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数据中心信息化及能效管理系统的设计与实现

苏杨 1，黄海松 2，余萱 1，刘维嘉 1

（1.贵州电网有限责任公司信息中心，贵州贵阳550002；2.贵州大学现代制造技术教育部重点实验室，贵州贵阳550002）

来稿日期：2020-02-06

基金项目：贵州省重大专项（［2017］3004 号）

作者简介：苏杨，（1983-），男，贵州贵阳人，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向：信息化发展，IT 运维管理

1引言

随着信息和数据产业的发展，越来越多的IDC 以及大型数

据中心建成。数据中心主要研究方向是：提高数据中心自动化维

护效率以降低成本以及提高绿色节能以降低能源浪费。对于大规

模数据中心，机房存在的能耗过高、节能管理不当等问题已经日

益显著[1]，目前数据中心耗电量超过全国总耗电量1.5%，且以 6%

复合增长率增加，但是超过80%的能耗浪费率使得数据中心的能

源成本占到50%。针对数据中心自动监控，国内外主要集中在短

距离的无线网络传输方式上，比如通过ZigBee 或wifi 将数据集

中到上位机交互，缺点是传输距离受限，会产生信号干扰以及数

据量较小。

建立热能管理能效评价指标是实现评估、控制机房能效的

重要方式，建立环境控制量与能效指标的预测模型，通过模型求

出工况下最优的空调系统设定参数以达到能效控制。PUE 指

标一直作为机房能效评价常用指标，但是并不容易建立准确的控

制模型。RUI 作为一种较新的评价指标被提出，但是在工程应用

中并没有很好的实践示例。这里重点研究了大型数据中心大数

据、可靠的近/远端监控方式和能效控制的应用。

2系统功能

采集系统参数：动力系统电压、电流、UPS 系统电压、后备时

间、机房精密空调系统的工作参数以及状态参数（压缩机压力、电

热头温度、风扇状态、出口温度、回风温度、新风机开关状态）；各

机柜节点参数：温度、湿度、烟雾报警、电子门磁、水侵传感器。这

些参数给入系统控制中心单元（Center Control Unit）与上位机通

信，实现集中控制系统实现参数监控。另外，中心单元获取的安防

参数中的烟雾报警、水浸报警及动力参数中过压、欠压、UPS 启动

参数，通过GSM 网络以短信报警方式发送给管理员实现无人值

守报警。系统结构，如图1所示。系统能够根据工况条件设定空调

系统参数包括制冷温度、送风流量等，使得机房的RUI 达到最优

值，达到节能绿色的目的。数据中心上位机将数据上传给网络服

摘要：针对中大型数据中心存在的环境监控和管理问题，文章以对动力单元参数、微环境参数和安防等进行监控、无人

值守报警以及能效管理为目的，首先设计了基于LwIP 协议栈的中心控制单元用于数据中心现场数据采集并作为与上位

机通信网关。其次，以RUI/SHI 参数为指标，仿真并建立数据中心能效评价模型，优化了数据中心PUE 指标。最后，设计了

基于B/S 框架的局域网和基于应用服务器和网络数据库的网络监控系统。文章设计实现的系统成本低、可靠性高、易维

护，具有很好的实用性。

关键词：数据中心；环境监控；LwIP；能效管理；PUE；B/S 框架

中图分类号：TH16；TN915 文献标识码：A文章编号：1001-3997（2020）12-0301-04

Design and Implementation of Informatization and Energy

Efficiency Management System Use in Data Center

SU Yang1，HUANG Hai-song2，YU Xuan1，LIU Wei-jia1

（1.Information Center of Guizhou Power Grid Co.，Ltd.，Guizhou Guiyang 550002，China；2.Key Laboratory of Advanced Man-

ufacturing Technology，Ministry of Education，Guizhou University，Guizhou Guiyang 550002，China）

Abstract：!" #"$%& ’(& )*"+$&,# "- &.%/*".,0.’12 ,"./’"*/.3 1.4 ,1.156.5 6. 27*50 1.8 ,9:6;, :1’1 <=.’=*#，16, ’" ,".6’"*

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Key Words：Data Center；Environmental Monitoring；LwIP；Energy Efficiency Management；PUE；B/S Framework

Machinery Design ＆ Manufacture

机械设计与制造

第12 期

2020 年12 月301

DOI:10.19356/j.cnki.1001-3997.2020.12.070

务器中的数据库，通过访问!"# 应用服务器获取与服务器上数据

库的交互接口，实现广域网上对数据中心的监控。

上位机

$%&"’%"&

设备

交换

远程端

设备

短信报警

中心单元(、)、*…!

机柜+、,、*…!

精密空调

电源监

测模块温湿度烟感水侵传感器门禁

图(系统概述图

-./0( 123&"4 56"’6."! 7.8/’84

*控制中心单元设计

控制中心单元（99:）主要设计功能是采集机柜数据与上位

机通信，同时向管理人员手机发送烟雾、水浸、过压、欠压、:;1 启

动报警信息，是系统数据采集的重要部分。中心模块的主控芯片

采用1<=*)->?@AB，中心单元移植D!$; 协议栈，通过&EFG$;

协议与上位机通信。D!$; 可在保持 <9;G$; 协议基础上减少对

HI= 和H5= 的占用，实现在嵌入式设备上运行时的轻量化和可

靠性J)，*K。定义了两个7=I 描述符用于完成接收G发送-$-5 和内

存之间的数据传输，分别用于接收G发送以太网数据J>K。定义结构

体进行协议栈数据包及网络接口的管理JLK。中心控制单元的短信

报警功能采用1$=MNNI 芯片与主控制器串口通信，通过I< 指令

以<"O& 短信方式将报警信息发送给指定管理员手机。基于 D!$;

的中心控制单元经过长时间测试使用，具有很好的稳定性，丢包

率最高低于+NP，能够满足数据中心日常使用。机柜内模块布置，

如图,所示。中心控制单元模块及传感器，如图,中+所示。门禁

电磁发，如图,中,所示。

图,中心控制单元模块布置图

-./0, 9"%&’8Q 9R%&’RQ :%.& =RSTQ"

>基于能效评价指标的系统热能控制管理

系统热能控制，如图*所示。建立能效评价指标有利于进

行能效管理评估和优化，以;:U 和H:$G1V$ 指标进行分析和仿

真优化并实验验证。;:UW数据中心所有设备总耗能G所有$< 设

备总耗能。;:U 用于实际工程中监控指标，但在对能效管理仿

真中，;:U 参数并不能直接求解得到，将使用新的指标来作为替

代参数进行仿真和优化，并找到;:U 和H:$ 指标联系，用于实际

工程评价和控制。

回风口

出风口

机柜

"#$%

（&.%

）

’

（&.%

）

’

（&RT&

）

’

空

调

图*数据中心热能控制示意图

-./0* 1EX"48&.E 7.8/’84 RY

4.1 RUI/SHI 指标

1V$（供热指数）定义式为：1V$W δ(

(Zδ(

H:$（回热指数）定义式为：H:$W (

(Zδ(

式中：(—数据中心所有设备的发热量；δ(—冷空气经过机柜之

后的焓变。定义是分别为：

δ(W

’

!)’*+

（（&’!

）

’[&#$%

）；(W

’

!)’*+

（（&,-.

）

’[（&’!

）

’

）

式中：)’—通过第 ’个机柜的冷空气质量流量；（&.%

）

’、（&RT&

）

’—第’

个机柜冷空气进入处温度和机柜出口温度；&#$%—制冷设备

冷空气出口处平均温度。

1V$ 越低，说明系统热循环更低，制冷设备的制冷量使用效

率更高。对于H:$，δ(还可以表示为：

δ(W

’

!)’*+

（（&,-.

）

’[&#$%

）/

!)0*+

（（&’!

）

0[&1$%

）

式中：)0、（&.%

）

0—第0个制冷设备进风口处的质量流量和温度。此

处用冷空气从制冷设备出风口经过机柜设备到制冷设备回

风口处的总熵增。

可以得到 H:$ 的表达式为：H:$W !0)0*+

（（&’!

）

0[&1$%

）

!’)’*+

（（&,-.

）

’[&1$%

）

H:$ 越高，则数据中心能效评价越高，越绿色节能。H:$G1V$

中的参数便于仿真求解，但是作了很多理想化处理，包括出风管

道与流体不发生热交换，冷空气在机柜中与空气的混合是均匀

的，但是H:$ 或1V$ 依旧是可信度很高的评价指标，用于系统的

仿真也有很好的便捷性。

4.2 指标仿真与预测模型建立

采用-QR&X"’4 进行仿真，设定仿真机房是C0N\>]N\*0N4，空

调制冷功率>^_，设备热负荷功率（,‘*）^_，通过将仿真得到在

满足数据中心机柜工作温度在（,L‘*N）℃的换热条件下H:$ 指数

与制冷温度、送风流量、热负荷功率关系。制冷温度、送风量和

H:$ 关系，如图>所示。可以得出，仿真得到 H:$ 设定温度在满足

机柜温度要求时最佳为(>℃左右，送风流量随着热负荷功率和

设定温度不同，有一个最优值。

根据仿真所得数据样本，对三个变量（热负荷功率、制冷温

度、送风量）进行归一化处理之后进行非线性回归，得到变量与

H:$ 学习模型为：

［θNθ(θ,］詖

23,#

2.4)

53,

’

WH:$

第(, 期

苏杨等：数据中心信息化及能效管理系统的设计与实现

*N,

式中：x!"#、x!"#、x$!"—热负荷功率、制冷温度、送风流量；θi—学习模型

中各变量权重。以±%&’() 作为可接受误差范围，以*+ 组

测量样本作为测试集验证模型的回归正确性，得到学习模

型的预测正确率为,-&。

’()（1）

送风流量（2345）制冷温度（℃）

6%--

6---

7%-- 76 78 70 7. 6-

图8 ’() 仿真数据图

9:;<8 =:2>!?@:"A B?@? CD?E5 "F ’() )AGHI

根据学习模型的凸优性，可以得到在极值点处对应模型最

佳送风流量和最优理论 ’() 值。则’() 关于自变量xflo 的偏导数

存在：f（xflo

）J+

此时的xflo 为设定送风流量。

将仿真结果应用到实际能效管理中。数据中心实验机房尺

寸0<+K8<+K3<+2，热负荷估算为6<%LM，空调8LM，设定制冷温度

为78℃，根据推导的送风流量xflo 表达式求得为7,++2345，通过各

中心单元数据得到，各机柜温度为（63N60）℃，满足设计要求。理

论计算’() 为./O，采集各机柜出口温度计算得到实际’() 为

06O，实际P(Q 为6<+7，优化前数据中心采用人工经验设定，测

定P(Q 为3<67。可以看到，优化的效果明显，理论年度节省电能

达到 6.+++°。通过实验数据得到理论 ’() 值与实际P(Q 关系可

粗略记为：P(QJ7<74’()

通过上式，设计的管理系统可以计算得到理论 P(Q 值。值

得提出的是，由于优化前机房的层高、架空地板高度、机房房间选

择等都已一定，使得P(Q 优化没有达到最优值R.S

。提出的能效模型

和计算方法将作为系统一部分，采集数据中心热负荷参数在上位

机中给出日常机房热能管理中制冷温度、送风流量的参考值，并通

过采集到的各节点温度参数以及功率参数计算得到 ’()4=T) 及

P(Q 值。

%基于 ’UM 接口和VW= 框架的上位测

控中心设计

前文中心单元的XY)P 提供了’UM 接口，用于完成 Z[PW)P

通信，本节将各机柜中心单元作为Y\] 服务器，通过Y\] 浏览器

对各服务器进行访问（VW= 框架），达到数据监测和控制的目的。另

外，设计了广域网络结构，将局域网内本地数据库数据上传到网

络数据库中，访问Y\] 应用服务器，通过服务器内的数据库

^BV[ 接口获取数据，实现在广域网上的数据中心监控R,S。网络结

构图，如图%所示。利用[C) 和==) 完成浏览器在局域网内对各

服务器节点的页面访问和数据交互，达到在局域网上参数监测

和控制的目的，并将数据储存到本地数据库和网络数据库以实

现在4离线监控。广域网内通过访问网络 Y\] 应用服务器及数据

库实现数据交互。M\] 应用服务器选用Z"2[?@_/，数据库选用

‘a=bX%<% 版本。数据库设计 E"Y\Dc@]、\Ad:D"A2\A@c@]、?!?D2c@]、

e"A@D"!c@] 分别用于存储动力参数、环境变量、报警参数以及控制

参数，数据库模块中数据存储表的部分设计，如表*所示。

子节点

上位机

本地数据库用户访问

网络数据库

Y\] 应用服务器

局域网访问

图%系统网络结构

9:;<% =af@\2 g\@Y"DL UDe5:@\e@>D\

表1数据库部分数据

Tab.1 Partial Sheet of Database

序号列名数据类型长度小数位主键允许空说明

7 >:G :A@ 3 - 是否U>@"c:AeD\2\A@

6 @\2 G\e:2?! 3 7 否是机柜温度

3 5>2 G\e:2?! 3 7 否是机柜湿度

8 d"!@ G\e:2?! 3 7 否是机柜强电电压

% eD> G\e:2?! 3 7 否是机柜强电电流

…

通过访问Y\] 应用服务器获取访问页面，达到远程监控，如

图0、图/所示。系统数据页面用于显示数据中心各子站点的

动力数据、微环境数据、能效参数，集散控制页面用于实现对子站

点门禁开关和温湿度控制阈值设置，数据记录页面用于显示查看

子站点的采样数据，显示了各采样时间的数据以及数据统计分

布，数据包括温湿度、动力参数、报警，采样时间为%2:A。

图0系统数据页面

9:;h0 =af@\2 B?@? P?;\

图/数据记录页面

9:;h/ B?@? ’\e"DG P?;\

0结论

（7）设计实现了基于 XY)P 的数据中心机柜中心控制及网关

单元，实现了数据中心机柜动力参数、环境参数、精密空调参数以

及安防参数采集、与上位机通信和安防报警的功能。（6）以’()i

=T) 作为数据中心能效评价标准仿真得到指标与热负荷功率、制

冷温度、送风量数学关系，通过预测模型计算得到特定工况下的

空调系统设定参数，实验结果显示优化后的节能效果明显。（3）设

计实现了基于 Vi= 框架局域网、广域网的集中监控和数据存储。

设计实现的监控管理系统具有成本低廉，稳定性好的特点，在数

据中心参数监测和控制上有很好的实用性。

机械设计与制造

g"h76

Dec.2020 3-3

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数据中心信息化及能效管理系统的设计与实现苏杨1，黄海松2，余萱1，刘维嘉1（1.贵州电网有限责任公司信息中心，贵州贵阳550002；2.贵州大学现代制造技术教育部重点实验室，贵州贵阳550002）来稿日期：2020-02-06基金项目：贵州省重大专项（［2017］3004号）作者简介：苏杨，（1983-），男，贵州贵阳人，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向：信息化发展，IT运维管理1引言随着信息和数据产业的发展，越来越多的IDC以及大型数据中心建成。数据中心主要研究方向是：提高数据中心自动化维护效率以降低成本以及提高绿色节能以降低能源浪费。对于大规模数据中心，机房存在的能耗过高、节能管理不当等问题已经日益显著[1]，目前数据中心耗电量超过全国总耗电量1.5%，且以6%复合增长率增加，但是超过80%的能耗浪费率使得数据中心的能源成本占到50%。针对数据中心自动监控，国内外主要集中在短距离的无线网络传输方式上，比如通过ZigBee或wifi将数据集中到上位机交互，缺点是传输距离受限，会产生信号干扰以及数据量较小。建立热能管理能效评价指标是实现评估、控制机房能效的重要方式，建立环境控制量与能效指标的预测模型，通过模型求出工况下最优的空调系统设定参数以达到能效控制。PUE指标一直作为机房能效评价常用指标，但是并不容易建立准确的控制模型。RUI作为一种较新的评价指标被提出，但是在工程应用中并没有很好的实践示例。这里重点研究了大型数据中心大数据、可靠的近/远端监控方式和能效控制的应用。2系统功能采集系统参数：动力系统电压、电流、UPS系统电压、后备时间、机房精密空调系统的工作参数以及状态参数（压缩机压力、电热头温度、风扇状态、出口温度、回风温度、新风机开关状态）；各机柜节点参数：温度、湿度、烟雾报警、电子门磁、水侵传感器。这些参数给入系统控制中心单元（CenterControlUnit）与上位机通信，实现集中控制系统实现参数监控。另外，中心单元获取的安防参数中的烟雾报警、水浸报警及动力参数中过压、欠压、UPS启动参数，通过GSM网络以短信报警方式发送给管理员实现无人值守报警。系统结构，如图1所示。系统能够根据工况条件设定空调系统参数包括制冷温度、送风流量等，使得机房的RUI达到最优值，达到节能绿色的目的。数据中心上位机将数据上传给网络服摘要：针对中大型数据中心存在的环境监控和管理问题，文章以对动力单元参数、微环境参数和安防等进行监控、无人值守报警以及能效管理为目的，首先设计了基于LwIP协议栈的中心控制单元用于数据中心现场数据采集并作为与上位机通信网关。其次，以RUI/SHI参数为指标，仿真并建立数据中心能效评价模型，优化了数据中心PUE指标。最后，设计了基于B/S框架的局域网和基于应用服务器和网络数据库的网络监控系统。文章设计实现的系统成本低、可靠性高、易维护，具有很好的实用性。关键词：数据中心；环境监控；LwIP；能效管理；PUE；B/S框架中图分类号：TH16；TN915文献标识码：A文章编号：1001-3997（2020）12-0301-04DesignandImplementationofInformatizationandEnergyEfficiencyManagementSystemUseinDataCenterSUYang1，HUANGHai-song2，YUXuan1，LIUWei-jia1（1.InformationCenterofGuizhouPowerGridCo.，Ltd.，GuizhouGuiyang550002，China；2.KeyLaboratoryofAdvancedMan-ufacturingTechnology，MinistryofEducation，GuizhouUniversity，GuizhouGuiyang550002，China）Abstract：Tosolvetheproblemsofenvironmentalmonitoringandmanaginginlargeandmediumdatacenters，aimtomonitorandcontroltheparametersofpowerunit，micro-environmentandsecurityofcabinet，and，achieveunattendedalarmfunction，energyefficiencymanagementaswellas.Firstly，acentralcontrolunitbasedonthetailoredandoptimizedLwIPprotocolstackisdesignedtocollectfielddataandactascommunicationgatewaywithhostcomputer.meanwhile，takingRUI/SHIparametersasindex，theenergyefficiencyevaluationmodelofdatacenterissimulatedandestablished，andthePUEindexofdatacenterisoptimized.Finally，aLANsystembasedonB/Sframeworkandanetworkmonitoringsystembasedonapplicationserverandnetworkdatabasearedesigned.Thesystemhaslowcost，highreliability，easymaintenanceandgoodpracticabilityinthearticle.KeyWords：DataCenter；EnvironmentalMonitoring；LwIP；EnergyEfficiencyManagement；PUE；B/SFrameworkMachineryDesign＆Manufacture机械设计与制造第12期2020年12月301DOI:10.19356/j.cnki.1001-3997.2020.12.070务器中的数据库，通过访问web应用服务器获取与服务器上数据库的交互接口，实现广域网上对数据中心的监控。上位机Internet设备交换远程端设备短信报警中心单元1、2、3…n机柜1、2、3…n精密空调电源监测模块温湿度烟感水侵传感器门禁图1系统概述图Fig.1SystemOverviewDiagram3控制中心单元设计控制中心单元（CCU）主要设计功能是采集机柜数据与上位机通信，同时向管理人员手机发送烟雾、水浸、过压、欠压、UPS启动报警信息，是系统数据采集的重要部分。中心模块的主控芯片采用STM32F407ZGT6，中心单元移植LwIP协议栈，通过tcp/IP协议与上位机通信。LwIP可在保持TCP/IP协议基础上减少对RAM和ROM的占用，实现在嵌入式设备上运行时的轻量化和可靠性[2，3]。定义了两个DMA描述符用于完成接收/发送FIFO和内存之间的数据传输，分别用于接收/发送以太网数据[4]。定义结构体进行协议栈数据包及网络接口的管理[5]。中心控制单元的短信报警功能采用SIM900A芯片与主控制器串口通信，通过AT指令以Text短信方式将报警信息发送给指定管理员手机。基于LwIP的中心控制单元经过长时间测试使用，具有很好的稳定性，丢包率最高低于10%，能够满足数据中心日常使用。机柜内模块布置，如图2所示。中心控制单元模块及传感器，如图2中1所示。门禁电磁发，如图2中2所示。12图2中心控制单元模块布置图Fig.2CentralControlUnitModule4基于能效评价指标的系统热能控制管理系统热能控制，如图3所示。建立能效评价指标有利于进行能效管理评估和优化，以PUE和RUI/SHI指标进行分析和仿真优化并实验验证。PUE=数据中心所有设备总耗能/所有IT设备总耗能。PUE用于实际工程中监控指标，但在对能效管理仿真中，PUE参数并不能直接求解得到，将使用新的指标来作为替代参数进行仿真和优化，并找到PUE和RUI指标联系，用于实际工程评价和控制。回风口出风口机柜机柜Tavr（Tin）i（Tin）i（Tout）i空调图3数据中心热能控制示意图Fig.3SchematicDiagramofThermalEnergyControlinDataCenter4.1RUI/SHI指标SHI（供热指数）定义式为：SHI=δQQ+δQRUI（回热指数）定义式为：RUI=QQ+δQ式中：Q—数据中心所有设备的发热量；δQ—冷空气经过机柜之后的焓变。定义是分别为：δQ=iΣmiCp（（Tin）i-Tavr）；Q=iΣmiCp（（Tout）i-（Tin）i）式中：mi—通过第i个机柜的冷空气质量流量；（Tin）i、（Tout）i—第i个机柜冷空气进入处温度和机柜出口温度；Tavr—制冷设备冷空气出口处平均温度。SHI越低，说明系统热循环更低，制冷设备的制冷量使用效率更高。对于RUI，δQ还可以表示为：δQ=iΣmiCp（（Tout）i-Tavr）-jΣmjCp（（Tin）j-Tavr）式中：mj、（Tin）j—第j个制冷设备进风口处的质量流量和温度。此处用冷空气从制冷设备出风口经过机柜设备到制冷设备回风口处的总熵增。可以得到RUI的表达式为：RUI=ΣjmjCp（（Tin）j-Tavr）ΣimiCp（（Tout）i-Tavr）RUI越高，则数据中心能效评价越高，越绿色节能。RUI/SHI中的参数便于仿真求解，但是作了很多理想化处理，包括出风管道与流体不发生热交换，冷空气在机柜中与空气的混合是均匀的，但是RUI或SHI依旧是可信度很高的评价指标，用于系统的仿真也有很好的便捷性。4.2指标仿真与预测模型建立采用Flotherm进行仿真，设定仿真机房是6.04.03.0m，空调制冷功率4kW，设备热负荷功率（2~3）kW，通过将仿真得到在满足数据中心机柜工作温度在（25~30）℃的换热条件下RUI指数与制冷温度、送风流量、热负荷功率关系。制冷温度、送风量和RUI关系，如图4所示。可以得出，仿真得到RUI设定温度在满足机柜温度要求时最佳为14℃左右，送风流量随着热负荷功率和设定温度不同，有一个最优值。根据仿真所得数据样本，对三个变量（热负荷功率、制冷温度、送风量）进行归一化处理之后进行非线性回归，得到变量与RUI学习模型为：［θ0θ1θ2］詖xloaxtemx2floΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣ=RUI第12期苏杨等：数据中心信息化及能效管理系统的设计与实现302式中：xloa、xloa、xflo—热负荷功率、制冷温度、送风流量；θi—学习模型中各变量权重。以±5%RUI作为可接受误差范围，以10组测量样本作为测试集验证模型的回归正确性，得到学习模型的预测正确率为90%。908580757065RUI（%）送风流量（m3/h）制冷温度（℃）2500200015001214161820图4RUI仿真数据图Fig.4SimulationDataGraphofRUIIndex根据学习模型的凸优性，可以得到在极值点处对应模型最佳送风流量和最优理论RUI值。则RUI关于自变量xflo的偏导数存在：f（xflo）=0此时的xflo为设定送风流量。将仿真结果应用到实际能效管理中。数据中心实验机房尺寸6.04.03.0m，热负荷估算为2.5kW，空调4kW，设定制冷温度为14℃，根据推导的送风流量xflo表达式求得为1900m3/h，通过各中心单元数据得到，各机柜温度为（23~26）℃，满足设计要求。理论计算RUI为87%，采集各机柜出口温度计算得到实际RUI为62%，实际PUE为2.01，优化前数据中心采用人工经验设定，测定PUE为3.21。可以看到，优化的效果明显，理论年度节省电能达到28000°。通过实验数据得到理论RUI值与实际PUE关系可粗略记为：PUE=1.1/RUI通过上式，设计的管理系统可以计算得到理论PUE值。值得提出的是，由于优化前机房的层高、架空地板高度、机房房间选择等都已一定，使得PUE优化没有达到最优值[8]。提出的能效模型和计算方法将作为系统一部分，采集数据中心热负荷参数在上位机中给出日常机房热能管理中制冷温度、送风流量的参考值，并通过采集到的各节点温度参数以及功率参数计算得到RUI/SHI及PUE值。5基于RAW接口和B/S框架的上位测控中心设计前文中心单元的LwIP提供了RAW接口，用于完成TCP/IP通信，本节将各机柜中心单元作为web服务器，通过web浏览器对各服务器进行访问（B/S框架），达到数据监测和控制的目的。另外，设计了广域网络结构，将局域网内本地数据库数据上传到网络数据库中，访问web应用服务器，通过服务器内的数据库JDBC接口获取数据，实现在广域网上的数据中心监控[9]。网络结构图，如图5所示。利用CGI和SSI完成浏览器在局域网内对各服务器节点的页面访问和数据交互，达到在局域网上参数监测和控制的目的，并将数据储存到本地数据库和网络数据库以实现在/离线监控。广域网内通过访问网络web应用服务器及数据库实现数据交互。Web应用服务器选用TomCatV7，数据库选用MySQL5.5版本。数据库设计power_tb、environment_tb、alarm_tb、control_tb分别用于存储动力参数、环境变量、报警参数以及控制参数，数据库模块中数据存储表的部分设计，如表1所示。子节点上位机本地数据库用户访问网络数据库web应用服务器局域网访问图5系统网络结构Fig.5SystemNetworkArchitecture表1数据库部分数据Tab.1PartialSheetofDatabase序号列名数据类型长度小数位主键允许空说明1uidint30是否Auto_increment2temdecimal31否是机柜温度3humdecimal31否是机柜湿度4voltdecimal31否是机柜强电电压5crudecimal31否是机柜强电电流…通过访问web应用服务器获取访问页面，达到远程监控，如图6、图7所示。系统数据页面用于显示数据中心各子站点的动力数据、微环境数据、能效参数，集散控制页面用于实现对子站点门禁开关和温湿度控制阈值设置，数据记录页面用于显示查看子站点的采样数据，显示了各采样时间的数据以及数据统计分布，数据包括温湿度、动力参数、报警，采样时间为5min。图6系统数据页面Fig.6SystemDataPage图7数据记录页面Fig.7DataRecordPage6结论（1）设计实现了基于LwIP的数据中心机柜中心控制及网关单元，实现了数据中心机柜动力参数、环境参数、精密空调参数以及安防参数采集、与上位机通信和安防报警的功能。（2）以RUI/SHI作为数据中心能效评价标准仿真得到指标与热负荷功率、制冷温度、送风量数学关系，通过预测模型计算得到特定工况下的空调系统设定参数，实验结果显示优化后的节能效果明显。（3）设计实现了基于B/S框架局域网、广域网的集中监控和数据存储。设计实现的监控管理系统具有成本低廉，稳定性好的特点，在数据中心参数监测和控制上有很好的实用性。机械设计与制造No.12Dec.20203033.7模具装配工程图经过校核，设计的级进模具与所选的压力机已配套。虽然三维图形直观性好，但在工程上仍采用二维图形作为工程图样，三维图形只起辅助作用。利用Pro/E中的绘图模块将模具装配体生成相应的视图并进行标注以及标题栏、明细栏的修改、技术要求的书写[7]。如果生成的工程图与国标要求有出入，可将工程图转入到AutoCAD中进一步细化得到符合国标的工程图文件。防护扣级进模工程图（主视图），如图8所示。123准8H7/g674H7/m6准6H7/m680H7/m686H7m6准6H7m6准5H7m665H7m6准6H7m6C-CB-B45A-A67981011121324714151617181920212223242526271.上模座板2.A型导柱3.成形侧刃4.压筋上模5.冲孔凸模6.螺钉7.模柄8.方孔凸模9.弯曲上模10.落料凸模11.销12.螺钉13.垫板14.卸料板15.螺钉16.销17.弯曲下模18.压筋下模19.销20.弹簧21.螺钉22.下模座板23.托料杆24.托料板25.导料板26.螺钉27.凸模固定板图8防护扣级进模（主视图）Fig.8ProgressiveDieforProtectiveBuckle（FrontView）3.8模具元件的数控加工Pro/E虽具有强大的设计功能，但其加工功能因参数设置较为繁琐而不利于推广，而MasterCAM具有卓越的加工功能，被广泛应用于机械、模具、造船等领域。因此，将两者相结合既能提高模具的设计质量和效率，又能提高模具的精度。应用时先将零件从Pro/E中以Iges的类型保存；再从MasterCAM中读入该文件进行刀具路径设置并通过模拟仿真检查加工轨迹是否合理；最后利用后处理功能生成NC代码，再将NC代码传输到数控加工设备的控制器从而驱动设备进行元件加工[8]。4结论以防护扣零件为例简述了基于Pro/E和PDX的级进模数字化设计，从冲压件的建模、转换、排样、条带设计再到元件设计、加工等这一流程，是级进模具设计、开发行之有效的方法，该方法不仅提高了冲压件的尺寸精度和生产效率，还有效地缩短了模具研发周期，提高市场的响应速度，增强企业的竞争力。参考文献［1］凯德.精通Pro/Engineer中文野火版模具设计篇［M］.北京：中国青年出版社，2007.（KaiDe.ProficientinPro/EngineerChineseWildfireDieDesignChapter［M］.Beijing：ChinaYouthPublishingGroup，2007.）［2］杨荣祥，金龙建.窗帘支架扣件多工位级进模设计［J］.制造技术与机床，2016（9）：137-140.（YangRong-xiang，JinLong-jian.Designofmulti-positionprogressivedieforcurtainbracketfastener［J］.ManufacturingTechnology＆MachineTool，2016（9）：137-140.）［3］陈永.冲压工艺与模具设计［M］.北京：机械工业出版社.2009.（ChenYong.StampingProcessandDieDesign［M］.Beijing：ChinaMach-inePress，2009.）［4］陈炎嗣.多工位级进模设计与制造［M］.北京：机械工业出版社，2014.（ChenYan-si.DesignandManufactureofMulti-positionProgressiveDie［M］.Beijing：ChinaMachinePress，2014.）［5］胡光明，宋志强，王惠荣.基于Pro/PDX的仪表联接扣级进模设计［J］.制造业自动化，2013（14）：122-124.（HuGuang-ming，SongZhi-qiang，WangHui-rong.Designofinstrum-entconnectionbucklebasedonprogressivedieextension（PDX）inPro/E［J］.ManufacturingAutomation，2013（14）：122-124.）［6］王孝培.冲压手册［M］.北京：机械工业出版社，2000.（WangXiao-pei.StampingHandbook［M］.Beijing：ChinaMachinePress，2000.）［7］刘良瑞，张蓉.Pro/Engineer中文野火版2.0应用教程［M］.大连：大连理工大学出版社，2008.（LiuLiang-rui，ZhangRong.Pro/EngineerChineseWildfire2.0Applica-tionCourse［M］.Dalian：DalianUniversityofTechnologyPress，2008.）［8］何满才.Pro/ENGINEER模具设计与Mastercam数控加工［M］.北京：人民邮电出版社，2008.（HeMan-cai.Pro/EngineerMouldDesign＆MastercamNCMachining［M］.Beijing：Posts＆TelecomPress，2008.）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!机械设计与制造No.12Dec.2020（上接第300页）参考文献［1］卢彩玲，丁舒亚.基于微环境监测的移动核心机房节能管理体系［J］.电信科学，2018（1）：254-260.（LuCai-ling，DingShu-ya.Energy-savingmanagementsystemofmobilecorecommunicationroomsbasedonmicroenvironmentmonitoring［J］.TelecommunicationsScience，2018（1）：254-260.）［2］陈志星，杨金孝.基于LwIP的嵌入式设备Web服务器设计与实现［J］.电子设计工程，2018（11）：110-113.（ChenZhi-xing，YangJin-xiao.Designandimplement-tationofembed-deddevicewebserverbasedonLwIP［J］.ElectronicDesignEngineering，2018（11）：110-113.）［3］赵易峰.基于LwIP和MQTT的室内监控系统设计与实现［D］.成都：西南交通大学，2018.（ZhaoYi-feng.DesignandimplementationofindoormonitoringsystembasedonLwIPandMQTT［D］.Chengdu：SouthwestJiaotongUniversity，2018.）［4］刘传.基于LwIP协议的低功耗家电智能控制系统［D］.长春：吉林大学，2016.（LiuChuan.Thelowpowerelectricalappliancesintelligentcontrolsys-tembasedonLwIPprotocal［D］.Changchun：JilinUniversity，2016.）［5］魏亚敏，李秩.矿山物联网时间同步系统设计与实现［J］.电子技术应用，2017（1）：81-83.（WeiYa-min，LiZhi.DesignandimplementationoftimesynchronizationsystemofmineIoT［J］.ApplicationofElectronicTechnique，2017（1）：81-83.）［6］付泉泳，袁野.电力通信机房微环境智能监测研究［J］.计算机科学与探索，2016（10）：481-485.（FuQuan-jing，YuanYe.Researchonintelligentmonitoringofmicroen-vironmentinpowercenter［J］.JournalofFrontiersofComputerScienceandTechnology，2016（10）：481-485.）［7］宋晓雪.无线自组织网络时间同步技术研究［D］.成都：电子科技大学，2018.（SongXiao-xue.ResearchontimesynchoronizationinwirelessADHOCnetwork［D］.Chengdu：UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，2018.）［8］姜成甫.数据中心热能管理开发［D］.西安：西安电子科技大学，2014.（JiangCheng-fu.Developmentofintelligentthermalmanagementsystemfordatacenters［D］.Xi’an，XidianUniversity，2014.）［9］徐华洁，吴仲城.基于Web服务实现的环境监测数据采集平台［J］.计算机技术与发展，2013（6）：237-240.（XuHua-jie，WuZhong-cheng.Aplatformofenvironmentalmonitoringdataacqusitionbasedonwebservice［J］.ComputerTechnologyandDev-elopment，2013（6）：237-240.）［10］楚卉佳.基于嵌入式web服务器的远程监控系统的研究与应用［D］.大连：大连海事大学，2016.（ChuHui-jia.Researchandapplicationofremotemonitoringandcon-trolsystembasedonembeddedwebserver［D］.Dalain：DalainmaritimeUniversity，2016.）［11］赵永炎.基于以太网的远程监控系统设计［D］.兰州：西北师范大学，2016.（ZhaoYong-yan.Designofremotecontrolsystembasedonethernet［D］.Lanzhou：NorthwestNormalUniversity，2016.）304

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