内设备和系统运行的安全性要求很高。
报警发生后，系统应对报警事件进行记录，并迅速通知值班人员或管理人员进行处理。
报警发生后，一般按以下步骤来进行处理:
（1）通知。
首要的是将报警信息告知给相关人员。
（2）确认。
表明已经知道报警的发生，正在处理。
但此时报警仍然存在，没有消失。
（3）消除。
经过处理，故障消失，设备恢复正常，报警也随之消失。
报警的通知主要采用以下几种模式来实现。
1.屏幕显示报警
这是最基本的方法，但也往往是报警信息最详尽的模式。
通过在监控电脑屏幕上显示醒目的图案和文字来告知用户。
报警文字是关键的信息，一般至少需要明确指出每次报警的几个关键参数:
报警时间、报警设备、故障内容、优先级、紧急解决办法等。
其中紧急解决办法是一个很有必要的功能，因为机房内的辅助设备种类多，最基本的紧急解决办法就由专业人员尽速响应和处理，因为报警涉及配电、UPS电源、空调、消防等几个系统，现场值班人员并不能对每种设备都精通，因此能在第一时间给出紧急处理办法是非常必要的，甚至一个故障设备厂家的维护电话号码都能解决大问题。
屏幕报警的缺点在于，如果监控电脑旁没有人，或者没有人注意，则报警可能被延误。
这种模式的报警通知面比较小，不能及时传播给专人。
这种报警模式如果结合网络传输，会提高效率，后面章节将会予以介绍。
2.本地语音报警
当报警发生时，监控系统自动通过扬声器播放报警语音，将报警消息传递给现场人员。
其传递消息面比屏幕显示报警要广，但也限于一个房间内。
其优点是非常人性化，缺点是传播面仍然不广，而且不能定人传播。
3.电话拨号报警
当报警发生时，监控系统自动通过电话网，拨通系统预设的号码，对方接听后，自动播放报警语音，通过电话将报警消息传递给相关人员。
这种模式的优点是能够实现定人播报。
如果和管理责任人结合起来，会有比较好的效果。
比如管理UPS和电源系统的人员是A，管理空调系统的人员是B，还有其他几个人C、D、E也帮助进行辅助管理。
则当发生UPS故障后，系统直接拨打A的电话，减少了中间环节。
但是实现此项功能，监控系统必须具备以下几个能力，否则效果会大打折扣。
（1）具有线路是否通畅的判断能力。
当拨打的电话号码占线，系统自动停止这个号码的拨号。
（2）具有接听者是否接听的判断能力。
当接听者接听后，系统开始播报报警语音。
（3）具有确认机制。
当接听者接听后，需要按下某个预先定义的按键进行确认操作，表明他已明确知道这个报警的内容。
（4）具有连续重拨的功能。
例如，当系统拨打A的手提电话，如果占线或不在服务区，则自动按照系统内预设的顺序（假设是A→B→C→D→E）拨打B的电话。
如果B接听了但没有确认，再自动拨打C的电话……直到有人确认为止。
从上面的电话报警过程来看，电话拨号通知的报警信息要传达到预先指定的人员，并不是一件顺利的过程，因此，确认机制是最为重要的。
目前市场上销售的监控系统并不都具有完善的电话报警手段。
电话报警可通过两种设备实现:
语音Modem和电话语音卡。
4.手机短消息报警
随着通信业和短信业务的迅猛发展，通过手机短信发送报警信息成了一个有效的手段。
其优点在于可以通知很多人，通知面广。
但这种方式仍缺少有效的确认机制，仍然无法判断是否真正通知到指定的人"不过其发送面广的优点可以适当弥补这一不足。
5.E-mail报警
通过网络，将报警信息以电子邮件的形式发送到个人。
但此模式的及时性不好，难以保证让相关人员在第一时间得知消息。
（三）运行历史数据记录和趋势功能
对机房的管理者来说，除了系统的报警功能以外，系统的另一个重要的功能就是历史数据和趋势功能。
因为机房只是一个存放计算机和网络设备的场所，随着事件的推移，机房内的设备数量、型号等都会发生变化，按照目前的趋势，一般都是越来越多。
因此，从机房管理角度，需要能够拥有机房设备运行的历史资料，这样可以通过分析，找出发展趋势、发现故障隐患。
从而大幅度提高机房的管理水平。
历史数据和趋势功能主要实现对机房运行的关键参数进行长期的记录，通过调用、查看历史趋势图，进行一些统计分析等。
对于数据的记录，一定要选择"关键参数"，而不能什么参数都进行记录，同时应注意参数记录的频率。
因此，详细了解用户的需求非常重要。
因为，如果记录数据量太大，对基于PC架构运行的监控系统，其存储能力受到比较大的限制。
比如，功率参数是一个关键参数，如果每秒记录一次参数值，假设在数据库中占用4个字节，则一年就需要记录31536000次，需要的硬盘容量是126M，而100个参数就需要几十个G的容量，在调用数据时将会非常缓慢，记录数据时因对系统要求很高，也容易造成系统瘫痪。
这个问题虽然可以采用实时数据库来解决，但费用昂贵。
因此，对于需求的具体分析非常必要。
按照机房运行的规律，建议模拟参数记录频率在lOmin以上一次。
报警数据则因其量小，发生频率低，应全部记录。
这样既可保证资料的相对完善，又极大地减少了数据量。
（四）用户管理功能
用户管理主要是对监控系统的使用者进行权限管理，避免末授权的人员随意修改参数设置或者查看。
而授权需要进行分级控制，不同级别的用户只能进行自己这个级别内所允许的操作。
（五）计划安排功能
通过事件计划表，定时执行一些操作，比如系统资料的备份、下班定时关灯等。
该功能在机房内使用不多，但随着机房监控系统的不断完善，可以满足更多的用户需求。
（六）报表功能
数据报表在工控系统中是必不可少的一部分，是数据显示、查询、分析、统计、打印的最终体现，是整个控制系统最终结果输出的重要组成部分，是对机房监控过程中系统监控对象的状态的综合记录和规律总结。
一般有实时数据报表、历史数据报表（班报表、日报表、月报表等）。
用户通过报表的过滤器选项，将自己感兴趣的内容打印出来，便于分析存档。
（七）远程管理功能
远程管理主要是指利用目前日益完善的网络资源，使操作人员不再局限在监控主机旁操作，而能够在其他地点对系统进行控制。
一般监控主机安装在机房的监控室内，但并不是所有的机房都是24h有人职守。
通过远程管理，操作员可以在办公室、外地等地进行管理，消除了地域限制。
比如省级机房和地市级机房，如果都设置全职管理员的话，人力资源上浪费较大。
而通过网络，可以将监控系统在省里集中监控，地市上不再需要设置专人。
当运行有问题时，通过前面的多种报警通知模式，省上和地市均可得到消息，从而可以快速解决问题。
（八）运行设置和控制功能
除了主要的监视功能，系统还应具备控制能力。
在大多数机房中，控制对象主要是非电源类设备，比如空调、通风、照明等系统。
由于电源设备的可靠性要求极高，进行控制操作时（比如开/关机等）很可能因为误操作造成机房瘫痪，因此不进行控制，只进行监视。
（九）安全冗余功能
由于机房环境动力监控系统监视着机房的运行，如果自身出现故障，将无法进行监视，降低了管理的安全性。
因此，在要求机房有很高的安全管理水平时，往往采取冗余的办法解决自身的可靠性。
一般通过以下两种方式实现。
根据对可靠性要求的高低和实际故障隐患的大小，两种方式既可同时使用，也可单独采用。
采控设备的冗余:
负责监控计算机与现场被监控设备通信的采控设备承担着双向的数据传输工作，对其备份可以提高传输的可靠性。
监控计算机的冗余，由于监控系统一般均运行于PC平台的硬件上，而且操作系统以Windows200O和XP为主，因此，计算机硬件、操作系统和监控软件自身的故障都会造成系统停止工作。
可以通过局域网的TCP/IP协议将两台装有同样软件的计算机配置成热备份冗余运行，一台为主机，一台为从机。
相对而言，计算机和软件系统出问题的概率高，对机房内的监控做冗余，建议做计算机的冗余，即采用双机热备份方式。
双机热备主要是实时数据、报警信息和变量历史记录的热备。
主/从机都正常工作时，主机从设备采集数据，并产生报警和事件信息。
从机通过网络从主机获取实时数据和报警信息，而不会从设备读取或自己产生报警信息。
主/从机都各自记录变量历史数据。
同时，从机通过网络监听主机，从机与主机之间的监听采取请求与应答的方式，从机以一定的时间间隔（查询间隔）向主机发出请求，主机应答表示工作正常，主机如果没有作出应答，从机将切断与主机的网络数据传输，转入活动状态，改由下位设备获取数据，并产生报警和事件信息。
此后，从机还会定时监听主机状态，一旦主机恢复，就切换到热备状态。
通过这种方式实现了热备。
当主机正常运行，从机后启动时，主机先将实时数据和当前报警缓冲区中的报警和事件信息发送到从机上，完成实时数据的热备份。
然后主/从机同步，暂停变量历史数据记录，从机从主机上将所缺的历史记录文件通过网络拷贝到本地，完成历史数据的热备份。
这时可以在主/从机组态王信息窗中看到提示信息"开始备份历史数据"和"停止备份历史数据"。
历史数据文件备份完成后，主/从机转人正常工作状态。
当从机正常运行，主机后启动时，从机先将实时数据和当前报警缓冲区中的报警和事件信息发送到主机上，完成实时数据的热备份。
然后主/从机同步，暂停变量历史数据记录，主机从从机上将所缺的历史记录文件通过网络拷贝到木地，完成历史数据的热备份。
这时也可以在主/从机的组态主信息窗中看到提示信息"开始备份历史数据"和"停止备份历史数据"。
历史数据文件备份完成后，主/从机转人正常工作状态。
双机热备的构造思想是主机和从机通过TCP/IP网络连接，正常情况下主机处于工作状态，从机处于监视状态，一旦从机发现主机异常，从机将会在很短的时间之内代替主机，完全实现主机的功能。
例如，1/0服务器的热备机将进行数据采集，报警服务器的冗余机将产生报警信息并负责将报警信息传送给客户端，历史记录服务器的冗余机将存储历史数据并负责将历史数据传送给客户端。
当主机修复重新启动后，从机检测到了主机的恢复，会自动将主机丢失的历史数据拷贝给主机，同时，将实时数据和报警缓冲区中的报警信息传递给主机，然后从机将重新处于监视状态。
这样即使发生了事故，系统也能保存一个相对完整的数据库以及报警信息和历史数据等。
五、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。
为了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。
（一）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。
（二）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。
（1）开关量信号。
这类信号只有两个状态，比如配电柜开关只有合闸和分闸两种状态。
属于开关量信号的有:
配电开关、防雷器状态、新风机、排风机、消防信号。
采集到的原始信号需要将其进行数字化转换。
在机房环境中，目前主流方法是采用分布式I/O采集模块来实现。
由于配电开关只监视，不需要控制，因此需要采用DI输入模块，将开关量状态转化为0、1的数字信号状态。
每个模块根据型号和厂家的不同，可以同时检测4~32路开关信号。
这里采用8路输入的型号。
（2）模拟量信号:
模拟量是连续变化的信号，采集的过程就是进行模拟到数字信号的转换和传输的过程。
模拟量信号转换模块一般有4~8路输入信号，这里我们采用8路输入的模块。
上面的监控对象中，房间的温湿度就是典型的模拟信号。
（3）智能设备:
智能设备的检测和数字编码工作由已经内置的单片机自行完成，设备上提供通信接口，监控系统只是与其进行通信连接，将信号传输到监控主机上解码。
在上面的需求中，UPS电源、空调、发电机、电量仪、定位漏水控制器属于智能设备。
需要注意的是，由于设备种类众多，具体的信号类型需要根据具体设备来确定，本例主要针对常见情况，并不代表所有情况。
（三）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。
l.UPS电源（包含直流电源）
UPS电源和直流电源均带有电池，对计算机起到提高电源质量、停电后持续供电的保障。
作为机房供电的核心设备，它们的运行安全在某种意义上甚至比不少计算机服务器还高。
因为一旦UPS宕机，则整个机房都将瘫痪，业务系统停止工作。
所以安全性要求较高的单位如金融、政府、电信等单位元一例外全部采用有热备份的UPS配置。
但即便如此，时刻监视UPS的运行状况依然非常必要。
通过由UPS厂家提供的通讯协议及智能通讯接口，对UPS进行监控，对UPS内部整流器、逆变器、电池、旁路、负载等各部件的运行状态进行实时监视，一旦有部件发生故障，系统将自动报警。
并且实时监视UPS的各种电压、电流、频率、功率等参数，并提供直观的图形界面显示。
机房环境中对于UPS的监控一律采用只监视，不控制的模式，避免由于监控系统的失误带来的断电风险。
UPS在机房监控中属于智能设备。
目前UPS普遍带有RS232C或RS485接口作为监控接□,一些UPS还支持通过网络访问的SNMP协议接口。
由于串行接口更为普及，机房监控系统普遍采用RS232C或RS485串门进行通信，采集设备的运行数据。
当UPS接口为RS232时，从UPS将数据传送到监控主机的通信线路距离应不超过15m。
在大多数机房中，这个距离是无法满足的。
于是就需要采用RS232/485转换器，将232信号转换为485信号后传输，这样就可以支持1000m以上的传输距离。
满足几乎所有本地机房监控的需求。
在监控主机一侧，信号线直接接入多串口扩展卡上，从而完成了线路的物理连接。
需要注意的是，如果设备侧采用485接□，主机侧也需要采用485接口，两端的电气接口类型应保持一致。
以上连接模式中，主要需要两种设备:
R5232/485转换器和多串口扩展卡。
RS232/485转换器:
建议采用带光电隔离型的，有利于设备的安全。
多串口扩展卡:
用在监控主机上。
主机一般自带1~2个RS232C串口，但在监控项目中一般都不够用，因此需要通过扩展卡来扩展本机的串口数量。
1.电池部分
在一个UPS不间断电源系统中，可以说蓄电池是这个系统的支柱，没有电池的UPS只能称作稳压稳频电源。
UPS能够实现不间断供电，就是因为有了蓄电池的存在，在市电异常时，逆变器能够直接将蓄电池的化学能转换成交流电能，使负载设备得以连续运行。
目前，中小型UPS电源广泛使用的是免维护密封铅酸蓄电池，通常占据UPS电源总成本的1/4一1/2之多。
不仅如此，长期的维修经验表明，约有50%以上的UPS电源故障与UPS蓄电池有关。
UPS蓄电池的故障主要表现为端电压不够、容量不足或瞬间放电电流不满足负载启动要求等。
一般正常使用的UPS，其蓄电池寿命通常在3一5年，但是目前国内有相当部分UPS蓄电池在投入使用不到1年就开始出现问题，更有甚者，有些进口品牌UPS的国产电池刚买来就失效的情况也时常发生。
这一方面是由于蓄电池在制造工艺上存在先天的缺陷，另一方面也是由于缺乏必要维护所造成的。
值得注意的是，许多使用UPS的单位由于缺乏必要的、定期的检测维护措施，根本不清楚UPS系统中蓄电池的工作状况，为UPS系统运行留下隐患。
ups蓄电池定期测量各块蓄电池的端电压。
当各块蓄电池电压差过大时，需要进行均衡充电，并定期对蓄电池进行容量测试，以便检查蓄电池组的性能以及保持蓄电池的活性。
在实际运用中，由于各种条件的限制，UPS蓄电池的维护很少有人完全按照标准进行。
在国内有95%以上的UPS电池缺乏必要的维护，这为UPS供电系统埋了隐患;一般UPS蓄电池是装在柜子里或放在地板下，测量、拆装都不方便;现在98%以上的UPS蓄电池没有安装监控设备，维护人员通常所能进行的只有每隔一段时间，断开市电让UPS蓄电池放电一段时间，充其量只是能够一定程度上保持电池的活性，而对于电池的性能以及各节蓄电池的容量等重要数据还是无从知晓。
如果不能妥善地管理使用蓄电池组，如过度充放电或电池老化等现象都会导致电池损坏或电池容量急剧下降（即便只有一节电池性能恶化，也会严重影响整组电池的性能），从而影响设备的正常供电。
因此，及时可靠地对蓄电池组进行巡回检测，对于维护负载设备的正常运转具有十分重要的意义。
为此，需要通过在线式电池监测仪、直流电流传感器等设备对UPS蓄电池进行监控，对电池故障进行预警;鉴于温度对蓄电池容量与寿命有很大影响，应使用微型温度传感器对蓄电池的工作温度进行监测。
一且蓄电池异常，将自动切换到蓄电池监测画面，并伴随有报警声音和相应的处理提示。
在线式电池监测仪通常采用分布式结构，每只电池配备一个电池检测模块，每组电池配备一个电池组参数检测模块，每台用户设备（最多两个电池组）配备一台控制器。
电池检测模块负责监测电池的运行参数端电压、电池表面温度和电池参数内阻，电池端电压和温度以数模转换并采用过采样算法而获得。
内阻采样时模块中的激励单元产生lOHz、2A的恒幅交流信号，经过数字加权滤波算法，滤去千扰信号并算出信号的幅值即是电池的内阻值。
由于电池端电压因激励而产生的波动量级在数十微伏至数十毫伏之间且频率很低，与开关电源的纹波和噪声达几百毫伏和几十千赫兹相比，监测系统不会对用户系统产生影响。
2.空调设备
机房的特点之一就是设备密集，发热量大。
因此，空调对控制机房的温湿度起着决定性作用。
当机房温度超过25℃后，一些计算机、网络设备就会发出报警。
机房空调停止运行2h左右，机房温度就会从20℃升到30℃以上，此时计算机设备运行可靠性大为降低。
对空调运行状态进行监控可以使空调设备稳定运行，保证机房温湿度的稳定、可靠。
通常对空调系统采用RS485接口进行数据采集。
通过实时监控，能够全面诊断空调运行状况，监控空调各部件（如压缩机、风机、加热器、加湿器、去湿器、滤网等）的运行状态与参数，并能够通过管理软件远程修改空调设置参数（温度、湿度、温度上下限、湿度上下限等），以及对精密空调的重启。
监控系统一且监测到有报警或参数超出范围，将自动切换到相关的运行画面，并伴随报警声音和相关处理提示。
对重要参数，可作曲线记录，用户能够通过曲线记录直观地看到空调机组的运行情况。
空调机组即便有微小的故障，也可以通过系统检测出来，及时采取措施防止空调机组进一步损坏。
3.漏水检测
大多数机房的设计采用的是地板下走线方式，强电、弱电、接地线、电缆通常纵横交错。
一旦发生地板漏水，管理人员难以及时发现，漏水将威胁着整个机房负载。
因此对机房内的漏水状态进行实时的监测是十分必要的,很可能造成电气线路及计算机短路，烧毁设备，中断系统运行，危害极大。
因此在规划机房时应避免无关水管经过机房。
从实际运行经验来看，机房发生漏水的原因主要有以下几种。
（1）由于必须的空调系统，机房内不可避免地需要布置空调的上下水管，从而形成隐患。
（2）由于外墙窗户或外墙穿墙孔洞（如空调孔，电气孔等）密封防水处理不好造成下雨时漏水。
（3）当机房外走道上或大楼其他地方由于某些原因发生强烈漏水时（如消防爆管），水会通过门、墙角等处涌进机房。
（4）楼上漏水，造成机房顶部滴漏。
防止水患应采取主动和被动两种措施，主动措施是在机房规划时就减少漏水隐患;被动措施就是万一发生漏水，能在第一时间发现并采取措施。
采用漏水检测系统可实现该目的。
漏水检测系统分定位和不定位两种。
所谓定位式，就是指可以准确报告具体漏水地点的测漏系统。
不定位系统则相反，只能报告发现漏水，但不能指明位置。
系统由传感器和控制器组成。
控制器监视传感器的状态，发现水情立即将信息上传给监控PC。
测漏传
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