浅谈模块化数据中心在某煤矿企业中的应用

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 2018011

摘  要：数据中心是主要存放计算机、服务器、交换机、存储器等网络核心设备的高标准机房。这对提升矿井单位网络环境、提高办公效率，节能降耗，提升自动化、信息化水平有很大的促进作用。某煤矿以建设区域中央生产控制指挥中心为契机，数据中心作为建设工程，也随之成功投入使用。

关键词：数据中心；机房； 一体化；

  在高产的现代化煤矿生产中，信息化和智能化水平的提高也显得尤为重要。伴随区域中央生产控制指挥中心的建立，数据中心也随之在某煤矿成功应用。数据中心机房是矿井自动化生产和信息化网络办公的中枢神经，其重要性显而易见。在移动互联网、云计算大力发展的今天，机房作为设备的物理存放、信息载体的汇聚地，其发展的数量和规模迅速扩大，由此产生的能源消耗和运营成本也日益突出。在能源消费日益增长的今天，模块化数据中心备受人们的关注，各种节能技术和能效提升技术也随之出现。所谓模块化数据中心是指，在不同位置区域的各个具有独立功能的模块，通过统一的输入、输出接口，互相关联、组合后形成一个完整的数据中心。为了避免出现大马拉小车等资源浪费现象，以及为满足面向未来快速增长的发展需求，选择一款适合自己企业使用的数据中心 显得格外重要。通过招投标、对比分析、开会讨论等方式，确定某煤矿数据中心建设采用华为技术公司的 IDS 2000 智能微模块数据中心。

  某煤矿数据中心位于某煤矿区域调度楼一层，是全矿井办公自动化等数据和信息计算、交 换、存储的核心区域，具有高速的网络带宽和完备的机房设施。其设计不仅需要满足现代化网络办公、视频会议、工控自动化的各项需求，还要满足面向未来快速增长的网络预留发展需求，其设计理念要高标准、严要求、灵活性强。根据以往机房建设的 基本原则和经验，结合现有某煤矿的网络设备、设施和需求，对数据中心在规划时应遵循以下原则设计。 

  数据中心机房的安全可靠是运行的重中之重，直接关系到矿井网络安全和网络稳定，甚至影响到矿井安全生产。在对数据中心制定标书、设计之初，就应充分考虑其结构是否合理，是否便于日常机房的管理与维护，确保机房运行后安全、可靠。 

  在数据中心方案设计中，要充分考虑为数据中心未来扩展业务留有空间，对设备的网络互联层、核心层和分布层设备要考虑模块化设计。此外，设备的端口密度要合理，为未来扩展网络互联、减少设备投入做好准备。可扩展的是数据中心机房是方案设计的基础，可以为开发提供更多的业务需求。 

  在建设机房规划的初期，就要按照国家的行业相关标准，对机房的设计、建筑的结构、桥架装修、电气施工以及局域网、广域网的标准统一进行规划，严把施工质量关，做神东集团煤炭公司标准模块化数据中心机房的典范，为其他单位借鉴经验和对标学习做表率。 

  规划的数据中心需要建立一个全面完善的管理和监控体系。智能化的数据中心应具备先进的管理系统，对机房的运行状态实时监控，同时系统要记录机房各模块的历史故障信息，并对故障隐患要提前预警，做到数据中心无人值守、智能化、自动化功能，方便管理人员对机房的后期维护，减少人员工作量，提高工作效率，为保障数据中心安全、稳定的运行提供决策依据。

  某煤矿数据中心采用的华为技术公司生产的 IDS2000 智能微模块数据中心，其具有快速部署、绿色节能、柔性扩展、一体化集成和先进的管理系统等优点，被广泛使用。 

  一体化集成是指模块数据中心将供配电系统、空调系统、照明系统、防雷接地系统、消防系统、机房管理系统和综合布线集于一身，设计新颖。其中供配电系统集成了市政 ATS 配电、模块化 UPS 配电、空调组配电和机柜其他设备的 PDU 配电，适用于不同组网情况下的模块配电。 

  模块化数据中心顶部设计有天窗，当行间空调故障无法启动造成机房温度过高时，温度传感器便会联动天窗控制器自动打开天窗来降低行间温度。模块化的 UPS 能实现 N + 1 冗余，保障在设备正常工作状态下可检修旁路开关，避免因误操作引起电气事故，确保人员安全。此外，机柜还具有综合布线系统，即在机柜顶部将强弱电、光缆、网线分不同的 槽位布置，避免电磁信号干扰，影响通信质量。 

  无需进行机房工程设计，省去架空地板，可在机柜顶部敷设缆线。通道行间照明，红外自动感应，节约电能损耗。 

  通过各种传感器，实现对机房各功能模块的连 续监控，机房管理系统可在线 Web 访问，易于实现远程管理。 

  某煤矿模块化数据中心的平面配置如图 1 所示，某煤矿数据中心实景如图 2 所示。 某煤矿数据中心共采购两组 IDS 2000 双 排模块化数据中心，西侧模块数据中心包含一体化配电柜、行间空调、UPS 电源、双回路电源输入柜、UPS 电源输出柜、空调电源柜，东侧模块数据中心包括配电柜、行间空调、中控、监控和 ODF 配线柜，其中还在数据中心机房预留有扩容区域。 

  数据中心IDS 2000 供配电系统的供电电压为 380 V 三相电，主要为所有弱电机柜内的设备、应急照明、区域中央控制指挥中心智能调度台和其他智能化设施供电。在数据中心的列头柜配置一体化配电集成柜，为空调、监控、UPS 和网络设备供电。在行间中部配置 UPS 不间断电源柜，当两路输入电源故障断电时，机柜自动切换成 UPS 供电，保障设备不间断持续工作。供配电系统接口图如图 2 所示。 

图1 某煤矿数据中心平面布置图

图2 供配电系统接口图

 

  防雷系统: 防雷系统包括了直接防雷和防感应雷击两部分，直接防雷是在区域调度大楼的顶部安设的避雷设施，防感应雷击是针对机房负载设备的配电装置采取防雷措施。防雷系统主要包含两部分: 一要对低压配电室加装防雷器，二要在 ATS 配电柜、一体化配电集成列头柜、UPS 柜安装 B 级防雷器，这样就构成完整的防雷系统。 

  接地系统: 将网络设备的机壳、机柜的柜门、柜 体等可能带电的金属表面通过接地线或直接接触与大地相连，构成安全保护接地，通过不低于 16 mm2 的铜导线将等电位带接入接地汇流排，与大楼总接地相连，形成接地系统。其中，机柜体的各金属部件 或零件之间要良好的搭接，对柜体、柜门等外壳进行 绝缘保护或喷漆处理。机柜门使用不小于 2． 5 mm2 的电缆线与柜体紧固相连，各柜体内部均设计有一个接地排或主接地点供设备接地用，接地用不小于 M8 的螺栓连接。

  微模块数据中心的机房管理采用 NetEco 基础设施管理系统，此系统由管理软件和其他部件构成，实现了对数据中心的温湿度、空调系统、供配电系 统、UPS 后备电源、消防及监控等多系统的数据采集与监控，将各子系统和分散环节集中统一管理，为智 能化微模块数据中心的全系统监控提供了可靠保 障。NetEco 管理系统架构图如图3 所示。

  微模块数据中心的机房管理采用 NetEco 基础设施管理系统，此系统由管理软件和其他部件构成，实现了对数据中心的温湿度、空调系统、供配电系 统、UPS 后备电源、消防及监控等多系统的数据采集与监控，将各子系统和分散环节集中统一管理，为智 能化微模块数据中心的全系统监控提供了可靠保 障。NetEco 管理系统架构图如图 3 所示。

图3 NetEco 管理系统架构图

  NetEco 管理系统通过支持的 SNMP ( Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议) 的标准网管接口，同其他系统进行信息交互对接，并具有扩展多协议的机制，用来满足不同设备的访问。 RH 2288 机架服务器是 NetEco 管理系统的监控主机，主要负责数据的处理和分析。 NetEco 管理系统的数据采集主要通过采集器 ECC 500，它将各部件的监控接口进行统一接入，向上提供给监控主机，起到对数据采集、处理、转换和上传的作用，安装在列头柜。

  综合布线是模块化数据中心的一大亮点，利用网线或光缆来传输监控信息，服器、采集器等设备。设备的缆线连接是通过机柜顶部的四路走线槽，走线槽从里至外分别是强电、弱电、光缆、网线，做到电源和信号分线槽敷设，两个模块单元之间用走线架连接，确保缆线布置合理，消除电磁干扰。

  随着数据中心的迅猛发展，数据中心能耗问题也越来越突出，可靠的数据中心配电系统方案，是提高数据中心电能使用效率，降低设备能耗的有效方式。

  AMC系列数据中心精密配电系统是针对数据机房末端设计的，能够综合采集所有能源数据的智能系统，为交直流电源配电柜提供精确的电参量信息，并可通过通讯将数据上传到动环监控系统，实现对整个数据机房的实时监控和有效管理，为实现绿色IDC提供可靠保证。

1）交流系统

功能要求

遥测：输入分路的三相电压、三相电流、频率、有功功率、有功电度；

遥信：输入分路的过压/欠压，缺相，过流，频率过高/过低，输入分路的开关状态，具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、频率等参数的越限报警功能。

配置方案如图4，

图4 交流系统配置方案

2）直流系统

功能要求

遥测：输入分路的电压、电流、功率、电度；

遥信：输入分路的过压/欠压，输入分路的熔丝状态，具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。

配置方案如图5，

图5 直流系统配置方案

表1 精密列头柜产品选型表

  针对数据中心智能小母线的监控要求,安科瑞推出了AMB系列小母线监控解决方案，该方案包括采集模块、配套附件、监控系统,能对母线运行过程中的各种参数进行监控，发生故障则进行告警，以保证系统稳定运行。

  AMB检测单元是针对数据中心智能小母线插接箱/始端箱的监控要求新设计的产品，该检测单元安装固定在插接箱/始端箱内部，插接箱/始端箱采用方式与母线连通，它集成全部电力参数的测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、频率、功率因数)以及电能监测和考核管理。同时可以实时监控母线接口温度，配合2路Rs45通讯接口（1进1出）或LORA无线通讯，采用MODBUS-RTU协议可以方便可靠的将监测数据上传至主控箱和后台系统，保证系统可靠运行。

安科瑞智能母线测控仪表选型如表2，

 

注：AMB100用于始端箱、AMB110用于插接箱、A-交流系统、D-直流系统可选配AMB10显示器，显示器只循环显示电压、电流参数。

区域中央生产控制指挥中心的成立，使某煤矿模块化数据中心机房充分发挥其施工简单、建设期短、配置灵活等优势，实现了网络资源的统一管理、统一部署、统一备份和统一监控。对提高办公效率、集中管理 IT 设备、降低能耗、提高空间和设备利用率、提升矿井信息化、智能化起到了积极作用，开启了某煤矿数字化矿山建设的全新模式。

[1]唐亮.模块化数据中心的应用实践研究[J].信息化建设，2016,19( 5):46-46.

[2]侯建发.浅谈模块化数据中心在大柳塔煤矿的应用[J].陕西煤炭，2019（02）：83-86.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.

张双，女，本科安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为数据中心精密配电监控系统

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