武鋼大數據智能數據中心項目——基于工業互聯網技術的數據中心機房一體化監控系統的設計與實現
一、項目概況
1.項目背景
武鋼IDC園區依托于中國寶武鋼鐵集團有限公司，園區內充沛的土地資源、充足的電力和水源的供應，可以為大客戶提供定制化的數據中心機房和大批量的機柜空間，武鋼IDC提供機柜、機房環境、網絡及專業的環境運營服務、設備運行維護服務，可以幫助用戶快速進行信息化的建設和運營。根據中國寶武集團的戰略布局，在現有的武鋼廠區內建設互聯網數據中心機房，并對外提供租賃服務，外部企業可以租用數據中心資源，部署自身的業務系統，并且租用中國寶武集團的人力和技術資源進行數據中心的運行和維護。
2.項目簡介
本項目采用計算機技術、網絡技術、工業互聯網智能控制技術、多媒體技術，數據可視化技術，對各監控子系統信息數據集中監測和管理，并能夠通過客戶端的管理軟件，使獲得授權的相關管理人員通過內部網絡對機房內的監控平臺運行狀況進行管理。實現對于供配電監控系統、環境參數監控系統、樓宇自控系統、安防監控系統、消防報警系統以及監控中心輔助系統的監控和管理。
機房集中監控系統需滿足用戶的實際應用為出發點，兼顧系統的穩定性、可靠性及可擴展性，監控系統軟硬件組成采用多層次結構，通過一體化的軟件平臺進行集成監控，以實現各子系統監控信息的共享與綜合聯動。
監控系統的硬件組成結構采用模塊化、結構化設計，軟件組成結構基于TCP/IP標準網絡協議，采用分布式事務處理方式設計。實現監控網絡、主機、以及各種監控功能的分布式架構，支持多種網絡的接入和互連互動，進行大規模分散機房的集中監控。
各系統通過網絡數據前置采集器，將前端傳感器、智能設備等數據通過串行總線協議、以太網絡協議等通訊方式進行數據采集，將數據上傳給數據處理服務器，對數據進行分析、處理、存儲，數據處理服務器將數據通過端口協議將數據傳給中心管理服務器，由中心管理服務器最終統一管理、告警。
3.項目目標
基于Client/Server架構開發，整個平臺的架構從下到上分為數據采集層、實時/歷史數據處理層、應用展示層，具備集中配置的功能，配置信息保存在集中配置服務器中，分發至所有分布式的SCADA節點和HMI節點。
將監控客戶端引申為HMI節點，即人機交互工作站節點，將監控服務器引申為SCADA節點，即數據采集和處理節點或稱應用服務器。考慮實時監控領域應用規模的不同，本軟件平臺可根據工程需要部署一到多個HMI或SCADA節點，實現高性能、可彈性擴展的分布式系統架構，滿足不同層次用戶的多方面要求。
二、項目實施概況
1.項目總體架構和主要內容
（1）項目總體架構
系統由中央監控大屏幕、監控服務器/客戶端、智能設備/模塊、各類傳感器、協議轉換模塊、信號處理模塊等組成。
（2）軟件平臺架構
應用軟件層面主要為三層架構：
數據采集層：用于數據采集，完成與外部系統之間的數據交換；
實時/歷史數據處理層：用于數據管理和高級應用功能，采用實時數據庫和歷史數據庫技術；
應用展示層：主要用于HMI 功能，數據源于本地采集或中心服務器，在操作員工作站上實現。
（3）主要內容
? 設備的實時/歷史數據展示
實現對IDC機房內監控設備的相關設備信息進行集中展示，用戶可以在畫面中查看設備的重要信息數據；可在組態畫面中查看設備的詳細數據、歷史趨勢圖等動態數據。
通過系統軟件的數據分析和報表服務，可實現每小時、逐日、逐月、逐年設備數據的統計和分析，實現單體數據或總體情況的報表查詢和打印。
? 系統告警
預先設置告警閾值，在監控參數在告警閾值外時，及時給出聲光報警，提醒監控管理人員進行處理。
? 數據采集和壓縮存儲
設備數據采集統一采用寶信數據采集網關，將各類監控子系統的監控數據進行采集、預處理和編碼上傳。通過高性能實時數據庫與數據采集網關的無縫對接，實現原始設備海量數據的實時采集和壓縮存儲。
? 系統數據外聯
數據外聯支持如下2種方式：
產品本身對外提供SDK接口，通過SDK進行二次封裝，實現基于TCP協議的數據交互接口。
根據雙方約定的私有協議進行定制化開發，實現遠程數據上傳的功能。
2.具體應用場景
本系統的監控范圍包括：供配電系統（高低壓供電監視、應急電源系統監視）、機房環境監測（溫濕度、漏水）、暖通系統（制冷系統、精密空調系統、送排風系統）、水處理系統、安全防范監控子系統、視頻監控子系統、消防報警系統以及上述子系統重要監控參數的上傳。
（1）供配電系統監測
對于安裝電量、智能電表等監測儀監測機房配電柜、UPS配電柜、高壓配電柜的供電狀況及參數，通過通訊協議將參數傳輸至監控主機。
一旦供配電系統工作狀態不正常，系統會彈出報警畫面，通過多媒體聲音，告知值班人員。
本系統監視參數主要包括：
中壓開關與低壓開關的狀態監視及故障報警（低壓配電柜&電源列頭柜）
中壓與低壓主母排的電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、視在功率及功率因數測量；
有功電度，無功電度的測量；
變壓器溫度監測及超溫報警；
回路開關的通斷狀況；
備用及應急電源的手動/自動狀態；
防雷器運行狀態；
IT 設備的總功耗，其他用電設備的總功耗及各個能量表的功耗，每個機柜的總電流、總功耗、總電能等。
本系統報警主要包括：
市電停電報警，電壓超高報警，電壓超低報警，頻率超高報警，頻率超低報警，開關斷開報警；
本系統記錄數據的顆粒度：
監控系統應每小時、逐日、逐月、逐年存儲電量儀、智能電表的以下電量數據（平均功率與單位時間內累計用電度數）：輸入數據中心的總電量、IT設備用電量、冷卻系統用電量、其它耗電量、計算PUE值（時均值、日均值、月均值、年均值）。數據記錄應至少存儲五年，記錄的粒度為每小時一次。
（2）不間斷電源系統
通過集成平臺，對機房UPS設備進行統一監控，保證UPS設備在運行時的各種參數可見，保證系統的正常運行。
系統主要監視UPS 及高壓直流系統（電壓，電流，功率因素，諧波率，有功功率、無功功率變化情況負載不平衡，輸入中斷， 電池放電狀態，交流電源失效，逆變器狀態，旁路狀態，報警狀態，電池端電壓，電池 溫度，電池內阻值等）；
UPS監控系統通過網絡方式對分布在底層的UPS（不間斷電源）設備的關鍵參數（如工作狀態、電壓、電流等等），進行集中監測。在外部電力供應發生異常，或者UPS設備狀態異常時，使用明確醒目的文字，以及特殊的聲音信號提示管理人員及時進行處理，以確保電力供應的正常。
（3）ATS監控系統
ATS的運行狀態，實時監視電壓、電源、頻率、有功功率、視在功率、無功功率等參數。
（4）發電機監控系統
實時顯示并保存發電機組的各監測參數的數值，設定電壓、電流的上限值與下限值，當監測的電壓或電流超過設定的允許值時，系統診斷為有故障（報警）事件發生，監控主系統發出報警。
實時監測發電機組所發電的相電壓、相電流、相功率、頻率、功率因素、總功率、油位、啟動電池組電壓、油溫、冷卻劑溫度、水套加熱器，以及柴油發電機的啟停狀態，手自動狀態、遠程本地狀態、故障狀態、輸出電壓、電流、轉速、頻率、功率、油壓、油溫、燃油液位等。
（5）空調監控系統
通過精密空調廠家提供的通訊協議及通訊接口對空調運行狀態及參數進行監控。一旦有故障發生，自動彈出報警畫面，通過多媒體聲音，告之相關人員。
以下描述的系統功能的提供，需要依賴最終子系統的具體設備能力：
監視參數主要包括:
送回風溫度和濕度測量值，送回風溫度和濕度設定值，偏移量、運行狀態，手自動和故障狀態；
壓縮機狀態，風機轉速，水閥開度，供回水溫度、過濾器情況，風機盤管機組的室內溫度測量值；
監視風機、冷凝器、加濕器、去濕器、加熱器的狀態。
控制功能包括：
遠程開機、遠程關機。
報警主要包括：
送風溫度、濕度超限報警。
（6）冷凍站、冷卻塔監控系統
數據采集前置機與冷凍機組、冷卻塔主控器做接口通訊，實現在集中監控平臺上顯示，主要內容如下：
壓縮式制冷機系統和吸收式制冷系統的運行狀態監測、監視、故障報警、啟停程序配置、機組臺數或群控控制狀態、機組運行均衡控制及能耗累計；
蓄冰制冷系統運行狀態顯示、故障報警、制冰與融冰控制、冰庫蓄冰量監測及能耗累計；
冷凍水供、回水溫度、壓力與回水流量、壓力監測、冷凍泵啟停狀態顯示、冷凍泵過載報警、冷凍水進出口溫度、壓力監測；
冷卻水進出口溫度監測、冷卻水泵啟停狀態顯示、冷卻水泵故障報警、冷卻塔風機狀態顯示、冷卻塔風機故障報警。
（7）新風系統
實時監控新風機的運行狀態、風機前后的風壓。
（8）水處理系統
實時監控水處理器、過濾器、定壓補水裝置等設備的運行狀態等。
（9）溫度、濕度監控系統
對計算機等電子設備產生影響的各種因素中，溫濕度的影響是非常重要的。本項目監測對象為所有機房及主配線區（MDA）內冷通道區域與熱通道區域的溫度、濕度以及露點溫度。
溫濕度監控主要功能如下：
監控系統以直觀的畫面實時顯示溫濕度與露點溫度數據；
可以根據需要人工設定溫濕度報警的閾值，包括超低值、低值、高值、超高值，一旦溫濕度達到相應的閾值就會進行越限報警，自動彈出報警畫面，通過多媒體聲音，告之相關人員；
可查詢統計歷史溫濕度與露點溫度，方便進行統計與分析。
（10）機房漏水檢測
檢測空調、冷源系統等是否存在冷凝水滴漏或其他漏水情況。
采集漏水檢測器的檢測狀態，實時監測是否存在漏水，檢測感應線的狀態，在界面上標示感應線漏水感應位置，便于維護人員發現漏水時及時找到漏水點，進行處理。系統同時記錄斷線、漏水的歷史信息，供報表查詢。
通過配置漏水報警，一旦發生漏水監控平臺界面自動彈出報警畫面（以及其他報警方式，如：短信、語音等），同時可以執行相應聯動操作。
記錄斷線、漏水的歷史信息，供報表查詢。
（11）CCTV系統集成
設計監控攝像機圖層，可以通過點擊攝像機圖標，進入該攝像機監控界面，查看視頻圖像。
目前視頻監控系統與視頻矩陣的兼容性強，保證系統的可集成和可擴展性。
視頻監視的主要功能：
實時視頻調看
歷史視頻記錄
歷史視頻查詢/調看
調節畫面圖像；
進行圖像抓拍；
查看抓拍圖片；
視頻輪詢；
提供聯動接口。
（12）門禁監控系統集成
監控集成平臺通過與門禁控制器對接，實現：
實時監控和顯示系統監測門的開關狀態。
記錄刷卡進出的時間、門區及卡號，分類查詢進出門統計資料和報警資料，為事后追溯提供依據。
（13）消防系統集成
本系統與消防系統建立通訊鏈路，且當報警發生時提供顯示和定位，并實時聯動，查看現場視頻攝像頭圖像，對現場火災情況進行遠程核實。在視頻系統與消防系統進行聯動的同時，通過集成平臺的綜合聯動功能，通知各個相關部門和人員，快速處理。
與消防系統的集成功能有：
發生火災和設備故障時報警；
定位火災發生地點；
顯示各種預定義聯動的子系統的內容；
發出聯動信號；
進行跨系統聯動處理；
攝像機、NVR狀態監測與報警。
（14）數據上傳
數據中心的使用單位，需獲取本系統中各子系統的監測參數，雙方約定接口通信協議，進行請求和上傳；
（15）時鐘同步
系統具備與時鐘服務器對時的功能，并且作為系統內的標準時鐘，相各子系統分發。
3.安全及可靠性
（1）高安全性
提供面向監控領域的高性能和高安全性授權系統他可對監控系統中需要授權的各類資源，如變量、聯動動作、視頻攝像頭等進行集中配置和管理，并能在客戶端和服務端實現高性能授權，滿足實時監控的高安全性要求，支持集中分布式授權方式。
（2）高可靠性
系統提供了高性能、完善的冗余機制，通過將兩臺主控服務器組建冗余熱備，在正常狀況下，主備兩臺服務器間保持數據同步；當其中一臺服務器出現異常時，另一臺服務器立即接管所有數據業務和邏輯處理功能。對軟件平臺的異常進行自動判斷并完成切換，具備優異的熱冗余備份切換效果。
三、下一步實施計劃
1.構建企業總控中心集中管控平臺
根據規劃，未來武鋼大數據園區還要建設多個數據中心大樓，我們計劃利用一體化監控指揮平臺的分布式部署的技術，可以在同一監控中心，對數據中心園區的各棟數據中心大樓實現更加靈活的監控和管理。在管理上，可以設置唯一的監控中心，也可以采用總中心/分中心的方案，從而實現企業總控中心（ECC）集中管控。
2.數據中心運營管理平臺的研發
隨著數據中心行業的發展，IDC運營的標準化、體系化、平臺化越來越受到大家的重視，DCOM（Data Center Operation Management），即數據中心運營管理，定位于數據中心資源與運營工作的信息管理，它的作用一方面是維護管理IDC的資源，另一方面是規范運營工作流程，使得IDC運營管理更加規范、高效執行且過程可追溯。研發數據中心運營管理平臺，已提上武鋼大數據的議事日程。
四、項目創新點和實施效果
1.項目先進性及創新點
（1）虛擬化技術的應用
本項目中采用了虛擬化技術，將計算機的實體資源，如服務器CPU、內存、網絡、存儲等資源，予以抽象、轉換后呈現出來，打破實體結構間的不可切割的障礙，使用戶可以比原本的組態更好的方式來應用這些資源。
采用Hyper-V虛擬化軟件，結合Windows Cluster故障群集管理，實現虛機的創建、以及運行時的負載均衡和高可用性，使得服務器資源得到充分利用，系統更加安全和穩定。
（2）自有軟硬件平臺產品的應用
本項目使用了中國寶武旗下寶信軟件自主研發的平臺軟件產品，包括寶信一體化監控指揮平臺iCentroView，寶信高新能實時數據庫軟件iHyperDB，寶信工業通信網關iCentroGate，使得所實現的應用系統穩定性高，性能優越。
? 寶信一體化監控指揮平臺iCentroView
iCentroView一體化監控指揮平臺，是先進可靠、集眾多功能為一體、可靈活配置、實施簡便的綜合指揮平臺，集存儲、監視、控制、報警、聯動、指揮等眾多功能為一體，具有“集中管理、分散控制、全面監控、安全聯動”等特點。產品從技術、設計、開發、維護等各個方面保證系統的先進性，是一體化監控的有力工具。iCentroView平臺提供給用戶豐富的展現方式，包括統一客戶端顯示框架、組態、報表、統計圖、趨勢圖等工具，并支持模塊化開發方法，具有強大的腳本編輯工具可以快速應用于不同業務領域內，搭建出用戶所需的監控平臺。
? 寶信高性能實時數據庫iHyperDB
iHyperDB高性能實時數據庫產品采用高效的事務調度策略實現多線程并發技術，利用工業數據的時序特點進行數據壓縮保證實時性；針對內存、磁盤IO和網絡吞吐的特點，進行多層級數據緩沖，實現了極高的數據IO異步并發存儲性能；采用了獨特的數據安全保護機制，在高速存儲的情況下能夠保證數據安全。
產品可以實現工控數據的采集、存儲、檢索、展示和分析功能，通過基于Web的方式，以多種表現形態（歷史趨勢、柱狀圖、實時數據、表格與報表等）提高后臺海量數據的可視性，為決策者提供最直接的決策依據。
? 寶信工業通信網關iCentroGate
iCentroGate工業通信網關是一款全新的工業數據采集轉發設備，集通訊接口服務器、工控機、工控軟件于一體的智能設備，具有以下功能：
支持多種通訊鏈路，如RS232/422/485、CAN、以太網、WIFI、Zigbee、GPRS/WCDMS/CDMA2000等；
支持采集工業現場的多種工業設備協議，并以多種工業設備協議向其他系統或設備提供數據分發服務。
支持眾多高級的功能特性，如：腳本系統，數據存儲，設備報警，觸發器，遠程同步更新，網管系統等。
基于互聯網的應用開發，交流互動，在線調試，技術支持。
圖形化的操作配置，操作較為人性化。
2.實施效果
武鋼大數據響應《中國制造2025》以及十九大報告中“建設科技強國、網絡強國”號召，在武鋼數據中心建設中勇于創新，勇于實踐，目前已經實現的武鋼數據中心一體化監控平臺，為現場監控管理人員以及管理者提供了監控管理、運營協調的安全穩定、簡捷高效的監控軟件應用系統，提高了數據中心運營水平，提升了數據中心的形象。
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