2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.………………………………………………………………….3
ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ.…………………………..7
1.1. Анализ существующих аналогичных системю…………………....7
1.2. Обоснование выбора программно-аппаратных средств...………..13
1.3. Техническое задание ……………………………………………….18
1.3.1. Основание для разработки……………………………………18
1.3.2. Назначение……………………………………………………..18
1.3.3. Требования к функциональным характеристикам………….19
1.3.4. Требование к надежности…………………………………….19
1.3.5. Требования к составу и параметрам технических средств...20
1.3.6. Требование к документации…………………………………..21
1.3.7. Условия по разработке………………………………………...21
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ И ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ
СХЕМЫ………………………………………………………………………23
2.1. Разработка структурной схемы системы ………………………….23
2.2. Разработка топологической схемы подключения кондиционеров.26
2.3. Разработка структуры входных и выходных данных. ……………36
ГЛАВА 3. МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗАЦИИИНФОРМАЦИОННОЙ
СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПРОМЫШЛЕННОГО
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ЦОД………… ………………………………..39
3.1. Методика формирования выходных данных системы……………..39
3.2. Методика тестирования и отладки программного обеспечения..…61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………63
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ...……………………….66
ПРИЛОЖЕНИЯ А Графический материал ………………………………....71
3
ВВЕДЕНИЕ
В условиях постоянного роста информационных систем и
потребности хранить получаемые данные, растет и восстребованость
центров обработки данных. В них можно арендовать от сервера как
физического, так и виртуального до серьезной аренды от стойки до
машинных залов целиком. Потому что содержать собственную серверную
не всегда удается и для этого требуется отдельное помещение и
соблюдения ряда условий для бесперебойного функционирования.
Получается целесообразней использовать услуги предоставляемые
центрами обработки данных с уже установленными критериями
предоставляемого сервиса и набором всех необходимых, для
бесперебойного функционирования, средств.
В рамках данной выпускной квалификационной работы перед Вами
будут представлены результаты увлекательной проведенной работы по
вводу в эксплуатацию претензионного холодильного оборудования
компании Stulz, описать критерии и причина выбора аппаратных средств
компанией ООО «Даталайн» основываясь на долгом опыте работы. И
главное показать, как ставятся и выполняются задачи по постановке на
мониторинг климатических установок в новый корпус Nord 4.
Как известно существует много вариантов исполнения
климатических зон в рамках машинного зала, но самая распространенная
это использование схемы холодного и горячего коридора, принцип ее
работы будут описаны немного позднее.
Система мониторинга представляет собой унифицированную
систему с помощью которой возможно отслеживать состояние сетей
Ethernet, инженерного оборудования, сетевого оборудования, энерго
центров и других составляющих центра обработки данных. Так же можно
контролировать состояние стратегически важных серверов и их
4
компонентов, например свободное место на сервере логирования или
телефонии.
В рамках данной работы все последущие наработки будут
производится на системе мониторинга Nagios, которая в стенах ДатаЛайна
получила собственные доработки своего ядра и имеет несколько вариантов
исполнения. Существуют резервируемые версии, которые дублируют
работу друг друг на случай нештатных ситуаций при потери одного из
серверов.
Для работы в данной системе сотруднику компании необходим ПК
или сервер, с установленным за ранее программным обеспечением
(диспетчер SNPM и/или сетевой браузер.
Принцип работы любой системы мониторинга заключается в
последовательном опросе контроллеров в обвязке кондиционирования, на
предмет доступности и произошедших событий. В случае обнаружения
ошибки или в случае недоступности контроллера (напр. отключение
питания или техническая протечка), в системе отображается эта ошибка,
что в свою очередь автоматически отправляет сообщения по электронной
почте о неисправности и отправка сообщения о прерывании диспетчеру
SNMP; тело сообщений имеет техническую составляющую с краткой и
сухой информацией о происшествии на оборудование. Соответствующий
контроллер обеспечивает считывание всей информации одновременно по
запросу сети (операция «доставка» SNMP или открытие вебсайта). В
случае изменения значений через веб-сайт или диспетчер SNMP, эти
значения немедленно передаются соответствующему контроллеру. Для
отображения на веб-сайте необязательно включать поддержку языка Java и
файлов-куки (cookies). контроллер получает команды на
включение/выключение через шину Stulz. Функция задания цикла
включает в себя оповещение об авариях и включение устройства
5
кондиционирования, в случае превышения установленных температурных
пределов.
Объектом исследования данной выпускной работы
«Информационные технологии», а предметом исследования данной
работы является «Разработка автоматизированной информационной
системы мониторинга промышленного кондиционирования ЦОД».
Целью выпускной квалификационной работы является разработка
автоматизированной информационной системы мониторинга, разработка
скрипта опроса кондиционеров и вывод в понятный конечному
пользователю интерфейс системы мониторинга.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
1) рассмотреть основные понятия, компоненты, технологии систем
управления кондиционированием;
2) изучить структуру контроллеров;
3) разработать структурные и топологические схемы связи
кондиционеров;
4) провести обследование и анализ предметной области,
программных средств информационной сети организации;
5) разработать и внедрить в существующую систему новое
кондиционерное оборудование
При выполнении данной работы было проведно исследование и
проектирование системы, которая позволит следить за промышленным
оборудованием, и облегчить жизнь инженера.
Выпускная квалификационная работа состоит из Введения, трех
глав, Заключения, Списка использованной литературы, Приложения.
В первой главе выпускной квалификационной работы
рассматриваются существующие технологии контроля, осуществляется
выбор программно-аппаратных средств, составляется техническое задание.
6
Во второй главе работы разрабатывается структурная и
топологические схемы системы кондиционирования, ведется разработка
структуры входящих и выходящий данных.
В третьей главе работы проводится разработка и описывается
процесс создания скрипта опроса, создание ветки отображения понятной
конечному пользователю информации.
Практической значимостью работы является автоматизация
мониторинга системы кондиционирования, которую можно использовать
для запланированных проектов центра обработки данных.
Результатом работы является полноценный ввод в систему
мониторинга системы кондиционирования, которая позволит следить за
промышленным оборудованием, и облегчить жизнь инженера.
7
ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ
1.1. Анализ существующих технологий
Контроллер WIB 8000 для мониторинга и управления системой
кондиционирования представляет из себя плату сетевого интерфейса – это
интерфейс между системой воздушного кондиционирования и интернетом
через локальную сеть Ethernet. Данное устройство реализовано в двух
версиях, которые различаются местом установки:
Устанавливается непосредственно в корпус кондиционера в
отведенное для него место, получает данное устройство питание в 24В
Устанавливается в отдельный щит управления (ЩУ) с
собственным и не зависимым электроснабжением.
Данное устройство управляет данными до 2 x 32 контроллеров Stulz
(устройств кондиционирования), без дисплея и клавиатуры, конфигурация
и обслуживание исключительно производиться через сеть, программное
обеспечение сохраняется во флэш-памяти, имеет светодиоды, которые
показывает текущую деятельность шины и операционное состояние платы.
Рисунок 1 - Принципиальная схема шины STULS
8
Всем устройствам необходим собственный адрес ЦП/сетевой адрес
(C7000), без дубликатов, для взаимодействия с шиной. При указании
одинаковых адресов ЦП, возникает ошибка недоступности оборудования.
Рисунок 2 - Меню WIB 8000
Modbus - один из самых популярных протоколов автоматизации в
мире, поддерживает традиционные RS-232/422/485 устройства и недавно
разработанные устройства Ethernet. Много промышленных устройств,
таких как PLCs, DCSs, HMIs, инструменты и метры, используют Modbus в
качестве своего коммуникационного стандарта
ModBus – является открытым коммуникационным протоколом,
который основан на архитектуре «master-slave». Широко применяется в
промышленности для организации между электронными компонентами
связи. Так же может использовать для передачи данных протокол TCP/IP
(Modbus TCP) и нестандартные реализации использующие UDP протокол.
При использовании WIB8000, существует ряд сложностей:
Дороговизна устройства;
Долгие отклики на выполнения команд через WEB-интерфейс.
9
Данный стандарт был основан в 1979 году под потребности и
вычислительные мощности того времени, соответственно много
вопросов для современных промышленных сетей не могли быть
учтены. Стоит отметить следующие недостатки:
Отсутствует способ проверки потери соединения связи
ведомого устройства с ведущим;
Длина запроса ограничена, а данные запрашиваются только из
последовательно расположенных регистров;
Ведущее устройство периодически опрашивает ведомые, нет
передачи данных по инициативе ведомого устройства;
Система не может инициализироваться сама, требуется
вручную назаначать адреса устройств на этапе
программирования системы;
Используется метод передачи только 2-х типов данных, нет
унификации методов передачи.
Максимальное количество устройств, подключенных
последовательно на одну из двух шин ограничено 32, всего устройств
возможно подключить 64.
Однако основанный на Ethernet Modbus протокол отличается от
оригинальных последовательных протоколов. Для объединения сети
Modbus, MGate MB3000 включает порт Ethernet и до четырех
последовательных портов RS 232, RS 422 и коммуникация RS 485
Разберемся немного в принципе работы Modbus. Сама идея основана
на взаимодействии контроллеров по транзакциям запрос-ответ. В
производственной сети, обычно, существует только одно ведущие
устройство (master) и несколько ведомых устройств (slave). Ведущие
устройство инициирует транзакции, то есть отправляет запрос. Мастер
может адресовать запрос любому ведомому устройству индивидуально
или инициировать широковещательную передачу сообщения для всех
10
подчиненных устройств. Опознав свой адрес подчиненное устройство
отвечает на запрос адресованный именно ему. Если был инициирован
широковещательный запрос, то ответ подчиненными устройствами не
формируется.
То есть Modbus это структура запросов и ответов. И это
элементарный ответ протокола PDU (protocol data unit). Структура такого
протокола не зависит от типа линии связи и состоит из кода функции и
поля данных. Код функции идентифицируетсяоднобайтовым полем и
стоит в диапозоне от 1 до 127. А диапозон от 128 до 255 отведен для
обозначения кодов ошибок. Размер такого пакета имеет ограничение 253
байта, а поле данных может быть переменной длины.
Для передачи пакета по физическим линиям связи PDU помещается
в другой пакет, содержащий дополнительные поля. Этот пакет носит
название ADU (Application Data Unit). Формат ADU зависит от типа линии
связи. Существуют три варианта ADU, два для передачи данных через
асинхронный интерфейс и один — через TCP/IP сети:
Modbus ASCII — для обмена используются только ASCII символы.
Для проверки целостности используется однобайтовая контрольная
сумма. Начало и конец сообщения помечаются специальными
символами (начало сообщения ":", конец сообщения CR/LF).
Modbus RTU — компактный двоичный вариант. Сообщения
разделяются по паузе в линии. Сообщение должно начинаться и
заканчиваться интервалом тишины, длительностью не менее 3,5
символов при данной скорости передачи. Во время передачи
сообщения не должно быть пауз длительностью более 1,5 символов.
Для скоростей более 19200 бод допускается использовать интервалы
1,75 и 0,75 мс, соответственно. Проверка целостности
осуществляется с помощью CRC.
Modbus TCP — для передачи данных через TCP/IP соединение.
11
В некоторых критических ситуациях для того что бы предотвратить
отражение последовательных сигналов, потребуется терминальные
резисторы.
На предприятии уже развернута система мониторинга NAGIOS
v2.06. Сама настройка данного ПО очень непроста так как она целиком и
полностью состоит из текстовых конфигурационных файлов, связи между
которыми проходят на сквозь. Если учесть то, что NAGIOS может
обрабатывать данные, передаваемые при помощи протокола SNMP, с
минимальной необходимой степенью, выстраивается система, способная
отслеживать любые параметры от свободного места на HDD до мощности
потребляемой кондиционером или стойко-местом.
Компания Delta предоставляет широкий спектр услуг для
инфраструктуры ЦОД. Включает в себя следующие направления:
Охлаждение;
Питание;
Стоечные решения;
Управление.
В данной работе будет рассмотрена линейка продукции
предназначенная для управления ЦОД, что в свою очередь является
неотъемлемой частью системы мониторинга.
С каждым днем рынок IT-услуг растет и потребности в хранение
шумного оборудования тоже. Компания Delta предоставляет
полнофункциональное ПО управления инфраструктурой ЦОД. InfraSuite
Manager — Представляет собой комплексную платформу автоматического
сбора, регистрации и отображения данных для легкого управления ЦОД,
оптимизирует производительность и управление жизненным циклом
(DCIM).
Система Мониторинга и Управления (EMS) является образцом
системы DCIM и позволяет отслеживать различные параметры