机房监控技术方案书.docx
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机房监控技术方案书
机房环境监控系统工程
建设技术方案书
深圳市茂讯科技有限公司
2011年8月2日
一、前言
随着计算机技术的发展和普及，计算机系统数量与日俱增，其配套的环境设备也日益增多，计算机房已成为各大单位的重要组成部分，因此机房的环境设备或子系统（如供配电、UPS、空调、消防、漏水、温湿度、保安系统等）必须时时刻刻为计算机系统提供正常的运行环境。
一旦机房环境设备出现故障，就会影响到计算机系统的运行，对数据传输、存储以及整个系统运行的可靠性构成威胁，若事故严重又没有得到及时的处理，就可能损坏硬件设备，造成严重后果。
尤其对于银行，政府，证券，海关，邮局等需要实时交换数据的单位的机房，机房管理显得更为重要，一旦系统发生故障，造成的经济损失更是不可估量。
因此，为了保证机房运行的安全性和稳定性，目前许多机房的管理人员不得不采取24小时专人值班的方式，定时巡查机房各环境设备。
但这样不仅加重了管理人员的负担，而且在很多情况下往往不能及时排除故障，对事故发生时间、频率及原因等也无科学的管理与数据分析。
尤其是目前国内普遍缺乏专业的机房环境设备管理人员，在许多地方的机房不得不安排软件人员或者不太懂机房设备管理的维护人员值班，这对机房的安全运行无疑又是一个不利因素。
正是为了解决上述问题，深圳市茂讯科技有限公司成功地推出了“嵌入式机房场地设备集中监控系统”，实现了对各机房设备的统一监控与管理，极大地减轻了机房维护人员工作负担，同时又大大提高了整个系统的运行可靠性、稳定性和兼容性、可扩性，实现了机房的科学管理，真正使“无人值守”机房成为现实。
本着建立一个安全、实用、先进的机房监控网络的原则，在以下部分我们将结合机房的实际情况，对设计方案加以论的实际情况，增对实际要求，我们设计了一套集中监控系统方案，具体监控内容包括配电监测系统、重要线路的开关状态、发电机监控子系统、UPS监控系统、精密空调监控子系统、温湿度监控、漏水监控、消防监测、新风监控子系统、门禁管理子系统及集成其它子系统等。
1.1需求分析
按照技术文件的要求，机房集中监控设备及环境监控系统所涉及的监控区域，由监控中心服务器对该区域监控系统进行统一的管理，并能够通过客户端和WEB浏览器，使获得授权的相关管理人员通过网络对各个楼层内的嵌入式服务器或者整个监控系统的运行状况进行管理，所有数据均以非常友好的人机界面显示在监控中心服务器上；系统建立可以扩充的整体平台；能够实现子系统之间的联动；实现电话语音报警、手机短信等各种报警；并且在满足现有需求的同时，方便地满足今后系统扩容的需求。
应用本系统，在本工程中要实现对于动力环境部分：
UPS监测系统、供配电监测系统、温湿度监测系统、精密空调监测系统、漏水检测系统、门禁状态监控系统、消防系统以及视频的监控和管理。
具体监控设备的数量如下：
监控设备名称
监控数量
备注
机房区域
UPS
4台
监控UPS运行参数及状态
精密空调
8台
监控空调运行参数及状态
配电柜
12台
输入电量参数监控
门禁
1套
门禁记录及门状态
温湿度
16组
环境温湿度
漏水检测
3套
机房空调地面漏水情况
消防
1套
检测消防状态
开关量监控
8*12路/配电柜
线路通断情况
视频
暂定16路
机房视频监控
通过机房环境监控系统的建设，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技术依据
（1）《通信电源、机房空调集中监控管理系统技术要求》
（2）《电源集中监控技术规范》
（3）《电源集中监控工程设计规范》
（4）《电源集中监控工程验收规范》
（5）《计算机场地安全要求》GB/T9361-1988
（6）《计算机站场地技术条件》GB2887-89
（7）《工业企业通信接地设计规范》GBJ79-85
（8）《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94
1.3设计原则
MX2000机房智能监控系统严格按照机房建设有关技术防范的规定建设实施，采用高标准的监控系统设计原则。
（1）技术先进性：
监控设备均选用国际技术最新的专业厂家产品，软硬件均为模块化结构，电气隔离。
采用RS232/485、SNMP和TCP/IP接口，符合国际最新潮流。
（2）系统实时性：
系统采用先进的多线程轮询技术，根据所监控设备的多少自动分配线程，实现负载均衡。
机房监控所有设备的通讯间隔控制在5秒钟之内，敏感设备数据刷新能力在1秒以内。
每个监控单元均可实时处理和存储监控数据。
（3）系统可靠性：
系统的硬件和软件均采用技术成熟的产品，各模块间互相独立，互不干扰，并具有热插拔和主设备倒换功能，在设备更换时不影响整个系统的正常工作，保障系统全天候正常运行；系统的局部故障不影响整个监控系统的正常工作。
（4）系统开放性：
监控系统预留多种对外接口，能向上级集中监控平台提供监控软件的所有监控数据及报警信息，其中数据接口包括TCP/IP接口、SNMP协议接口、OPC接口以及XML接口等。
（5）系统可扩展性：
系统的建设采用模块化结构，具有灵活的多级组网功能，模块化结构有利于扩容与扩展，扩展成本低廉。
（6）系统易维护性：
软件系统中文化，操作简单方便，日常维护时间少，所有的监控内容均在一个软件平台中察看，具有统一的监控界面，并能在监控中心实现所有机房的远程集中管理、维护及升级。
二、集中监控系统设计
根据楼层和具体设备分布设置集中监控服务器，在各层设计安装嵌入式监控主机，安装在机房内机柜上。
通过网络汇总至监控室，通过统一平台获得系统所有数据参数实现远程统一管理，在大屏幕上显示各监控对象的参数及状态。
集中监控服务器采用性能优良的嵌入式监控主机。
整个监控系统统一使用UPS电源，以保证市电停电时系统也能正常运行。
集中监控系统基本配置：
监控系统采用嵌入式监控服务器与各种监控设备进行通讯。
所有扩展单元均采用性能优越的8000系列。
采用先进的MX2000监控系统软件。
监控中心配置：
监控中心采用先进可靠的工控主机服务器，我们根据技术本身的可行性提供了监控服务器的双机备份功能。
为监控中心系统在针对机房环境有所要求的应用中提供高稳定性的冗余数据采集和监控系统。
集中监控内容包括以下部分：
配电监测子系统、UPS监测子系统、精密空调监控子系统、漏水检测子系统、温湿度监测子系统、消防监测子系统、门禁管理子系统、视频监控子系统及集成其他系统。
下面介绍各个子系统的建设方案。
2.1配电监测子系统
监控对象：
高压配电柜、变压器后端配电柜、低压配电柜、UPS后端配电柜、列头柜，各主要开关状态、主开关柜的输出电压、电流。
监控实现：
在机房配电柜上的总进线处安装电量监测仪。
其中电流监测用电流互感器变换后再由电量仪测量。
电量监测仪自带RS-485通讯接口，可以直接与多串口扩展单元连接。
用智能电量传感器连接重要开关输出，监测其电压、电流、开关状态，经多串口扩展单元传给监控服务器进行显示、报警。
监控性能：
实时显示并保存各配电柜总进线的各监测参数的数值。
设定电压、电流的上限值与下限值，当监测的电压或电流超过设定的允许值时，系统诊断为有故障（报警）事件发生，监控主系统发出报警。
此外，针对服务器配电柜各路开关的输出电流作实时监控显示，以作为调整平衡负载的依据，优化配电运行，确保配电的正常稳定供应。
监控内容：
实时参数：
实时监测两个配电柜主进线的相电压、相电流、相功率、频率、功率因素等。
各路开关：
监测服务器配电柜各路开关的输出电压、电流、状态。
监控参数列表：
参数
监控指标
变化率
报警范围
说明
3相相电压监测
220V
+15%
>=253V
<=187V
3相线电压检测
380V
+15%
>=437V
<=323V
3相电流监测
--
根据实际情况有差异
3相功率监测
--
根据实际情况有差异
3相功率因素监测
--
根据实际情况有差异
频率监测
50Hz
+3%
>=52Hz
<=48Hz
21路开关状态监测
--
停电报警监测
--
依协议进行
监控示意图：
图2.1配电柜监控电量参数示意图
图2.2配电柜监控开关状态示意图
2.2UPS监测子系统
监控对象：
机房的UPS。
监控实现：
UPS支持RS232/485或SNMP协议通信接口，UPS的RS232/485通讯接口通过多串口扩展单元接入监控服务器。
采集到UPS各种运行数据及状态信息，经过处理后的数据发布到对外数据接口，集中监控平台或监控客户端直接读取监控服务器对外数据接口的数据，实现UPS的在线实时监控。
系统采用模块化结构，后期增加UPS时只需添加相应设备即可，整体无需做任何改动。
监控性能：
实时显示并保存各UPS通讯协议所提供的能远程监测的运行参数和各部件状态。
实时判断UPS的部件是否发生报警，当UPS的某部件发生故障或越限时，嵌入式监控服务器系统发出报警。
监控内容：
A、模拟量:
输入相电压，输出相电压，旁路相电压，输入相电流，输出相电流，旁路相电流，电池电压，电池电流，输出频率，系统负载，电池充电程度，电池后备时间等。
B、数字量:
输入电压越限，输出电压越限，输出频率越限，过载，电池工作模式，旁路工作模式，电池电压高，电池电压低，系统报警，整流器报警，逆变器报警，系统关机，旁路电压超限等。
注意：
UPS监测的内容需根据UPS所提供的协议而略有变化，上面的内容只作参考。
根据用户要求实现UPS控制功能。
监控参数列表：
参数
标准参数
报警范围
说明
线电压
380V
厂家设置
依协议进行
相电压
220V
厂家设置
依协议进行
电流
--
--
根据实际情况有差异
有功功率
--
--
根据实际情况有差异
无功功率
--
--
根据实际情况有差异
功率因素
--
--
根据实际情况有差异
频率
50Hz
厂家设置
依协议进行
电池参数
--
--
根据电池数量有差异
后备时间
--
厂家设置
根据电池数量有差异
报警信息
--
--
依协议进行
监控示意图：
在下图中，实时参数以具体数值显示；工作状态以LED图标显示，绿色表示该状态启动，灰色表示该状态没有启动；报警信息以LED图标显示，红色表示报警状态，绿色表示正常状态。
图2.3UPS监控参数表示意图
图2.4UPS监控报警参数示意图
2.3UPS电池监控子系统
监控对象：
UPS的配套电池。
监控实现：
利用电池监测仪，采集每节电池的电压及电池总电压；在电池总进线及输出端安装直流电流传感器，实时监测电池组的总输入和输出电流；通过安装电池表面温度传感器，实时监测电池组的温度。
监控性能：
实时监测各节电池的电压和电池组电流等参数，当电池电压不正常或电池需要更换时能给出相应的提示信息和报警。
监控内容：
各节电池电压，各电池组总电压，总电流及电池温度等。
监控参数列表：
参数
标准参数
报警范围
说明
各节电池电压
--
厂家设置
根据电池数量有差异
总电压
--
厂家设置
根据电池数量有差异
总电流
--
厂家设置
根据电池数量有差异
电池温度
10-30℃
--
根据实际情况有差异
后备时间
--
厂家设置
根据电池数量有差异
报警信息
--
--
依协议进行
监控示意图：
图2.5UPS电池监控参数示意图
2.4精密空调监控子系统
监控对象：
机房所有精密空调。
监控实现：
精密空调提供RS232/485通讯接口，分别通过多串口扩展单元接入监控服务器，对精密空调运行状态进行在线实时采集监控。
系统采用模块化结构，后期增加精密空调时只需添加相应软硬件模块即可，无需对系统进行改动。
监控性能：
监测精密空调运行状态，用图形和颜色变化来显示空调的工作情况，故障时进行报警。
能够实现空调的制冷器运行状态、压缩机高压故障、过滤网阻塞等的监测与报警。
可以通过本监控系统在远端监控室内控制空调机的启、停，及改变温度与湿度的设定值。
此外，能够实时显示并保存各空调通讯协议所提供的能远程监测的运行参数、各部件状态及报警情况。
监控内容：
A、监测量：
回风温度、回风湿度、回风温度上限、回风湿度上限、回风温度下限、回风湿度下限、温度设定值、湿度设定值、空调运行状态、压缩机运行时间、乙二醇运行时间、加热百分比、制冷百分比、加热器运行状态、制冷器运行状态、除湿器运行状态、加湿器运行状态、温湿度变化曲线图、压缩机高压报警、压缩机低压报警、空调漏水报警、温湿度过高报警、温湿度过低报警、加湿器故障报警、主风扇过载报警、加湿器缺水报警、滤网堵塞报警等。
B、控制量：
空调的远程开机、关机。
空调的温、湿度的远程设定。
空调的所有监测与控制部份的具体情况可依据空调厂家提供的通讯协议略有变化。
监控参数列表：
参数
标准参数
报警范围
说明
回风温度
--
厂家设置
根据实际情况有差异
回风温度上限/下限
--
厂家设置
温度设定值
15-25℃
根据实际情况有差异
温度
--
根据实际情况有差异
回风湿度
--
厂家设置
根据实际情况有差异
回风湿度上限/下限
--
厂家设置
湿度设定值
35-65%
根据实际情况有差异
湿度
--
根据实际情况有差异
压缩机运行状态
--
加热器运行状态
--
制冷器运行状态
--
除湿/加湿器运行状态
--
开机状态
--
关机状态
--
来电自启
--
监控示意图：
图2.5精密空调监控示意图
2.5测漏监测子系统
监控对象：
各层空调机房内精密空调下方及其水道。
按空调分布进行监测。
其中每层机房内各使用一套。
监控实现：
采用TTSIM-1A型定位式漏水监测控制器，根据现场实际需求，选择相应的漏水感应绳，分别围绕精密空调一圈，达到实时检测每一处可能产生漏水的地方。
在总控中心窗户周围布漏水感应绳，实时监测水源。
漏水监测控制器通过RS-485总线直接连接到多串口扩展单元。
监控性能：
以电子地图方式实时显示并记录漏水线缆感应到的漏水状态、漏水位置及漏水控制器的状态。
当空调或其沿线水管漏水时，监控主系统发出报警，并有相应的图示和文本框显示漏水发生的位置。
漏水监测理论误差小于0.5米。
监控内容：
实时检测并记录漏水报警变化情况。
如下图所示，在漏水监测系统中所监控漏水感应线的状态以线条和图标的形式显示。
一旦有漏水发生，所对应位置的线条会立即变成红色，并以文本方式显示相应的漏水地点。
线条正常情况下是绿色的。
监控参数列表：
参数
监控指标
说明
漏水位置
漏水报警
监控示意图：
图2.6机房漏水监测示意图
2.6温湿度监测子系统
监控对象：
机房内各个区域的绝对温度和相对湿度。
监控实现：
在机房内的重要区域及重要机柜内安装温湿度传感器，其输出数据信息通过多串口扩展单元接入监控服务器进行处理。
监控性能：
以电子地图方式实时显示并记录每个温湿度传感器所检测到的室内温度与湿度的数值，显示短时间段内的变化情况曲线图。
并可设定每个温湿度传感器的温度与湿度的上限与下限值。
当任意一个温湿度传感器检测到的数据超过设定的上限或下限时，监控主系统发出报警。
监控内容：
由温湿度传感器采集各机房内的信号，实时显示温度信号、湿度信号。
监控参数列表：
参数
标准参数
变化率
报警值
说明
温度值
A 级 5-35℃
B 级 5-35℃
+5℃
>=35℃
<=5℃
湿度值
A 级40%-70%B 级 20%-80%
+10%
>=85%
<=10%
监控示意图：
图2.7温湿度监控示意图
2.7门禁管理子系统
监控对象：
对机房内各主要进出通道实施门禁进出管理。
监控实现：
门禁采用SYRIS的NT4门禁控制器和SYRIS非接触式感应卡读卡器。
监控系统用RS-485总线与门禁控制器通讯，读取其资料，包括刷卡者ID、时间、门编号和方向等。
如有必要，还可以进行开门控制。
对二楼数据中心的通信机房安装双向刷卡管理。
门状态由门磁输出开关量给I-87051模块采集。
当门打开时，门的图标是一个打开的门，反之是一个关闭的门。
监控性能：
采用非接触式感应卡方式的，实现对机房主要通道的人员控制并记录。
每人一张卡，通过卡管理系统授权，进入不同区域。
记录并显示从各门禁入口的进出门管理资料及门的开关状态。
当有人员刷卡进门时，系统立刻弹出相应的门禁记录管理窗口，同时可将相应持卡人的照片与管理资料一并弹出（按出门按钮出门时可不显示出门资料）。
在进出门资料中，显示持卡者的进门时间、卡编号、持卡者的姓名、所属部门以及所进、出门的名称。
能实现远程开门，并有门开超时报警等。
监控内容：
实时对各门禁读卡器所读到的数据记录并显示在门禁管理资料中，并可实时监视各门的开关状态。
监控参数列表：
参数
标准参数
报警范围
说明
门开关状态
--
--
门进出资料
--
--
报警信息
--
--
依协议进行
监控示意图：
图2.8门禁管理监控示意图
门禁远程集中管理功能
实现多个机房门禁的远程集中统一管理，每个机房可使用多个门禁控制器，所有门禁控制器通过计算机网络连接在监控中心，监控中心的集中管理功能如下：
进出资料统一管理：
记录每张进出门卡在各个机房门的刷卡情况，在进出资料管理一览表中，可浏览到每个机房的详细刷卡情况，包括进出门的时间、机房名称、门名、姓名、所在部门及进门权限等。
门禁控制器统一管理：
在控制器设置界面对全部联网门禁控制器进行集中设置，根据每个门禁控制器实际使用情况，启用或关闭门禁通道。
进出门卡授权统一管理：
在多个机房门禁系统中采用一卡通授权管理，在监控中心可设定任何一张进出门卡在各个机房的进出权限。
除此之外，还可进行门卡远程挂失、删除、及时避免门卡丢失造成的损失。
进出门卡信息查询：
查询各张进出门卡在每个机房的进出门权限，查询各个机房已授权的进出门卡。
集中管理界面：
2.8消防监测子系统
监控对象：
机房消防监控系统。
监控实现：
通过消防厂家提供的通信接口或接点信号，如果能够提供通讯接口，则消防主机可直接接入多串口扩展单元，如是接点信号，则需要通过一个DI扩展单元对接点信号进行采集后才可与监控服务器进行通讯。
同时将消防输出信号接入门禁系统，实现消防联动。
监控性能：
实时显示并保存消防主机通讯协议所提供的能远程监测的运行参数、各部件状态及报警情况。
监控内容：
监控各区消防报警状态、消防主机的状态。
系统检测消防主机的信号，即时显示消防系统状态。
监控参数列表：
参数
监控指标
说明
消防报警
--
监控示意图：
图2.9消防监测示意图
2.9新风排风监控子系统
监控对象：
机房里的新风机排风机。
监控实现：
通过一个DI扩展单元对新风机/排风机接点信号进行采集后才可与监控服务器进行通讯,由软件识别其工作状态,同时可以实现远程启动或者关闭新风机/排风机。
监控性能：
实时显示并保存新风机/排风机通讯状态,提供的能远程启停。
图2.9新风机监控示意图
2.10视频监测子系统
监控对象：
机房视频监控系统。
监控实现：
采用嵌入式硬盘录像机，联网的嵌入式硬盘录像机可指定在监控画面的某一通道上显示，可分成多个页面，通过翻屏切换实现监控画面浏览。
监控性能：
本系统结合IT领域各项最新技术，如视音频压缩/解压缩、大容量硬盘记录、TCP/IP网络等技术，代码固化在FLASH中，使得系统运行更稳定。
监控内容：
实时显示各个重要监控区域的监控图像，以定时录像、手动录像、移动侦测录像等方式保持录像资料；通过开关量报警信号的输入实现和其他安防系统的联动录像。
监控参数列表：
参数
监控指标
说明
移动侦测录像
H.264标准
每秒25帧
硬盘满自动覆盖
--
图2.10视频监测示意图
2.10其他子系统接入
本系统支持TCP/IP、SNMP、RS232/422/485、开关量、模拟量、OPC网关等多种接口系统的无缝接入，只要用户提供以上接口中的一种和配套的通讯协议，系统即可无缝接入相应子系统。
实现统一管理控制。
2.11红外人体检测子系统
采用红外双监探头，检测是否有人体入侵。
当系统检测到有人体入侵时，和视频录像联动，记录人体入侵情况。
三、能效管理系统能效管理系统
随着现代数据中心的飞速发展，规模越来越大，数据中心电力使用效率成为了绿色数据中心比较重要的一个衡量指标。
传统的手工抄表、甚至凭经验来管理机房，已经难以满足现代化机房的需求。
根据机房数据中心现况，我们通过数据中心配电系统图分析，得出各类设备用电合理的电度数据采集点。
各电度数据采集点直接从环境监控系统上取得电度值。
仅仅知道机房的用电情况是不够的，我们还需要对其进行分析和计算，从而为机房的管理提供更为科学的指导。
如何得到机房的能效水平呢：
国际公认的数据中心电力效率标准——电力使用效率（PUE），该标准由绿色网格联盟（GreenGrid）提出。
数据中心电力效率衡量指标是当前国际上比较通行的衡量校准。
，PUE是一个比率，基准是2，越接近1表明能效水平越好。
此次设计的PUE目的是监测数据中心的总PUE值，楼层PUE值及机房PUE值。
得出PUE值并不是此次设计的主要目的，目的是要根据各PUE值来调节机房能耗，为了能够调节能耗使机房更加节能，根据
公式和各类设备的能耗报表来确定具体调节哪些设备和调节方式。
调节方式有：
增减制冷或通风设备、设备运行时间段调节、气流风向及风量调整等。
计算PUE值需要分类统计能耗值，主要包括：
IT设备能耗、照明设备能耗、制冷设备能耗、其它能耗（地插、门禁等）
系统提供三种PUE相关报表：
PUE报表、设备分类能耗报表、自定义组合报表。
根据PUE报表曲线及设备耗能报表曲线结合分析得到。
能效系统支持对主要设备包括冷水机组能耗、空调能耗、照明设备能耗、IT负载能耗等进行实时查询，可分析各能源消耗的分配情况、负载特性曲线，并提供能耗变化的动态曲线和历史曲线分析，用户可自定义曲线分析条件，选择展示模式有饼状图、柱状图、折线图等方式生成各部分的能耗分析报表。
报表分为日报表、周报表、月报表、年报表等，报表提供两种格式：
电子图表和曲线图形，可导出excel格式文件或者PDF格式文件后保存也可以直接打印。
PUE数据来源根据数据中心配电系统图来分析，得出各类设备用电合理的电度数据采集点。
各电度数据采集点如果已有安装电量仪的，直接从电量仪上取得耗电量；如果没有电量仪通过该配电节点下属的电量仪数据统计得出电度数据。
由于数据中心配电系统可能会改造，线路可能有小变动，如果软件系统按照原始配电系统图来取数据的话，固化软件PUE计算方式就不适合日常运作。
考虑到上述原因，对于上述电度采集的数据采取可配置设计，组合数据以精确PUE值计算。
PUE基本数据耗电量通过环境监控系统接口取得，既整合了资源又
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