站端機柜內(nèi)部智能溫控系統(tǒng)

高金秋

摘要：由于站端機柜內(nèi)部監(jiān)控設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生大量熱量，因此為了保障主機設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全，機柜內(nèi)部散熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。本文設(shè)計了一種用于對站端機柜內(nèi)部溫濕度進行實時監(jiān)控的系統(tǒng)，通過將測量所得的溫濕度數(shù)據(jù)及時上傳至聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可以令運維人員通過服務(wù)器第一時間了解機柜內(nèi)部情況，并在散熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障時及時采取有效措施，防止機柜內(nèi)部溫度繼續(xù)升高，降低機柜設(shè)備故障死機的發(fā)生率。

關(guān)鍵詞：站端機柜;智能溫控;遠(yuǎn)程監(jiān)控

一、研究背景及意義

隨著電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的深度融合，電力電纜監(jiān)控設(shè)備的不斷投入，站端主機的總量也在迅速增加，而各類監(jiān)控主機24小時不間斷的運行必然會釋放大量的熱量。如果這些熱量不能有效轉(zhuǎn)移，機柜的溫度會持續(xù)上升，這將嚴(yán)重影響服務(wù)器的正常工作，甚至引起主機設(shè)備的頻繁死機，導(dǎo)致監(jiān)控類設(shè)備大面積癱瘓，對電力電纜的安全穩(wěn)定運行帶來嚴(yán)重影響。由此可見，確保站端機柜時刻處于安全的運行環(huán)境至關(guān)重要。

目前為了防止小動物進入，多數(shù)機房都采用的是密閉空間，其排氣通風(fēng)的效果較差，各類設(shè)備的不間斷運行會導(dǎo)致機房溫度不斷升高。因此機柜的散熱變成了一項必不可少的工作。

站端機房的冷卻系統(tǒng)一般采用風(fēng)冷散熱的方式，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)冷散熱方式的研究也日益成熟，但缺點也越來越明顯，散熱能力低、冷卻效率低、能耗大、易出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象等諸多問題逐步顯現(xiàn)。由于機房內(nèi)部設(shè)有空調(diào)，因此機房給人的印象一般是很冷，但是制冷空調(diào)造成的這種環(huán)境溫度低，機柜設(shè)備內(nèi)部溫度高的“假低溫環(huán)境”現(xiàn)象，其實未能實現(xiàn)制冷目的，真正需要改善的是機柜設(shè)備的內(nèi)部環(huán)境溫度。

除了傳統(tǒng)的空調(diào)制冷方式，機柜頂部一般設(shè)計有四個進風(fēng)風(fēng)扇，當(dāng)機柜內(nèi)部溫度超過30攝氏度時，風(fēng)扇自動開啟進行散熱。然而由于站端服務(wù)器和主機的負(fù)荷不斷增加，設(shè)備運行時間過久，導(dǎo)致部分風(fēng)扇損壞無法自行啟動。僅僅依靠頂部的進風(fēng)風(fēng)扇不能使機柜內(nèi)部構(gòu)成一個散熱的循環(huán)系統(tǒng)，致使機柜內(nèi)部出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象。

目前，為使站端各系統(tǒng)保持穩(wěn)定可靠的運行狀態(tài)，運維人員定期進站對機柜開展巡檢維護和除塵等工作，然而這樣的方式效率低下且無法實現(xiàn)實時監(jiān)控，一旦發(fā)生故障難以第一時間發(fā)現(xiàn)。

因此，運用先進的傳感、通訊和計算機技術(shù)，設(shè)計一套完整的機柜內(nèi)部溫度監(jiān)測系統(tǒng)，對機柜內(nèi)部的溫度進行實時有效的監(jiān)測，采集溫濕度數(shù)據(jù)并進行分析和研究，及時判斷故障并報警，同時通過控制系統(tǒng)還可以對遠(yuǎn)端設(shè)備進行遙控和調(diào)節(jié)。從而進一步加強設(shè)備的維護和管理質(zhì)量，提高整體工作效率，建立起一套高可靠性、高效率的維護體制。

二、機柜內(nèi)部智能溫控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)可以分為探測端和遠(yuǎn)程端，其中，機柜溫度探測端通過MCU控制單元、溫濕度采集單元、液晶顯示單元、風(fēng)扇控制單元、網(wǎng)絡(luò)通信單元完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制流程。在遠(yuǎn)程報警及監(jiān)控端，以Web瀏覽終端為載體，開發(fā)新的監(jiān)控平臺，進行服務(wù)器交互及遠(yuǎn)程監(jiān)控控制。

系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)以MCU控制單元（單片機最小系統(tǒng)）為核心，可同時作為作為參數(shù)探測設(shè)備，和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備;監(jiān)測報警工作流程為，溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機處理后在液晶屏顯示;同時，數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通信模塊和子站端交換機路由器處理后，實時發(fā)送至主站端服務(wù)器，遠(yuǎn)程端直接訪問主站服務(wù)器，將數(shù)據(jù)調(diào)用至遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺并顯示，當(dāng)溫度超過閾值時，發(fā)出報警信號。同時遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺可以發(fā)送請求指令，利用服務(wù)器將指令傳送至單片機并通過單片機控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能。

三、機柜內(nèi)部智能溫控系統(tǒng)的功能

本系統(tǒng)主要目的在于監(jiān)測機柜內(nèi)部溫度情況，當(dāng)溫度過高或風(fēng)扇不能工作發(fā)生故障時，及時將報警信息傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)器，運維人員通過訪問服務(wù)器第一時間了解機柜內(nèi)部情況，并采取有效措施，防止機柜內(nèi)部溫度繼續(xù)升高，降低機柜設(shè)備故障死機的發(fā)生率。

本系統(tǒng)具備以下功能，其功能框圖如圖2所示，整個系統(tǒng)分為兩大模塊，分別是機柜內(nèi)部監(jiān)測與控制模塊和遠(yuǎn)程端Web服務(wù)器模塊。其中，機柜內(nèi)部監(jiān)測與控制模塊主要實現(xiàn)溫濕度監(jiān)測與顯示功能、風(fēng)扇自動與手動開啟功能;遠(yuǎn)程端Web服務(wù)器模塊主要實現(xiàn)用戶登錄與瀏覽功能、溫濕度數(shù)據(jù)采集與分析功能，報警信息收集與存儲功能和查詢歷史信息功能。

（一）溫濕度監(jiān)測與顯示功能

實時監(jiān)測機柜內(nèi)部的溫濕度，并將采集的信息顯示至液晶屏上，方便運維人員對設(shè)備的檢查，并且可以將巡檢時的測量溫度與顯示數(shù)據(jù)進行對比，檢查是否存在誤差。

（二）風(fēng)扇自動與手動開啟功能

當(dāng)機柜內(nèi)部溫度超過30攝氏度時，機柜內(nèi)部的風(fēng)扇自動開啟進行散熱;如果不能正常開啟，則發(fā)送報警信息，運維人員可以在遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺進行手動開啟;若兩種操作都不能實現(xiàn)，說明風(fēng)扇發(fā)生故障，提醒運維人員及時到現(xiàn)場查看進行維修與更換。

（三）用戶登錄與瀏覽功能

運維人員通過本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺可以實時監(jiān)測到各個機柜的溫濕度信息，同時還可以對各風(fēng)扇的工作模式及工作狀態(tài)進行控制，相比于傳統(tǒng)在現(xiàn)場對機柜進行逐個開柜檢查而言，不僅操作簡單、方便，還大大提升管理效率。

（四）溫濕度數(shù)據(jù)分析與報警功能

將采集的溫濕度信息通過數(shù)據(jù)處理，發(fā)送至主站端服務(wù)器上，運維人員通過登錄平臺查看實時的溫濕度曲線，并且設(shè)定溫度和濕度的閾值，一旦檢測到的數(shù)值超出設(shè)定范圍，就會向平臺發(fā)送報警。

（五）查詢歷史信息功能

將接收的溫濕度數(shù)據(jù)與報警信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，運維人員可以查詢歷史溫濕度和報警記錄，并對查詢結(jié)果進行統(tǒng)計，方便運維人員對機柜運行情況的數(shù)據(jù)進行保存和分析，實現(xiàn)對站端機柜溫濕度的集中在線管理。

四、總結(jié)與展望

在推動發(fā)展融合，加快推進泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的當(dāng)下，根據(jù)實際情況出發(fā)，通過對機柜內(nèi)部智能溫控系統(tǒng)的設(shè)計與研究，減少溫度對機柜內(nèi)部設(shè)備穩(wěn)定運行的影響，降低由各類IT設(shè)備熱故障而引發(fā)的事故率，從而保障電力系統(tǒng)安全運營。同時，利用智能監(jiān)控平臺，實時獲知溫濕度數(shù)據(jù)與報警信息，便于運維檢修人員迅速組織搶修、消缺，有效提高工作效率。

考慮到站端機柜所處的環(huán)境惡劣，系統(tǒng)在軟硬件方面針對抗干擾設(shè)計有待完善。另外，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的高速發(fā)展，以及“大數(shù)據(jù)”、“云計算”時代的到來，云平臺的使用成為一種趨勢。對云平臺的使用可以有效的提高數(shù)據(jù)存儲的容量，使系統(tǒng)的業(yè)務(wù)量增加，提高系統(tǒng)性能。因此，如何將本系統(tǒng)遷移至云平臺上值得進一步研究。

參考文獻

[1] 呂帥.通信基站機柜散熱系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化[J].通信電源技術(shù)，2015，32（05）：196-198.DOI：10.19399/j.cnki.tpt.2015.05.062.

[2] 任萬榮，李艷麗，束娜，趙翠玲，林華，韓本帥.智能變電站智能控制柜溫控系統(tǒng)選型研究[J].電工技術(shù)，2013（08）：8-9+21.

[3] 宋杰. 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的研究[J]. 山東工業(yè)技術(shù)， 2018（2）：1.