远程机房空调节能监控系统的研究与设计

周志伟 李哲

摘要：近几年来，我国的通信事业快速发展，各运营商不断的加大对各类通信机房投资，其机房数量成倍数的增加，用电量也随着机房数量不断的飙升。为了减少企业运行费用，有必要加强机房设备的维护管理和技术改造，制定和实施有效方案，从而达到节能减排的目的。通过分析，其中通信机房的空调能耗费用在整个运营维护费用中占有较大的比重，如何降低空调耗能费用成为了首要的问题，进一步的对通信机房空调运行情况进行了分析，发现空调的能源浪费现象较为严重，节能管理等方面工作较为薄弱。本文通过对通信机房设备运行现状进行分析，提出利用远程控制技术来建立机房空调节能监控系统，并对系统进行了设计。

关键词：远程监控 机房空调 节能改造 设计方案

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0143-03

Abstract：With the vigorous development of China's telecommunications industry， the construction of various types of telecommunications operators room doubled， soaring electricity constantly. In order to reduce business operating costs， the need to strengthen the engine room equipment maintenance and management and technological transformation， to develop and implement effective programs to achieve the purpose of energy saving. Communication room air-conditioning energy costs in the communications business operation and maintenance costs Expenditures on one view of this situation， the operation of the communications room air were analyzed and found that air conditioning is more serious waste of energy， energy management and other aspects of weak . Based on the communications room equipment operation status analysis， the use of remote control technology to build energy-efficient room air-conditioning control system， and system design.

Key Words：Remote monitoring； Air conditioning system； Energy Saving； Design program

1 前言

在我国经济社会发展的新阶段中，建设节约型社会是我国可持续发展的重要目标之一，随着近些年来国家对节能要求的不断加强，通信企业也需要不断提高自己的节能技术水平，做好节能技术改造，既能减少能源开支，提高经济效益，又符合国家节能要求。

节能工作要有新的突破必须首先要对耗能设备的耗能情况有详细的了解，从而制定各种能源消耗定额，严格实行计划用能。节能监控的作用就是帮助企业掌握和了解耗能设备能源消耗状况、指定用能计划，找出企业节能潜力，提高企业能源利用率。因此节能监控工作是节能技术改造不可缺少的前期工作。

在通信机房里，许多设备使用了大量的集成电路和电子元件，对使用环境条件有特定要求，主要体现在温湿度等方面。通信机房一般采取安装空调的方式保障环境温度达标。根据运营商提供的公开数据显示，机房空调所消耗的电量接近整个机房用电量的40%。所以对运营商来言，节能减排工作的重点在机房，机房节能技术改造的重点在空调。因此，建立通信机房空调节能监控对于实施节能减排工作的实施有重要的意义。

2 机房空调监控系统现状的分析

近几年来，我国的通信事业快速发展，各运营商不断的加大对各类通信机房投资，其机房数量成倍数的增加，用电量也随着机房数量不断的飙升，而大多数机房、基站分布较广，由单独的人员进行定时巡查及维护机房场地设备。传统方式管理下，分散维护和管理不仅浪费人力物力，面对突发事故也不具备有良好的应对措施。目前国内普遍缺乏专业的机房管理人员对机房设备进行管理和维护，同时机房节能的意识也极度欠缺。机房、基站在某些时间点更是出现异常的高能耗现象，其原因仅仅是因为机房运维人员常常将空调温度保持在一个低温的状态下，导致空调长时间运作并产生大量的能耗浪费。还有因缺乏监管，导致空调出现故障时也不能及时作出补救措施，导致机房内设备异常运行，严重影响了设备正常使用以及设备的寿命。

机房远程监控技术就是利用现代化的互联网等手段在监控中心和监控对象之间建立通信连接，从而实现对远程监控对象的监测和控制。它是本地和远程共同构成的能够实现远程监控功能的软、硬件系统，是网络、计算机、自动控制、微电子等各种技术和手段相互结合的产物，在许多欧美等发达国家中，通信机房的远程监控是管理机房的常用手段之一，同时有着较高的技术水平。

在日益庞大的通讯行业面前，现有的分散式看管体质已经不再适应新的形势及节能减排要求。因此，在实现通信机房空调监控的基础上，做好空调等设备的远程控制，能使其降低其耗能基于这一背景，开发了远程机房空调节能监控系统，它能够实现机房空调远程监控以及能耗动态监管等功能，对于机房的节能降耗具有很大的现实意义。

3 机房空调节能监控系统的设计

3.1 系统架构

系统大体可以分为三个层次：机房监控层、监控中心，远程浏览客户端。机房远程控制节能系统的网络结构如图1所示。

机房监控层：空调控制器、协议转换器和节能控制器等组成。机房监管站负责将监控中心下发的控制器了，通过空调控制器发送到空调，控制空调的运行。也负责将采集机房的环境温度和各种告警信息上报到监控中心。

监控中心：负责对多个机房集中管理，将各机房采集的空调运行的状况和机房的温度实时地以表格和图表形式显示在监控中心的屏幕上；将各种告警信息以声光方式告警，同时将按照告警等级要，通过短信方式通知相关人员。

远程浏览客户端：监管人员可以使用WEB浏览器查看各机房空调的运行情况，并通过监控中心主机，下发命令控制机房中的空调。

本系统主要由空调控制器、节能控制器、通讯服务系统、监控中心系统组成。系统结构图如图2所示。

3.2 系统设计与实现

3.2.1 传感器位置的选取

传感器位置的选取上，尽可能的平均分布在机房内，同时传感器个数也要求要在3只以上，通过选取传感器温度平均值来确定该机房的具体温度。采用多点测温，可以避免由于机房温度分别不均，而空调自身的温度传感器单点测温，导致的因此带来的控制错误的问题。在空调的出风口加载NTC温度传感器，使用它获得的空调出风口温度的时间梯度曲线，可以判断空调的是否正常工作。

3.2.2 空调控制器

空调控制器使用485总线与节能控制器连接。它将节能控制器下发的命令通过信号处理器编码，由红外发射器发送至空调来控制空调的运行。同时通过温湿度传感器采集室内温湿度等环境参数，将温湿度信息由模拟量转成数字量，接入采集网关的数字量输入模块。空调控制器结构如图3所示。

空调遥控器中的信号处理器使用预先设置的数千种空调的遥控编码，将遥控器下发的遥控命令转换成对应空调要求的红外遥控信号，进而控制空调的运行。信号处理器工作流程图如图4所示。

3.2.3 节能控制器

节能控制器是基于ARM7的嵌入式系统，使用μclinux嵌入式操作系统。支持多路模拟量输入输出电路、数字量输入输出电路，视频信号采集电路，音频信号采集电路，热电偶、热电阻信号采集电路，以太网接口电路，串口电路，CAN总线接口电路，各种工业总线（如PROFIBUS、Lon Works总线等）接口电路，CF卡存储器电路，电源及外围电路等。节能控制器硬件结构如图5所示。

节能控制器是机房监管站的控制和通讯中心，它负责处理监控中心下发的命令；将当前的机房温度、用电量和异常信息反馈到监控中心。节能控制器与空调控制器和电度表使用RS485连接。与上位机使用UDP通讯协议。由节能控制器组成的网络示意图如图6所示。

节能控制器能够使用预先设置的自动策略，控制空调按照最节能的方式运行，自动策略包括机房空调运行温度的上下限。机房空调运行温度的上下限是对历年空调温度设定、开停机时间和机房温度运用神经网络及遗传算法，建立了机房室内温度的变化、各种机房参数数据，包括温度控制上下限等参数和空调控制时间的长短，通过空调的运行与待机时长比得到空调温度控制的最优变化量，将该变量作为自动策略中机房温度的浮动值，使得空调在最佳节能状态下运行。节能控制器处理信息的逻辑图如图7。

3.2.4 监控中心和远程浏览客户端

采用J2EE面向构件开发的B/S体系架构的监控管理平台，使用三层架构设计，主要实现监控采集信息的实时展示、报警信息提醒、报警控制处理和报警信息的统计分析，通过数据对空调自动设置阀值，有规律的控制开机温度、关机温度、延时时间。以及机房基本信息的管理、基础代码设置、系统用户管理和对信号处理器远程升级等。针对信号处理器在没有保存的空调遥控编码，可通过监控中心的客户端将空调遥控编码下发到节能控制器，再由节能控制器将空调遥控编码升级到信号处理器中。

4 系统实施

该系统在某市电信机房实地安装使用，在安装中发现多数机房的空调是被一直设置在22℃，个别机房被设置在18℃，空调长期处于开机状态，且有个别空调已经损坏多时，未被发现。使用远程通信机房空调节能监控系统后，这些空调均被很好的管理，使得机房温度始终处于电信对机房要求的温度范围内，并根据数据对比及时发现损坏的空调，使得空调得到及时的修理，达到节省的效果。

5 结语

以当前环境下，通信机房空调设备运行能耗问题是通信企业终点需要解决的对象。同时，国家一直倡导节约能源和保护环境走可持续发展的策略，因此通信业作在耗能方面需要配合国家和企业的双重利益，在节能环保方面上要有足够的重视以及正确的方案措施。该论文表明运用远程机房空调监控系统监控的效果良好，对于通信机房监控系统的建设和节能减排有重要意义。

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