CN211266593U

CN211266593U - 一种智能交流全电量列头柜控制系统

Info

Publication number: CN211266593U
Application number: CN202020102170.1U
Authority: CN
Inventors: 王诚; 冯思卓; 唐振坤; 赵晓培
Original assignee: Nanjing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2030-01-16

Abstract

本实用新型涉及一种智能交流全电量列头柜控制系统，包括人机交互终端、主机电路板以及多个从机电路板，所述从机电路板的一端与服务器相连接，所述从机电路板的另一端与主机电路板的一端相连接，所述主机电路板的另一端与人机交互终端相连接。本实用新型优点是能够有效地监测服务器集群中每台服务器的运行状态，并能够直观、精准、有效地根据需要记录每台服务器的实时运行状态、电压电流变化、频率、高次谐波等多方面电气参数，同时可以实现对于服务器集群中的每一台服务器的开关状态做到点对点的有效控制。

Description

一种智能交流全电量列头柜控制系统

技术领域

本实用新型属于控制系统技术领域，涉及一种智能交流全电量列头柜控制系统。

背景技术

据了解，服务器因为其可靠性、可用性、可拓展性等多方面优势，在互联网发展中占有着绝对重要的地位。随着近年来互联网等行业的高速发展以及手机的快速普及伴随着的大数据时代的到来，同时，随着越来越多的高科技公司的兴起以及越来越多的传统公司的转型升级。为了能让更多的人体会到互联网所带来的便利，实现时时刻刻的数据共享。服务器在其中起着非常重要的作用。

列头柜即服务器配电柜，是整个服务器集群中至至关重要的一环，传统的列头柜只是利用几个表头加上一些开关完成对于各个服务器的输入电气参数进行监控，添加了各种单元模块的动环监控效果一般且连接繁琐混乱。

但是随着服务器设备的快速发展，服务器规模的不管扩大，传统的服务器的监测与管理面临着十分巨大的挑战，主要表现在以下几个方面：

1、服务器电力使用消耗大、浪费严重。近年来，随着互联网行业的迅猛发展，对服务器性能的追求，带来了服务器的耗电量的指数级增加。因为无法对服务器耗电量进行有效的监测。使得有限电能的合理化分配较为困难，通常使用额定电能分配用电量，但由于服务器温度、应用场景等多方面因素的影响和制约，使用服务器的额定功率计算其用电量无法准确计算。因此为了保证服务器的正常使用，需要为其分配过剩的电能，导致浪费严重。

2、服务器输入电压不稳定、损耗严重。服务器的供电通常不能保证稳定的电压或电流的输入。一方面，过高、过低的电压会导致服务器电源模块负担加重，加速老化和线路损害；另一方面，因线路问题而出现的长时间的高压或低压一般很难及时发现，这就导致服务器长时间处在高压过热甚至发生断电、烧毁等问题。长此以往，导致服务器的损耗严重、服务器的维护成本增加等问题。

3、服务器宕机频率增加、不能及时发现。服务器在运行时会带来很大的发热量，热量过高会导致服务器断电保护，降低服务器的使用效率，如不能及时发现采取措施，将导致服务器变慢、访问异常等问题。

因此，一套能统计及预测服务器电能消耗、实时监测、控制服务器运行状态的控制系统，对于服务器的管理者来说是必须的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种智能交流全电量列头柜控制系统，能有效地监测服务器集群中每台服务器的运行状态，能够直观、精准、有效地根据需要记录每台服务器的实时运行状态、电压电流变化、能耗等多方面数据，同时可以实现对于服务器集群中的每一台服务器的开关状态做到点对点的有效控制。对于保证服务器的平稳高效运行，节约服务器维修成本，具有很重要的实际应用价值。

本实用新型解决其技术问题的技术方案如下：

一种智能交流全电量列头柜控制系统，包括人机交互终端、主机电路板以及多个从机电路板，所述从机电路板的一端与服务器相连接，所述从机电路板的另一端与主机电路板的一端相连接，所述主机电路板的另一端与人机交互终端相连接。

优选地，所述主机电路板包括第一主控模块、第一电源模块、继电器模块、第一RS485总线模块、开关量输入模块和第一输入控制模块；所述第一RS485总线模块、开关量输入模块、第一输入控制模块分别与第一主控模块连接。第一输入控制模块由电流输入控制模块和电压输入控制模块组成。

上述的第一RS485总线模块用于实现主机-从机、主机-监控平台、主机-人机交互终端之间的数据交互；输入控制模块用于读取、记录及监控输入的电压及电流；开关量输入模块用于记录开关量输入信息。

优选地，所述第一电源模块、继电器模块分别与第一主控模块连接。

上述的第一电源模块用于将接入的市电转换为多路不同电压的直流电，为主机电路板中所需的供电模块提供直流电。

优选地，所述从机电路板包括第二主控模块、第二电源模块、第二RS485总线模块和第二输入控制模块，所述第二RS485总线模块、第二输入控制模块分别与第二主控模块连接，所述第二输入控制模块包括电流输入控制模块和电压输入控制模块。

上述的第二RS485总线模块用于实现主机-从机、从机-从机、从机-服务器之间的数据交互；电流输入控制模块用于读取、记录及监控输入的电流；电压输入控制模块用于读取、记录及监控输入的电压。

优选地，所述第二电源模块与第二主控模块连接。

上述的第二电源模块用于将接入的市电转换为多路不同电压的直流电，为从机电路板中所需的供电模块提供直流电。

优选地，所述第一主控模块、第二主控模块均包括中央处理器、时钟模块、存储单元和JTAG接口，所述时钟模块、存储单元、JTAG接口分别与中央处理器连接。

上述的时钟模块用于给中央处理器提供时钟信号及实时时间；存储单元用于储存数据、预先设定的计算规则及运行方案；JTAG接口用于芯片内部测试。存储单元与处理器直接通信，用于存储当前正在执行或使用的数据和程序，主机电路板的存储单元还一并记录每一台服务器的名称、编号、告警阈值、告警优先级及监控模式。

优选地，所述第一电源模块、第二电源模块均包括依次连接的变压器、整流电路、稳压电路和滤波电路，用以把50赫兹交流电转化为多路不同电压的稳定的直流电，为需供电的模块提供直流电源。

优选地，所述第一RS485总线模块、第二RS485总线模块均包括RS485总线接口，第一RS485总线模块的RS485总线接口与第一主控模块的中央处理器连接，第二RS485总线模块的RS485总线接口与第二主控模块的中央处理器连接，中央处理器通过RS485接口使用RTU ModBus通信协议来实现主机-监控平台、主机-从机、主机-人机交互终端以及从机-从机之间的数据交互。

优选地，所述主机电路板与监控平台通讯连接。

综上可知，主机与从机之间相互协作，从机完成对于所有接入服务器的电气参数收集；主机用于实现多台从机的数据的整合、判断数据从机对应的各服务器的运行状态、同时将所有从机的数据向上发送至人机交互系统及监控平台用以数据展示；人机交互系统一方面完成对于主机发送的各服务器的电气参数和告警信息的读取；另一方面，可以自动或手动的通过控制主机实现对于从机所连接的各个服务器的点与点的控制功能。

人机交互终端接受主机发送的实时告警信息并响应，同时可以根据需要向主机读取包括服务器运行状态及包括电压电流、有用功率、电能损耗、本月、本年用电量在内的多种电气参数并在界面上进行展示。用户可以根据实际的需求设置，单独在界面上显示某台或某些台服务器的运行状态。

人机交互系统为触摸式操作界面，用户可以根据各台服务器的不同功能及重要程度对每一台服务器的名称、编号、告警阈值、告警优先级及监控模式等信息进行人性化设置；此外，当某台服务器发生用户的设定的某些高危告警时候，该系统可以自动向主机下发指令，切断服务器供电；工作人员也可以通过手动控制的方式，实现对于服务器集群中每一台服务器的开闸合闸状态的点对点控制。

监控平台可以从手持移动端及计算机进行接入，接受主机发送的电气参数及告警信息；并通过手持移动端或计算机下发指令，实现对于服务器的控制功能。

本实用新型优点是能够有效地监测服务器集群中每台服务器的运行状态，并能够直观、精准、有效地根据需要记录每台服务器的实时运行状态、电压电流变化、频率、高次谐波等多方面电气参数，同时可以实现对于服务器集群中的每一台服务器的开关状态做到点对点的有效控制。对于保证服务器的平稳高效运行，节约服务器维修成本，具有很重要的实际应用价值。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型的原理图。

图2为本实用新型中主机电路板的原理图。

图3为本实用新型中从机电路板的原理图。

图4为本实用新型中人机交互终端的功能示意图。

图5为本实用新型的实际应用中连接示意图。

图6为本实用新型中实际应用场景的示意图。

图7为本实用新型中第一、第二主控模块的电路图。

图8为本实用新型中第一、第二RS485总线模块的电路图。

图9为本实用新型中主从机输入控制模块的电路图。

图10为本实用新型中主机开关量输入模块的电路图。

图11为本实用新型中主机机继电器模块的电路图。

图12为本实用新型中主从机电源模块的电路图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本实用新型作进一步详细描述。但是本实用新型不限于所给出的例子。

实施例1

如图1所示，智能交流全电量列头柜控制系统，包括人机交互终端、主机电路板以及多个从机电路板，从机电路板的一端与服务器相连接，从机电路板的另一端与主机电路板的一端相连接，主机电路板的另一端与人机交互终端相连接，主机电路板还与监控平台通讯连接。

如图2所示，主机电路板包括第一主控模块、第一电源模块、继电器模块、第一RS485总线模块、开关量输入模块和第一输入控制模块；第一RS485总线模块、开关量输入模块、第一输入控制模块分别与第一主控模块连接。第一输入控制模块由电流输入控制模块和电压输入控制模块组成。上述的第一RS485总线模块用于实现主机-从机、主机-监控平台、主机-人机交互终端之间的数据交互；第一输入控制模块用于读取、记录及监控输入的电压及电流；开关量输入模块用于记录开关量输入信息。另外，第一电源模块、继电器模块分别与第一主控模块连接。上述的第一电源模块用于将接入的市电转换为多路不同电压的直流电，为主机电路板中所需的供电模块提供直流电。

如图3所示，从机电路板包括第二主控模块、第二电源模块、第二RS485总线模块和第二输入控制模块，第二RS485总线模块、第二输入控制模块分别与第二主控模块连接，第二输入控制模块包括电流输入控制模块和电压输入控制模块。上述的第二RS485总线模块用于实现主机-从机、从机-从机、从机-服务器之间的数据交互；电流输入控制模块用于读取、记录及监控输入的电流；电压输入控制模块用于读取、记录及监控输入的电压。另外，第二电源模块与第二主控模块连接。上述的第二电源模块用于将接入的市电转换为多路不同电压的直流电，为从机电路板中所需的供电模块提供直流电。

如图7所示，第一主控模块、第二主控模块（即主从机主控模块）均包括中央处理器、时钟模块、存储单元和JTAG接口，时钟模块、存储单元、JTAG接口分别与中央处理器连接，主从机处理器单元均选用STM32F104系列芯片。上述的时钟模块用于给中央处理器提供时钟信号及实时时间；存储单元用于储存数据、预先设定的计算规则及运行方案；JTAG接口用于芯片内部测试。主从机存储单元（EEPROM）选用的芯片型号为MB85RC256V系列，通过I2C总线进行读写，容量为256Kb，与中央处理器直接通信，用于存储当前正在执行或使用的数据和程序，主机的存储单元还一并记录每一台服务器的名称、编号、告警阈值、告警优先级及监控模式。主从机主控模块的电路中元器件清单见表1。

表1

从机时钟模块与A/D模块相互配合完成对于从机电压、电流输入控制模块分压采集到的电压值的定时采集工作，完成对于其所连接的二十余台服务器的电压、电流等电气参数的实时采集工作；对于采集后的电气参数从机中央处理器将其计算得到功率、用电量等多种所需参数；将二十余台服务器的电气参数存储在从机中央处理器的内部存储单元，等待主机访问。

主机中央处理器实现对于多台从机的数据访问，将每台从机所连接的服务器的相关数据根据预先设定好的参数阈值，对于每一台服务器的所有电气参数进行判断，对于超出理想范围的服务器的数据生成告警信息。同时，将每台服务器的参数、告警等信息存储在主机处理器的内部存储单元，等待监控平台及人机交互系统的访问。

如图8所示，第一RS485总线模块、第二RS485总线模块（即主从机RS485总线模块）均包括RS485总线接口，第一RS485总线模块的RS485总线接口与第一主控模块的中央处理器连接，第二RS485总线模块的RS485总线接口与第二主控模块的中央处理器连接，这样主从机的中央处理器均通过RS485接口使用RTU ModBus通信协议来实现主机-监控平台、主机-从机、主机-人机交互终端以及从机-从机之间的数据交互。主从机RS485总线模块的电路中元器件见表2。

表2

如图9所示，主从机输入控制模块（即第一、第二输入控制模块）主要由比例运算模块组成，比例运算模块包括多个高精度元器件，该模块使用了高精度光耦及高速二极管及高精度电阻，配合中央处理器的模数转换功能可以精确具有较高精度电流及电压等参数。主从机输入控制模块的电路中见表3。

表3

主机开关量输入模块的电路如图10所示，开关量输入模块实现了对于1、2进线主开关状态、防雷状态及DO状态的监控。主机开关量输入模块的电路中元器件清单见表4。

表4

主机继电器模块的电路如图11所示。主机继电器模块的电路中元器件清单见表5。

表5

如图12所示，第一电源模块、第二电源模块（主从机电源模块）均包括依次连接的变压器、整流电路、稳压电路和滤波电路，用以把50赫兹交流电转化为多路不同电压的稳定的直流电，为需供电的模块提供直流电源。主从机电源模块的电路中元器件清单见表6。

表6

主机与从机之间相互协作，从机完成对于所有接入服务器的电气参数收集；主机用于实现多台从机的数据的整合、判断数据从机对应的各服务器的运行状态、同时将所有从机的数据向上发送至人机交互系统及监控平台用以数据展示；人机交互系统一方面完成对于主机发送的各服务器的电气参数和告警信息的读取；另一方面，可以自动或手动的通过控制主机实现对于从机所连接的各个服务器的点与点的控制功能。

在实际应用过程中，主从机的RS485总线接口实现了主机-从机、主机-监控平台、主机-人机交互终端系统以及从机-从机之间的数据交互。各组件之间的数据交互采用了RTU ModBus串口通信协议，通过串口EIA-485物理层进行，RTU格式后续的命令、数据带有循环冗余校验的校验和保证数据传输的准确性。

如图4所示，本实施例的人机交互系统功能示意图中，该人机交互系统可以通过用户控制完成电气参数的读取、服务器手动控制、服务器参数修改等功能；系统可以自动完成实时告警、服务器状态自动控制等功能。通过人机交互系统的层层访问最终实现用户的需求。

如图5所示，本实施例的实际应用中连接示意图中，每台从机对36台服务器的运行状态、电能参数信息进行记录，将收集的36台服务器的数据使用RTU ModBus串口通信协议，通过RS485总线传输至主机。主机收到每台从机所记录的各个服务器电能信息后，根据预先设定的阈值判断该服务器的运行状态，判断是否输出告警信息；主机将收集到的各服务器电能信息及判断后的告警信息通过RS485总线传输至人机交互系统及监控平台；同时，人机交互系统及监控平台根据从主机获得的数据，自动或人为的判断对于参数的调整及服务器的开合闸状态，以指令形式以相同协议通过RS485传输至主机；主机对于收到的指令进行相应，实现远程控制服务器集群中每一台服务的配电状态。

如图6所示，本实施例实际应用场景示意图中，展示了本实施例在实际应用场景中的使用情景，本实施例的系统安装在列头柜中，记录服务器集群中服务器的电能信息、运行状态及开闸合闸信息。

综上可知，本实用新型有效地监测了服务器集群中每台服务器的运行状态，能够直观、精准、有效地根据需要记录每台服务器的实时运行状态、电压电流变化、能耗等多方面数据，同时可以实现对于服务器集群中的每一台服务器的开关状态做到点对点的有效控制。对于保证服务器的平稳高效运行，节约服务器维修成本，具有很重要的实际应用价值。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims

1.一种智能交流全电量列头柜控制系统，其特征在于：包括人机交互终端、主机电路板以及多个从机电路板，所述从机电路板的一端与服务器相连接，所述从机电路板的另一端与主机电路板的一端相连接，所述主机电路板的另一端与人机交互终端相连接。

2.根据权利要求1所述一种智能交流全电量列头柜控制系统，其特征在于：所述主机电路板包括第一主控模块、第一电源模块、继电器模块、第一RS485总线模块、开关量输入模块和第一输入控制模块；所述第一RS485总线模块、开关量输入模块、第一输入控制模块分别与第一主控模块连接。

3.根据权利要求2所述一种智能交流全电量列头柜控制系统，其特征在于：所述第一电源模块、继电器模块分别与第一主控模块连接。

4.根据权利要求3所述一种智能交流全电量列头柜控制系统，其特征在于：所述从机电路板包括第二主控模块、第二电源模块、第二RS485总线模块和第二输入控制模块，所述第二RS485总线模块、第二输入控制模块分别与第二主控模块连接，所述第二输入控制模块包括电流输入控制模块和电压输入控制模块。

5.根据权利要求4所述一种智能交流全电量列头柜控制系统，其特征在于：所述第二电源模块与第二主控模块连接。

6.根据权利要求5所述一种智能交流全电量列头柜控制系统，其特征在于：所述第一主控模块、第二主控模块均包括中央处理器、时钟模块、存储单元和JTAG接口，所述时钟模块、存储单元、JTAG接口分别与中央处理器连接。

7.根据权利要求6所述一种智能交流全电量列头柜控制系统，其特征在于：所述第一电源模块、第二电源模块均包括依次连接的变压器、整流电路、稳压电路和滤波电路。

8.根据权利要求7所述一种智能交流全电量列头柜控制系统，其特征在于：所述第一RS485总线模块、第二RS485总线模块均包括RS485总线接口，第一RS485总线模块的RS485总线接口与第一主控模块的中央处理器连接，第二RS485总线模块的RS485总线接口与第二主控模块的中央处理器连接。

9.根据权利要求8所述一种智能交流全电量列头柜控制系统，其特征在于：所述主机电路板与监控平台通讯连接。