CN108361919A - 一种用于精密空调的双机冗余控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于精密空调的双机冗余控制系统，包括：中央控制器发送运行控制信号，运行主机响应于运行控制信号调整运行工作功率；中央控制器发送备用控制信号，备用主机响应于备用控制信号调整备用工作功率；辅助检测器发送辅助温湿度信号至中央控制器；功率检测器发送运行工作功率信号与备用工作功率信号至中央控制器；当运行工作功率低于第一功率阈值，若辅助温湿度信号低于设定温湿度信号，启动备用主机，控制运行工作功率与备用工作功率的和不低于设定功率阈值；当运行工作功率低于第二功率阈值，使备用主机满负荷运行，关闭运行主机；备用主机逐步替代运行主机，使环境参数在备用主机替代运行主机的过程中不会发生大幅度的波动。

Description

一种用于精密空调的双机冗余控制系统

技术领域

本发明涉及精密空调的冗余控制技术领域，更具体地说，它涉及一种用于精密空调的双机冗余控制系统。

背景技术

精密空调也称恒温恒湿空调，是指能够充分满足机房环境条件要求的机房专用精密空调机，是在近年来逐渐发展起来的一个新机种，特点为大风量、热负荷变化，应用于图书馆、档案馆、印钞厂等。

在环境参数要求高的场合，需要使用备用精密空调来应对运行精密空调的突然停机故障情况，然而备用精密空调从停机运行至环境参数要求的状态需要经过一段时间，而在这段时间内，场合的环境参数会有一个不利的拨动，且拨动幅度大，如何在运行精密空调突然停机后降低环境参数拨动的幅度是亟待解决的问题。

发明内容

针对在运行精密空调突然停机后环境参数拨动幅度大的技术问题，本发明提供一种用于精密空调的双机冗余控制系统，其具有运行精密空调突然停机后降低环境参数拨动幅度的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于精密空调的双机冗余控制系统，包括：

运行主机、备用主机、辅助检测器、功率检测器和中央控制器；

其中：

所述运行主机，与所述中央控制器电信号连接，用于使其所处环境的温湿度参数保持在设定数值，所述中央控制器发送运行控制信号至所述运行主机，所述运行主机响应于所述运行控制信号从而调整所述运行主机自身的运行工作功率；

所述备用主机，与所述中央控制器电信号连接，用于使其所处环境的温湿度参数保持在设定数值，所述中央控制器发送备用控制信号至所述备用主机，所述备用主机响应于所述备用控制信号从而调整所述备用主机自身的备用工作功率；

所述辅助检测器，与所述中央控制器电信号连接，不设置在所述运行主机或者所述备用主机上，用于测量其所处环境的温湿度数据，生成辅助温湿度信号并将所述辅助温湿度信号发送至所述中央控制器；

所述功率检测器，与所述中央控制器电信号连接，用于分别检测所述运行主机以及所述备用主机的运行工作功率与备用工作功率，生成运行功率信号与备用功率信号并将所述运行功率信号与所述备用功率信号发送至所述中央控制器；

所述中央控制器分析所述运行功率，当所述运行功率低于第一功率阈值后，所述中央控制器分析所述辅助温湿度信号，若所述辅助温湿度信号低于设定温湿度信号，所述中央控制器启动所述备用主机，控制所述运行工作功率与所述备用工作功率的和不低于设定功率阈值；

当所述运行功率低于第二功率阈值后，所述中央控制器控制所述备用主机满负荷运行，并关闭所述运行主机，所述第二功率阈值低于所述第一功率阈值。

通过上述技术方案，功率检测器对运行主机与备用主机实时监控，运行主机的功率与其温湿度控制的效果呈正相关，功率越大，其温湿度控制的效果越好、越迅速，当运行主机出现故障时,其功率慢慢变小，同时其温湿度控制的效果也慢慢降低，当运行功率低于第一功率阈值后，运行主机可能出现故障，而其温湿度控制的效果正逐渐降低而低于期望值，此时启动备用主机对运行主机功率降低的部分进行补充，使运行工作功率与备用工作功率的和不低于设定功率阈值，当运行功率低于第二功率阈值后，代表运行主机即将停机，从而完全启动备用主机并关闭运行主机，使得备用主机逐步替代运行主机，使环境参数在备用主机替代运行主机的过程中不会发生大幅度的波动。

进一步的，当所述运行功率不低于所述第一功率阈值时，所述中央控制器分析所述辅助温湿度信号，并定时计算所述辅助温湿度信号与所述设定温湿度信号的温湿度差值，在设定时间内累加多个所述温湿度差值而计算出累加值，若累加值的绝对值大于设定差值，所述中央控制器控制所述备用主机启动，使所述备用工作功率不高于第三功率阈值，所述第三功率阈值低于所述第二功率阈值。

通过上述技术方案，中央控制器通过分析辅助温湿度信号计算累加值，累加值代表运行主机在工作时环境参数与设定环境参数的差距，若差距过大即累加值的绝对值大于设定差值则代表运行主机可能会出现故障，从而启动备用主机，使备用主机进行预热，缩短运行主机出现停机故障后，备用主机稳定环境参数所用的时间，从而降低环境参数在运行主机停机后的波动幅度。

进一步的，所述累加值的绝对值与所述第一功率阈值呈正比例关系。

通过上述技术方案，累加值的绝对值越大，则代表运行主机的波动越大，使第一功率阈值与累加值的绝对值呈正比例关系，从而让备用主机能提前启动，缩短备用主机稳定环境参数所用的时间，更好的降低环境参数在运行主机停机后的波动幅度。

进一步的，所述备用主机包括多个备用分机，所述备用主机的功率增加时，多个所述备用分机依次启动。

通过上述技术方案，启动的备用分机无论是否参与稳定环境参数都会产生能耗，因此，多个备用分机依次启动，能够在备用主机启动前期降低同时启动的备用分机的数量，降低备用主机的启动能耗以及低功率运行的能耗。

进一步的，所述运行主机与所述备用主机内均设置有常用检测器，所述常用检测器与所述中央控制器电信号连接，生成实时温湿度信号并将所述实时温湿度信号发送给所述中央控制器，取所述运行主机与所述备用主机中功率最高者的所述实时温湿度信号并对所述实时温湿度信号与所述辅助温湿度信号进行加权平均值计算，得出最终温湿度信号，所述中央控制器分析所述最终温湿度信号控制所述运行主机或者所述备用主机。

通过上述技术方案，在运行主机或者备用主机正常运行时，常用检测器向中央控制器发送实时温湿度信号，实时温湿度信号代表靠近运行主机或者备用主机的区域的环境参数，辅助温湿度信号则代表远离运行主机或者备用主机的区域的环境参数，取实时温湿度信号与辅助温湿度信号的加权平均值能更好的模拟真实环境参数而得出最终温湿度信号，使中央控制器的分析来源更可靠。

进一步的，所述实时温湿度信号与所述设定温湿度信号之间差值的绝对值越大，所述实时温湿度信号的加权值越小。

通过上述技术方案，实时温湿度信号与设定温湿度信号之间差值的绝对值越大，代表运行主机或者备用主机处于刚启动或者停机故障中，此时降低实时温湿度信号的加权值能够提高最终温湿度信号的可靠性与准确度，利于提高中央控制器对运行主机或者备用主机的控制效果。

进一步的，所述运行主机与所述备用主机由所述中央控制器指定，两者可以互换。

通过上述技术方案，运行主机与备用主机可以更换能够使两者进行替换，当其中一台主机出现慢性故障需要维修时，可让另一台主机缓慢介入工作，从而为故障设备的维修争取时间。

进一步的，所述运行主机与所述备用主机以所述中央控制器作为通信中继点，在正常运行情况下进行实时数据同步备份。

通过上述技术方案，当运行主机与备用主机进行替换时可直接使用备份的数据，无需员工对其进行额外的数据交换工作，使替换工作可立即进行，提高替换的效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：正常状态下，运行主机稳定周围的环境参数，而备用主机关闭，功率检测器对运行主机与备用主机实时监控向中央控制器发送运行功率与备用功率，运行主机工作时，其运行工作功率与其温湿度控制的效果呈正相关，当运行主机出现停机故障时,运行工作功率慢慢变小，使得其温湿度控制的效果也慢慢降低，周围的环境差参数会逐渐偏离设定环境参数，若运行功率低于第一功率阈值后，运行主机可能出现停机故障或者是临时可恢复故障，而其温湿度控制的效果正逐渐降低而低于期望值，此时启动备用主机对运行主机功率降低的部分进行补充，使运行工作功率与备用工作功率的和不低于设定功率阈值，若运行主机在规定的时间内没恢复到正常状态，而是其运行功率继续降低，且低于第二功率阈值后，代表运行主机即将停机，从而完全启动备用主机并关闭运行主机，使得备用主机逐步替代运行主机，使环境参数在备用主机替代运行主机的过程中不会发生大幅度的波动。

附图说明

图1为本发明实施例的整体框图；

图2为本发明实施例带有常用检测器与备用分机的框图。

附图标记：1、中央控制器；2、运行主机；3、备用主机；31、备用分机；4、辅助检测器；5、功率检测器；6、常用检测器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

一种用于精密空调的双机冗余控制系统，如图1所示，包括中央控制器1，中央控制器1可采用带有存储器的计算机，计算机具有强大的运算功能，且具有工业组网的能力。系统还包括有处于常用状态并一直运行的运行主机2、处于备用状态并一直关闭的备用主机3、用于测量器所处环境温湿度数据的辅助检测器4、以及用于分别检测运行主机2的运行功率以及备用主机3的备用功率的功率检测器5，运行主机2、备用主机3、辅助检测器4以及功率检测器5均与中央控制器1电信号连接，电信号连接可通过导线电连接，也可采用光缆与无线WIFI模块进行通信连接。运行主机2与备用主机3内均含有控制芯片，如工业用单片机或者PLC，控制芯片电信号连接有用于存储数据的存储器。运行主机2在运行时，控制芯片会产生运行工作记录，运行工作记录会被控制芯片存入存储器，同理，备用主机3在运行时，控制芯片会产生备用工作记录，备用工作记录会被控制芯片存入存储器。

运行主机2与备用主机3相同且均用于使其所处环境的温湿度参数保持在设定数值，运行主机2与备用主机3均为现有技术中的精密空调。中央控制器1可分别控制运行主机2与备用主机3的工作功率，例如中央控制器1发送运行控制信号至运行主机2，运行控制信号为中央控制器1的存储器中与运行主机2适配的控制指令，运行主机2接收运行控制信号后响应于运行控制信号，调整运行主机2自身的运行工作功率。如图2所示，运行主机2中还设置有用于测量运行主机2周围环境温湿度参数的常用检测器6，常用检测器6为现有技术中常用的温湿度传感器，且与中央控制器1进行电信号连接。常用检测器6生成实时温湿度信号并将实时温湿度信号发送给中央控制器1。

备用主机3与运行主机2的工作原理相同，中央控制器1发送备用控制信号至备用主机3，备用控制信号为中央控制器1的存储器中与备用主机3适配的控制指令，备用主机3接收备用控制信号后响应于备用控制信号，调整备用主机3自身的备用工作功率。备用主机3内也设置有常用检测器6。

由于备用主机3与运行主机2的结构功能与工作原理相同，两者在功能上可以实现互换，因此，中央控制器1可指定运行主机2与备用主机3，当运行主机2出现慢性故障需要维修时，可让备用主机3缓慢介入工作，并成为运行主机2，原来的运行主机2停机而变为备用主机3，从而为设备的维修工作争取时间。

在实互换前，运行主机2与备用主机3以中央控制器1作为通信中继点，在正常运行情况下进行实时数据同步备份。例如，运行主机2将运行工作记录发送给中央控制器1，中央控制器1将运行工作记录发送给备用主机3；备用主机3将备用工作记录发送给中央控制器1，中央控制器1将备用工作记录发送给运行主机2，最后原来的运行主机2删除运行工作记录而变成备用主机3，原来的备用主机3删除备用工作记录而变成运行主机2。当运行主机2与备用主机3进行替换时可直接使用备份的数据，无需员工对其进行额外的数据交换工作，使替换工作可立即进行，提高替换的效率。

与常用检测器6不同，辅助检测器4不设置在运行主机2或者备用主机3上，用于测量远离运行主机2或者备用主机3的环境温湿度参数，生成辅助温湿度信号并将辅助温湿度信号发送至中央控制器1。取运行主机2或者备用主机3中的实时温湿度信号，并对实时温湿度信号与辅助温湿度信号进行加权平均值计算，得出最终温湿度信号。在运行主机2或者备用主机3正常运行时，常用检测器6向中央控制器1发送实时温湿度信号，实时温湿度信号代表靠近运行主机2或者备用主机3的区域的环境参数，辅助温湿度信号则代表远离运行主机2或者备用主机3的区域的环境参数，取实时温湿度信号与辅助温湿度信号的加权平均值能得出更准确的最终温湿度信号。其中，中央控制器1的存储器中存储有设定温湿度信号，设定温湿度信号代表中央控制器1期望的周围环境温湿度参数。若实时温湿度信号与设定温湿度信号之间差值的绝对值越大，代表运行主机2或者备用主机3处于刚启动或者停机故障中，则实时温湿度信号的加权值越小，降低实时温湿度信号的加权值能够提高最终温湿度信号的可靠性与准确度，利于提高中央控制器1对运行主机2或者备用主机3的控制效果，使中央控制器1的分析来源更可靠，最后，中央控制器1分析并根据最终温湿度信号控制运行主机2的运行工作功率或者备用主机3的备用工作功率。

功率检测器5采用现有技术中的功率测量设备，用于分别检测运行主机2的运行工作功率以及备用主机3的备用工作功率，生成运行功率信号与备用功率信号，并将运行功率信号与备用功率信号发送至中央控制器1。中央控制器1的存储器中存储有数值依次降低的设定功率阈值、第一功率阈值、第二功率阈值以及第三功率阈值。中央控制器1分析运行主机2的运行工作功率，当运行功率低于第一功率阈值后，中央控制器1分析辅助温湿度信号，若辅助温湿度信号低于设定温湿度信号，中央控制器1启动备用主机3，控制运行工作功率与备用工作功率的和不低于设定功率阈值，从而使运行主机2与备用主机3一同运行，降低周围环境温湿度参数的波动幅度。当运行功率低于第二功率阈值后，中央控制器1控制备用主机3满负荷运行，并关闭运行主机2，第二功率阈值低于第一功率阈值。当运行工作功率不低于第一功率阈值时，中央控制器1分析辅助温湿度信号，并定时计算辅助温湿度信号与设定温湿度信号的温湿度差值，在设定时间内累加多个温湿度差值而计算出累加值，若累加值的绝对值大于设定差值，中央控制器1控制备用主机3启动，使备用工作功率不高于第三功率阈值。其中，累加值的绝对值与第一功率阈值呈正比例关系，即累加值的绝对值越大，第一功率阈值越高。若运行主机2的运行工作功率波动越大，其累加值的绝对值越大，当运行主机2出现停机故障时，运行主机2的运行工作功率可能处于其低谷时段，此时备用主机3启动后使周围环境温湿度参数恢复至设定状态的时间会变长，因此，使第一功率阈值与累加值的绝对值呈正比例关系，能让备用主机3能提前启动，缩短备用主机3稳定环境参数所用的时间，更好的降低环境参数在运行主机2停机后的波动幅度。在上述中央控制器1分析信号的过程中，中央控制器1可通过分析最终温湿度信号来提高中央控制器1的控制准确度。

在其它一些实施例中，尤其是在运行主机2与备用主机3的实际使用过程中，启动的备用主机3无论是否参与稳定环境参数都会产生能耗，而且待机能耗是很大的，因此，如图2所示，备用主机3包括多个备用分机31，备用分机31的组成结构与功能与运行主机2相同，单个备用分机31的额定工作功率低于运行主机2的额定工作功率，备用分机31的额定工作功率和则与运行主机2的额定工作功率相等，备用主机3的功率增加时，多个备用分机31依次启动，由多个备用分机31组成备用主机3能够在备用主机3启动前期降低同时启动的备用分机31的数量，降低备用主机3的启动能耗以及低功率运行的能耗。同时部分备用分机31能立即处于工作状态，缩短备用主机3的响应时间，缩短其对周围环境参数发生作用前的预热时间。

用于精密空调的双机冗余控制系统的工作过程如下：功率检测器5对运行主机2与备用主机3实时监控，运行主机2的功率与其温湿度控制的效果呈正相关，功率越大，其温湿度控制的效果越好、越迅速，当运行主机2出现故障时,其功率慢慢变小，同时其温湿度控制的效果也慢慢降低，中央控制器1通过分析辅助温湿度信号计算累加值，累加值代表运行主机2在工作时环境参数与设定环境参数的差距，若差距过大即累加值的绝对值大于设定差值则代表运行主机2可能会出现故障，从而启动备用主机3，使备用主机3进行预热。当运行主机2的运行功率低于第一功率阈值后，运行主机2可能出现故障，而其温湿度控制的效果正逐渐降低而低于期望值，此时启动备用主机3对运行主机2功率降低的部分进行补充，使运行工作功率与备用工作功率的和不低于设定功率阈值，当运行功率低于第二功率阈值后，代表运行主机2即将停机，从而完全启动备用主机3并关闭运行主机2，使得备用主机3逐步替代运行主机2，缩短运行主机2出现停机故障后，备用主机3稳定环境参数所用的时间，从而降低环境参数在运行主机2停机后的波动幅度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于精密空调的双机冗余控制系统，其特征在于，包括：

运行主机（2）、备用主机（3）、辅助检测器（4）、功率检测器（5）和中央控制器（1）；

其中：

所述运行主机（2），与所述中央控制器（1）电信号连接，用于使其所处环境的温湿度参数保持在设定数值，所述中央控制器（1）发送运行控制信号至所述运行主机（2），所述运行主机（2）响应于所述运行控制信号从而调整所述运行主机（2）自身的运行工作功率；

所述备用主机（3），与所述中央控制器（1）电信号连接，用于使其所处环境的温湿度参数保持在设定数值，所述中央控制器（1）发送备用控制信号至所述备用主机（3），所述备用主机（3）响应于所述备用控制信号从而调整所述备用主机（3）自身的备用工作功率；

所述辅助检测器（4），与所述中央控制器（1）电信号连接，不设置在所述运行主机（2）或者所述备用主机（3）上，用于测量其所处环境的温湿度数据，生成辅助温湿度信号并将所述辅助温湿度信号发送至所述中央控制器（1）；

所述功率检测器（5），与所述中央控制器（1）电信号连接，用于分别检测所述运行主机（2）以及所述备用主机（3）的运行工作功率与备用工作功率，生成运行工作功率信号与备用工作功率信号并将所述运行工作功率信号与所述备用工作功率信号发送至所述中央控制器（1）；

所述中央控制器（1）分析所述运行工作功率，当所述运行工作功率低于第一功率阈值后，所述中央控制器（1）分析所述辅助温湿度信号，若所述辅助温湿度信号低于设定温湿度信号，所述中央控制器（1）启动所述备用主机（3），控制所述运行工作功率与所述备用工作功率的和不低于设定功率阈值；

当所述运行工作功率低于第二功率阈值后，所述中央控制器（1）控制所述备用主机（3）满负荷运行，并关闭所述运行主机（2），所述第二功率阈值低于所述第一功率阈值。

2.根据权利要求1所述的用于精密空调的双机冗余控制系统，其特征在于，当所述运行工作功率不低于所述第一功率阈值时，所述中央控制器（1）分析所述辅助温湿度信号，并定时计算所述辅助温湿度信号与所述设定温湿度信号的温湿度差值，在设定时间内累加多个所述温湿度差值而计算出累加值，若累加值的绝对值大于设定差值，所述中央控制器（1）控制所述备用主机（3）启动，使所述备用工作功率不高于第三功率阈值，所述第三功率阈值低于所述第二功率阈值。

3.根据权利要求2所述的用于精密空调的双机冗余控制系统，其特征在于，所述累加值的绝对值与所述第一功率阈值呈正比例关系。

4.根据权利要求3所述的用于精密空调的双机冗余控制系统，其特征在于，所述备用主机（3）包括多个备用分机（31），所述备用主机（3）的功率增加时，多个所述备用分机（31）依次启动。

5.根据权利要求4所述的用于精密空调的双机冗余控制系统，其特征在于，所述运行主机（2）与所述备用主机（3）内均设置有常用检测器（6），所述常用检测器（6）与所述中央控制器（1）电信号连接，生成实时温湿度信号并将所述实时温湿度信号发送给所述中央控制器（1），取所述运行主机（2）与所述备用主机（3）中功率最高者的所述实时温湿度信号并对所述实时温湿度信号与所述辅助温湿度信号进行加权平均值计算，得出最终温湿度信号，所述中央控制器（1）分析所述最终温湿度信号控制所述运行主机（2）或者所述备用主机（3）。

6.根据权利要求5所述的用于精密空调的双机冗余控制系统，其特征在于，所述实时温湿度信号与所述设定温湿度信号之间差值的绝对值越大，所述实时温湿度信号的加权值越小。

7.根据权利要求6所述的用于精密空调的双机冗余控制系统，其特征在于，所述运行主机（2）与所述备用主机（3）由所述中央控制器（1）指定，两者可以互换。

8.根据权利要求7所述的用于精密空调的双机冗余控制系统，其特征在于，所述运行主机（2）与所述备用主机（3）以所述中央控制器（1）作为通信中继点，在正常运行情况下进行实时数据同步备份。