机房环境监控系统解决方案.docx
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机房环境监控系统解决方案
卫生信息中心机房动力环境监控系统解决方案
石家庄和嘉科技有限公司
2015-10-08
1系统概述
随着信息技术的发展和普及，计算机系统及通信设备数量与日俱增，规模越来越大，中心机房已成为各大单位业务管理的核心。
为保证机房安全正常工作，与之配套的动力系统、环境系统、消防系统、保安系统必须时时刻刻稳定协调运行。
如果机房动力及环境设备出现故障，轻则影响电脑系统的运行，重则造成计算机和通信设备报废，使系统陷入瘫痪，后果不堪设想。
因此对中心机房的动力及环境系统进行实时集中的监控极其必要。
PEMS（PowerEnvironmentMonitoringSystem）机房环境及动力设备监控系统是我公司自主开发的机房监控系统。
PEMS是对机房的动力、环境、安防子系统进行实时监测和远程控制，以实现实时监控、预防故障、迅速排障等功能；并在监控的同时实时记录和处理各种设备运行及报警数据，对机房的动力、环境进行综合管理，以保障机房设备稳定运行、提高管理人员工作效率，实现机房的少人或无人值守。
PEMS机房监控系统在电信、金融、电力、交通、政府机关等许多行业的机房中得到广泛的应用，其系统设计先进、运行稳定、操作方便获得用户一致好评。
河北省卫计委卫生信息中心机房面积约160平米，需对此机房内的市电、UPS、精密空调、漏水、温湿度等内容进行监测，如遇报警，可电话、声光、短信等方式通知管理人员进行处理。
1.1建设目标
系统实时监控机房各系统的运行状况，显示并保存各监测参数的数值，设定参数的上限值与下限值，当监测的参数超过设定的允许值时，系统诊断为有故障（报警）事件发生，监控系统立刻弹出相应的报警页面窗口，支持多媒体声音报警、自动拨打电话报警、手机短信报警、Email报警等，通知值班人员或相应的主管人员。
系统支持可查询任一监测对象的历史记录（列表、曲线）。
管理中心对各机房设备统一管理、统一监测，统一报警，各分机房也可以查看、管理各自机房设备的运行状态。
为机房建立包括机房动力、环境的监控系统，主要监控对象包括：
电量监测、UPS、精密空调、温湿度监测、漏水监测、门禁监测、消防监测、视频监控等，实现7×24×365的全面集中监控和管理，保障机房环境及动力设备安全高效运行，以实现最高的机房可用率，并不断提高运营管理水平。
机房监控管理平台要能实现四个目标：
Ø为机房内各系统及设备运行提供高度稳定可靠的监控信息资源；
Ø节省机房运行管理费用，达到短期投资长期受益的目的；
Ø确保提高机房管理工作效率并提供安全舒适的工作环境；
Ø系统软/硬件均采用模块化结构设计，适应发展需要，做到具有可扩展性、可变性，适应环境的变化和工作性质的多样化。
1.2需求分析
河北省卫计委卫生信息中心机房面积约160平米，需对此机房内的市电、UPS、精密空调、漏水、温湿度等内容进行监测，如遇报警，可电话、声光、短信等方式通知管理人员进行处理。
具体需求如下：
动力监控部分
Ø市电输入：
1路，监测市电的实时供电参数，如三相电压、电流、断电等。
ØUPS：
2台，监测UPS的工作状态和运行参数。
Ø配电开关：
8路，监测配电柜重要空开开关状态。
环境监控部分
Ø精密空调：
4台，监测精密空调的运行参数及状态，并可实现远程开关机启停控制和参数设置。
Ø温湿度：
6个点，监测机房内重要区域的温度、湿度数值及变化情况。
Ø漏水：
1套定位式漏水（区域式漏水），7.5米漏水感应绳，3个点式漏水探测器，监测机房内有无漏水发生。
平台告警方式：
实现声光报警、电话拨号报警、短信报警等报警方式。
2系统设计原则
Ø技术先进性：
选用国际最新的专业厂家产品
Ø系统高可靠性：
系统的硬件和软件均采用技术成熟的产品
Ø系统运行管理方便：
软件系统中文化，操作方便
Ø技术支持能力强：
承建单位技术实力强，服务完善
Ø系统可扩展性能强：
模块化结构有利于扩容与扩展
Ø投资少：
系统选型具有高性能价格比
Ø维护方便：
模块化结构，并具备专家自诊断功能
Ø建设时间短：
在较短的时间内完成系统的安装调试
3系统设计依据
系统设计符合我国有关法律法规，符合地方消防管理条例和标准（备注：
当各规范中的条文有所区别时，按照高标准要求设计）。
Ø《计算机站场地技术条件》（GB2887-89）
Ø《计算机站场地安全要求》（GB9361）
Ø《电子计算机机房设计规范》（GB50174－93）
Ø《智能建筑设计规范》（GB/T50314－2000）
Ø《低压配电设计规范》（GB50054－95）
Ø《中华人民共和国公共安全行业标准》（GA247-2000）
Ø《安全防范系统验收规则》（GA308－2001）
Ø《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-2000）
Ø《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
Ø《信息技术设备包括电气设备的安全》（GB4943-95）
Ø其它有关的国家标准及行业规范
4PEMS机房动力环境监控系统
4.1系统功能
PEMS联网监控系统是基于TCP/IP网络、RS232/RS485总线、现场总线技术的实时监控与组态开发系统。
系统采用分布式计算技术，支持多个机房联网集中监控，系统主要由四部分组成：
系统服务端IService、系统客户端IView、系统组态设计平台IDesign和监控系统硬件。
系统服务端主要是进行设备管理、协议管理、通讯管理、数据管理、数据服务、联动控制、自动报警等功能。
系统客户端主要是为用户提供友好的人机交互界面，实现对设备进行远程集中监控、远程数据访问、远程数据维护等功能。
系统设计端就是系统的组态平台，可以帮助用户用快速简便的方式进行二次开发，及对数据库管理和维护。
监控硬件主要是指嵌入式环境监控主机、系统报警设备、前端被监测设备及各种传感器组成。
系统可以广泛应用于多个领域和多种网络环境，既可应用于对单个机房的动力环境进行集中监控，也可应用于对多个联网机房实现集中监控，尤其可以实现对于分散在几十、几百公里、甚至上千公里地域的多个无人值守机房、电信基站等场合的设备进行联网集中监控，集中管理。
4.2系统架构
整个系统主要由以下三部分组成：
现场设备采集层、嵌入式监控主机、监控客户端。
各部分的主要作用如下：
现场设备采集层：
由各种I/O采控模块、传感器组成，直接连接各种被监控设备，采集如UPS、空调、温湿度、漏水等的现场信号，将采集的现场信号通过以太网、RS485等方式上传到嵌入式监控主机。
嵌入式监控主机：
可脱网工作并具有独立数据处理及数据存储能力，用于将现场设备采集层传输来的的各种信息进行存储、实时处理、分析和输出，处理所有的报警信息，记录报警事件，并负责将控制命令发往前端设备，实现对现场设备的远程控制。
监控客户端:
监控客户端安装在联网用户的任意一台电脑上，便于管理人员随时随地了解机房的工作状况，可直接观看到与嵌入式服务器一致的监控画面，实现对机房的集中监控。
在具有相应权限下还可对设备实现远程控制，如空调的开关机等。
系统采用C/S、B/S混合模式的模块化结构，软硬件的安装与维护集中于嵌入式监控主机端，易于实施和维护。
同时采用B/S结构，客户端只负责用户界面显示，数据处理放在嵌入式监控主机端，当监控需求增加时，只需对嵌入式主机进行升级或扩展成多个嵌入式监控主机即可，大大地加强系统的伸缩性。
为了增强系统的报警功能，用户可根据需要选择配置电脑显示报警、多媒体声光报警、远程电话拨号报警、手机短信报警、Email报警等功能。
系统架构如下图所示：
4.3机房动力环境监控软件平台
4.3.1软件架构
PEMS是一套自动化组态软件平台，完全建立在标准的组件构架上，可为客户贴身定制自己的监控系统。
平台采取开放式模块化组件技术，多组件协同处理来自各个现场的采集数据、报警信息，方便的实现系统信息共享与联动。
现场监控平台完成对各子系统数据的采集、分析、处理、联动、存储和网传功能。
PEMS整个系统结构都为模块化，组建十分灵活，扩展十分方便。
PEMS是一套集成式的软件包,其中所有组件都可以独立分布式地运行,通过网络服务程序与其它组件交换数据，包括三个部分：
IService：
高性能的数据处理、网络通信服务程序；
IView：
高可靠、快速的图形界面运行系统;
IDesign:
功能强大的人机界面组态工具。
4.3.2IService服务程序
IService是高性能的数据处理、网络通信服务程序，实现与各种监测、控制设备的通讯，负责从监测设备读取实时数据，同时将来自图形界面和实时数据库的控制命令写入设备。
IService是整个应用系统的核心，构建分布式应用系统的基础。
它负责整个应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理。
IService服务程序的界面如下：
服务控制程序的启动停止界面
4.3.3IView图形界面运行程序
高可靠、快速的图形界面运行系统，用来运行由IDesign创建的图形窗口，支持的画面数量不受限制，数据刷新速度数据刷新速度快于2秒。
客户端查看主界面如下：
客户端查看界面
4.3.4IDesign组态软件
IDesign，功能强大的人机界面组态工具。
IDesign是集成的开发环境，它使用面向对象的图形对象创建动画式显示窗口。
这些窗口的数据、图形显示内容可以来自过程I/O或MicrosoftWindows第三方应用程序。
IDesign组态软件提供了很多绘制工具方便设计人员使用，非常方便的就可以绘制出既美观又逼真的画面。
模块还可以设置与实际设备相关联的关联变量，再把画图中的一个图素和一个关联变量关联起来时，就可以通过这张画面来观察实际环境中的环境值了。
组态软件的界面如下：
4.4监控系统设计方案
河北省卫计委卫生信息中心机房面积约160平米，需对此机房内的市电、UPS、精密空调、漏水、温湿度等内容进行监测，如遇报警，可电话、声光、短信等方式通知管理人员进行处理。
具体需求如下：
主机房系统设计：
房动力监控部分：
Ø市电输监测：
市电1路，在机房配电柜安装1台智能电量监测模块，实现对市电的三相电压、电流等参数进行实时监测。
ØUPS：
UPS2台，通过现有UPS的监测端口及UPS协议，实现对UPS的工作状态和运行参数进行实时监测。
环境监控部分：
Ø精密空调：
空调4台，监测精密空调的运行参数及状态。
Ø温湿度监测：
在机房重要区域安装6个温湿度传感器实现对机房湿度变化情况，实现对机房温湿度实时监测。
Ø漏水监测：
在机房易漏水位置安装1套定位式漏水，7.5米漏水感应绳，实现对机房内漏水实时监测。
4.4.1.1.1嵌入式监控主机
PEMS-6806系列机房环境及动力设备监控主机基于Linux平台开发，是我公司自主研发的集数据采集、控制、分析处理、存储、查询、事件报警、网络通信为一体的新一代监控主机。
产品覆盖了环境及动力设备监控系统所需的常见功能。
内置WEB版工控软件，能根据各种应用场合的具体需求灵活快速配置，具有可靠性高、维护方便、界面直观、易用性强、扩展灵活的特点，是机房环境及动力监控设备的升级换代产品。
PEMS-6000系列嵌入式监控主机可广泛应用于金融、公安、部队、电信、交通、电力、教育、水利等领域的安全防范。
技术参数：
模拟量输入
8路，（4-20mA或0-5V）
开关量输入
16路，光电隔离干接点接口
继电器输出
6路，可实现联动输出
网络接口
1个，RJ45 10M/100M自适应以太网口
串行口
8路，标准RS485/RS232复用串行接口，可用于接入智能设备
1路，标准RS232串行调试接口，DB9-FEMALE
SIM卡槽
用于插入GSM短信模块
液晶显示面板
LCD显示屏，键盘；实时显示调试信息，方便现场调试安装。
LED指示灯
POWER，GPRS，NET，COM，ALARM指示灯
电源
AC100～240V，47Hz～63Hz
工作温度
-15℃--＋55℃
尺寸
19英寸/1U标准机架式，483mm（宽）×270mm（深）×45mm（高）
内置
蜂鸣报警器，SD存储卡，双重看门狗
功能特点：
Ø基于嵌入式平台，采用Linux操作系统，产品稳定可靠、可扩充性强；
Ø内置多种设备（精密空调、UPS等）的插件包（可扩充）；
Ø内置数据库，可以对设备状态、监测点数据进行存储，支持数据备份；
Ø液晶显示可查看IP地址、设备信息、事件记录等功能；
Ø内置WEB服务器,支持B/S架构（无需安装客户端，通过IE浏览器就可以进行数据查询、配置维护）；
Ø日志管理功能：
包括各种报警信息、系统事件、设备参数等进行详细的记录，能够以报表形式进行数据导出；
Ø完善报警机制：
支持多种报警方式，声光、电话、短信、邮件报警等；
Ø用户权限功能：
系统具有多级用户管理，可设定用户管理权限；
Ø支持平台软件：
可接入中心的PEMS平台软件使用，具有组态功能，也可单独工作；
Ø完整的遥信、遥测、遥控和遥调功能，灵活的现场联动能力；
Ø提供DC12V、DC15V电源输出接口，可为监测传感器供电，方便安装部署。
4.4.1.1.1.1系统模块功能概述
本方案设计将嵌入式监控主机的监控系统分为七大管理模块，分别为实时监控、统计分析、设备管理、用户管理、系统日志、报警设置、系统配置。
4.4.1.1.1.1.1实时监控
嵌入式监控主机通过TCP/IP、SNMP、RS232/RS485总线等媒介实时向监控设备发送采集各种数据的指令，同时自动实时监测所有来自不同设备的数据，对所采取数据进行分析和计算，从而获取各个设备的运行状态、运行参数及各种故障参数等，并对各种运行数据有效存储。
系统采用多线程并发计算技术可同时处理来自不同设备的数据，进行并行分析和并行计算。
各个客户端程序自动接收和处理来自服务端的数据，通过友好的人机界面通过文字、图形、表格、动画等多样的形式实时显示各个设备的运行参数、运行状态和报警参数。
实时监控包括：
实时数据（表格式）、电子地图（图形式）、报警信息。
实时数据
电子地图
报警信息
4.4.1.1.1.1.2统计分析
嵌入式监控主机自动将所有有效的监控数据存储在数据库服务器中，操作人员可以随时在WEB端查询检测的所有设备的任意参数的历史数据，可查询任一天、任一时间段的历史数据，并且自动生成历史曲线图，将查询结果以列表方式显示或导出EXCEL文件，以供分析之用。
统计分析包括：
历史记录、报警记录、控制记录。
历史记录
报警记录
控制记录
4.4.1.1.1.1.3设备管理
可以根据现场情况增加设备、删除设备、修改设备，及对所监测的设备的监控参数和报警参数的增加、删除和修改；实时监测设备的运行参数、运行状态、故障状态。
调整设备的运行参数、控制设备的启动和停止。
系统提供了非常灵活的控制方式，可以帮助用户非常及时效的实现对设备的保护，以及帮助用户节能功能和延长设备寿命。
（1）手动控制：
用户可以通过WEB实现控制设备的启动和停止，调整设备参数；
（2）报警联动控制：
系统提供了联动有效的联动控制功能，可以设定故障时自动停止产生故障设备的运行，从而实现对设备的有效保护；
设备管理包括：
设备管理和联动管理。
设备管理
联动管理
4.4.1.1.1.1.4用户管理
系统都提供了有效用户分级管理机制。
系统根据不同的操作者划分了多级操作权限，最低级操作权限只能查看监控数据、无法对系统进行调整、无法对设备进行控制操作。
用户管理包括：
用户管理和修改密码。
用户管理
修改密码
4.4.1.1.1.1.5系统日志
嵌入式监控主机提供了完善的用户操作记录功能，实现对用户操作的跟踪记录；提供了完善的系统日志功能，实现对系统运行情况的跟踪记录，所有日志都存储在数据库服务器中。
系统日志包括：
操作日志和系统日志。
操作日志
系统日志
4.4.1.1.1.1.6报警设置
系统提供了非常优秀的报警处理机制和多种有效的报警方式，灵活的报警参数设置及完善的报警记录，帮助用户对各种设备报警进行管理，设置报警参数，及时了解到设备运行情况及事后分析。
报警设置包括：
报警方式、短信管理、电话管理、邮件管理。
多种报警方式如下：
屏幕报警：
当出现任何报警事件时，将所报警的画面自动弹出，并显示在最上方，还伴随着画面闪烁、文字提示，通知在线的操作人员。
声音报警：
出现报警事件时，嵌入式主机多媒音箱便播放报警声音，以通知在现场的值班人员；
声光报警：
可以外接声光报警器，当系统产生报警时联动控制声光报警进行报警提示。
电话报警：
系统将通过电话拨号方式，当报警事件发生时，系统会自动拨打已设置好的多组值班电话，包括固定电话和移动电话，以便及时的通知值班人员。
短信报警：
短信报警是现在比较方便和实惠的方式之一，当出现报警事件时，监控主机将通过GPRS短信模块，对已经设置好的手机号码发送报警信息。
邮件报警：
当出现报警事件时，监控主机将通过邮件报警模块，对已经设置好的邮箱地址发送报警电子邮件。
报警设置
4.4.1.1.1.1.7系统配置
系统配置包括：
系统配置、数据备份及恢复、系统升级、重启设备。
（1）系统配置包括：
网络配置、系统设置、上传中心设置。
●网络配置：
可以设置系统IP地址、子网掩码、默认网关、DNS等信息。
●系统设置：
可以设置系统时间。
●上传中心设置：
可以设置上传中心IP和端口，给中心自动发送报警信息。
（2）数据备份及恢复：
可以备份当前设置、恢复配置及恢复出厂设置。
（3）系统升级：
可以选择WEB程序来升级WEB程序，选择核心程序来升级核心程序。
（4）重启设备：
可以远程来重启设备。
系统配置
4.4.2供配电系统监控
Ø功能描述
对于机房配电室的市电进线，其供电电源质量的好坏将直接影响机房设备的安全，因此需采用智能电量监测模块对机房市电进线的供电参数进行实时监测，监测参数包括市电进线三相电源的相电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率等参数，对于重要的参数，可作曲线记录，系统管理员和操作员可以通过历史曲线图查看每天的电压、频率、有功、无功的最大值、最小值、当前值及电压、电流峰值。
通过分析有关参数的历史曲线，管理员能清楚地知道供电电源的质量是否可靠完好，为合理地管理机房电源提供科学的依据。
系统使用智能电量监测模块，全面检测市电进线配电柜的电源参数。
实时检测市电供电的质量，当电源参数超过设备的安全电源要求时，系统在第一时间报警，监控界面自动切换到配电监测画面上，并且在画面上闪烁显示出现异常的电源参数，同时发出声光、电话或短信报警，及时通知有关人员处理故障。
同时通过供电参数的历史曲线可方便查看用户的实际供电的品质，为用户合理地管理机房供电提供科学的依据。
Ø供配电系统监控界面：
配电监控界面
Ø设备选型
智能电量监测模块选用三相全参数电量监测模块EX8-33-I。
EX8-33-I三相全
参数电量变送模块是一种用于交流电量综合参数测量的智能模块，它可以同时测量三相交流回路的每一相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度等参数。
本产品内部集成了微型控制器、数字信号处理芯片、标准的通讯接口，兼容RS-232和RS-485通讯接口。
由于体积小、功能多、精度高，可以用在多种交流用电场合下的测量、计量及远程集中抄表、监控管理等。
产品特点：
Ø用于交流电量综合参数测量
Ø可同时测量三相交流回路的每一相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度等参数
Ø内部集成了微型控制器、数字信号处理芯片、标准的通讯接口
Ø兼容RS-232和RS-485通讯接口
Ø体积小、功能多、精度高
Ø可用在多种交流用电场合下的测量、计量及远程集中抄表、监控管理等
Ø输入频率：
35～75Hz
Ø电压量程：
10～500V，可通过外加电压互感器及设定电压变比测量较高电压
Ø电流量程：
基本量程0～5A，可通过外加电流互感器及设电流变比测量较大电流
Ø信号处理：
16位A/D转换，6通道，每通道均以4KHz速率同步交流采样，模块实时数据为1秒的真有效值（每秒刷新1次）
Ø输出接口：
RS-485、RS-232
Ø通讯协议：
ASCII命令集、MODBUS-RTU、MODBUS-ASCII协议
Ø供电电源：
+10V～+30VDC
技术参数：
EX8-33-I其主要的功能与技术指标如下：
Ø输入信号：
●三相交流50/60Hz电压、电流；输入频率：
45～75Hz；
●电压量程（相电压）：
10V、60V、100V、250V、500V等可选；
●电流量程：
1A、5A、10A、20A等可选；
●信号处理：
16位A/D转换，6通道，每通道均以4KHz速率同步交流采样，模块实时数据（频率F除外）的更新周期可设置（40mS～1000mS，每步为10mS）；
●过载能力：
1.4倍量程输入可正确测量；瞬间（<10周波）电流5倍，电压3倍量程不损坏；
Ø通讯输出：
●输出数据：
三相相电压Ua、Ub、Uc；三相电流Ia、Ib、Ic；有功功率P、无功功率Q、视在功率S、功率因数PF；各单相（A、B、C）的有功功率；正向有功电度、反向有功电度参数；
●输出接口：
RS-485接口，二线制，±15KVESD保护；或RS-232接口，±2KVESD保护。
●通讯规约：
标准MODBUS-RTU通讯规约；
●数据格式：
可设置；10位，1位起始位0，8位数据位，1位停止位1；或11位，为奇、偶或无校验可软件设置；
●通讯速率（Bps）：
1200、2400、4800、9600、19.2K，可设置；
Ø测量精度：
电压、电流等优于0.2％，其它电量优于0.5％；
Ø参数设定：
模块地址、波特率、电量底数、报警参数等均可通过通讯接口设定；
Ø模块供电电源：
DC+5V±5%、DC+8～30V、AC220（100）V可选其一；功耗：
＜0.5W；
●+5V供电，消耗电流小于50mA，输入纹波应小于100mV，输入电压5V±5%；
●+8～30V供电，消耗电流小于50mA，最高输入电压不得超过+35V；
●交流电源供电（50HZ），输入电压为AC85V～265V；
Ø隔离：
1000V，电流输入、电压输入、AC电源输入、继电器输出触点、通讯接口输出之间均相互隔离，通讯接口、直流电源、电能脉冲输出、开关量输入、模拟量输出之间共地GND；
Ø工作环境：
工作温度：
-20～70℃；存储温度：
-40～85℃；相对湿度≤90%不结露，86～106kPa，无腐蚀气体场所；
Ø外型尺寸：
122*69*73mm；安装方式：
DIN导轨卡装；
4.4.3配电开关监测
对机房内的供配电系统的重要配电开关进行实时监测。
在配电柜中安装一个配电开关监测模块，将模块的数据线与监控主机相连，每一个配电开关监测模块可以监测8路配电开关和6路防雷器的状态。
配电开关监测模块选用D86开关量采集器，D86开关量采集器集开关量转换模块和开关量采集模块于一体,处理八路电压转换为开关量并采集，同时提供六个干接点给用户使用，广泛应用于机房监控系统，大大减轻维护人员的工作量。
产品特点：
Ø采用可插拔端子，便于安装维护
Ø集转换和采集于一体，降低成本，简化安装和提高可靠性
Ø提供六个干接点，用于消防
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