CN104913466B - 数据中心机房风机送风自动控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数据中心机房风机送风自动控制系统和方法，将空调自动控制系统分区化，将风机送风作为一个子管理系统独立控制，减少控制器数量，降低建设和维护成本。本发明的系统包括上位机、集控器、单元控制器以及与风机连接的风机变频器和风阀执行器，上位机连接集控器，集控器连接单元控制器，单元控制器分别连接风机变频器及风阀执行器，单元控制器通过风机变频器控制调节风机功率的大小，通过风阀执行器控制风阀的开度大小，以控制风机的新风送风量，集控器将控制信号发送给单元控制器，并将反馈信号反馈给上位机。

Description

数据中心机房风机送风自动控制系统和方法

技术领域

本发明涉及数据中心建设技术领域，特别是涉及一种数据中心机房风机送风自动控制系统和方法。

背景技术

当前数据中心作为新兴的数据增值业务发展迅速。数据中心(data center)，或称为服务器场(server farm)，指用于安置计算机系统及相关部件的设施。数据中心基础设施的建设，很重要的环节是计算机机房的建设，一般它还包含环境控制设备(例如空调、灭火器)和安全设备。一个数据中心占用一幢大楼的一个房间、一层或多层，甚至整幢大楼。大部分的设备常常放在具有隔层的机架中。这些机架成排放置，形成一个走廊。这允许人们从前面或后面访问隔层。服务器从1U的服务器到独立筒仓的存储设备在尺寸上有很大的不同，一些设备，像大型计算机和存储设备常常像他们的机架那么大。随着数据中心的规模越来越大，对数据中心机房的物理环境的要求更是越来越高，与其相配套的设备也相对增多。机房的环境设备(供配电、UPS、空调等等)必须时刻为计算机系统提供正常的运行环境，一旦出现故障，就会影响计算机系统的安全运行，严重时会造成机房内设备损坏，甚至网络系统瘫痪，后果不堪设想。因此，为保证计算机系统安全可靠的工作，对机房环境的自动监控是极其重要的，机房环境的自控系统也应运而生。

发明内容

本发明提供一种数据中心机房风机送风自动控制系统和方法，将空调自动控制系统分区化，将风机送风作为一个子管理系统独立控制，减少控制器数量，降低建设和维护成本。

本发明的技术方案是：

一种数据中心机房风机送风自动控制系统，其特征在于，包括上位机、集控器、单元控制器以及与风机连接的风机变频器和风阀执行器，所述上位机连接集控器，集控器连接单元控制器，单元控制器分别连接风机变频器及风阀执行器，所述单元控制器通过风机变频器控制调节风机功率的大小，通过风阀执行器控制风阀的开度大小，以控制风机的新风送风量，所述集控器将控制信号发送给单元控制器，并将反馈信号反馈给上位机。

一种数据中心机房风机送风自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)控制器上电，判断集控器按键是否是开机状态；

2)每组新风阀根据设定，开机时是否需要开启到最小输出，判断新风阀是否执行到位；

3)每组回风阀根据设定，开机时是否需要开启到最小输出，判断回风阀是否执行到位；

4)每组排风阀根据运行反馈，判断排风阀是否执行到位；

5)所有控制器上的送风机逐个开启，并以最小速度运行；

6)依次判断是否处于稳定区、加载区、减载区；

7)如果是在加载区，所有控制器上的送风机开始周期性的增加输出，直到最大输出限制；

8)如果是在减载区，所有控制器上的送风机开始周期性的减少输出，直到最小输出限制。

本发明的技术效果：

本发明提供的一种数据中心机房风机送风自动控制系统和方法，具有以下技术效果：

1.节约成本：相比以往的机房自控系统，现有设计减少了控制器数量，降低了成本。

2.便于管理：通过把空调自控系统区域分区化，把风机送风系统看做一个子管理系统，当故障发生时，可以直接准确到事故发生区，准确的找出报警点，使运维人员能及时到达事发现场，更加方便运维。

3.便于维护：系统设有全手动模式，方便设备调试及检修，在该模式下，通过PID仪表及人机界面可以任意控制、测试系统的各个部件运行状态及性能，包括流量调节阀的测试，变频器及风机的测试、各种传感器的测试，大大降低了维护人员的劳动强度和检修时间。

附图说明

图1是本发明的数据中心机房风机送风自动控制系统结构示意图。

图2是本发明的数据中心机房风机送风自动控制方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

如图1所示，是本发明的数据中心机房风机送风自动控制系统结构示意图。一种数据中心机房风机送风自动控制系统，包括上位机、集控器、单元控制器以及与风机连接的风机变频器和风阀执行器，上位机连接集控器，集控器连接单元控制器，单元控制器分别连接风机变频器及风阀执行器，单元控制器通过风机变频器控制调节风机功率的大小，通过风阀执行器控制风阀的开度大小，以控制风机的新风送风量，集控器将控制信号发送给单元控制器，并将反馈信号反馈给上位机。

本发明的设计思路是：人的身体是由各种器官组成的，而每一个器官又是由独立的细胞组成的。人体的器官可以分成三种类型：第一种类型的器官负责感知，比如眼睛，耳朵，鼻子，舌头，皮肤等，这些器官实时的接收着人体外部的信息，并第一时间反馈给大脑，人的大脑会分析这些信息，根据判断结果去安排执行器官行动；第二种器官即使外部执行器官，比如手臂，双腿等，根据大脑或小脑的指令准确无误的执行动作；第三种器官是支持器官，比如心脏，肺，肝脏，胰脏，肾脏等，这些器官的工作通常无需要大脑有意识的给出指令，他们会根据自己的感知，按照人体的需要自动工作，比如，当血液里的二氧化碳的浓度升高后，你的心脏就会加速跳动，提高血液的流量，同时，你的肺会增大呼吸的频率和深度，以增加氧气的交换量；无论你是劳动，还是爬山，还是跑步，只要你有细胞的新陈代谢加快，随着血液的二氧化碳浓度的升高，你的心肺工作就会增加，即使你没有做剧烈的运动，只是血液的氧气含量少了，比如你到了高海拔地区，空气稀薄了，血液的单位载氧量有所减少，即使你没有剧烈运动，你的心肺也会自动的增加工作量；你通常是感觉不到这些器官的存在的。当你有感觉的时候，往往是它出了问题，向你的神经中枢反馈，让你知道它出了问题。

数据中心项目，空调部分是最有挑战的系统，我们将他设计成为一个像人体的支持器官一样的工作。在使用全新风自然冷却的数据中心里，数据中心的进风温度、出风温度，是空调系统的运行主线，所有的功能子系统都是围绕着这条主线展开工作的。我们将通风空调系统分解成不同子系统，每个子系统就如同一个独立的器官一样，拥有自己的运行控制系统，这些子系统根据自己的传感器反馈回来的数据，实时的调整自己所负责的功能段的工作状态，去控制他所负责功能段的送风、排风、温度、相对湿度，这种工作状态的调整并没有(或不需要)中央控制系统参与，中央控制系统可以实时的监控每一个不能功能段子系统的工作状态，在子系统功能段正常工作时，中央控制系统不会发出任何的干预工作指令。

送风系统是整个全新风通风空调系统的动力部分，就如同人体的心脏一样，为整个通风全过程提供克服所有沿程阻力的气流动力。数据中心的出风温度的升高，主要有两方面的原因，一是IT设备的热负荷增加了，在进风温度相同的情况下(ΔT不变)，需要更多的风量去带走热量；二是室外空气温度升高了，在IT负荷相同的情况下(Q负荷不变)，需要更多的风量以减少ΔT，维持送风温度趋于稳定；基于以上两方面因素的考虑，我们在每一个送风风机段模块设置一个专用控制器，连接多个热通道出风温湿度传感器，这些传感器放置在这个送风机模块对应的热风通道的出风口段，每个通道设置不少于3个的传感器，控制参数取传感器的平均温度为控制依据，传感器的温度数值实时做差值检测，如果出现比较高的温度差时(超过2K，可以调整)，则这个子系统将给出告警信号给中央控制系统，告知传感器可能有故障，或者热通道的负荷分布不平衡；

根据最终用户可以接受的最高出风温度为基准，设定风机的最大工作频率；原则上，风机的选购应在80％负荷运转时，可以达到所需要送风的最大风量，整个送风系统无需要设计额外的冗余风机，且风机即使在最大送风量时，功耗也会有所抑制；当有风机故障或者更换时，这个风机模块还可以适当的再提高工作负荷，确保在最大需求风量时，满足风量需求。即在当热通道温度达到42C时，送风机应工作在不超过80％的负荷状态；当热通道送风温度下降到最高和最低温度之间时，送风机的工作负荷开始调整减少，以维持热通道的出风温度在稳定温度区域之间；送风机的最小工作负荷控制在30％(范围可以调整)；

图2是本发明的数据中心机房风机送风自动控制方法流程图。

一种数据中心机房风机送风自动控制方法，包括以下步骤：

1)控制器上电，判断集控器按键是否是开机状态；

2)每组新风阀根据设定，开机时是否需要开启到最小输出，判断新风阀是否执行到位；

3)每组回风阀根据设定，开机时是否需要开启到最小输出，判断回风阀是否执行到位；

4)每组排风阀根据运行反馈，判断排风阀是否执行到位；

5)所有控制器上的送风机逐个开启，并以最小速度运行；

6)依次判断是否处于稳定区、加载区、减载区；

7)如果是在加载区，所有控制器上的送风机开始周期性的增加输出，直到最大输出限制；

8)如果是在减载区，所有控制器上的送风机开始周期性的减少输出，直到最小输出限制。

在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (2)

1.一种数据中心机房风机送风自动控制系统，其特征在于，包括上位机、集控器、单元控制器以及与风机连接的风机变频器和风阀执行器，所述上位机连接集控器，集控器连接单元控制器，单元控制器分别连接风机变频器及风阀执行器，所述单元控制器通过风机变频器控制调节风机功率的大小，通过风阀执行器控制风阀的开度大小，以控制风机的新风送风量，所述集控器将控制信号发送给单元控制器，并将反馈信号反馈给上位机；所述单元控制器的控制包括：每组新风阀根据设定，开机时是否需要开启到最小输出，判断新风阀是否执行到位；每组回风阀根据设定，开机时是否需要开启到最小输出，判断回风阀是否执行到位；每组排风阀根据运行反馈，判断排风阀是否执行到位；再控制送风机逐个开启，并以最小速度运行；再依次判断送风机是否处于稳定区、加载区、减载区；如果是在加载区，所有控制器上的送风机开始周期性的增加输出，直到最大输出限制；如果是在减载区，所有控制器上的送风机开始周期性的减少输出，直到最小输出限制。

2.一种数据中心机房风机送风自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)控制器上电，判断集控器按键是否是开机状态；

2)每组新风阀根据设定，开机时是否需要开启到最小输出，判断新风阀是否执行到位；

3)每组回风阀根据设定，开机时是否需要开启到最小输出，判断回风阀是否执行到位；

4)每组排风阀根据运行反馈，判断排风阀是否执行到位；

5)所有控制器上的送风机逐个开启，并以最小速度运行；

6)依次判断是否处于稳定区、加载区、减载区；

7)如果是在加载区，所有控制器上的送风机开始周期性的增加输出，直到最大输出限制；

8)如果是在减载区，所有控制器上的送风机开始周期性的减少输出，直到最小输出限制。