浅谈模块化数据中心在大柳塔煤矿的应用

侯建发

(呼和浩特市地铁运营有限公司，内蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

在高产、高效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[1]。伴随区域中央生产控制指挥中心的建立，数据中心也随之在大柳塔煤矿成功应用。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[2-3]。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[4]。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，最终确定大柳塔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。

1 大柳塔煤矿数据中心机房的设计原则

大柳塔煤矿数据中心位于大柳塔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，其设计理念必须要高标准、严要求、灵活性强。根据以往机房建设的基本原则和经验，结合现有大柳塔煤矿的网络设备、设施和需求，对数据中心在规划时应遵循以下原则设计。

1.1 安全可靠性

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。

1.2 扩展性

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[5]。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。

1.3 标准化

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。

1.4 可管理性

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，真正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。

2 模块化数据中心的特点与布局

大柳塔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。

2.1 一体化集成

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[6]。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。

2.2 安全可靠

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[7]。

2.3 节省机房使用面积降低能耗

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。

2.4 监控完善

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。

2.5 数据中心的布局

大柳塔煤矿模块化数据中心的平面配置如图1所示，大柳塔煤矿数据中心实景如图2所示。

大柳塔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。

3 数据中心的系统功能

3.1 供配电系统

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3所示。

图1 大柳塔煤矿数据中心平面布置图

图2 大柳塔煤矿数据中心实景

图3 供配电系统接口图

3.2 空调系统

模块化数据中心空调系统采用华为公司的Netcol 5000-A风冷行级精密空调，制冷量为35 kW，安设在机柜中部，靠近热源设备安装，并能根据机柜内的设备负载量和温控系统，为数据中心智能化的供给行间散热。空调系统包括有直流变频的压缩机、EC风机和PTC电加热和电极加湿，对保持机房行间的正压通风，减少灰尘侵入具有良好的效果，为打造大柳塔煤矿绿色、高效的数据中心起到积极作用。

3.3 照明系统

通道级照明采用16 W的一体式LED灯，节能环保，每组数据中心行间通道顶部两侧各安装一排，简洁美观。在行间玻璃门开启后，探测器监测到人员进入，自动开启通道照明。

3.4 防雷接地系统

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。

3.5 消防系统

微模块化数据中心采用柜式七氟丙烷消防灭火系统，机房行间内部安装有烟雾传感器、温度传感器、声光报警器、天窗控制器等[8]。

温湿度传感器作为数据中心的主要环境监测元件，对机房的运行环境的温度和湿度实时监测，并上传至采集器，这对机房的环境安全、火灾预防及发挥电子设备的性能、延长IT设备的使用寿命、保障数据安全性有十分重要的作用。烟雾传感器可检测数据中心行间通道的烟雾情况，在通道门正上方安装声光报警器。天窗控制器作为数据中心的控制单元，可在温度异常时通过信号传输控制行间天窗的开启和关闭，是消防灭火的关键步骤。

当火灾发生时，烟雾传感器和温湿度传感器接收到异常信号后，立即向消防主机发送火警指令，消防主机联动天窗控制器打开天窗，消防警铃发出警报，气体灭火控制器在延时0～30 s后，发送放气指令，机房门外的“放气误入”指示灯被点亮，同时开始喷射阻燃气体灭火剂进行灭火。

3.6 机房管理系统

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4所示。

图4 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。

3.7 综合布线

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，服务器、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。

4 结语

神东煤炭集团公司区域中央生产控制指挥中心的成立，使大柳塔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，开启了大柳塔煤矿数字化矿山建设的全新模式。