EtherCAT：从发生故障到成功采取对策仅需 30 毫秒.docx

最终用户 | 德国由于采用了集成式消防系统，因此数据中心的传感器需集成入防水型 EtherCAT 端子盒模块 EP3184。基于 PC 的控制技术：移动、节能且极为紧凑的计算中心EtherCAT：从发生故障到成功采取对策仅需 30 毫秒总部位于德国马斯贝格的标准电力研究所（Correct Power Institute）成立于 2004年，是一家从事技术安全和能源高效利用的私人独立技术研究所。标准电力研究所不提供标准产品，而是作为服务提供商，根据用户要求进行各方面的开发工作。标准电力研究所提供经济节能的解决方案和构思，设计系统，并且实现功率介于100 kW 和 24 MW 之间的计算中心。此外，计算中心基于“零故障数据中心设计”（zD）概念，具有故障自动保护功能，用户能从中受益。最终用户 | 德国仅使用水和电：有了小型计算中心“箱式数据中心”，在任何建筑或房间内搭建一套高效的 IT 基础设施都很便捷。它独立于建筑物专用的冷却和消防系统；并且其低噪声版本甚至能直接安装在办公室内。用于故障指示的 280 多个数据点受到监控，并且将数据记录到自定义的Beckhoff 工业 PC C6915 中。用户可通过智能手机应用随时随地检查数据中心的状态。标准电力研究所深信“德国制造”一旦联手强大的德国工程设计将无可匹敌。标准电力研究所遵循其理念，与倍福应用部门紧密合作，共同参与要求运用故障自动保护变流技术和现场总线冗余功能的项目。模块化能效：具有故障自动保护功能的计算中心占地仅 1.2 m2互连网和电话等电子分销渠道为快节奏的零售企业带来了新挑战：整屋堆放的不再是活页夹和文件箱，而是服务器机柜；连电话系统都是基于 IP 的。一套先进的信息通信基础设施在每个分支的核心设置了小型计算中心，构成了所有业务流程的中枢。标准电力研究所为此类用户提供了基于“箱式数据中心”概念的紧凑节能型计算中心。运用由标准电力研究所开发的“零故障数据中心设计”（zD）概念，能确保计算中心的高可靠性。“箱式数据中心”运用 ZD 概念，为高热负荷的高密度关键服务器机柜提供了故障自动保护和容错冷却功能。最小型的数据中心配备了主动和被动服务器机柜各一只，占地仅1.2 m2，高 2 m。除网络连接外，它还需要集成式水冷系统和电源连接。微型计算中心不仅节能，而且配备了独立于建筑物的冷却和消防系统。它可安装于任何房间，能为全球用户提供统一的 IT 标准。重新部署后，分支可立马恢复在线。此类解决方案也可使用租赁模式。收益率上升，电费降低正如租赁和薪资费用一样：电费上涨时，“电力使用效率”决定了IT 解决方案的能效，进而直接影响到分支的整体生产力。供应的能源中，仅有一半用于计算中心的服务器，另一半被冷却、配电和其他基础设施消耗掉。由于先进的能效标准基于美国采暖、制冷与空效的通风机转速控制能节省 90% 以上与空气流动相关的能源。对于大型计算中心，每年照此可节省超过 100 万欧元的费用。标准电力研究所将这些研究成果运用于智能算法，以此来控制基于 PC 控制技术的计算中心。该模块化系统能与一系列空调系统、IT 基础设施和用于控制柜施工的标准部件进行组合，用户可按自身要求配置出一套具有节能和故障自动保护功能的计算中心。基于 PC 的控制技术提高了驱动器效率标准电力研究所工程师开发的综合算法可控制计算中心内部的环境条件。标准电力研究所利用基于 PC 的控制技术可实现该算法。C6915工业 PC 的设计十分紧凑，却提供了最强大的计算能力。安装于各种规模的计算中心的 TwinCAT 自动化软件都能将故障指示数据记录在C6915 上。即便是最小型的“箱式数据中心”，也能对 UPS、空调系统、联网的 IT 系统、配有熔丝的电源插座、和防过载减载装置，总共280 个数据点进行全部监控。对于大型计算中心，记录的数据点数量可超过 5,000。标准电力研究所开发的下游“商业智能”算法能分析数据并据此制成图表。该分析算法需控制系统硬件发挥其最大性能，并且要与 Microsoft SQL Server 2012 等微软商业解决方案完全兼容。湿度和温度传感器发出的模拟测量信号通过自定义的 EtherCAT 端子盒 I/O 模块进行记录。4 通道模拟量模块 EP3184 具有 4 个单端输入，其传感器（使用中）的信号电平可在 0/4 至 20 mA 或 -10/0 至 +10 V 之间进行调节。对于 EP3184-1002 自定义版本，每次有 2 个通道在 M12接口进行合并。环境控制根据预先定义的目标配置文件实施。如果出现偏差，则会触发系统采取对策，如通过短信服务或电子邮件发出降低负载或外部告警信号。调工程师学会（ASHRAE）规范，因此数据中心能简化 IT 基础设施的部署并进行高效管理。1“电力使用效率”（PUE）提供了适用于计算中心的参考标准。总能耗与实际用服务器冷却与服务器实际的耗电量很接近，各约占总电源的 37%。标准电力研究所根据分析报告和行业经验开发了适用于计算中心的IEP 系统（专利申请中），其通过有效的部件布置和模块封装降低了电费。冷热通道分离和服务器机柜统一封接降低了冷却需求。有于 IT 的能耗之比介于 1 和无穷大之间。2 美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）是一家制定建筑技术标准等相关活动的国际专业协会。最终用户 | 德国建筑管理之瓶颈对于计算中心的操作员而言，最为重要的是迅速检测到故障并查明问题。发生整体故障前，系统必须达到一个定义的状态，事务数据才能保存或通过虚拟机传输。标准电力研究所总经理 Bernd Steinkhler 硕士对关键方面做了解释：“根据实验，我们发现冷却系统的整体故障会在 2 分半钟内致使计算中心关闭。传统建筑管理系统的响应时间约1 分钟，这显然过于缓慢；而不具备冗余功能的标准现场总线同样不适用。如果需要花整整 1 分钟时间才能检测到系统故障，那么启动适合的对策是不可能实现的。使用 EtherCAT 作为通信系统能极大缩短响应时间，” Bernd Steinkhler 说道。“假如 10 毫秒为一个周期，我们能在第一个周期检测到故障，在第二个周期查明问题，然后在第三个周期启动对策。”因此，故障能在实际发生前被检测到。而且可采取预防性维护措施，进一步增强计算中心的可靠性。运用 TwinCAT 进行分析TwinCAT