岳 備

(上海寶信數(shù)據(jù)中心有限公司 上海 200949)

0 引 言

伴隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)與云計(jì)算計(jì)算的飛快發(fā)展，許多公司都對(duì)服務(wù)器運(yùn)維十分重視。一些大型的互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算公司的服務(wù)器機(jī)房數(shù)據(jù)中心占地面積越來(lái)越大，而且還存在多地多數(shù)據(jù)中心聯(lián)動(dòng)工作[1]，數(shù)據(jù)中心的平穩(wěn)運(yùn)行關(guān)系著公司業(yè)務(wù)的命脈。在數(shù)據(jù)中心維護(hù)中，公司對(duì)數(shù)據(jù)中心也越來(lái)越重視，數(shù)據(jù)中心的供配電、暖通空調(diào)、消防弱電等系統(tǒng)日益變得復(fù)雜，大量傳感器、智能儀表應(yīng)用于各系統(tǒng)。通過(guò)采集并監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)各類傳感器和智能儀表數(shù)據(jù)，并加以分析和處理，能夠有效降低電力成本，減少事故發(fā)生率，提高設(shè)備運(yùn)行效率，保障設(shè)備機(jī)組安全，提高數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

由于大型數(shù)據(jù)中心采集海量數(shù)據(jù)，機(jī)房維護(hù)人員往往難以通過(guò)傳統(tǒng)手工模式及時(shí)完成數(shù)據(jù)校核分析，從而導(dǎo)致故障信息無(wú)法提前獲取，延誤處理時(shí)機(jī)，給機(jī)房管理工作帶來(lái)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于一些測(cè)量設(shè)備隨著運(yùn)行時(shí)間增加而發(fā)生測(cè)量偏差，也會(huì)誤導(dǎo)維護(hù)人員對(duì)故障和業(yè)務(wù)容量的準(zhǔn)確判斷，從而影響機(jī)房運(yùn)維質(zhì)量和成本等。針對(duì)這些低概率測(cè)量誤差設(shè)備，采用大面積統(tǒng)一校核不太合適，還會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本和維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)[3]。機(jī)房維護(hù)部門通常把數(shù)據(jù)校核分析業(yè)務(wù)外包給各類供應(yīng)商。由于各類供應(yīng)商主要針對(duì)各自設(shè)備單獨(dú)校核，工具方法標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，相互間提供校核數(shù)據(jù)和分析結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)偏差，達(dá)不到維護(hù)效果，也給機(jī)房運(yùn)營(yíng)帶來(lái)巨額成本。

1 研究目的

本文所述校核不是簡(jiǎn)單核對(duì)的意思，而是指針對(duì)尋找和發(fā)現(xiàn)大型數(shù)據(jù)中心所產(chǎn)生數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)依附關(guān)系，進(jìn)行比對(duì)、校正、匯總、處理和相關(guān)性分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)或設(shè)備運(yùn)行規(guī)律和趨勢(shì)。最終為機(jī)房管理者和運(yùn)行維護(hù)人員提供決策依據(jù)等系列工作。

大型數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)傳感器采集溫度、壓力、真空、熱電偶、熱電阻、電壓、電流、電阻、頻率等運(yùn)行數(shù)據(jù)。運(yùn)行設(shè)備根據(jù)這些初步采集數(shù)據(jù)進(jìn)行一些加工成中間數(shù)據(jù)[4]，如功率因數(shù)、功率、有功功率、無(wú)功功率、電能、流量、冷量等。環(huán)控系統(tǒng)將這些不同設(shè)備和傳感器初步數(shù)據(jù)和中間數(shù)據(jù)集中匯總。關(guān)于這些不同系統(tǒng)、設(shè)備和傳感器，本文根據(jù)已研究的成果，主要從6個(gè)維度進(jìn)行數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，分別為上下級(jí)關(guān)聯(lián)校驗(yàn)、同級(jí)左右校驗(yàn)和歷史前后校驗(yàn)。(1) 上下級(jí)校核：通過(guò)校核上下級(jí)儀表之間數(shù)據(jù)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)是否異常和運(yùn)行趨勢(shì)。(2) 同級(jí)左右校核：通過(guò)校核同級(jí)儀表之間數(shù)據(jù)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)是否異常和運(yùn)行趨勢(shì)[5]。(3) 時(shí)間前后校核：通過(guò)校核儀表歷史前后之間數(shù)據(jù)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)是否異常和運(yùn)行趨勢(shì)。

隨著自動(dòng)化和信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，目前大型數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)將逐漸由手工校核工作向自動(dòng)化校核的方向發(fā)展。本文根據(jù)上文數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性研究成果，通過(guò)信息化系統(tǒng)自動(dòng)完成大型數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、匯總、處理和相關(guān)性分析。研究如何呈現(xiàn)哪些主要關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)及其處理，從而幫助機(jī)房維護(hù)人員提高工作效率，降低運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)。

2 系統(tǒng)模塊

2.1 數(shù)據(jù)校核分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心服務(wù)終極目標(biāo)為用最低成本提供最好服務(wù)。根據(jù)行業(yè)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，大部分機(jī)房運(yùn)營(yíng)目標(biāo)主要有兩點(diǎn)：確?？蛻魳I(yè)務(wù)持續(xù)性，即業(yè)務(wù)和設(shè)備運(yùn)行不得中斷；運(yùn)營(yíng)成本有效降低，即降低維護(hù)成本和實(shí)現(xiàn)機(jī)房設(shè)備運(yùn)行節(jié)能[6]。為此，數(shù)據(jù)校核分析系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心信息化管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)，其建設(shè)主要圍饒以上兩個(gè)目標(biāo)開展，即通過(guò)實(shí)施數(shù)據(jù)校核分析系統(tǒng)可有效幫助機(jī)房維護(hù)人員確保客戶業(yè)務(wù)連續(xù)性，并降低運(yùn)營(yíng)成本，數(shù)據(jù)校核分析系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)校核分析系統(tǒng)

從圖1可以看出，數(shù)據(jù)校核系統(tǒng)可通過(guò)不同層面實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：通過(guò)機(jī)房全系統(tǒng)數(shù)據(jù)校核，可發(fā)現(xiàn)全系統(tǒng)運(yùn)行健康程度、系統(tǒng)隱患和能效，進(jìn)而幫助機(jī)房管理者從整體上把控整個(gè)機(jī)房運(yùn)行狀況；通過(guò)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)校核，可發(fā)現(xiàn)子系統(tǒng)健康程度、系統(tǒng)隱患和能效，進(jìn)而幫助專業(yè)工程師從子系統(tǒng)層而把控其運(yùn)行狀況，調(diào)整和改善子系統(tǒng)運(yùn)行策略，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)房節(jié)能運(yùn)行；通過(guò)設(shè)備數(shù)據(jù)校核，可幫助一線運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備健康程度、設(shè)備運(yùn)行隱患和能效，提醒運(yùn)維人員提前做好設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)、檢修準(zhǔn)備[7]；通過(guò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)校核，可幫助客戶調(diào)整和優(yōu)化實(shí)際業(yè)務(wù)策略，并提高客戶滿意度；通過(guò)儀表數(shù)據(jù)校核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)個(gè)別儀表誤差，避免大面積計(jì)劃性維護(hù)帶來(lái)成本。根據(jù)上述不同層面數(shù)據(jù)校核，設(shè)計(jì)了5個(gè)系統(tǒng)子模塊，并與上述目標(biāo)一一對(duì)應(yīng)。

2.2 全系統(tǒng)級(jí)校核模塊

全系統(tǒng)級(jí)校核模塊主要從全局視角關(guān)注機(jī)房全系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)校核，如圖2所示。涉及機(jī)房全系統(tǒng)校核數(shù)據(jù)主要有兩個(gè)輸入變量，分別為IT負(fù)載變量和機(jī)房環(huán)境變量，輸出數(shù)據(jù)主要有PUE、用電總量、總耗冷量以及之間比較機(jī)房EOP。通過(guò)校核輸入變量與輸出變量變化，進(jìn)而提取整系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律和趨勢(shì)，從而可以判斷出存在哪些隱患，系統(tǒng)健康程度如何以及能效高低，進(jìn)而幫助機(jī)房管理者做出系統(tǒng)級(jí)項(xiàng)目改造和調(diào)整。

圖2 全系統(tǒng)級(jí)校核模塊圖

2.3 子系統(tǒng)校核模塊

子系統(tǒng)級(jí)模塊主要從局部關(guān)注子系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)校核，主要分為供配電子系統(tǒng)、暖通空調(diào)子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)和弱電子系統(tǒng)。本文只介紹暖通空調(diào)子系統(tǒng)，子系統(tǒng)校核模塊圖如圖3所示。涉及暖通空調(diào)子系統(tǒng)校核數(shù)據(jù)主要有4個(gè)輸入變量[8]，分別為IT負(fù)載數(shù)據(jù)、冷機(jī)出水溫度數(shù)據(jù)、末端空調(diào)出風(fēng)溫度數(shù)據(jù)、室外環(huán)境干濕球溫度數(shù)據(jù)。輸出變量數(shù)據(jù)主要有：暖通設(shè)備總功耗及組成功耗、暖通設(shè)備供冷量、冷機(jī)EOP等。通過(guò)校核輸入變量與輸出變量變化趨勢(shì)和規(guī)律，幫助專業(yè)工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)子系統(tǒng)存在運(yùn)行隱患、健康和能效狀況，提前做應(yīng)對(duì)防范措施，調(diào)整和優(yōu)化運(yùn)行設(shè)備及其參數(shù)，從而避免故障發(fā)生，提高系統(tǒng)能效。

圖3 子系統(tǒng)校核模塊圖

2.4 設(shè)備校核模塊

設(shè)備級(jí)校核模塊主要關(guān)注具體設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過(guò)6個(gè)維度校核設(shè)備之間數(shù)據(jù)。設(shè)備級(jí)校核模塊圖如圖4所示。主要數(shù)據(jù)有：電能、電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)等。通過(guò)上下儀表、同級(jí)儀表和歷史數(shù)據(jù)校核[9]，發(fā)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)是否誤差，運(yùn)行數(shù)據(jù)趨勢(shì)突變規(guī)律或異常，進(jìn)而幫助專業(yè)工程師或一線運(yùn)維人員提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行隱患和故障情況，做好提前檢修和維保準(zhǔn)備?？赏ㄟ^(guò)不同顏色(本文用灰度表示)顯示其偏差，如校核數(shù)據(jù)按偏差范圍設(shè)為三個(gè)級(jí)別，顯示三種顏色，分別為紅色、黃色、綠色。目前暫定偏差≤±10%區(qū)間顯間綠色，±10%≤偏差≤±20%顯示黃色，偏差≥±20%顯示紅色。

圖4 設(shè)備級(jí)校核模塊圖

2.5 業(yè)務(wù)級(jí)校核模塊

業(yè)務(wù)級(jí)校核模塊主要關(guān)注客戶機(jī)柜及其列頭柜運(yùn)行數(shù)據(jù)校核。主要有整個(gè)IT機(jī)房運(yùn)行功率、整個(gè)冷通道運(yùn)行功率、機(jī)柜電流、電壓和功率、精密空調(diào)供冷量、機(jī)房溫濕度、精密空調(diào)功耗等校核數(shù)據(jù)[10]。業(yè)務(wù)級(jí)校核模塊圖如圖5所示。通過(guò)校核這些數(shù)據(jù)，并提供相應(yīng)機(jī)柜負(fù)載報(bào)表，可以幫助客戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)IT設(shè)備異常狀況，精密空調(diào)運(yùn)行健康狀況等，進(jìn)而可以幫助客戶合理調(diào)整IT設(shè)備負(fù)載和空調(diào)供冷模式。

圖5 業(yè)務(wù)級(jí)校核模塊圖

2.6 儀表級(jí)校核模塊

儀表級(jí)校核模塊主要關(guān)注傳感器數(shù)據(jù)與環(huán)控?cái)?shù)據(jù)之間校核，儀表級(jí)校核模塊如圖6所示。儀表級(jí)校核模塊主要校核數(shù)據(jù)有電壓、電流、電阻、頻率、壓力、溫度、濕度、流量計(jì)等?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員通過(guò)一些校驗(yàn)工具，將測(cè)量的數(shù)據(jù)錄入手持終端系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動(dòng)判斷數(shù)據(jù)偏差，進(jìn)而幫助一線運(yùn)維人員工作量，節(jié)省運(yùn)維成本。原先校核方法是：兩名維護(hù)人員，一名在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，另一名在監(jiān)控大廳通過(guò)對(duì)講機(jī)聯(lián)系校核環(huán)控?cái)?shù)據(jù)與傳感器，效率較低。

圖6 儀表級(jí)校核模塊圖

3 實(shí)現(xiàn)意義

3.1 自動(dòng)化取代部分人工

大型數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)校核由于工作量較大，校核難度高，往往外包給維護(hù)商。供應(yīng)商采用方法往往采用手工校核，采集數(shù)據(jù)時(shí)間一致性存在一定誤差。供應(yīng)商技術(shù)人員經(jīng)常出入機(jī)房且進(jìn)行大量接觸性操作，給機(jī)房帶一些不確定因素，也給管理增加一些難度和成本。采用自動(dòng)化校核不僅能節(jié)省維護(hù)外包費(fèi)用，還能避免一些不必要事件發(fā)生。另外，自動(dòng)化校核通過(guò)同時(shí)關(guān)聯(lián)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，引入許多數(shù)學(xué)分析模型，比逐點(diǎn)校核效率高，且能發(fā)現(xiàn)一些系統(tǒng)層面上的問(wèn)題，系統(tǒng)自動(dòng)化校核取代人工校核示意圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)自動(dòng)化校核取代人工校核示意圖

3.2 智能預(yù)測(cè)和診斷

關(guān)于故障診斷與故障預(yù)測(cè)方法的分類，現(xiàn)在許多方法的標(biāo)準(zhǔn)都是不統(tǒng)一的，基于經(jīng)驗(yàn)、趨勢(shì)、模型和數(shù)據(jù)等分類方法也是片面化的方法。本文系統(tǒng)從故障診斷與故障預(yù)測(cè)的運(yùn)行趨勢(shì)數(shù)據(jù)出發(fā)，依據(jù)采集數(shù)據(jù)校核分析，對(duì)眾多的故障診斷與故障預(yù)測(cè)方法進(jìn)行歸類分析，形成較為完善故障診斷與故障預(yù)測(cè)技術(shù)。設(shè)備健康管理把設(shè)備分為三類狀態(tài)：健康——亞健康——故障。設(shè)備使用壽命是一個(gè)由健康——亞健康——故障——報(bào)廢，即設(shè)備形態(tài)與性能由量變到質(zhì)變的動(dòng)態(tài)過(guò)程。設(shè)備現(xiàn)行管理和維修的理論、模式、制度是一種被動(dòng)式滯后性管理。它以設(shè)備的故障管理與維修為核心，重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備的故障階段，以被動(dòng)保養(yǎng)、排故診斷、解體換件維修為基本模式，缺乏對(duì)設(shè)備在“亞健康”階段的形態(tài)與性能的動(dòng)態(tài)劣化和系統(tǒng)平衡紊亂的控制對(duì)策。其結(jié)果勢(shì)必造成無(wú)可挽回的能源、備件、人力、時(shí)間、生產(chǎn)和產(chǎn)品的損失。因此，設(shè)備健康管理是監(jiān)控的重中之重。本文系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)校核分析，診斷系統(tǒng)及設(shè)備的健康狀態(tài)，為設(shè)備健康管理提供決策信息。圖8為冷水機(jī)組數(shù)據(jù)校核分析表，其中深色區(qū)域數(shù)據(jù)已超出其基準(zhǔn)范圍，代表設(shè)備運(yùn)行不健康，而淺色區(qū)域在基準(zhǔn)范圍之內(nèi)，代表健康。

圖8 冷水機(jī)故障校核表

3.3 節(jié)能增效

根據(jù)校核數(shù)據(jù)得到的結(jié)果，可以給數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗提供直觀科學(xué)的依據(jù)，為機(jī)房查找能耗弱點(diǎn)，促進(jìn)機(jī)房管理水平的進(jìn)一步提高及運(yùn)營(yíng)成本的進(jìn)一步降低，冷凍機(jī)設(shè)備動(dòng)態(tài)分析圖如圖9所示。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，一方面可以使能源使用合理，控制能源浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能減排的目的，節(jié)能降耗，創(chuàng)造能源效益；另一方面，可以幫助機(jī)房對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的了解，對(duì)各個(gè)機(jī)房以及主要耗能設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)考核比較，防止能源浪費(fèi)，并可以幫助機(jī)房進(jìn)一步優(yōu)化用電措施，以降低單位能耗成本。圖9中關(guān)聯(lián)了冷卻水出水溫度和冷凝器飽合溫度，當(dāng)冷凝器飽合溫度與冷卻水出水溫度數(shù)據(jù)貼合度較近時(shí)，表明整個(gè)冷機(jī)系統(tǒng)換熱效率較高，冷機(jī)能效較高。當(dāng)冷凝器飽合溫度偏離冷卻水出水溫度較大時(shí)，表明冷機(jī)系統(tǒng)換熱效率差，能效較低，需要清洗冷凝器。

圖9 冷凍機(jī)設(shè)備動(dòng)態(tài)分析圖

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)校核分析系統(tǒng)研究并實(shí)現(xiàn)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備隱患，提前做好檢修和維保工作，從而減少甚至避免事件發(fā)生，最終提高機(jī)房服務(wù)質(zhì)量和效率。另外， 該系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)校核，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)能效指標(biāo) 因素，通過(guò)技改或調(diào)整系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行模式，從而達(dá)到 節(jié)能降耗目標(biāo)。