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考虑机房规划的系统整合 以ATEN宏正eco Sensors DCIM解决方案为例
新闻来源于:fzhfy 发表于:2014-3-3 11:27:16 浏览3645次

 一、前言 

企业的数据机房无论是提供对外客户的服务或是对内的服务,其整体信息系统的稳定性对于服务品质来说具有举足轻重的作用。一个完整的数据机房由许多次系统和子系统所组成,如何确保这些系统有效的运作,便依赖着环境监控系统(EMS,Environmental Management System),以下简称环控系统。由于环控系统早期的发展受限于技术与观念,所以其多着重于监视,而现在除了监视外更着重于控制。一个完整的系统就是要提供必要的监控能力(监视与控制),以有效的管理机房内各次系统和子系统的运作,并提供一个稳定、安全的环境供信息系统运转。ATEN宏正的全球基础设施服务(GIS,Global Infrastructure Service)针对各种机房需求提供整体的规划服务,系统涵盖有电力、空调、消防、门禁安全、照明及信息设备的管理,可以有效提升数据机房的电力、空调、空间使用效率,以增加IDC托管机房的营运竞争力,或是有效控制企业自有机房的管理成本。ATEN宏正的eco Sensors绿色机房解决方案,以DCIM为主轴,以开放的架构,可有效整合不同系统,提升管理的效率。 

二、机房系统整合的架构介绍 

机房环控系统的基础是自动化控制系统,而自动化控制系统的发展源自于军事与工业自动化的需求,在设施管理上亦衍生了智能型大楼的应用。目前大楼或建筑物的中央监控系统已成为标准设施,而机房的环境监控系统的观念与技术,又是承袭中央监控系统而来。过去由于技术门槛与建置成本的关系,一般中小型机房普遍缺少环控系统的建立,然而随着科技的进步与标准的制定,逐步降低了环控系统的建置门坎,且因为网络型环控系统的诞生与相关设备的支持,让信息人员及机房的运维人员可以更轻易的架设系统。因此环控系统就从一套独立运作的系统,转而可以整合到信息人员所熟悉的信息架构中。 

以下就针对不同的系统面,来说明机房环控系统的演进: 

1、设备连接方式 

早期的环控系统,普遍采用干接点的方式来连接设备,但是以此方式所能监控的组态不多,因此演变出通过串口(RS232、RS485、 RS422)的方式来连接设备,进而可以监控更多的系统组态。但是串口在设备的整合与连接上仍有数量及性能限制,故连接方式又发展出网络连接,相关连接协议也开始以网络协议为主,例如Modbus TCP、BACNet 、SNMP。Modbus TCP可让传统的Modbus讯号运行在现行普遍的TCP网络的方式,而SNMP(Simple Network Management Protocol)则是一个标准的网络管理协议,是特别为了信息设备的管理所发展出来的,目前机房内的网络型环控设备大多支持此协议,且渐渐取代了传统的连接沟通方式,但仍有许多机电设备仍不支持此协议,所以传统的干接点、串口连接方式还是会普遍存在。 

ATEN宏正的EC2004 Energy Box节能盒及Energy PDU可支持干接点输入、串口及SNMP协议,以利系统的整合。 

2、控制方式 

早期的设备多是通过继电器(Relay)来运作,后来演变为通过DDC(Direct Digital Controller ) 或可程序逻辑控制器( P L C , Programmable Logic Controller)来运作。通过PLC的导入,让整个自 动化控制出现了重大改变,在逻辑判断上可以更多元化,系统架构更 精简,成本也可以更低,并更具弹性。 

3、管理接口 

在管理讯息的呈现方式上,最早是通过灯号面板与开关式的控制接口,随着信息科技的演进,才整合成图型化的系统接口,也就是SCADA/HMI(Supervisory Control And Data Acquisition/Human Machine Interface)即俗称图控接口。这样的接口又延伸出数字仪表板(Dashboard)的概念,可以将信息整合到各类信息系统中呈现,方便管理人员有效掌控所有信息。 

4、架构方式 

以往的系统普遍是集中化的星状架构,随着DDC与PLC的出现,系统已改成以阶层式的主从式架构为主。为了适应如此弹性、复杂的架构,尤其自动化控制设备往往由不同的厂商所供应,如何整合不同设备甚至是不同平台,是非常大的挑战,因此业界就发展出了OPC(OLE for Process Control)的工业标准,藉由统一的OPC Server提供不同设备与系统的沟通与数据交换平台,大幅简化了系统整合的程序,而用户端藉由SCADA系统与OPC Server,整合所有信息与状态的呈现。ATEN宏正eco Sensors 本身支持 OPC标准,以便整合更多的子系统。 

三、机房系统整合 

1、电力系统 

· 大楼中控监控:包括有市电监视、紧急发电机监控、ATS监控、油位状态监视、紧急电力切换自动化控制。 

· 机房环控监控:分电盘监视、市电监视、UPS监控、电力回路监视、机架式PDU监控、电力启停群组自动化控制。 

· 中控与环控整合:环控系统在图控接口上可以监视中控系统中,每个与机房有关的电力组态。 

电力回路配置上,每个机柜皆有两个独立回路,每一个回路接有一个独立的PDU,PDU可通过网管切换式(Switch PDU),通过网络可控制每个插座的开关,监控整支PDU、回路、插座的负载,也可通过排程来控制每个插座的开关延迟时间,尤其信息系统的开关上有其顺序性,不正确的开关机顺序将导致信息服务异常。将不同类型的设备分组,并设定不同的延迟时间,配合Switch PDU,可以更细腻的自动化控制设备,也可以更精确的监控机房内每个机柜的负载。

2、空调系统 

· 大楼中控监控:冰水机监控、帮浦监控、板式热交换监控、冷却水塔监控、冰水监控、外气环境监视、冰机切换自动化控制、冷却水节能自动化控制。 

· 机房环控监控:送风机监控、冰水监控、漏水侦测、环境监控、外气环境监视、风机控制、风门控制、外气节能自动化控制、热通道封闭控制。 

· 中控与环控整合:环控系统在图控接口上可以监视中控系统中,每个与机房有关的空调组态,中控系统于图控接口上可以监视机房环控的空调组态。 

在空调节能设计上有两个特色,分别为:(1)外气节能,(2)冷却水节能。这两个节能系统都是藉由冬天时户外温度比机房所需的环境温度还低的情况,利用自然条件来冷却机房。外气节能为直接引进适当温、湿度的户外空气来冷却机房,冷却水节能则利用特定温度条件下,通过板式热交换器,直接将冷却水与冰水做热交换来冷却机房,以减少冰水机的使用。在传统的冰水机上亦有两套异质的系统来交替运作,一套为水冷式冰水机,一套为气冷式冰水机,故机房是传统空调系统搭配上述两套节能系统来维持运作,在系统的逻辑判断与自动化上较其它机房复杂,系统运维参数也经过数次的调校并配合气候才得以确定。 

机房内每一设备机柜皆有独立的温、湿度监控。每排机柜、每台机柜式空调机皆有出风、回风温度及风速的监视,冰水流速、温度也受到监视,机房内冰水管道亦有落水侦测带。通过上述监视,配合eco Sensors甚至可以模拟并评估单一空调机失败的影响,如此将可更精确调整空调系统,以做更有效率的应用与运作。为了达到最佳的节能效果,机房充分落实了冷热通道的分隔,主要区域皆以热通道封闭方式来处理,如此在节能上可以获得良好的效果。但是若遭遇空调系统失败时,因为热通道封闭的原因,热聚效应会非常明显且快速,如此容易在短时间内导致信息设备热当机。为了解决此问题,在设计上分别采用了主、被动方式来因应,即在环境温度上升到一定条件时,机房内的消防排气与排烟风机将被启动,强制引进外气来冷却机房,以维持机房的运作,并降低可能的风险。 

3、消防系统 

· 大楼中控监控:烟雾感知监视、消防广播报警系统。 

· 机房环控监控:烟雾感知监视、气体消防监控、排气与排烟系统控制、风门控制。 

· 中控与环控整合:中控系统于图控接口上可以监视机房的消防组态。 

以惰性气体作为机房的消防系统,系统本身为模块化设备,有独立的自我运作逻辑,在机房的环控系统上也仅监视消防系统的运作组态,不介入消防系统运作的独立性。但由于机房有外气节能系统,风机与风门会在特定运作条件下开启,很有可能会产生冲突,进而导致消防系统失去设计效用,故在相关的连动逻辑上环控系统必须配合做额外判断,避免运作上的冲突。虽然机房是自设的独立消防,但是消防事件属于特定重大事件,需与大楼整体消防系统连动,故与大楼中控系统的整合上也需特别处理。 

为了验证排气、排烟风机的可靠性,设计上每隔10天系统会自动于 清晨启动为排气、排烟模式,测试相关设备连动的可靠性,同时连带为机房强制换气,藉以维持机房的空气质量。 

4、门禁与影像监视系统 

· 机房环控监控:烟雾感测监视、气体消防监控、排气、排烟系统控制、风门控制。 

在门禁系统与影像监视系统的设计上,将机房系统与大楼系统完全独立,分属两套系统。与其它系统不同的是,中控室完全无法监视相关组态,因为机房是公司最重要的核心区域,而门禁与影像监视系统又太过敏感,不适合交由中控室人员来监控。 

门禁上机房与大楼使用相同的门禁卡,但是系统独立,且在机房主要 出入口辅以生物识别门禁机来强化身分的不可否认性,同时在影像监视上以录像监视与事件监视两套系统互为辅助,并选择性的仅将事件监视整合到环控系统中,门禁系统与录像监视则另外独立,如此设计的主要原因是为了强化系统安全性。 

5、整体环控与图控系统 

机房使用的是以SNMP协议为主体的eco Sensors管理系统,架构上就如同一般的软件包,安装及设定简便,就图控接口的设定与SNMP环控设备的连接上,信息人员皆可借助于手册独立完成,这较传统的环控系统在安装建置上有着相当的改差。而在传统环控设备连接上,仍需使用PLC的桥接与整合。eco Sensors系统除了传统的各类系统整合监控外,更进一步落实到机房的状态管理,包含设备资产状态,设备位置、空间配置与利用率等。通过ATEN宏正的KVM产品,更可有效的管理机房内的服务器,机房内的每一设备数据皆加以详实记载,包含设备尺寸、功耗、重量、厂牌、型号及序号等,网络设备甚至连MAC地址都加以记录。通过详细的记录,每一个机柜的电力负载、空间使用率甚至重量配置都可以加以监控,在设备的管理上也更加方便,且通过图形化的接口,提供更直觉的对应,更方便的管理。 

eco Sensors系统可针对不同等级、类别的异常事件,设定不同的政策,依照事件的严重程度通知不同层级的人员,也可分别定义不同的处置流程与方式,藉由更细腻的方法让管理更有效率。 

6、eco Sensors系统与大楼中控整合 

在eco Sensors系统与大楼中控系统的整合上,通过SCADA 开放式协议,与BMS进行信息的交换。 

机房之eco Sensors系统与大楼之中央监控系统整合,系由eco Sensors系统端以 Ethernet 连接至网络交换机取得监控工作站IP地址, 分别从监控工作站的实时数据库中取得与机房环控系统有关之其它楼层的 PLC 数据。 

机房的eco Sensors系统与中控系统在权限设计上互不涵盖,环控系统仅撷取必要的中控信息加以监视,而无法控制。环控系统也选择性的开放接口给监控设备供中控系统监视,在作业程序上也与中控室订定标准的程序与紧急应变方案,藉以确保机房的妥善运作。 

四、总结 

ATEN宏正eco Sensors DCIM管理系统,以开放式的架构,易于和各子系统连接,搭配ATEN宏正PDU、Energy Box、KVM产品,可更有效的掌控机房的信息设备及基础设施。 

DCIM已被普遍承认是现代数据中心管理的一个重要课题,但仍存有一些似是而非的观念,认为要做DCIM管理需要耗费相当大的投资在软、硬设备上。实际上,通过适当的规划,以ATEN的机房管理软件eco Sensors来搭配eco PDU或是Energy Box,可以用非常小的投资来达成有效的电力、空调、冷热点及空间资产管理。这样一套系统,除了可以提升基础设施管理的效率外,更可提高机房的安全性及可靠度,并可以提供实时的相关信息,更可针对未来的需求做出模拟及决策建议。ATEN DCIM解决方案不只对IDC 大型机房有效,对于一般企业的中小型机房一样适用,对于有DCIM需求的数据中心,是不可错过的一个解决方案。


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