银行数据中心基础设施建设与运维管理：BMS系统及功能简介

传统机房由于整体配置相对简单（如制冷方式多为直接膨胀式风冷空调系统制冷，精密空调直接具有加湿功能，机房配电基本从低压开始设计等），对绿色节能和能源费用管理关注度不够，对自动化程度要求不高，很多机房管理、配置及运维操作采用人工模式，所以监控系统也相对简单，多为监测功能，基本不控。

但是随着银行数据大集中战略的实施、业务的快速发展和管理精细化程度的不断提升，数据中心规模越来越大，用电密度和用电量越来越高，人力资源成本越来越高，对基础设施管理和自动化的要求也逐步提高，维护工作量越来越大，基于原来小规模数据中心的监控平台逐渐不能适应这种需求。这时，数据中心建筑设备监控管理系统（Building Management System，BMS）应运而生，该系统结合现代楼宇自动化管理的分类方式和以往数据中心管理和运维人员对机房管理的认知，对机房环境、机电设备、安防、消防等不同专业进行分散监控和集中管理，BMS更有利于数据中心机房运维的规范化、标准化和自动化管理。

大型数据中心通常包括若干个建筑单体或功能相对独立的机房模组，每个建筑单体（或机房模组）都有相对独立的监控系统，配有独立的监控室，同时，大型数据中心通常配有最高级别的总控中心（ECC）系统，各建筑单体（或机房模组）内的监控室相当于总控中心的一个分控中心。BMS可以理解为分控中心的集中管理系统，处于基础设备监控层和综合信息指挥管理层（ECC）之间，是沟通控制系统与信息管理系统的桥梁。基础设备监控层一般指建筑单体内的楼宇自控系统（BAS）、环境动力监控系统、安全防范系统（SPS）、消防系统（FAS）和其他设备或监控系统。

对于大型数据中心来说，监控系统分为ECC层、BMS层和基础设备监控层三层结构，实现了系统的标准化和模块化管理，层次结构清晰，功能清晰，界面清晰，更有利于数据中心的管理和后期灵活扩展。

通过BMS，用户可以集中监视各种建筑设备的运行状态，统计设备的运行参数，可以让用户从本地局域网管理操作系统，具有可靠的联动功能有效处理突发事件。

1.BMS常见集成模式

（1）以硬接点方式进行系统集成 这种方式是系统集成最初的手段，通过增加一个设备子系统的输入/输出接点或传感器，接入另一个设备子系统的输入/输出接点进行集成。

（2）以串行通信方式进行系统集成 常见的方式是将现场控制器加以改造，增加串行通信接口，使之可以与其他设备子系统进行通信。设备子系统之间的信息交换通过通信协议的转换实现。

（3）以楼宇自控系统（BAS）或环境动力监控系统为平台进行系统集成 楼宇自控系统或环境动力监控系统通过计算机网络联接其他集成子系统，可以监测、控制和管理其他集成子系统。

（4）基于子系统平等方式进行系统集成 核心思想是建立系统集成管理网络，将各子系统视为下层现场控制网，以平等方式集成；系统集成管理网络集成高性能实时数据库（系统集成数据库），各子系统的实时数据，通过开放的工业标准接口转换成统一的格式存储在系统集成数据库中；系统集成管理网络通过BMS核心调度程序对各子系统实现统一管理、监控及信息交换。

2.环境动力监控系统

环境动力监控系统主要是针对IT机房、UPS配电室等重要房间整体环境和末端机电设备进行集中监测，环境部分主要监测对象包括温度、湿度、空气质量、漏水检测、静压/压差、3D动态温度云等；末端机电部分监测对象包括精密空调设备、加湿器、UPS设备、蓄电池和精密列头柜等设备的运行状态等。

（1）温度、湿度监测 应监测IT机房、UPS配电室、电池室的温度、湿度值。

（2）空气质量监测

1）监测对象可包含氢气、硫化物、一氧化碳、二氧化碳、粉尘等。

2）宜监测主机房内空气所含硫化物、粉尘含量。

3）宜监测蓄电池间空气所含氢气浓度。

4）宜监测辅助区、行政管理区空气所含一氧化碳、二氧化碳浓度。

（3）漏水检测（图8⁃23）

1）应监测有水源区域的漏水状态。

2）漏水发生时，宜监测漏水的具体位置，并联动强制排水设备排水，如联动进出水管的电磁阀开、关。

图8⁃23 漏水检测示意图

（4）静压/压差监测

1）宜监测主机房与主机房外的压差、主机房地板下的静压。

2）宜实现室内外压差与新风机的联动。

（5）3D温度云监测（图8⁃24）

1）3D温度云动态监测可以有效消除高热点，避免设备宕机。

2）3D气流跟踪分析可以提升制冷效率，有效降低能耗。

图8⁃24 3D温度云监测示意图

（6）精密空调监测（图8⁃25）

1）应监测其开、关状态，压缩机、加热、加湿除湿状态，送风温度/湿度、回风温度/湿度参数。

2）应具备来电自启动功能，并控制其开、关机。

图8⁃25 精密空调监测示意图

（7）加湿器监测 宜监测其开机、关机、工作状态、湿度参数，以及控制加湿器的开、关机。

（8）不间断电源UPS监测（图8⁃26）

1）应监测UPS 三相输入电压、三相输入电流、输入功率、输入频率、三相输出电压、三相输出电流、输出功率、输出频率、电度、旁路电压、旁路电流参数，UPS输入、旁路、逆变器、整流器状态及电池充放电状态。

2）宜监测电池后备时间参数。

3）不宜对UPS的开、关机进行控制。

图8⁃26 不间断电源UPS监测示意图

（9）蓄电池监测（图8⁃27） 由于UPS是电气系统可靠性保障系统中的重要环节，而蓄电池又是UPS的储能装置，蓄电池原因引起的数据中心火灾不在少数，因此对蓄电池进行监控的重要性不言而喻。

图8⁃27 蓄电池监测示意图

在国标《电子信息系统机房设计规范》（GB50174—2008）中，A级要求监控每一个蓄电池的电压、内阻和故障；B级要求监控每一组蓄电池的电压、内阻和故障；C级不要求。由于银行数据中心的重要性，建议AA级、A级和B级监控每一个蓄电池的电压、电池表面温度、内阻和故障；C级要求监控每一组蓄电池的电压、内阻和故障。

系统可对监测到的各项参数设定越限阀值（包括上下限、恢复上下限），一旦蓄电池发生故障，系统将自动切换到相应的监控界面，且发生报警的该项状态或参数会变红色并闪烁显示，同时产生报警事件进行记录存储并有相应的处理提示，并第一时间对外报警。

提供曲线记录，直观显示实时及历史曲线，可查询一年内相应参数的历史曲线及具体时间的参数值（包括最大值、最小值），并可将历史曲线导出为Excel格式，方便管理员全面了解蓄电池的状况。

（10）精密列头柜监测

1）应监测其相电压、线电压、相电流、频率、功率、电度参数。(www.xing528.com)

2）宜监测各支路电流参数，各支路分、合状态以及断路器的分、合状态。

3.楼宇自控系统

楼宇自控系统（Building Automation System，BAS）是数据中心建筑设备监控管理系统中的核心子系统，不但要监测与数据中心可靠性关系最为密切的机电系统的运行状态，还要控制其按照最佳状态运行，如自然冷却的自动切换，以实现数据中心的绿色节能。

楼宇自控系统通常是一个集散型或者是分布的开放型系统，目前楼宇自控系统一般采用分层分布式结构，第一层为中央计算机系统，第二层为区域智能分站DDC，第三层由数据采样与控制终端组成。

第一层的中央计算机系统是由多台分散的微型计算机和区域智能分站经互联网络联结而成的计算机系统，系统中各智能单元既相互协同又高度自治，能在全系统范围内实现资源管理，动态地进行任务分配或功能分配，同时可以执行分布式程序。第二层智能分站DDC的主要功能是控制与数据网的转换，与各上位管理计算机进行数据交换，向上传送现场的各项采集数据和设备运行状态信息，同时接收各上位管理计算机下达的实时指令或参数设定、修改。第三层的数据采样通常由两类终端构成，一类称为监测输入点（IP），另一类称为受控输入点（OP），受控对象是水泵、阀门、控制器、执行开关等。各类探测器、传感器将监测对象的实时状态转变成区域智能分站可以接受的电流或电压量，通过DDC输出控制信号调节受控设备，如调节阀门的大小或调整风门的开度。

智能分站与楼宇自控系统（BAS）以现场总线方式进行通信，BAS中分散的智能分站的操作运行应高度自治，不依赖BAS监控软件。当系统通信故障时，智能分站仍然具有正常完成监测和控制的能力，同时也应采用分布式系统结构的原则，使智能分站在数据中心物理位置上更具有分布性，也可减少各监控工作站与智能分站之间的通信量。

网络总线是网络通信总线，在BAS中是上级管理计算机、中央站、分站、现场设备之间连接总线，而网络总线技术应是多个计算机系统的集合，实现数据通信和资源共享。

BAS网络控制器的配置，根据各厂商网络控制器的技术要求，网络控制器的系统容量必须大于在它范围内DDC实际监控点的数量和软件点的数量。

BAS现场控制器DDC配置的基本原则：DDC监控点总量必须具有10%～15%的设计余量；每一台DDC的模块配置必须满足受控设备监控点要求，并对AO、AI、DO、DI有一定余量；同一台受控设备不宜由两台DDC来完成其监控功能；DDC配置应根据监控点表和受控制设备的位置和各类产品的模块配置进行综合平衡。

（1）冷源系统监控 冷源系统监控根据空调制冷方式的不同，如风冷型、水冷型、冷冻水型、混合型和自然冷却型空调系统，而采用不同的监控方式。对于目前主流的带自然冷却和连续制冷的冷冻水型空调系统，监控方式如下：

1）通过温度、压力、流量、液位检测等传感器，监测冷水机组、冷冻水一/二次泵、冷却塔、冷却水泵、蓄冷罐、板式换热器等主要设备的运行状态及工作参数，测量冷冻水供回水温度和压力，测量冷却水温度和压力，冷冻水和冷却水流量，一/二次回路旁通流量等。

2）通过控制器（包括测量变送装置、调节装置和执行装置），管理系统内部冷水机组/冷冻泵/冷却塔/冷却泵的开停联锁控制、设备运行台数控制、冷却塔风机变频控制、制冷模式的转换控制（包括制冷模式、部分自然冷却模式、完全自然冷却模式）、蓄冷罐强制充冷控制、事故漏水情况下强制隔离蓄冷罐控制、蓄冷罐温度梯度监测、二次泵根据最远端用户供回水压差信号的变频控制、冷却水供水温度控制等。

（2）通风系统监控 新风系统监控主要是通过传感器和压差开关等对新风出口温湿度、主风管压力、过滤器两端压差、新风机组运行状态和故障报警状态等进行监测，通过控制器管理新风机组起停顺序控制和联锁控制，风机转速控制，进水两通阀开度控制和新风阀门开度控制等。

需要实现新风机与室内外压差的联动。

排风系统监控主要管理风机的开/关控制、运行状态、故障报警、手/自动状态、输出风压测量等。

（3）给水排水系统监控 给水排水系统监控主要管理补水泵和机房加湿器的开关状态、运行状态、手/自动状态、停泵压力和故障报警等。

（4）电气系统监控 主要是对数据中心的电气可靠性保障系统、高压变配电系统、柴油发电机系统和低压进线配电系统等进行监控。

1）电气可靠性保障系统。详见电气系统相关章节，此处不再赘述。

2）高压变配电系统。数据中心的高压变配电系统主要监测变压器、各种高压配电柜，包括各种高压配电柜的运行状态和参数，变压器铁心温度、变压器绕组温度以及风机状态等。高压配电信息的监控内容由中高压电力监控子系统通过通信协议提供。

3）柴油发电机系统。当市电供应中断后，由蓄电池组通过UPS对负载进行持续供电直至作为数据中心的后备电源的发电机起动运行。对发电机进行实时监控有利于保障发电机稳定运行，保障数据中心的电力供应。

通常需要监测的发电机运行参数（状态）包括三相输出电压、三相输出电流、输出频率、输出功率参数，及其工作状态（运行、停机）、工作方式（自动、手动）、市电故障状态；还有发电机储油罐的液位，润滑油油温、油压等参数也是需要监测的内容；另外，可根据情况考虑监测其运行时间、转速、水温（水冷）、皮带断裂（风冷）、起动失败，过载状态、报警信号、故障信号等；并机系统工作状态（自动/手动），报警信号、故障信号。

监控管理系统要能够实现对发电机的控制，包括发电机组的开/关机、紧急停车、主备用机组切换等。

4）低压进线配电系统。主要是监测进线配电柜的运行状况。通常的监测内容包括三相电的相电压、线电压、相电流、频率、功率（有功功率和无功功率）、功率因数、电度、三相不平衡度、零地电压、谐波含量参数，以及断路器的分、合状态；可监测电涌保护器（SPD）运行状态。系统的实时数据釆集，使得管理人员能够非常方便地读取配电系统的运行数据，了解供电情况；系统的历史数据分析和统计，能够帮助预防故障。

（5）电梯系统监控 电梯是数据中心场地基础设施中的交通工具，分为客梯和货梯，电梯系统工作的好坏，将影响数据中心的正常运维，因此对电梯的管理和控制也是需要关注的问题。

电梯系统运行参数及状态的检测与控制包括：

1）电梯运行状态：用主电路接触器的辅助触点。

2）电梯运行方向：用主电路接触器的辅助触点。

3）电梯运行的开/关控制：用DDC数字输出接口。

4）与消防系统的联动：消防联动控制器的输出模块。

4.机房消防系统监控

在国内，消防系统具有独立的火灾探测、报警、控制系统和监控平台，需要专人进行值守监控。在国内建筑业中，消防系统的安装也要求专业的消防安装公司独立施工，因此在一定程度上就限制了消防系统与其他监控系统的功能集成。通常BMS对消防系统采用只监不控的原则，这样做的目的是保证消防系统在工作过程中不受到其他系统的影响。

电气火灾监控系统应按照国家现行规范标准设计实施，应根据客户需求或实际客户运维体系考虑是否需要集成。

消防设备电源监控系统应按照国家现行规范标准设计实施，应根据客户需求或实际客户运维体系考虑是否需要集成。

防火门监控系统应按照国家现行规范标准设计实施，应根据客户需求或实际客户运维体系考虑是否需要集成。

5.机柜微环境监控

随着数据中心精细化管理要求的提高，机柜微环境监控应运而生，它能更方便的就近监测到机柜门禁、IT设备用电参数、用电峰值报警、机柜内IT设备四周的温湿度、机柜倾斜度等数据，这些数据对于机房和IT运维人员来说相对更准确，更具有参考意义。

机柜门禁，监测每台机柜前门和后门的出入口控制，机柜门开/闭状态和报警信息。监测方式为从门禁控制主机上采集实时参数和报警信息。

PDU电源模块，监测每路电源的输入电压、输入电流、开关状态，当用电量大于设定值时报警。监测方式为从PDU电源模块通信卡上采集设备实时参数、开关状态信息和报警信息。

机架式STS，负责向单电源IT设备提供可靠的冗余电源，可以指示两路交流输入电源的状况，哪一路电源被选择为主电源，以及哪一路电源正在向负载供电等信息，可以提供电源从输入到负载的流向图。监测方式为直接从STS通信卡上采集信息。

温湿度传感器，监测每台机柜内温度、湿度、报警信息和传感器故障信息。监测方式为通过温湿度传感器采集实时温湿度值和报警信息。

烟感探测器，探测每台机柜内的烟雾，当烟雾浓度大于定值时报警，监测传感器故障信息。监测方式为通过烟感探测器采集报警信息。

6.资产管理

随着银行数据中心的IT设备成倍增长，采用传统的纸面单据定时巡检的资产管理方式将无法满足对设备的实时监控。

数据中心资产管理系统通过采用电子标签、有源或无源射频网络、RFID读写器、设备监控平台、自动报警系统、访问控制系统对数据中心内设备的位置、移动状况、实时状态等信息进行实时和定时监控与统计分析，并根据设备的相关状态触发后续动作，可随时随地了解设备的位置状态和工作状态，并能够提早发现问题，消除事故隐患，提高管理的效率和精度，降低管理者的劳动强度。

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种成熟的非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。

资产管理系统具有资产自动监控、资产自动定位、资产信息管理、快速资产盘点、风险事件定义、异常情况报警等特点。

常见资产管理系统示意图如图8⁃28所示。

图8⁃28 常见资产管理系统示意图