CN108444053B - 空调的控制系统及空调运行状态的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种空调的控制系统及空调运行状态的控制方法，其中空调的控制系统包括：与数据机房内机柜形成的多组冷通道热通道一一对应的多个机房空调，与多个机房空调一一对应的，用于测量空调调整参数的多个主用传感器组和多个备用传感器组；用于信号传输的主用路径和备用路径，通过主用路径与主用传感器组和多个机房空调相连的主用控制器，以及，通过备用路径与备用传感器组和多个机房空调相连的备用控制器，且，主用控制器与备用控制器相连，其中，主用控制器和备用控制器分别用于接收空调调整参数和从多个机房空调获取空调运行参数，并基于空调调整参数和空调运行参数来控制多个机房空调的运行。

Description

空调的控制系统及空调运行状态的控制方法

技术领域

本申请涉及数据中心监控技术领域，尤其涉及一种机房用的空调的控制系统及空调运行状态的控制方法。

背景技术

承载大量服务器运行的数据中心为全年7X24X365不间断运行，对于可靠性等级为TierIII的数据中心，空调的控制系统应满足“在线维护”的要求，即空调的控制系统核心组件在校准、维护、替换时，均不应影响空调的正常运行。

参见图1为现有技术中空调的控制系统图示，目前空调的控制系统的可靠性等级为Tier 2，在组件损坏、维修或替换时，空调的控制系统无法继续正常工作；即无法满足可靠性等级Tier3的“在线维护”的要求。

发明内容

本申请提供了一种空调的控制系统及空调运行状态的控制方法，可以使得空调系统达到可靠性等级Tier3的“在线维护”的要求。

为了实现上述目的，本申请提供了以下技术手段：

一种空调的控制系统，包括：

与数据机房内机柜形成的多组冷通道热通道一一对应的多个机房空调；

与所述多个机房空调一一对应的，用于测量空调调整参数的多个主用传感器组和多个备用传感器组；

用于信号传输的主用路径和备用路径；

通过所述主用路径与所述主用传感器组和所述多个机房空调相连的主用控制器，以及，通过所述备用路径与所述备用传感器组和所述多个机房空调相连的备用控制器，且，所述主用控制器与所述备用控制器相连；

其中，所述主用控制器和所述备用控制器分别用于接收空调调整参数和从所述多个机房空调获取空调运行参数，并基于所述空调调整参数和所述空调运行参数来控制所述多个机房空调的运行。

优选的，机房空调的核心部件包括风机和电动水阀，则多个机房空调与主用控制器和备用控制器相连，包括：

各个机房空调的风机与第一继电器相连，所述第一继电器与所述主用控制器和所述备用控制器相连，且，所述第一继电器用于导通所述各个机房空调与所述主用控制器或所述备用控制器；

各个机房空调的电动水阀与第二继电器相连，所述第二继电器与所述主用控制器和所述备用控制器相连，且，所述第二继电器用于导通所述各个机房空调与所述主用控制器或所述备用控制器。

优选的，还包括：

与所述主用控制器相连的主用交换机，所述主用控制器用于在工作状态下将所述空调调整参数和所述空调运行参数发送至所述主用交换机；

与所述主用控制器相连的备用交换机，所述备用控制器用于在工作状态下将所述空调调整参数和所述空调运行参数发送至所述备用交换机。

优选的，所述主用传感器组和备用传感器组均包括：

设置于冷通道两端的温度传感器，用于分别测量冷通道两端的温度；

设置于热通道两端的温度传感器，用于分别测量热通道两端的温度；

设置于热通道两端且紧邻于冷通道的压差传感器，用于分别测量热通道两端的热通道与冷通道压力差值；

设置于机房空调的过滤段中的压差传感器，用于测量过滤段前后的压力差值。

一种空调的水阀控制方法，包括：

获取电子信息设备的最大进风温度值和温度设定值，输入至第一级PID调节模块，获得第一级PID调节模块输出第一水阀开度；

对第一水阀开度进行数学计算得到温度设定值；

将送风温度检测值与所述温度设定值输入至第二级PID调节模块，获得第二级PID调节模块输出的第二水阀开度；

利用所述第二水阀开度控制水阀。

一种空调的风机控制方法，包括：

将冷通道与热通道温差设定值和冷通道与热通道温差测量值输入至PID调节模块，获得PID调节模块输出第一风机电压值；

将冷通道与热通道压差设定值和冷通道与热通道压差测量值输入至PID调节模块，获得PID调节模块输出第二风机电压值；

在第一风机电压值和第二风机电压值中选择较大的风机电压值，确定为最终风机电压值；

利用所述最终风机电压值控制风机。

通过以上技术手段，可以实现以下有益效果：

本申请为空调的控制系统的核心组件添加备用组件，为信号传输路径添加备用路径，进而实现空调的核心组件满足可靠性等级Tier3的“在线维护”的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的空调的控制系统的架构图；

图2为本申请实施例提供的数据机房的示意图；

图3为本申请实施例提供的空调的控制系统的架构图；

图4为本申请实施例提供的空调的控制系统中机房空调与控制器之间的架构图；

图5为本申请实施例提供的水阀控制方法的逻辑流程图；

图6为本申请实施例提供的风机控制方法的逻辑流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

术语解释：

冷通道/热通道：数据机房中的服务器机架/机柜的布局设计。具体而言：数据机房中的一部分机架/机柜以面对面的方式排列，以便让机架/机柜的冷空气进口朝向一边，两排机架/机柜的前端(冷空气进口)形成的中间区域称为冷通道。另一部分机架/机柜的以背对背的方式排列，以便让机架/机柜的热空气出口朝向一边，两排机架/机柜的后端(热空气出口)形成的中间区域称为热通道。通常情况下，冷通道面向空调的输出管道，热通道面向空调的回风管道。

电子信息设备：数据机房中的设备，该设备向外散发热量。

参见图2，一个典型的数据机房包括N个冷通道和N个热通道，并且，采用N个空调来冷却机房中的电子信息设备，其中，N大于2。图示以三个冷通道和三个热通道为例，对机房的冷通道和热通道进行示意性说明(在实际应用中，数据机房冷通道和热通道的设计已为成熟技术，在此不再赘述)

为了便于描述，本申请以4个冷通道、4个热通道以及4个空调来示例描述空调的控制系统。

参见图3，空调的控制系统的四类组件需要满足在线维护的要求：传感器、控制器、交换机和传输路径，下面一一进行详细介绍：

首先，介绍传感器实现“在线维护”要求的方案。

本申请具有与所述多个机房空调一一对应的，用于测量空调调整参数的多个主用传感器组，并且，设置与主用传感器组一一对应的备用传感器组。

具体而言：主用传感器组和备用传感器组均包括设置于冷通道两端的温度传感器，用于测量冷通道温度CT；设置于热通道两端的温度传感器，用于测量热通道温度HT；还有设置于热通道两端紧邻冷通道的压差传感器，用于测量冷通道和热通道的压力差值△P。

设置于机房空调的过滤段中的主用压差传感器和备用压差传感器，两者均用于测量过滤段前后的压力差值(过滤段的主用压差传感器和备用压差传感器在图3中未示出)。

可以理解的是，主用传感器组与备用传感器组内的传感器类型及测量精度一致。本申请中主用传感器和备用传感器会一起工作，并将采集的空调调整参数发送至控制器。

可以理解的是，各个主用传感器均有备用传感器，所以在主用传感器不可用时可以采用备用传感器来替代主用传感器，从而实现传感器满足“在线维护”的要求的目的。

其次，本申请提供了主用路径和备用路径。

本申请为主用路径添加备用路径，为了便于区分，在图示中采用加粗实线来表示主用路径，采用普通实线来表示备用路径。

再次，介绍控制器实现“在线维护”要求的方案。

为了优化系统结构并提升系统可靠性，本申请删除现有技术中各个空调自身的控制器，并为多个空调备设置一个主用控制器DDC-P。

为了获取传感器发送的空调调整参数，主用控制器DDC-P通过主用路径与主用传感器组相连。

为了实现控制器的满足“在线维护”的要求，为主用控制器DDC-P配置备用控制器DDC-R。备用控制器DDC-R通过备用路径与备用传感器组相连。

为了获取机房空调的空调运行参数，主用控制器和备用控制器通过继电器组与机房空调的核心设备相连。继电器组包括多个继电器，一个继电器调控一类设备。

以机房空调包括两类核心设备为例，则需要2个继电器，即继电器组包括2个继电器。下面以核心设备分别为风机和电动水阀为例，进行介绍。

参见图4，以4个机房空调为例，用于控制风机的继电器1的一端连接四个风机(每个风机具有两个接口EC01和EC02)，继电器1的另一端连接主用控制器DDC-P和备用控制器DDC-R。

用于控制电动水阀的继电器2的一端连接四个电动水阀(每个电动水阀具有一个接口Wvo)，另一端连接主用控制器DDC-P和备用控制器DDC-R。

为了实现主用控制器DDC-P和备用控制器DDC-R之间的无缝切换，主用控制器DDC-P连接备用控制器DDC-R，并且主用控制器DDC-P和备用控制器DDC-R运用心跳检测功能。

以主用控制器DDC-P通过继电器与机房空调核心设备连接为例，主用控制器DDC-P会按一定周期向备用控制器DDC-R发送心跳信号，备用控制器DDC-R获得心跳信号之后，便得知主用控制器DDC-P正常工作。

在备用控制器DDC-R无法获得心跳信号之后，便得知主用控制器DDC-P无法正常工作，此时通过软件控制启动备用控制器DDC-R。

备用控制器DDC-R向继电器组(继电器1和继电器2)发送控制指令，控制继电器组导通各个机房空调和备用控制器之间的连接(原本继电器组导通各个机房空调与主用控制器之间的连接)，以便获取机房空调运行参数并监控运行机房空调运行。

并且，主用控制器DDC-P和备用控制器DDC-R之间具有硬接线，主用控制器DDC-P和备用控制器DDC-R之间优先利用两者之间的硬接线来相互共享的重要信息。

并且，主用控制器DDC-P和备用控制器DDC-R均可以通过交换机与总工作站相连，总工作站可以存储空调的重要信息，以便主用控制器DDC-P和备用控制器DDC-R可以通过以太网在总工作站获取重要信息。

通常情况下机房空调包括：过滤段、盘管段、风机和电动水阀。控制器(主用控制器或备用控制器)获取机房空调的设备信息包括：获取过滤段设备在过滤前和过滤后的前后压差，获取电动水阀的水阀开度，获取风机段设备的风机状态。

为了实现空调设备连续工作以便维持机房处于合理温度范围内，控制器(主用控制器或备用控制器)需要通过软件程序对风机和水阀进监控，以便控制调节转速、控制水阀开度，并控制风机启动和停止。

最后，介绍交换机实现“在线维护”的方案。

空调的控制器设置有主用交换机(图示采用交换机-P表示)，主用交换机与主用控制器DDC-P相连，以便将主用控制器获取的空调的设备信息和传感器的数据值发送至总工作站。

为了实现交换机满足“在线维护”的要求，在主用交换机旁边增加备用交换机(图示采用交换机-R表示)，备用交换机与备用控制器DDC-R相连，以便在备用控制器工作时，可以将备用控制器获取的空调的设备信息和传感器的数据值发送至总工作站。

通过上述内容可以得知，本申请为空调的控制系统的核心组件添加备用组件，为信号传输路径添加备用路径，进而实现空调的核心组件满足可靠性等级Tier3的“在线维护”的要求。

现有技术仅仅采用空调的进风温度(空调由室内向外排风的温度)来控制水阀。但是，仅仅通过进风温度来控制水阀的过程不准确。

因此，本申请还提供了一种水阀控制方法，本方法可以以软件方式集成于控制器(主用控制器和备用控制器)中。参见图5，具体包括以下步骤：

步骤S301：获取电子信息设备的最大进风温度值。

获取电子信息设备的在一段时间内的最大进风温度值，也即，机房空调的最不利进风温度值。通过最不利进风温度值最终计算得到的水阀开度，具有较高的适用性，可以适用于进风温度值小于最不利进风温度值的情况。

步骤S302：将最大进风温度值和温度设定值输入至第一级PID调节模块，获得第一级PID调节模块输出第一水阀开度，对第一水阀开度进行数学计算得到温度设定值。

PID调节模块计算最大进风温度值与温度设定值的差值，通过差值控制水阀开度，以使得最大进风温度最趋近于温度设定值，然后获得第一级PID调节模块输出的第一水阀开度。

将第一水阀开度经过数学计算并将计算结果确定为温度设定值。计算目的在于，将第一水阀开度转换为温度。该计算过程为成熟技术，在此不再赘述。

步骤S303：获取送风温度检测值。

步骤S304：将送风温度检测值与温度设定值输入至第二级PID调节模块，获得第二级PID调节模块输出的第二水阀开度。

PID调节模块计算当前送风温度值与温度设定值的差值，通过差值控制水阀开度，以使得当前送风温度值最趋近于温度设定值，然后获得第二级级PID调节模块输出的第二水阀开度。

在第一级PID调节模块输出的第一水阀开度后，再使用第二级PID调节模块再次对第一水阀开度进行校正得到第二水阀开度，从而提高水阀开度的准确率。

步骤S305：判断水阀是否为自动设置。若是，则进入步骤S306；若否，则进入步骤S307。

步骤S306：若水阀为自动设置，则将最终水阀开度确定为目标水阀开度，进入步骤S308。

步骤S307：若水阀为手动设置，则将手动设置的水阀开度确定为目标水阀开度，进入步骤S308。

步骤S308：判断风机是否运行，若是，则进入步骤S309；若否，则进入步骤S310。

空调的工作原理为：空调的盘管中充满冷却水，冷却水通过盘管冷却周边空气，然后通过风机送风来实现将冷风送入机房，从而实现对机房和电子信息设备降温的目的。因此，在控制水阀的过程中，需要判断风机是否运行。在风机不运行时可以关闭水阀。在风机工作时，可以通过调节水阀开度来调节盘管中冷却水的流量。

步骤S309：若风机正在运行，则按目标水阀开度调节水阀。

通过水阀开度来调节盘管中冷却水的流量，水阀开度大冷却水的流量大，则降温能力强；水阀开度小则冷却水的流量大，则降温能力弱。

步骤S310：若风机未运行，则关闭水阀和风机。

本实施例对水阀的调节方法，既考虑电子信息设备的进风温度值又考虑送风温度检测值，所以对水阀的调节过程更加准确。

现有技术在风机控制过程中，仅仅采用冷通道和热通道的温差来控制风机，但是仅仅利用温差来控制风机是不准确的。

参见图6，本申请还提供了一种风机控制方法，具体包括以下步骤：

步骤S401：将冷通道与热通道温差设定值和冷通道与热通道温差测量值输入至PID调节模块，获得PID调节模块输出第一风机电压值。

将温差设定值为冷通道温度传感器输出的冷通道温度值与热通道温度传感器输出的热通道温度值的差值，温差设定值为预先设定的冷通道温度值与热通道温度值的差值。

PID调节模块计算温差设定值和温差测量值的差值，并基于差值来调节风机电压值，以使温差测量值最趋近于温差设定值，从而获得最终的风机电压值。

步骤S402：将冷通道与热通道压差设定值和冷通道与热通道压差测量值输入至PID调节模块，获得PID调节模块输出第二风机电压值。

将压差设定值为预先设定的冷通道与热通道的压力差值的设定值，压差测量值为压差传感器测量的冷通道与热通道的压力差值。

PID调节模块计算压差设定值和压差测量值的差值，并基于差值来调节风机电压值，以使压差测量值最趋近于压差设定值，从而获得最终的压差电压值。

步骤S403：在第一风机电压值和第二风机电压值中选择较大的风机电压值，确定为最终风机电压值。

步骤S404：判断风机是否为自动设置，若是则进入步骤S405；若否则进入步骤S406。

步骤S405：若风机是自动设置，则将最终风机电压值确定为目标风机电压值，进入步骤S407。

步骤S406：若风机是手动设置，则将手动设置的风机电压值确定为目标风机电压值，进入步骤S407。

步骤S407：判断风机是否运行，若是，则进入步骤S408；若否，则进入步骤S409。

步骤S408：若风机运行，则按目标风机电压值驱动风机。

步骤S409：若风机未运行，则获取风机运行状态。

本实施例中对风机的调节过程，既考虑冷通道和热通道的温度差值，又考虑冷通道和热通道的压力差值，所以对风机的控制过程更加准确。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种空调的控制系统，其特征在于，包括：

与数据机房内机柜形成的多组冷通道热通道一一对应的多个机房空调；

与所述多个机房空调一一对应的，用于测量空调调整参数的多个主用传感器组和多个备用传感器组；

用于信号传输的主用路径和备用路径；

通过所述主用路径与所述主用传感器组和所述多个机房空调相连的主用控制器，以及，通过所述备用路径与所述备用传感器组和所述多个机房空调相连的备用控制器，且，在所述主用路径、所述主用传感器组和所述主用控制器与所述备用路径、所述备用传感器组和所述备用控制器之间，仅所述主用控制器与所述备用控制器相连；

其中，所述主用控制器和所述备用控制器分别用于接收空调调整参数和从所述多个机房空调获取空调运行参数，并基于所述空调调整参数和所述空调运行参数来控制所述多个机房空调的运行。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，机房空调的核心部件包括风机和电动水阀，则多个机房空调与主用控制器和备用控制器相连，包括：

各个机房空调的风机与第一继电器相连，所述第一继电器与所述主用控制器和所述备用控制器相连，且，所述第一继电器用于导通所述各个机房空调与所述主用控制器或所述备用控制器；

各个机房空调的电动水阀与第二继电器相连，所述第二继电器与所述主用控制器和所述备用控制器相连，且，所述第二继电器用于导通所述各个机房空调与所述主用控制器或所述备用控制器。

3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括：

与所述主用控制器相连的主用交换机，所述主用控制器用于在工作状态下将所述空调调整参数和所述空调运行参数发送至所述主用交换机；

与所述主用控制器相连的备用交换机，所述备用控制器用于在工作状态下将所述空调调整参数和所述空调运行参数发送至所述备用交换机。

4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述主用传感器组和备用传感器组均包括：

设置于冷通道两端的温度传感器，用于分别测量冷通道两端的温度；

设置于热通道两端的温度传感器，用于分别测量热通道两端的温度；

设置于热通道两端且紧邻于冷通道的压差传感器，用于分别测量热通道两端的热通道与冷通道压力差值；

设置于机房空调的过滤段中的压差传感器，用于测量过滤段前后的压力差值。

5.一种空调的水阀控制方法，其特征在于，包括：

获取电子信息设备的最大进风温度值和温度设定值，输入至第一级PID调节模块，获得第一级PID调节模块输出第一水阀开度；

对第一水阀开度进行数学计算得到温度设定值；

将送风温度检测值与所述温度设定值输入至第二级PID调节模块，获得第二级PID调节模块输出的第二水阀开度；

利用所述第二水阀开度控制水阀，

其中，所述空调为机房空调，并且存在与数据机房内机柜形成的多组冷通道热通道一一对应的多个所述机房空调，与多个所述机房空调一一对应的、用于测量空调调整参数的多个主用传感器组和多个备用传感器组，用于信号传输的主用路径和备用路径，以及通过所述主用路径与所述主用传感器组和所述多个机房空调相连的主用控制器和通过所述备用路径与所述备用传感器组和所述多个机房空调相连的备用控制器，且，在所述主用路径、所述主用传感器组和所述主用控制器与所述备用路径、所述备用传感器组和所述备用控制器之间，仅所述主用控制器与所述备用控制器相连，其中，所述主用控制器和所述备用控制器分别用于接收空调调整参数和从所述多个机房空调获取空调运行参数，并基于所述空调调整参数和所述空调运行参数来控制所述多个机房空调的运行，其中，所述水阀与所述主用控制器和所述备用控制器相连并且由所述主用控制器和所述备用控制器来控制。

6.一种空调的风机控制方法，其特征在于，包括：

将冷通道与热通道温差设定值和冷通道与热通道温差测量值输入至PID调节模块，获得PID调节模块输出第一风机电压值；

将冷通道与热通道压差设定值和冷通道与热通道压差测量值输入至PID调节模块，获得PID调节模块输出第二风机电压值；

在第一风机电压值和第二风机电压值中选择较大的风机电压值，确定为最终风机电压值；

利用所述最终风机电压值控制风机，

其中，所述空调为机房空调，并且存在与数据机房内机柜形成的多组冷通道热通道一一对应的多个所述机房空调，与多个所述机房空调一一对应的、用于测量空调调整参数的多个主用传感器组和多个备用传感器组，用于信号传输的主用路径和备用路径，以及通过所述主用路径与所述主用传感器组和所述多个机房空调相连的主用控制器和通过所述备用路径与所述备用传感器组和所述多个机房空调相连的备用控制器，且，在所述主用路径、所述主用传感器组和所述主用控制器与所述备用路径、所述备用传感器组和所述备用控制器之间，仅所述主用控制器与所述备用控制器相连，其中，所述主用控制器和所述备用控制器分别用于接收空调调整参数和从所述多个机房空调获取空调运行参数，并基于所述空调调整参数和所述空调运行参数来控制所述多个机房空调的运行，其中，所述风机与所述主用控制器和所述备用控制器相连并由所述主用控制器和所述备用控制器来控制。

Images