M4-02 动环监控系统架构设计

Day 16 — 从感知采集到平台架构的系统化思维

学习定位：你在工程现场接过温湿度传感器、看过动环主机的告警界面，但从没有系统设计过一套支撑9000+机柜规模的动环监控架构。这节课的核心跨越：从"安装一个传感器"到"设计一套有弹性的分布式监控体系"。

平谷项目锚点：9120个机柜，6栋建筑，A级机房，GB50174要求必须全面监测。动环系统是DCIM的数据基础，设计不好，后续一切都是空谈。

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目录

1. 动环监控系统定义与三层架构
2. GB50174 A级机房必须监测的8大类参数
3. 通信协议详解：Modbus / SNMP / BACnet
4. 温湿度传感器选型与安装布点
5. 漏水检测系统设计
6. UPS/PDU监控接入方案
7. 告警分级设计与联动策略
8. 9120机柜规模的动环系统设计要点
9. 与消防/门禁/视频的联动接口
10. 本节诊断问题
11. 速记卡

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1. 动环监控系统定义与三层架构

1.1 动环监控的本质

动环（动力与环境）监控系统是数据中心的"神经系统"，负责实时采集、传输、展示和告警所有影响IT设备正常运行的物理环境参数。

"动力"= 供配电设备（UPS、配电柜、PDU、柴油发电机） "环境"= 物理环境（温湿度、漏水、新风、气体浓度）

动环系统不做决策，只做感知和报告。决策和优化是DCIM的职责（M4-04会详细讲）。

1.2 三层架构全景图

┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        平台层（Platform Layer）                │
│  ┌────────────────────────────────────────────────────────┐  │
│  │  动环监控管理平台（Web B/S架构）                          │  │
│  │  ├── 实时监控大屏（GIS/3D可视化）                        │  │
│  │  ├── 历史数据查询（时序数据库）                           │  │
│  │  ├── 告警管理（分级/推送/工单）                          │  │
│  │  ├── 报表统计（日/周/月能耗报告）                        │  │
│  │  └── 北向接口（对接DCIM/BMS/OSS）                        │  │
│  └────────────────────────────────────────────────────────┘  │
│                           ↑                                    │
│                    平台层网络（管理VLAN）                        │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘

┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        传输层（Transport Layer）               │
│  ┌─────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────┐  │
│  │数据采集  │    │数据采集  │    │数据采集  │    │数据采集  │  │
│  │控制器   │    │控制器   │    │控制器   │    │控制器   │  │
│  │(DAU/RTU)│    │(DAU/RTU)│    │(DAU/RTU)│    │(DAU/RTU)│  │
│  └────┬────┘    └────┬────┘    └────┬────┘    └────┬────┘  │
│       │              │              │              │          │
│   RS-485总线/以太网   RS-485/TCP    RS-485/TCP    TCP         │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘

┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        感知层（Perception Layer）              │
│  温湿度传感器  漏水感应绳  烟感探头  UPS通信口  PDU智能插座  │
│  精密空调通信  配电柜仪表  视频摄像机  门禁控制器  柴发控制器  │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘

1.3 三层架构各层职责对比

DAU（Data Acquisition Unit）：数据采集单元，是传输层的核心设备，负责从RS-485总线轮询多个传感器，汇聚后通过TCP/IP上报平台层。

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2. GB50174 A级机房必须监测的8大类参数

2.1 规范依据

**GB 50174-2017《数据中心设计规范》**第9章"安全技术"规定，A级数据中心必须对以下8大类参数实施监测，且监测数据必须实时存储，保存时间不少于 3个月（建议1年）。

2.2 八大类参数详解

第1类：温湿度监测

ASHRAE A1类（智算中心适用）：

• 运行温度：15-32°C（进风口）
• 相对湿度：20%-80%（非结露）
• 露点温度：-12°C ~ +17°C

第2类：漏水监测

监测区域：精密空调下方、架空地板下、水冷管道路由区域、雨水可能渗入区域。

第3类：配电监测

第4类：UPS监测

UPS监控信息树：
UPS
├── 输入：三相电压/电流/频率，旁路状态
├── 输出：三相电压/电流/频率/负载率
├── 电池：
│   ├── 电池组电压（V）
│   ├── 电池温度（°C）
│   ├── 剩余容量（%）
│   └── 预计放电时间（分钟）
├── 旁路：旁路供电状态
├── 告警：
│   ├── 市电异常
│   ├── 电池低容量（<20%）
│   ├── 电池高温
│   ├── 过载（>100%）
│   └── 故障代码
└── 效率：实时变换效率（%）

第5类：柴油发电机（柴发）监测

第6类：精密空调监测

精密空调（CRAC/CRAH）监控点：
├── 运行状态（开/关/故障）
├── 送风温度（°C）
├── 回风温度（°C）
├── 送风湿度（%RH）
├── 压缩机状态（开/关/故障）
├── 风机转速（%）
├── 电加热状态（开/关）
├── 加湿器状态（开/关）
├── 过滤网状态（正常/需更换）
├── 告警：高温/低温/高湿/低湿/压缩机故障/风机故障
└── 能耗：实时功率（kW）

第7类：门禁监测

• 各区域门状态（开/关/异常）
• 进出记录（刷卡记录、时间戳）
• 门开超时告警
• 非授权进入告警

第8类：视频监控

• 摄像机在线状态
• 视频丢失告警
• 存储空间剩余量告警

2.3 监测参数重要性分级

优先级P1（停机级告警，立即响应）：
- 配电柜断路器跳闸
- UPS切换到电池供电
- 机柜进风温度>35°C
- 漏水检测触发
- 消防系统动作

优先级P2（预警级，30分钟内响应）：
- 机柜进风温度>28°C
- UPS电池容量<30%
- 精密空调故障
- 柴发燃油<30%

优先级P3（提示级，8小时内响应）：
- 精密空调过滤网需更换
- UPS效率下降
- 温湿度偏离目标值但未超阈值

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3. 通信协议详解：Modbus / SNMP / BACnet

3.1 四大协议对比总览

3.2 Modbus RTU 深度解析

Modbus RTU 是动环系统中最常见的底层协议，绝大多数传感器、电表、配电柜仪表都支持。

RS-485物理层特性：

拓扑：总线型（菊花链）
最大节点数：32个（标准）/ 256个（增强型收发器）
最大距离：1200m（波特率9600bps时）
通信方式：半双工（发送/接收不能同时）
线缆：屏蔽双绞线，推荐RVSP 2×0.5mm²

Modbus RTU 帧格式：

[从站地址1B][功能码1B][数据区NB][CRC校验2B]

常用功能码：
03 - 读保持寄存器（最常用，读设备数据）
04 - 读输入寄存器（只读传感器数据）
06 - 写单个寄存器（控制命令）
16 - 写多个寄存器（批量配置）

一条RS-485总线的容量限制：

轮询周期 = Σ(每个设备的轮询时间)
单设备读1个寄存器耗时 ≈ 20ms（9600bps）
单条总线32个设备 = 32 × 20ms = 640ms/轮询周期
这意味着每640ms才能刷新一次所有数据

要实现1秒刷新频率，每条总线设备数 ≤ 50个（波特率19200bps）

平谷项目RS-485总线规划原则：

• 每条总线不超过 32个节点，不超过 200m（机房内短距离）
• 同一类传感器组一条总线（温湿度单独一路，电表单独一路）
• 终端电阻：总线两端各接 120Ω 匹配电阻，防止信号反射

3.3 Modbus TCP vs RTU

Modbus TCP = Modbus RTU 数据 + TCP/IP 封装

Modbus TCP 帧格式：
[MBAP头7B][PDU(功能码+数据)]
MBAP = Modbus Application Protocol Header
包含：事务ID(2B) + 协议ID(2B) + 长度(2B) + 单元ID(1B)

优势：
- 利用现有以太网基础设施
- 不受RS-485距离和节点数限制
- 支持多主站并发访问

劣势：
- 老旧仪表不支持（需要RTU→TCP协议转换器）
- 轮询延迟稍高于RTU（TCP握手开销）

3.4 SNMP 协议详解（UPS/PDU/网络设备）

SNMP（简单网络管理协议）是监控网络设备和IT基础设施的标准协议。

SNMP版本对比：

SNMP工作机制：

主动查询（Polling）模式：
NMS（网络管理系统）
    → GET 请求 → 被管设备
    ← GET 响应 ← 被管设备（包含MIB对象值）

被动告警（Trap）模式：
被管设备（UPS断电事件）
    → TRAP 主动发送 → NMS
    NMS收到告警，触发告警流程

Inform（v2c/v3）：带确认的Trap，比Trap可靠

MIB（Management Information Base）：每种设备都有自己的MIB文件，定义了可以查询的参数树。

标准MIB-2（通用）：
.1.3.6.1.2.1.1 = 系统信息（系统名、位置、联系人）

UPS专用MIB（RFC 1628）：
.1.3.6.1.2.1.33 = UPS MIB
    .1.3.6.1.2.1.33.1.2 = 电池信息
        .1.3.6.1.2.1.33.1.2.2 = 电池状态
        .1.3.6.1.2.1.33.1.2.4 = 剩余容量（%）
        .1.3.6.1.2.1.33.1.2.3 = 剩余分钟数

Schneider APC UPS私有MIB：
.1.3.6.1.4.1.318 = PowerNet MIB

3.5 BACnet 协议（楼控设备首选）

BACnet（ANSI/ASHRAE 135）是楼宇自控领域的标准协议，精密空调、冷水机组、冷却塔控制器通常使用BACnet。

BACnet对象模型：
每个设备由多个"对象"组成，每个对象有多个"属性"

例：精密空调BACnet对象
设备对象（Device Object）
├── 送风温度传感器对象（Analog Input #1）
│   └── Present_Value = 18.5°C
├── 回风温度传感器对象（Analog Input #2）
│   └── Present_Value = 28.3°C
├── 压缩机状态对象（Binary Input #1）
│   └── Present_Value = ACTIVE（运行中）
└── 风机调速对象（Analog Output #1）
    └── Present_Value = 75.0（75%转速）

BACnet/IP vs BACnet MS/TP：

3.6 各设备协议选用指南

设备类型 → 推荐协议

温湿度传感器（普通型）     → Modbus RTU（RS-485）
温湿度传感器（带网口）     → Modbus TCP / SNMP
电能仪表/电表              → Modbus RTU 或 Modbus TCP
配电柜综合保护装置         → Modbus RTU
UPS（施耐德/维谛/华为）    → SNMP v3（首选）/ Modbus TCP（备选）
智能PDU（APC/Raritan）     → SNMP v3
精密空调（艾默生/依米康）  → BACnet/IP 或 Modbus TCP
冷水机组/冷却塔            → BACnet/IP（楼控集成）
柴油发电机控制器           → Modbus RTU
门禁控制器                 → TCP/IP（私有协议为主）
视频摄像机                 → ONVIF（标准）/ RTSP（流媒体）

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4. 温湿度传感器选型与安装布点

4.1 传感器选型参数

品牌参考：维萨拉（Vaisala）精度最高但贵；奥松（AOSONG）/昌辉/汉威性价比高，满足A级机房需求。

4.2 热通道封闭机房的测点布置

平谷项目采用热通道封闭，冷热通道物理分离，传感器布点策略如下：

机柜列（热通道封闭机房）截面示意：

  冷通道（开放）      封闭热通道       冷通道（开放）
  ───────────────  ┌────────────┐  ───────────────
                   │            │
  [机柜前面]        │  热通道    │   [机柜前面]
  ↑传感器A          │  高温区域  │   ↑传感器C
  机柜进风口测温     │            │   机柜进风口测温
                   │  ↑传感器B  │
                   │  机柜出风口 │
                   └────────────┘

传感器布点密度要求：

安装高度规范：

• 机柜进风口测温：安装在机柜U1-U3位置（距地面约1.5m），不要放在地板平面（受地板送风影响）
• 冷通道环境温度：安装在距地面 1.5m 和 2.0m 两个高度
• 热通道温度：安装在封闭热通道顶部20cm以内（热空气上升，顶部最高温）

4.3 传感器接线规范

典型RS-485接线（以4线制为例）：

传感器1  →  A+(红) B-(黑) GND VCC
传感器2  →  A+(红) B-(黑) GND VCC
传感器N  →  A+(红) B-(黑) GND VCC
              |        |
          总线A+     总线B-
              |        |
          DAU RS-485端口

注意：
1. 菊花链连接，不能星形分叉
2. 每段总线终端接120Ω终端电阻
3. 线缆屏蔽层单端接地（DAU端）
4. 传感器地址0x01~0xFE不重复（出厂默认多为0x01，需提前配置）

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5. 漏水检测系统设计

5.1 数据中心漏水风险来源

漏水风险源分析（平谷项目）：
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ 高风险区域                                            │
│  ├── 精密空调（含冷凝水盘，蒸发器结露）               │
│  ├── 水冷精密空调供回水管路（连接处）                  │
│  ├── 冷冻水管道穿越机房区域                           │
│  └── 建筑屋顶/外墙渗水（架空地板下积水）              │
│                                                      │
│ 中风险区域                                            │
│  ├── 空调冷凝水排水管道                               │
│  └── 新风系统表冷器区域                               │
└─────────────────────────────────────────────────────┘

5.2 漏水检测系统类型

缆式感应绳工作原理：

感应绳（2芯导线绞合）
正常状态：2芯绝缘，电阻无穷大
漏水状态：水作为导体，2芯短路，控制器检测到电阻骤降→告警

定位原理（感应绳系统）：
控制器向感应绳注入测量电流
漏点到控制器的距离 = 测量电阻 × 线缆电阻率系数
精度：±1m（高精度系统）

5.3 缆式感应绳布置方案

精密空调区域铺设（平面图）：

精密空调（俯视）：
┌─────────────────────────────┐
│                             │
│  ←─────感应绳围绕铺设──────→ │
│                             │
│   [精密空调底部区域]          │
│                             │
└─────────────────────────────┘
        ↑
   感应绳从空调底部四周围一圈
   端头连接到控制器

重要：感应绳必须紧贴地面（或架空地板下地面），不能悬空

架空地板下铺设方案：

地板下分区铺设（建议方案）：
┌─────────────────────────────────────┐
│ 机房地板下（每100m²一个区域）          │
│                                      │
│  精密空调A  ← 感应绳A（一圈）          │
│                                      │
│  精密空调B  ← 感应绳B（一圈）          │
│                                      │
│  地板下通路 ← 感应绳C（沿管道路由）    │
└─────────────────────────────────────┘

每根感应绳独立接入控制器一个通道
控制器通过Modbus RTU上报DAU，再到平台

5.4 漏水检测系统设计规范

安装要求：

1. 感应绳铺设后不得打结、不得存在积水坑
2. 感应绳与设备底部间隙 ≤ 5mm（贴近地面）
3. 每根感应绳长度 ≤ 100m（超过需分段，维持测量精度）
4. 控制器安装在地板上方，配线架处（不能安装在地板下）
5. 感应绳穿越开孔处需加保护套管

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6. UPS/PDU监控接入方案

6.1 UPS监控接入路径

UPS监控数据流：

[UPS设备]
    │
    ├─→ SNMP接口（RJ45网口）
    │         │
    │    以太网→管理网络→DAU→动环平台
    │
    └─→ RS-232/RS-485接口（Modbus RTU）
              │
         串口线→协议转换器→以太网→DAU→动环平台

建议优先使用SNMP接口（直接IP接入，免协议转换）

主流UPS厂商通信接口：

6.2 智能PDU监控接入

**智能PDU（Intelligent PDU）**是数据中心机柜级电源管理的核心，与普通配电板的区别：

普通PDU：
插座 + 断路器（无监控功能）

智能PDU（Metered PDU）：
├── 总路电流/电压/功率监测
├── 每插座开关控制（Switched PDU）
├── 环境传感器接口（温湿度探头接入）
├── SNMP网管接口
└── 每机柜用电精确统计

超级智能PDU（Switched + Metered）：
以上所有功能 + 单插座级别监控和控制

平谷项目PDU部署方案：

每机柜：2台智能PDU（A路/B路电源冗余）
9120机柜 × 2 = 18,240台智能PDU

PDU通信接入：
每台PDU → 独立IP地址 → 管理网络VLAN
SNMP Trap实时告警 → 动环平台
SNMP Get轮询 → 每分钟读取电流/电压数据

注意：18240台PDU全部接入，平台SNMP轮询压力很大！
需要分区域部署DAU做汇聚，不能全部直连平台服务器

6.3 配电柜（低压配电屏）监控接入

接入方式：在配电柜内安装多功能电力仪表（如ACREL ACR220EL），通过Modbus RTU接入DAU。

关键监测点：

低压配电屏监测：
├── 进线回路（市电/柴发切换状态）
├── 每条出线回路（电流、是否跳闸）
├── 母联断路器状态
├── 三相不平衡度（应<15%）
└── 谐波含量（THD）

ATS（自动转换开关）监测：
├── 当前供电源（市电/柴发）
├── 切换状态
├── 切换次数
└── 异常告警

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7. 告警分级设计与联动策略

7.1 三级告警定义

GB50174 A级机房和主流行业规范建议采用三级告警体系：

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 第三级：严重（Critical）/ 红色告警                         │
│  定义：可能在短时间内导致设备宕机或数据丢失的紧急状态       │
│  响应时间：立即响应（7×24小时值班，<15分钟到场）           │
│  通知方式：电话+短信+邮件+现场警报铃声（可选）             │
│  典型示例：                                               │
│   - UPS切换到电池运行                                     │
│   - 机柜进风温度>35°C                                     │
│   - 漏水检测触发                                         │
│   - 配电断路器跳闸                                       │
│   - 消防烟感报警                                         │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 第二级：警告（Warning）/ 橙色告警                          │
│  定义：偏离正常运行状态，需关注但不立即危及运行             │
│  响应时间：30分钟内响应                                    │
│  通知方式：短信+邮件                                      │
│  典型示例：                                               │
│   - 机柜进风温度>28°C（超ASHRAE推荐上限）                  │
│   - UPS电池容量<30%                                       │
│   - 精密空调故障（另一台空调接管）                         │
│   - 柴发燃油<30%                                         │
│   - 湿度>65%或<35%                                       │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 第一级：提示（Notice）/ 黄色告警                           │
│  定义：需要关注的状态变化，但当前运行正常                   │
│  响应时间：8小时工作时间内处理                             │
│  通知方式：邮件                                           │
│  典型示例：                                               │
│   - 精密空调过滤网需要更换                                │
│   - UPS效率低于95%                                       │
│   - 温湿度略超目标值但未达警告阈值                         │
│   - 某传感器通信中断（需检查）                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

7.2 告警联动策略设计

**联动（Linkage）**是动环系统的高级功能，当某一告警触发时，自动触发其他系统动作。

核心联动场景：

7.3 告警风暴抑制

在大规模数据中心，一个根因事件可能触发成百上千条告警（"告警风暴"），造成运维人员判断困难。

抑制策略：

1. 告警关联：UPS断电时，屏蔽所有因断电导致的子告警（如PDU电压告警、设备离线告警）
2. 告警收敛：同一类型告警在2分钟内合并为一条，附注触发数量
3. 告警抑制时间：设备重启期间（3分钟内）屏蔽通信中断告警
4. 维护模式：设置维护窗口，期间相关设备告警不发出通知（只记录）

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8. 9120机柜规模的动环系统设计要点

8.1 系统规模估算

监控点位估算（平谷项目）：

温湿度传感器：
  机柜进风口：9120个（每柜1个）
  机柜出风口（热通道）：~4560个（每2柜1个）
  机房环境：按面积约500个
  空调送回风：空调数量×2，假设600台空调=1200个
  小计：~15,380个温湿度监测点

漏水检测：
  精密空调下方：600条感应绳
  架空地板下：按机房分区，约200条
  小计：~800个漏水检测通道

PDU监控：
  智能PDU：18,240台（9120机柜×2）
  每台PDU SNMP接入：18,240个IP设备

UPS/配电：
  UPS：假设200台大型UPS
  配电柜：假设500面配电屏/仪表
  柴发：假设30台柴发

视频：按机房面积约2000个摄像机
门禁：按出入口约500个门

总计监控点：约40,000个

8.2 系统架构规划（分层分区）

大规模动环系统必须分层设计，不能用单台服务器承载所有数据：

平谷动环监控架构（分层）：

第一层：前端采集
每栋楼部署若干台DAU（数据采集控制器）
├── B01楼：8台DAU（每台管理约60条RS-485线路/2000个IP设备）
├── B02~B06：各8台DAU
└── 共计：48台DAU（6×8）

第二层：区域汇聚
每栋楼部署1台区域服务器（子中心）
├── 负责本楼所有DAU数据汇聚
├── 本地存储历史数据（短期，7天）
├── 本地告警处理
└── 通过标准接口上报中央平台

第三层：中央平台
部署在园区数据中心管理区
├── 主服务器：接收6栋楼区域服务器数据
├── 数据库服务器：时序数据库（InfluxDB/TimescaleDB）
├── Web应用服务器：B/S展示界面
└── 告警服务器：统一告警处理和推送

8.3 服务器配置建议

8.4 存储容量计算

时序数据库存储计算：

监控点数量：40,000个
采集频率：温湿度1次/分钟，电气量1次/秒，状态量变化触发
平均采集频率（等效）：1次/10秒 = 6次/分钟

每个数据点存储大小（压缩后）：约16字节
每分钟数据量：40,000点 × 6次 × 16字节 = 3.84MB/分钟
每天数据量：3.84MB × 60 × 24 = 5.53GB/天
每年数据量：5.53GB × 365 = 2TB/年

建议配置：
- 时序数据库原始数据保存1年：2TB
- 按分钟汇总数据保存3年：0.1TB
- 按小时汇总数据保存10年：0.01TB
- 总计：约2.5TB/年，RAID 10后×2 = 5TB

建议配置40TB存储阵列，满足10年+数据保存需求

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9. 与消防/门禁/视频的联动接口

9.1 与消防系统的接口

接口方式：硬接线（干触点） + 网络接口（可选）

消防→动环的信号：
消防控制主机
    ├── 火警信号（干触点输出）→ 动环DAU DI（数字输入）
    ├── 联动信号（干触点）→ 动环DAU DI
    └── RS-485/TCP（部分高级系统）→ 动环平台

动环系统接收消防信号后的处理：
1. 记录事件（时间戳+位置）
2. 发送告警通知
3. 触发联动（关闭精密空调新风、UPS切换等）
4. 推送至视频系统：将消防点位最近摄像机弹出显示

注意：消防系统的控制权不属于动环，动环只做信号接收和数据记录。消防系统有独立的联动控制权。

9.2 与门禁系统的接口

门禁→动环接口：
门禁控制主机（TCP/IP）→ 动环平台（Socket/REST API）

数据内容：
├── 实时刷卡记录（人员ID + 时间 + 门点 + 进/出）
├── 门状态变化（开/关/异常）
└── 告警事件（强制开门/门开超时/非授权）

动环→门禁接口（控制信号）：
消防报警 → 动环平台 → 发送开门命令 → 门禁控制器 → 疏散门解锁

9.3 与视频系统的接口

视频→动环接口：
NVR/VMS（视频管理系统）→ 动环平台（SDK/API集成）

动环使用视频数据：
├── 告警联动：动环告警触发时，自动调出该区域视频
└── AI分析结果接入：人员徘徊/入侵检测结果作为告警

动环→视频的联动：
UPS故障告警 → 动环 → 视频系统 → 将UPS机房摄像机画面推送大屏

9.4 系统接口总结（API规范）

动环平台北向接口（向上层系统提供数据）：
├── REST API（JSON）：实时数据查询
├── MQTT：轻量级消息推送（IoT场景）
├── WebSocket：大屏实时推送
└── 数据库订阅（SQL View）：DCIM集成

动环平台南向接口（向下层设备采集数据）：
├── Modbus RTU（串口）
├── Modbus TCP（以太网）
├── SNMP v2c/v3（以太网）
├── BACnet/IP（以太网）
└── 私有协议（通过SDK适配）

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10. 本节诊断问题

Q1 — 记忆层

Q1.1：动环监控三层架构中，"传输层"的核心设备是什么？它的主要功能是什么？

参考答案：传输层的核心设备是DAU（数据采集单元），也称RTU（远端终端单元）。主要功能：（1）通过RS-485总线轮询感知层的传感器和仪表，收集原始数据；（2）协议转换：将Modbus RTU转换为TCP/IP协议上报平台层；（3）本地存储：短暂缓存数据，防止网络中断时丢失；（4）边缘计算：简单的阈值判断和本地告警。

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Q1.2：Modbus RTU协议中，功能码03和04的区别是什么？

参考答案：功能码03用于读"保持寄存器"（Holding Register），这类寄存器的值由设备内部程序维护，可读可写，通常存放配置参数和计算后的结果（如电能仪表的当前功率）。功能码04用于读"输入寄存器"（Input Register），这类寄存器是只读的，通常直接映射到传感器的硬件信号（如温度传感器的ADC采样值）。在实际应用中，很多设备会混用，以具体设备手册的寄存器表为准。

---

Q1.3：缆式感应绳单端最大铺设长度不超过多少？为什么？

参考答案：不超过 100m。原因是漏水定位的原理是根据感应绳的电阻变化来计算漏点距离，感应绳自身的线缆电阻会随长度增加，导致末端小量水渍引起的电阻变化被"淹没"在背景电阻中，检测灵敏度下降，且定位精度变差。超过100m时应分段接入控制器，保证每段独立、可精确定位。

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Q2 — 理解层

Q2.1：在平谷项目中，18,240台智能PDU全部通过SNMP直连动环平台服务器，请分析这个方案的问题并提出改进方案。

参考答案：问题：SNMP轮询是单线程顺序查询，动环平台每轮询一台PDU约需50-100ms，18,240台全部串行查询需要 18,240×100ms = 1,824秒（超过30分钟），远超1分钟的数据刷新要求。同时，18,240个并发SNMP连接会压垮服务器的网络栈和CPU。

改进方案：分层汇聚架构：每48台PDU（机柜列）配一台列头汇聚交换机，DAU通过SNMP并发查询本区域的PDU（48台，耗时<5秒），DAU将汇聚后的数据打包通过REST API上报区域服务器，区域服务器再上报中央平台。整体查询延迟从30分钟降低到<1分钟。

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Q3 — 应用层

Q3.1（系统设计题）：请为平谷B01楼（1520机柜）设计温湿度监控方案，包括：传感器数量、RS-485总线划分、DAU数量计算，以及告警阈值设置。

参考答案：

【传感器数量】
机柜进风口（冷通道）：1520个传感器（每柜1个）
热通道封闭区出风口：760个传感器（每2柜共用1个）
机房环境（顶部）：按机房面积，假设4个大机房各100m²，共16个
精密空调送风：假设120台空调，送回风各一个=240个
合计：约2,536个温湿度传感器

【RS-485总线划分】
每条总线最多30个传感器（确保轮询速度<1秒）
2,536÷30 = 85条RS-485总线

【DAU数量计算】
每台DAU支持16条RS-485串口（工业级DAU标准配置）
85条总线÷16端口/台 = 需要6台DAU（实际配8台，留余量）

【告警阈值设置】
冷通道进风温度：
  提示：>25°C或<17°C
  警告：>28°C或<15°C
  严重：>32°C或<10°C
热通道出风温度：
  提示：>42°C
  警告：>48°C
  严重：>55°C
湿度（冷通道）：
  提示：>60%或<40%
  警告：>65%或<35%
  严重：>70%（结露风险）或<20%（静电风险）

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11. 速记卡

╔══════════════════════════════════════════════════════════╗
║         M4-02 动环监控系统速记卡                           ║
╠══════════════════════════════════════════════════════════╣
║ 【三层架构】感知层（采集）→传输层（DAU汇聚）→平台层（展示） ║
║ 【8大类】温湿/漏水/配电/UPS/柴发/精密空调/门禁/视频         ║
║ 【协议选型】传感器=Modbus RTU，UPS/PDU=SNMP v3，空调=BACnet ║
║ 【RS-485限制】≤32节点/总线，≤1200m，终端120Ω匹配电阻       ║
║ 【漏水感应绳】≤100m/段，贴地面，单端接控制器                ║
║ 【三级告警】严重=立即/<15min，警告=30min，提示=8h           ║
║ 【数据保存】GB50174要求原始数据≥3个月（建议1年）             ║
║ 【STP单端接地】屏蔽线DAU端接地，传感器端浮空               ║
║ 【SNMP v3】新建项目必选v3（加密认证），禁用v1               ║
║ 【存储估算】40,000点×1次/10秒≈5.5GB/天≈2TB/年             ║
╠══════════════════════════════════════════════════════════╣
║ 【口诀】动环三层：感知传平台，协议用对号入座，告警分三色     ║
╚══════════════════════════════════════════════════════════╝

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