煤矿信息化机房动力环境监控预警系统研究

贺鹏程

(山西焦煤汾西矿业(集团)有限责任公司 双柳煤矿,山西 柳林 033300)

随着先进的采掘设备、监控系统等应用,煤矿机房内设备数量及类型等均不断增加,规模也不断增大[1-3]。煤矿机房布置有动力(如电源、配电设备等)、环境设备(如消防、监控等)均需要在合适且稳定的环境中运行,同时为实现机房内设备运行监控,矿井普遍通过安排专人24 h不间断巡检[4-6]。但是人工巡检面临占用人力资源、巡检效果有待提升以及管理不规范等问题。为此,双柳煤矿提出在机房内构建控预警系统,通过布置监控设备及通信网络等实现机房内设备、环境等监控,达到提高机房安全监控能力、故障预警等目的。

1 工程概况

双柳煤矿机房内部配套的设备也逐渐增多,机房信息中心已经成为企业的重要组成部分,其安全状态越来越受到各级管理人员的重视,但是传统的安全建设,更多是集中在软件上面、系统上面,购买了很多防火墙、入侵防御等,实现数据、网络层面的安全防护,但是忽略了对空间环境物理安全的建设,使得数据中心机房一直处于风险之中,并且物理安全风险一旦出现造成的损失比软件和系统风险带来的损失还要巨大。现阶段双柳煤矿拥有1个数据中心,4间分支机房、2间电池间,在数据中心机房运行及日常维护过程中面临各种风险,具体主要风险类型如图1所示,这些风险时刻影响着其安全稳定的运行。

图1 双柳煤矿机房主要风险类型

2 机房环境监控预警系统设计

2.1 监控预警系统整体架构

监控预警系统基于物联网IOT技术构建,整体分为数据采集、安全感知、决策执行三个模块,实现对数据中心、弱电间等场景的物理安全问题进行全面感知、联动告警并跟踪问题处理的流程,提升数据中心管理水平,降低物理安全风险,全面保障单位、组织、业务在安全、合理的环境中运行。

2.2 监控预警系统网络拓扑

在双柳煤矿中心机房部署物理环境监测系统物理安全感知系统平台,实现对所有设备数据的整体监测和数据呈现,包括动力系统、环境系统、安防系统、网络设备等状态进行统一监测。并通过内置的3D引擎实现智能建模,利用数字孪生技术实时展示机房的状态[7-8]。具体预警系统网络拓扑结构如图2所示。

图2 双柳煤矿机房主要风险类型

3 监控系统布置及效果分析

3.1 机房部署架构

双柳煤矿中心机房被监控对象按采集方式分为智能、非智能两类,智能设备具备数据采集和处理能力,可以与上位机通信;非智能设备需要增加传感器、采集器等实现数据采集及传输。具体现场主要使用的设备及功能统计结果如表1所示。

表1 主要设备及功能统计

3.2 动力系统实现效果

3.2.1 市电参数感知

监控系统可感知市电总输入的各相电压、相电流、频率、功率等参数,当出现异常时,触发预警系统并向管理员发出预警信息。

3.2.2 UPS状态感知

感知参数内容包括:各相电压、电流、功率、逆变器状态、充放电状态等。

3.2.3 蓄电池状态感知

在日常运维过程中,经常会出现因为蓄电池问题带来的供电瘫痪和安全事故等风险,监控系统通过蓄电池监测套件在线监测每节电池的电压、极柱温度、内阻;电池组温度、电流充放电时长等。蓄电池监测套件包括蓄电池监测模块、蓄电池收敛模块、电流霍尔传感器、蓄电池显示终端4个内容。

3.2.4 用电单元状态感知

PDU(电源分配单元)为所有的IT元件提供径直的电源和电路连接,向基础设施提供驱动、传递能量。以往,PDU只是保证机房用电安全,尚不具备智能化的属性。基于用户数据中心、机房等场景的特殊需求,机房监控系统通过SNMP协议直接管理智能PDU,实现对机柜内的IT设备用电情况进行监测。基于单个用电设备,如交换机、服务器等,对其电流、电压等数值进行监测,实现用电安全。具体实时监测参数包括有:输入电压、输入输出电流、位电流、有功功率、每位电能、总电能等。

3.2.5 机房环境安全状态感知

机房内布置设备对温、湿度等参数要求严格,因此,在机房内可通过加装温湿度等传感器,以实时检测机房和重要设备区域内的温度、湿度、漏水等情况。传感器将把检测到的数据实时传送到IPSIP物理安全感知平台,并在平台界面上以图形形式直观地表现出来。监控系统在机房内部署温、湿度传感器、漏水传感器、氢气传感器,实现对环境状态的感知,并通过可变线序采集器对接精密空调、红外网关对接普通空调实现对环境状态的感知。

3.2.6 消防系统安全状态感知

通过部署烟雾传感器实现对现有消防系统补充,另外通过开关量接口感知消防主机是否有告警,并通过监控系统内置的多种告警方式推送给相关人员。

3.2.7 安防系统安全状态感知

机房安防监控主要包括门禁 、视频监控和人员入侵三单内容;通过门禁系统实现对机房大门及人员出入情况进行进行监测,通过红外人体感应检测机房人员安防情况;通过摄像头联动抓拍及摄像,进一步确定机房实际告警情况。

1) 门禁系统建设。针对机房,为了保障人员出入的合法性,引入多种认证方式,通过部署接人脸识别门禁,实现对人员出入情况进行记录和保留。

2) 视频监控系统。在机房重要位置部署安装摄像头、NVR,物联网平台需要保持和NVR、摄像头的IP可达,网络可达即可实现对摄像头和NVR的对接和管理。具体可实现如下功能:①告警联动,自动弹出告警实时画面;②事件追踪,视频录制与照片抓拍,掌握告警发生的全过程;③安防监控实时呈现,管理更方便。

3) 红外人体感应。红外人体感应传感器可全方位的对机房的整体情况进行红外防盗,可设置监测时间;在监测时间内,如有人非法入侵时,系统界面弹窗提示告警信息,并且通过短信、APP等方式将告警信息通知机房管理人员。

4 结 语

利用先进的计算机、控制和通信技术,构建机房监控预警系统,实现对所有设备数据的整体监测和数据呈现,便于维护人员获取所需的实时和历史信息、进行高效的全局事件管理。根据双柳煤矿机房监控需求,完成动力环境、空调、消防等监控,具体通过动力环境的监测,实现市电状态、UPS状态、蓄电池状态及用电单元的状态感知;空调系统通过可变线序采集器与精密空调系统对接,实现对精密空调、风机、压缩机等设备状态参数监测;消防系统通过部署烟雾传感器实现对现有消防系统补充;另外通过开关量接口感知消防主机是否有告警,并通过监控系统内置的多种告警方式推送给相关人员;完成视频监控系统的监测,实现告警联动、事件追踪、告警回溯等功能。

双柳煤矿机房动力环境监控系统应用提高了对突发事件的反应能力,减少事故带来的危害,所以该项目所产生的经济效益是非常有利的。