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01 Ganz im Stil eines Audi-Cockpits: Die „Rundinstrumente“ oben zeigen den aktuellen Wert der „Power Usage Effectiveness“, PUE, an

Energiemanagement für Green IT bei Audi

02 Die Siemens-Stromabgangskästen mit vier kompakten

03 Blick auf eine Zelle mit 28 Racks SBC-Energiezählern

04 Über den Racks befinden sich die Stromabgangskästen mit den Energiezählern von SBC

Vor wenigen Monaten hat Audi sein neues „Corporate Data Center“ bezogen. Die Ingolstädter Autobauer setzen mit ihrem neuen Rechenzentrum auf „Green IT“ mit dem Ziel, die Energieeffizienz um mindestens ein Drittel zu steigern. Basis dafür bildet ein zweistufiges Energiemanagement, welches die Verbrauchsdaten aller Server erfasst und die gewonnenen Messergebnisse konsolidiert und visualisiert.

Fast alles an dem Vorzeige-Projekt „Corporate Data Center“ ist ambitioniert und faszinierend. Das Rechenzentrum soll Computernutzer weltweit vernetzen und wird in der Vollausbaustufe Platz für 6.000 IT-Komponenten bieten. Der elektrische Anschlusswert des Rechenzentrums beträgt schon in der ersten Ausbaustufe 3,1 MW und wird in der zweiten Ausbaustufe 5,6 MW betragen. Diese Leistungen gut in den Griff zu bekommen, war eine der Planungsvorgaben für die Einführung eines dreistufigen Energiemanagements.

Verlässliche Messwerte
Die erste Stufe ist die wichtigste, da geht es um die Erfassung der Verbrauchsdaten aller Server. Um das Rechenzentrum (RZ) mit niedrigem Verbrauch „fahren“ zu können, sah man es als notwendig an, den Stromverbrauch jedes einzelnen Racks getrennt zu ermitteln – das bedeutet aber 1.700 Messstellen in der ersten und 2.688 Messstellen in der zweiten Ausbaustufe. Das Audi-Planungsteam suchte zunächst Energiezähler, die preiswert und kompakt sind. Bei ihren Recherchen stießen sie auf das „S-Monitoring System“ von Saia Burgess Controls, kurz SBC. S-Monitoring ist eine betriebsfähige Energiemanagementlösung und bietet eine breite Auswahl an busfähigen Stromzählern. Zum Einsatz bei Audi kamen die 3-Außenleiter-Energiezähler Ale3. Mit einer Breite von nur 72 mm konnten die geforderten vier Stück pro Stromabgangskasten realisiert werden. Energie, Wirkleistung, Blindleistung, cos φ, Spannung und Strom, können pro Außenleiter oder gesamt über die RS-485-Schnittstelle abgerufen werden. Die Anbindung zur zentralen SQL-Datenbank erfolgt per SNMP. Mit der Genauigkeitsklasse 1 gemäß DIN EN 62053-21 übertrifft das Gerät die Forderungen an eine interne Verbrauchsmessung.

„Power Usage Effectiveness“ als Maßstab
In der zweiten Stufe des Energiemanagements werden die gewonnenen Messergebnisse konsolidiert und visualisiert. Die erfassten Daten liefern den Input für Carbon Footprint bzw. CO2-Bilanz. Eine wichtige Größe stellt die „Power Usage Effectiveness“, PUE, dar. Der Messwert ist der Quotient aus dem gesamten Energieverbrauch (Bild 1) des Rechenzentrums und dem Verbrauch des eigentlichen IT-Equipments. Eingeführt wurde diese Formel von dem Industrie-Konsortium „The Green Grid“. Das Uptime Institute hat für „normale“ Rechenzentren einen durchschnittlichen PUE von 2,5 ermittelt. Was nichts anderes bedeutet, als dass von 2,5 W Leistung nur 1 W bei der IT ankommt. Der PUE hat für die Betreiber des Rechenzentrums eine ähnliche Bedeutung wie die Beschleunigung für einen Rennfahrer. PUE ist die zentrale Schlüsselgröße, um die Energieeffizienz der Anlage auf einen Blick zu erfassen und um Trendanalysen und interne Benchmarks anstellen zu können. Will man das Rechenzentrum gemäß „Green IT“ realisieren, muss man wissen, dass ein PUE von 1,6 allenfalls Durchschnitt ist. Zur Spitzengruppe gehört man erst mit Werten unter 1,4. Das Planungsteam bei Audi hatte sich auch diese Herausforderung ins Lastenheft geschrieben.

Nahtlose Integration
Im Vollausbau wird das Rechenzentrum aus vier Modulen bestehen, von denen jedes sechs Zellen umfasst. Zwölf dieser Zellen bilden die derzeitig installierte Konfiguration. Jede Zelle wird von einem Netzknoten messtechnisch versorgt. Für die Weiterverarbeitung der Messdaten in jeder Zelle wurden PCD2-Steuerungen ausgewählt. Diese speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) wird nach industriellen Standards entwickelt und gefertigt und verfügt unter anderem über integrierte Web- und IT-Funktionen. Die Kommunikationsschnittstellen sowie Ein- und Ausgänge sind modular erweiterbar. Die Steuerungen erfassen die Daten aller 112 Energiezähler und über zusätzliche Schnittstellen die Messdaten von Feuchte- und Temperatursensoren. Hier erfolgt die weitere Verarbeitung und die Langzeitarchivierung der Energiedaten. Die Applikationen konnte aus Software-Modulen der umfangreichen PG5-Funktions-Bibliothek von Saia realisiert werden. Die Controller liefern ca. 30.000 Messergebnisse. Die Inbetriebnahme und die Wartung der einzelnen Zellen erfolgen mittels i-Pad oder PC-Browser. Eine weitere Steuerung vom Typ PCD1 stellt über eine Modbus-Schnittstelle die Verbindung zu der Gebäudeleittechnik her. Die Gesamt-Energieverbrauchsdaten werden via CGI-Schnittstelle ausgelesen.

Grenzenloser Zugriff auf die Daten
Auf die gleichen Werte hat auch der S-Energy Manager Zugriff. Eine integrierte Applikation sorgt für die sofortige Auswertung auch auf Management- und Technikebene. So sind die Messwerte „on demand und remote“ für jeden Nutzer beispielsweise über eine App oder aber auch über 15-Zoll- Webpanel vor Ort in Echtzeit möglich. Die Webseiten werden in den PCD-Steuerungen vorgehalten. Es werden daher keine herstellerspezifischen Tools benötigt. Audi schätzt die vielseitigen Möglichkeiten, die Anlage beobachten zu können. Da ist zunächst die Ferndiagnose per Inter-/Intranet, sie erlaubt die Parametrierung, Auswertung und Überwachung komplett per Weboberfläche. Die Sichtbarkeit einzelner Verbrauchswerte per Onlinedarstellung schärft das Kostenbewusstsein der RZ-Nutzer. Der SNMP-Agent wird gleichzeitig auch für das Alarm-Management genutzt. Alarme werden damit in das vorhandene Data Center Alarm-Managementsystem von Audi übertragen. Ein zusätzliches separates Alarm-Managementsystem konnte somit eingespart werden. Eine wesentliche Erleichterung bei der Realisierung des Projekts war die integrierte Powermanagement-Applikationssoftware (S-Monitoring-Applikation). Dank der vorhandenen SNMP-Schnittstelle und einer offenen SQLDatenbanklösung wurden hohe Software-Folgekosten vermieden.

Zukunftssicher und flexibel
Mit dieser Konfiguration hat Audi eine effektive Lösung. Die Stromabgangskästen (Power Boxes) sind mit Bus-fähigen Drehstromzählern bestückt (Bild 2). Sie stehen für eine kompakte Lösung und bieten hohe Flexibilität im RZ-Einsatz – von Low End Servern bis High Performance Computing HPC-Systemen. Die visualisierte Auslastungsdarstellung aller Außenleiter ist eine Voraussetzung für eine optimierte Nutzung der Powerinfrastruktur. Das modulare Hardwarekonzept kann synchron zum Lebenszyklus des gesamten RZ ohne großen technischen Aufwand erweitert werden und bietet die Ausgangsbasis für weitere Schritte im Bereich Energieanalyse und -Management (Bild 3). Die Installation und Inbetriebnahme der Zähler, beispielsweise bei Erweiterungen, ist einfach (Bild 4). Die S-Energy-Komponenten ermöglichen Plug-and-play. Das minimiert die Installations- und Inbetriebnahmekosten, kein Expertenwissen ist bei der Installation notwendig. Die Verkabelung ist optimiert auf den RZ-Einsatz: Das Bussystem wird mit Cat.-6-Leitungen und RJ45-Steckern verkabelt. Die Hardware-Architektur ist zukunftssicher und bietet die Erweiterungsmöglichkeit für zukünftige Standards und herstellerunabhängige Bussysteme. (hz)

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Autor:
Rainer Kellerer ist Regionalleiter Süd bei Saia Burgess Controls Deutschland. rainer.kellerer@saia-burgess.com