CN106642594A - 一种用于数据中心空调节能控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于数据中心空调节能控制系统及其方法，属于空调节能控制领域，包括上位机管理系统、通信模块、数据采集控制器、比例温阀控制器、风柜、风机盘管温控器、空调风柜、空调主用信息转换器、空调备用信息转换器、温湿度变送器、温湿度主用信息转换器、温湿度备用信息转换器、电表、电表主用转信息换器和电表备用信息转换器。上位机管理系统与通信模块连接；通信模块与数据采集控制器；数据采集控制器经比例温阀控制器与风柜连接；风机盘管温控器与数据采集控制器连接；所述空调风柜分别经空调主用信息转换器和空调备用信息转换器与数据采集控制器连接。

Description

一种用于数据中心空调节能控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及空调节能控制领域，具体的来说是涉及一种用于数据中心空调节能控制系统及其方法。

背景技术

数据中心机房中央空调耗电数以亿度计，是造成数据中心运营成本居高不下的主要原因。据统计，中央空调用电占数据中心机楼用电的50~60%，对数据中心空调进行节能控制将有效降低运营成本、减少资源消耗。目前已有的节能措施存在如下不足：

1、没有按功能区域进行精细控制。数据中心数据机房面积相对数据中心机楼来说只是一部分，对温度、湿度要求相对甚高；而基础设备机房、公共区域、办公区域占机楼主体面积是大多数，而这些区域对温度、湿度要求并不高。现行数据中心机楼在设计阶段往往忽略办公区域的节能设计，在日常的运行中，造成空调供冷的浪费。

2、不能依据环境自适应调整空调温度。对于数据区域、办公区域的空调供冷，可根据维护规程对空调供冷控制、调节、设置相关的环境温度。数据中心机房空调虽然采用智能化专用空调，但随着数据机房的时间性、季节性、负荷等于机房早期设计，维护人员无合理根据机房负荷进行个性化的调整与设置。特别在功能区域方面空调供冷造成的浪费无法估算。

3、无法实时全面采集现场温度信息。现行的数据中心机房设计不能实时检测相关部位的环境温度，数据中心机房空调负荷采样只靠空调设备的传感器回风采集，无法全面监测机房负荷情况，不能准确的并将数据自动应用到空调末端的负载调整上。人为的供冷负荷难于判断每个区域的供冷所需，同时也不会有维护人员为节能减排主动去调整供冷温度，存在企业节能的缺口。

4、没有友好的软件集成辅助管理系统。由于数据中心机楼机房面积太大，值班维护人员巡检一次需要几个小时，根本无暇详细关注温度的设置问题与机房环境负荷，缺乏人性的节能管理辅助系统。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，提供一种用于数据中心空调节能控制系统及其方法。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种用于数据中心空调节能控制系统，包括上位机管理系统、通信模块、数据采集控制器、比例温阀控制器、风柜、风机盘管温控器、空调风柜、空调主用信息转换器、空调备用信息转换器、温湿度变送器、温湿度主用信息转换器、温湿度备用信息转换器、电表、电表主用转信息换器和电表备用信息转换器；

所述上位机管理系统与通信模块连接；所述通信模块与数据采集控制器连接；所述数据采集控制器经比例温阀控制器与风柜连接；所述风机盘管温控器与数据采集控制器连接；所述空调风柜分别经空调主用信息转换器和空调备用信息转换器与数据采集控制器连接；所述温湿度变送器分别经温湿度主用信息转换器和温湿度备用信息转换器与数据采集控制器连接；所述温湿度变送器与外部温湿度检测系统连接；所述电表分别经电表主用转信息换器和电表备用信息转换器连接。

本发明还进一步包括主用电源和备用电源；所述主用电源和备用电源的输出端分别与通信模块和数据采集控制器连接供电；所述备用电源的采集端与主用电源连接。

上述方案中，优选的是比例温阀控制器的控制端与外部冷冻水流量开关连接；控制冷冻水流量大小。

上述方案中，优选的是通信模块为串口模块或无线通信模块。

基于上述的一种用于数据中心空调节能控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：把数据中心分成若干个区域，根据每个区域的用途设定区域的供冷温度和湿度；

步骤2：把数据中心每个区域对应的温度和湿度设定在上位机管理系统里；

步骤3：数据采集控制器采集通过温湿度变送器采集数据中心每个区域的温度和湿度，同时采集空调风柜、比例温阀控制器和风机盘管温控器的工作状态，并把采集的数据通过通信模块传给上位机管理系统；

步骤4：上位机管理系统根据采集的各个区域的温度和湿度数据与原设定的温度和湿度数据进行比较；

步骤5：当其中一个区域或多个区域采集的温度湿度数据与原设定相应的区域的温度湿度的差值大于设定值时，上位机管理系统根据采集的空调风柜、比例温阀控制器和风机盘管温控器的工作状态发出相对应区域的控制指令通过通信模块传给数据采集控制器；当采集的温度湿度数据与原设定相应的区域的温度湿度的差值不大于设定值时，上位机管理系统不做操作，返回步骤3；

步骤6：数据采集控制器接收到上位机管理系统传入的控制指令后，把指令传输到相对应区域的空调风柜、比例温阀控制器或风机盘管温控器上；

步骤7：空调风柜根据指令控制后进行开启或关闭操作，风机盘管温控器根据指令控制冷冻水通断，比例温阀控制器根据指令控制冷冻水的流量大小；

步骤8：数据采集控制器相隔固定时间对每个区域的电表进行数据采集，把采集的所有区域电表数据传给上位机管理系统；

步骤9：上位机管理系统把采集回来的数据与上次采集回来的数据进行差值运算，上位机管理系统对实现功能相同的区域进行电量使用比较，并记录每一种功能的区域使用电量最低的区域；

步骤10：上位机管理系统把每一种功能的区域使用电量最低的区域作为省电标准控制区域，上位机管理系统查找上一段时间区域控制过程，并作为相同功能区域的统一控制模式；

步骤11：上位机管理系统通过通信模块把每个相同功能区域的统一控制模式传给数据采集控制器，由数据采集控制器对空调风柜、比例温阀控制器或风机盘管温控器进行控制；

步骤12：当系统发生故障时， 空调风柜、比例温阀控制器或风机盘管温控器自动开启进行工作，当系统没有发生故障时，返回步骤3。

上述方案中，优选的是步骤1中划分区域的过程为，把数据中心划分为基础设备机房区域、公共区域和办公区域，并设定基础设备机房区域的控制级别为最高级别。

上述方案中，优选的是步骤8中的固定时间为1天-2天。

上述方案中，优选的是步骤12中系统发生故障的详细过程为，

步骤12.1：线路故障或者通信模块故障，造成数据采集控制器与上位机理管软件通讯不良，时间超过10分钟，启动安全机制，对本数据采集控制器下所接的风柜全部开机操作；

步骤12.2：当温湿度变送器故障或者信息转换器故障，造成上位机理管软件采集不到温湿度变送器数据，时间超过10分钟，启动安全机制，对与本区域温湿度变送器关联的风柜进行操作；

步骤12.3：当有采集的数据为0，进行故障风柜开启控制，在开启故障风柜控制时，风柜上自带温度传感器启动；

步骤12.4：风柜上自带温度传感器采集温度，当温度低于16度时，关闭风柜半个钟再；

步骤12.5：当主电源发生故障，自动转为由备用电源供电；

步骤12.6：当数据采集控制器检测到主用信息转换器发生故障时，自动启用备用信息转换器为启用状态，把主用信息转换器为停用，并报上位机理管软件该主用信息转换器发生故障；

步骤12.7：当数据采集控制器发生故障时，时间超过10分钟，信息转换器启动安全机制，对本采集器下所接的风柜全部开机操作；

步骤12.8：当备用信息转换器检测到主用信息转换器发生故障时，自动启用备用信息转换器为启用状态，把主用信息转换器为停用，并报上位机理管软件该主用信息转换器发生故障。

本发明的优点与效果是：

本发明构建的节能系统可以对数据中心功能区域进行精细化控制，可实时全面采集数据中心现场温度湿度等环境信息；提供功能完备、界面友好的软件控制系统；可远程监测、并进行节能控制；通过多备份机制，可保障系统的高可用性。

附图说明

图1为本发明结构框图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

一种用于数据中心空调节能控制系统，如图1所示，包括上位机管理系统、通信模块、数据采集控制器、比例温阀控制器、风柜、风机盘管温控器、空调风柜、空调主用信息转换器、空调备用信息转换器、温湿度变送器、温湿度主用信息转换器、温湿度备用信息转换器、电表、电表主用转信息换器和电表备用信息转换器。

所述上位机管理系统与通信模块连接；所述通信模块与数据采集控制器连接；所述数据采集控制器经比例温阀控制器与风柜连接；所述风机盘管温控器与数据采集控制器连接；所述空调风柜分别经空调主用信息转换器和空调备用信息转换器与数据采集控制器连接；所述温湿度变送器分别经温湿度主用信息转换器和温湿度备用信息转换器与数据采集控制器连接；所述温湿度变送器与外部温湿度检测系统连接；所述电表分别经电表主用转信息换器和电表备用信息转换器连接。

本发明还进一步包括主用电源和备用电源；所述主用电源和备用电源的输出端分别与通信模块和数据采集控制器连接供电；所述备用电源的采集端与主用电源连接。

上位机管理系统采用分布式系统架构，利用Hadoop作为底层文件系统，采用MapReduce分布式计算模式，构建分布式上位机软件架构系统。上位机管理系统数据存储利用HBase作为存储数据库，采用ZooKeeper分布式协调器进行数据管理和协调，保障上位机数据计算及存储的一致性和高可用性；上位机管理系统通过通讯模块给数据采集控制器发送开机、关机、设定温度等指令控制智能风柜的运行。

数据采集控制器实时采集温湿度变送器、多功能电表和智能风柜的数据。信息转换器实现该系统可以接入原来的环境监测系统，共同采集温湿度变送器、多功能电能、智能风柜的数据。温湿度变送器实时检测机房的环境温度和湿度。多功能电能实时计量各个机房、设备的耗电。风管盘管温控器根据自己采集到温度及时调整风机的运行速度，控制阀体来控制冷冻水的通断。普通风柜通过比例阀温控器根据自己采集的温度及时控制比例调节阀的方式合理控制冷冻水流量。

上位机管理系统分析各个功能区域的温湿度数据，实时对智能风柜进行开停控制、设定温度控制，实现闭环控制。上位机管理系统分析各个功能区域的电表数据，检测各种节能控制模式下的电能变化，得到最佳的节能控制模式。上位机管理系统分析各个功能区域、各项设备的能耗数据，及时发现各个功能区域、各项设备的能耗变化，调整节能控制模式

备用电源检测主用电源工作状态，当主用电源发生故障，备用电源自动启用备用信息转换器检测主用信息转换器工作状态，当主用电源发生故障，备用信息转换器自动启用。

基于上述的一种用于数据中心空调节能控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：把数据中心分成若干个区域，根据每个区域的用途设定区域的供冷温度和湿度。划分区域的过程为，把数据中心划分为基础设备机房区域、公共区域和办公区域，并设定基础设备机房区域的控制级别为最高级别。

步骤2：把数据中心每个区域对应的温度和湿度设定在上位机管理系统里。人工初始设定控制的初始值，从而使得更加智能化。

步骤3：数据采集控制器采集通过温湿度变送器采集数据中心每个区域的温度和湿度，同时采集空调风柜、比例温阀控制器和风机盘管温控器的工作状态，并把采集的数据通过通信模块传给上位机管理系统。

步骤4：上位机管理系统根据采集的各个区域的温度和湿度数据与原设定的温度和湿度数据进行比较。

步骤5：当其中一个区域或多个区域采集的温度湿度数据与原设定相应的区域的温度湿度的差值大于设定值时，上位机管理系统根据采集的空调风柜、比例温阀控制器和风机盘管温控器的工作状态发出相对应区域的控制指令通过通信模块传给数据采集控制器；当采集的温度湿度数据与原设定相应的区域的温度湿度的差值不大于设定值时，上位机管理系统不做操作，返回步骤3。

步骤6：数据采集控制器接收到上位机管理系统传入的控制指令后，把指令传输到相对应区域的空调风柜、比例温阀控制器或风机盘管温控器上。

步骤7：空调风柜根据指令控制后进行开启或关闭操作，风机盘管温控器根据指令控制冷冻水通断，比例温阀控制器根据指令控制冷冻水的流量大小。

步骤8：数据采集控制器相隔固定时间对每个区域的电表进行数据采集，固定时间为1天-2天，把采集的所有区域电表数据传给上位机管理系统。

步骤9：上位机管理系统把采集回来的数据与上次采集回来的数据进行差值运算，上位机管理系统对实现功能相同的区域进行电量使用比较，并记录每一种功能的区域使用电量最低的区域。

步骤10：上位机管理系统把每一种功能的区域使用电量最低的区域作为省电标准控制区域，上位机管理系统查找上一段时间区域控制过程，并作为相同功能区域的统一控制模式。

步骤11：上位机管理系统通过通信模块把每个相同功能区域的统一控制模式传给数据采集控制器，由数据采集控制器对空调风柜、比例温阀控制器或风机盘管温控器进行控制。

步骤12：当系统发生故障时， 空调风柜、比例温阀控制器或风机盘管温控器自动开启进行工作。

步骤12.1：线路故障或者通信模块故障，造成数据采集控制器与上位机理管软件通讯不良，时间超过10分钟，启动安全机制，对本数据采集控制器下所接的风柜全部开机操作。

步骤12.2：当温湿度变送器故障或者信息转换器故障，造成上位机理管软件采集不到温湿度变送器数据，时间超过10分钟，启动安全机制，对与本区域温湿度变送器关联的风柜进行操作。

步骤12.3：当有采集的数据为0，进行故障风柜开启控制，在开启故障风柜控制时，风柜上自带温度传感器启动。

步骤12.4：风柜上自带温度传感器采集温度，当温度低于16度时，关闭风柜半个钟再。

步骤12.5：当主电源发生故障，自动转为由备用电源供电。

步骤12.6：当数据采集控制器检测到主用信息转换器发生故障时，自动启用备用信息转换器为启用状态，把主用信息转换器为停用，并报上位机理管软件该主用信息转换器发生故障。

步骤12.7：当数据采集控制器发生故障时，时间超过10分钟，信息转换器启动安全机制，对本采集器下所接的风柜全部开机操作。

步骤12.8：当备用信息转换器检测到主用信息转换器发生故障时，自动启用备用信息转换器为启用状态，把主用信息转换器为停用，并报上位机理管软件该主用信息转换器发生故障。

当系统没有发生故障时，返回步骤3。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。

Claims (8)

1.一种用于数据中心空调节能控制系统，其特征在于: 包括上位机管理系统、通信模块、数据采集控制器、比例温阀控制器、风柜、风机盘管温控器、空调风柜、空调主用信息转换器、空调备用信息转换器、温湿度变送器、温湿度主用信息转换器、温湿度备用信息转换器、电表、电表主用转信息换器和电表备用信息转换器；

所述上位机管理系统与通信模块连接；所述通信模块与数据采集控制器连接；所述数据采集控制器经比例温阀控制器与风柜连接；所述风机盘管温控器与数据采集控制器连接；所述空调风柜分别经空调主用信息转换器和空调备用信息转换器与数据采集控制器连接；所述温湿度变送器分别经温湿度主用信息转换器和温湿度备用信息转换器与数据采集控制器连接；所述温湿度变送器与外部温湿度检测系统连接；所述电表分别经电表主用转信息换器和电表备用信息转换器连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于数据中心空调节能控制系统，其特征在于：还包括主用电源和备用电源；所述主用电源和备用电源的输出端分别与通信模块和数据采集控制器连接供电；所述备用电源的采集端与主用电源连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于数据中心空调节能控制系统，其特征在于：所述比例温阀控制器的控制端与外部冷冻水流量开关连接；控制冷冻水流量大小。

4.根据权利要求1所述的一种用于数据中心空调节能控制系统，其特征在于：所述通信模块为串口模块或无线通信模块。

5.基于上述权利要求1-4任意一项所述的一种用于数据中心空调节能控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：把数据中心分成若干个区域，根据每个区域的用途设定区域的供冷温度和湿度；

步骤2：把数据中心每个区域对应的温度和湿度设定在上位机管理系统里；

步骤3：数据采集控制器采集通过温湿度变送器采集数据中心每个区域的温度和湿度，同时采集空调风柜、比例温阀控制器和风机盘管温控器的工作状态，并把采集的数据通过通信模块传给上位机管理系统；

步骤4：上位机管理系统根据采集的各个区域的温度和湿度数据与原设定的温度和湿度数据进行比较；

步骤5：当其中一个区域或多个区域采集的温度湿度数据与原设定相应的区域的温度湿度的差值大于设定值时，上位机管理系统根据采集的空调风柜、比例温阀控制器和风机盘管温控器的工作状态发出相对应区域的控制指令通过通信模块传给数据采集控制器；当采集的温度湿度数据与原设定相应的区域的温度湿度的差值不大于设定值时，上位机管理系统不做操作，返回步骤3；

步骤6：数据采集控制器接收到上位机管理系统传入的控制指令后，把指令传输到相对应区域的空调风柜、比例温阀控制器或风机盘管温控器上；

步骤7：空调风柜根据指令控制后进行开启或关闭操作，风机盘管温控器根据指令控制冷冻水通断，比例温阀控制器根据指令控制冷冻水的流量大小；

步骤8：数据采集控制器相隔固定时间对每个区域的电表进行数据采集，把采集的所有区域电表数据传给上位机管理系统；

步骤9：上位机管理系统把采集回来的数据与上次采集回来的数据进行差值运算，上位机管理系统对实现功能相同的区域进行电量使用比较，并记录每一种功能的区域使用电量最低的区域；

步骤10：上位机管理系统把每一种功能的区域使用电量最低的区域作为省电标准控制区域，上位机管理系统查找上一段时间区域控制过程，并作为相同功能区域的统一控制模式；

步骤11：上位机管理系统通过通信模块把每个相同功能区域的统一控制模式传给数据采集控制器，由数据采集控制器对空调风柜、比例温阀控制器或风机盘管温控器进行控制；

步骤12：当系统发生故障时， 空调风柜、比例温阀控制器或风机盘管温控器自动开启进行工作，当系统没有发生故障时，返回步骤3。

6.根据权利要求5所述的一种用于数据中心空调节能控制系统的控制方法，其特征在于： 所述步骤1中划分区域的过程为，把数据中心划分为基础设备机房区域、公共区域和办公区域，并设定基础设备机房区域的控制级别为最高级别。

7.根据权利要求5所述的一种用于数据中心空调节能控制系统的控制方法，其特征在于： 所述步骤8中的固定时间为1天-2天。

8.根据权利要求5所述的一种用于数据中心空调节能控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤12中系统发生故障的详细过程为，

步骤12.1：线路故障或者通信模块故障，造成数据采集控制器与上位机理管软件通讯不良，时间超过10分钟，启动安全机制，对本数据采集控制器下所接的风柜全部开机操作；

步骤12.2：当温湿度变送器故障或者信息转换器故障，造成上位机理管软件采集不到温湿度变送器数据，时间超过10分钟，启动安全机制，对与本区域温湿度变送器关联的风柜进行操作；

步骤12.3：当有采集的数据为0，进行故障风柜开启控制，在开启故障风柜控制时，风柜上自带温度传感器启动；

步骤12.4：风柜上自带温度传感器采集温度，当温度低于16度时，关闭风柜半个钟再；

步骤12.5：当主电源发生故障，自动转为由备用电源供电；

步骤12.6：当数据采集控制器检测到主用信息转换器发生故障时，自动启用备用信息转换器为启用状态，把主用信息转换器为停用，并报上位机理管软件该主用信息转换器发生故障；

步骤12.7：当数据采集控制器发生故障时，时间超过10分钟，信息转换器启动安全机制，对本采集器下所接的风柜全部开机操作；

步骤12.8：当备用信息转换器检测到主用信息转换器发生故障时，自动启用备用信息转换器为启用状态，把主用信息转换器为停用，并报上位机理管软件该主用信息转换器发生故障。