（2019年第2期
Research Findings | 研究成果 | • 1 7*
张志
（中国移动通信集团广东有限公司，广东广州510640）
摘要：当前水冷服务器技术正在兴起，但是传统的水冷系统监控装置自动化程度低、而且使用复杂。为此，基于 Labview 软件开发了水冷服务器参数测控系统，研究水冷服务器中温度、压力和流量等参数的自动化测量，进行测控系 统的硬、软件设计，该测控系统在中国移动云计算实验室进行测试。实验表明：该系统能够实现对水冷系统各个节点的 温度、压力、流量进行快速、精确监控，并实时进行温度、压力和流量等参数的采集、处理、显示和存储，该方法可推 广到其他数据中心的測控系统中应用。 关键词：Labview；流量；压力；温度；自动监控中图分类号：TP274
文献标志码：A 文章编号：2096-2789 （2019） 02-0017-04
随着数据中心计算能力的增强，服务器作为它的重 要组成部件得到迅速的发展。近年来，服务器的外形变 得越来越小，功能也越来越强大，同时服务器的热量也 在急剧增多。面对服务器内电子设备的高热流密度，容 易使得服务器内部温度过高而造成服务器的故障。通过 监控系统实时监控服务器的运行情况，使得服务器能够 在安全的运行温度下工作，对数据中心可靠高效正常运 行显得尤为重要。
云端同步由于数据机房种的服务器数据庞大，因此所需监控 的参数数量也是非常巨大的。传统的测量方法随着被测 对象的增加和需分析存储的信息量增大显得繁琐或者力 不从心，不适合对数据中心当中海量的服务器进行监控。 Labview 是一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应 用开发工具，釆用Labview 构建服务器的参数监控系统， 不仅能够节约监控的制造成本以及构建时间，而且其构 建的可靠性以及安全性也能够很好地满足数据机房严格 的要求。
1 监控系统硬件系统
虽然服务器内关键部件，如CPU 、硬盘、主板等都 内置有温度传感器，通过网络能够随时监控服务器内部 的运行情况。但是随着近年来水冷数据机房的兴起，水 冷管道内流体的运行参数也是必须要监控的因素之一。 如图1所示，水冷服务器一般要求监控服务器进岀水口 的流量、压力、温度等参数。
国门
进水
回水
暇务SS
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温度计 压力农流就汁
图1水冷服务器监控参数示意图
本监控系统的原理是，通过一台安装有Labview 控 制程序的工控电脑，用计算机接口连接温度釆集卡以及 PLC 系统，将它们釆集得到的参数输入到工控电脑上， 然后数据经过工控电脑处理后，工控电脑对安装在服务 器风扇以及管道阀门的控制器进行反馈控制，保证系统 处于正常的运行参数下。
本监控装置主要由硬件部分、Labview 软件部分两 大部分组成。其中，硬件部分主要由温度采集卡、PLC 系统（A/D 转换器、D/A 转换器、脉冲采集器、I/O 接口、 串口连接模块）、温度传感器、压力传感器、流量传感器、 警报、控制器系统组成，各硬件的连接如图2所示。系 统硬件主要包括以下四
大部分：工控电脑、采集及控制 设备、传感器、监控对象。工控电脑上安装有Labview 软件以及相关的驱动程序，在工控电脑上具有USB 接 口以及RS232串口接口。Labview 监控软件负责整个监 控系统的运作，通过USB 及RS232串口连接所有的釆 集和控制设备。
1.1温度测量
温度的测量热电偶原理“将两种不同材料的导体或 半导体A 和B 的任意一端焊接在一起就构成了热电偶， 如图3所示。组成热电偶的导体或半导体称为热电极， 被焊接的一端插入测温场所，称为工作端，另一端称冷 端。当两端温度不同时就会有热电势产生，它是测量温 度的感温元件，将温度信号转换为电信号再由仪表显示 出来。热电偶的测温原理就是利用了热电效应，任意两 种材质不同的金属导体或半导体A 和B 首尾连接成闭合 回路，只要两接点T1和T2的温度不同，就会产生热电 势，形成热电流，这就是热电效应。
通过热电偶釆集模块与热电偶相连，可以很容易
地读取温度数值。本方案釆用的温度釆模块型号为NI
作者简介：张志（1983—），男，硕士，研究方向：数据中心藪热
。
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2019年第2
A
T1 T2
B
图3热电偶原理图
9213，其性能参数如表1所示，温度采集模块的物理连 接如图4所示，将热电偶一端连接到NI 9213温度釆集 模块的接线端口上，按照TC+接热电偶正极、TC-接热 电偶负极的方法连接，另一端感温头布置水冷服务器的 进出水口的位置，监测进出水口的温度。
4AD-ADP
表1 NI 9213性能参数
NI 9213 16通道热电偶输入模块
性能参数
内acjc （拎端温度补偿）
高速模式下每通道采样率75 S/s （经
复用器后的每通道采样率〉
邬婧婧250 Vrms 通道-地面接地安全隔离
自动调零通道用于偏移误差补偿
24位ADC，适合最高0.02° C 测量
灵敏度
支持面向J 、K, T 、E, N. B, R 和S
型热电偶
Terminal
block
Using voltage
Grounding -----------------------------(Ground resistance: W(Kl or less)
ch □: □ represents the channel number.
2^1
[±_r
24V DC
COMP
TTTf
♦15V
t-=3z
图4 NI 9213温度模块连接示意图
图6压力传感器与PLC 接线图
表2 MIK-P300性能参数
MIK-P300通道热电偶输入模块
性能参数
产品名称：供电电压：压力变送器
DC24V
量程：
0〜0. IMPa
介质温度：
过载压力： 输出信号：
零点温度漂移:
-40°C 〜125°C
200%FS
4 〜20mA ±0. 03%FS/°C
灵敏度温度漂移：±0.03%FS/°C
酒精气化炉
”爲
1.2压力测量
压力的测量要通过压力变送器进行转换，其中扩散 硅压力变送器为压力变送器的其中一种。扩散硅压力变 送器的工作原理臼如图5所示，过程压力通过隔离膜片， 密封硅油传输到扩散硅膜片上、同时参考端的压力（大 气压，绝对压或密封压）作用于膜片的另一侧。这样， 在膜片两边加上的差压产生一个应力场，它使膜片的一 部分压缩，另一部分拉伸，在压缩区和拉仲区分别有两 个应变电阻片，以感受压力而引起阻值变化，从而将压 力信号转换成电信号。应变电阻片在电气性能上连接成 一个全动态惠登斯电桥，以大输出信号。
本系监控统的压力测量采用MEACON 的型号为 MIK-P300的扩散硅压力变送器传感器，其参数如表2 所示，由于该传感器输出的是4〜20mA 的标准模拟信 号，需要将此模拟型号接入到PLC 的A/D 转换模块当中， 将此数据进行记录。传感器接线如图6所示，接线釆用 电流输入的接法。
1.3流量测量
流量是工业生产过程检测控制中的一个重要参数， 目前用于流量测量的流量计型式多种多样，而脉冲信号 输出的流量计的应用越来越广泛，流量计输出为脉冲信 号时该脉冲信号的频率与流过管道的体积流量成正比， 其比例系数即为流量计的仪表系数E，即：
K = Z
（1）
g ”
在同一时间内流量计发出的脉冲数与流过管道的流 体体积成正比其比例系数也为流量计的仪表系数，即：实现流量的测量时，脉冲釆集器采集的是流量计输 出的脉冲数量N，工控机发出开始测量信号，同时读取 流量计脉冲计数器的读数，并且定时器清零，通过单位 时间t 内釆集的脉冲数量，可以通过算式qv=N/Kt，从 而将脉冲数N 转化为水流量qv，通过不断地实时查询 流量计脉冲计数器读数，实现流量的连续测量。
由实验
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得到，软件查询执行引起的误差可以忽略不计。由于这种方法是在同一时间内，直接测量流量计和光栅脉冲数，每次测量有一个脉冲的误差，所以测量准确度和所计脉冲个数有关，如果计1000个脉冲，测量的相对误差为0.1%，记的脉冲个数越多，测量的准确度越高，相对应的测量时间就越长。显然，这种方法适用于流量变化较小而要求精度测量的情况下。
本测试系统釆用的是OMEGA公司的FPR301叶轮流量计，其结构如图7所示，与PLC的连线如图8所示，性能参数如表3所示。2监控系统Labv i ew程序
由于NI9213与Labview为配套产品，Labview当中有完备的NI相关硬件的驱动程序，只需要安装NI DAQMX程序，并调用其DAQ助手，即可以很容易地实现数据的釆集与处理。釆用NI的DAQ助手时，DAQ助手经过通道设置一精度设置一定时设置一触发设置一采集数据等几个步骤，对温度数据进行采集，其程序图和前面板界面如图9、图10所示。在Labview程序中，只需简单地调用数据图表子程序，就可以简易地生产数据曲线。
8
图7叶轮流量计结构示意图
1 Figure1
图8流量计与PLC接线图
表3FPR301性能参数
聚丙烯和TFE小流量液体流量计性能参数
*
量程：0.27〜18.9L/min
毛发收集器
精度：满量程的1%
最高温度：70°C(160T)
最大压力：lObar(150psi)
电源：6〜24Vdc@2mA
美容喷雾器
输出：NPN集电极开路
图10labview温度采集前面板
由于PLC设备并不是NI公司的产品，Labview内部
没有可以直接调用的驱动以及子程序。但是，由于PLC
设备符合RS232标准，可以通过电脑上的串口与PLC相
连，从而达到进行数据的传输以及控制PLC的目的。
要进行串口通讯，需要电脑端安装Labview的其中
一个重要控件V ISAo串口VI和函数用于访问与连接至
串口的设备进行通信的V ISA VI和函数。读取PLC储
存器的Labview程序如图11所示，Labview程序通过
以下步骤四个步骤“设置串口参数一发送指令一延时一
接受指令”，即可读取PLC储存器内储存的未经过处理
的流量信号的脉冲数量以及压力信号的4〜20mA的标
准电流信号。其中此子程序通过首先通过串口相PLC发
热流道温控器
送请求，要求PLC返回其储存器的数据，然后Labview
程序延时200ms后，执行接受串口信号的指令，从而将
PLC储存器内数据存入到Labview程序当中。
由于通过叶轮流量计采集出来的是脉冲数量，需要
通过程序进行变换，才能够转换为流量数值。转化程序
如图12、图13所示，其根据的算式如下：
图9Labv i ew
温度采集子程序
• 20' I 研究成果丨 Research Findings
〔2019年第2期口*裁1I 接《8刽
1¾¾¾ 令 I
图“ Labview 读取PLC 储存器数据子程序
式中：qv 为流量，单位为L/min ； t 为采集时间，
单位为min ； N 为时间t 内的脉冲总数，单位为1； K 为 流量系数，单位为1/L 。
Labview 程序中，只需调用公式子程序，输入流量 转换公式，即可将脉冲信号转换为流量数值，图中采用 了简化的输入控件，实际应用时，只需将输入控件改为 仪器釆集出来的信号即可。
与流量信号类似，压力信号也不是直接可以使用
的，通过PLC 系统的内部硬件转换，采集到PLC 储存 器里面的4〜20mA 标准电流数据自动转换为范围为 0〜1000的数值n 。电流数据与数值成线性关系。即压 力范围为压力传感器总量程的1/1000«
若压力表的量程范围为N，则通过以下算是可以计 算出实际压力：
现了数据实时釆集、处理、显示和存储。Labview 的图 形化编程使程序的编写得到极大的简化，所有的编程操 作在前面板和程序框图进行拖动与连线即可完成，监控
系统的操作界面如图14所示。
KWEsanawHBHiiiiHnn
图14服务器监控系统界面
服务器监控系统
此时也是只需要调用公式子程序，输入所需转换的 信号值，即可完成压力数值的实际显示。
在Labview 强大功能的支持下，只需将所需的子程 序集成于主程序中，即可完成自动釆集数据的功能，实
图12脉冲数-流量转换子程序
1HSN
图13模拟量-压力转换子程序
3 结束语
要实现快速、准确地监控水冷机房的运行情况，就 需要有一套操作性能好、可靠性高的监控系统。至今， 运用水冷技术的数据中心已经发展多年，针对它所开发 的监控系统已经有了成熟的商业化产品。但现有的水冷 数据中心监控系统普遍价格较高，并且操作不便捷。因 而，构建通用性强、操作简便、稳定性高的数据测试与
控制系统，拥有迫切的现实意义。本文基于Labview 平 台，开发出一款稳定可靠、性价比高、适用性广的实时 动态水冷数据中心参数釆集及处理系统。系统通过调用 DAQ 助手与VISA 串口通讯程序，分别对NI 的温度釆 集卡与三菱PLC 系统进行控制，系统完成了温度、压力 以及流量信号的釆集。将传感器的电压信号、脉冲型号 以及4 ~ 20mA 的电流信号，通过Labview 程序转换为 实际的温度、流量、压力信号。本测控系统拥有较高的 自动化程度，简化了操作步骤，提高了测控的精度和效 率，增强了测控系统的可靠性。此监控系统开发中取得 的经验，可在其他数据中心的监控系统中应用推广。参考文献：
[1] 张明春，肖燕红.热电偶測温原理及应用[J].攀枝花科技
与信息,2009, 34 (3) : 58-62.[2] 陈光磊.新型扩散硅压力变送器的研制与应用[J].矿业研
究与开发,1994(3) :102-105.
[3] 赵艳琴，张永胜「脉冲信号流量计仪表系数的两种实现方
法[J].中国计量,2010(2)
:88-89.
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