CN109883007A - 一种适用于在维数据中心的空调群控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于在维数据中心的空调群控系统，包括温度监测场和智能监控系统和数据采集与分析模块以及集中控制模块，所述温度监测场，由末端探测器组成的，密度基本上覆盖了所有发热源，所述智能监控系统由功率监测设备提供实时IT设备功率，所述数据采集与分析模块可通过位置与区域关系，将温度数据与功率数据进行对应，解析出关键的温度与功率函数；相较现有的技术方案基本上为纯理论模型，本发明为技术实践型方案，并且针对在维数据中心具有更广的应用价值,且相较于之前的控制逻辑，引入功率跟踪机制，可以消除由于气流扰动或固有热点带来的波动和频繁启停控制，环境温度安全区间扩大，控制器振荡频率大大降低，能耗明显下降。

Description

一种适用于在维数据中心的空调群控系统

技术领域

本发明属于空调群控技术领域，具体涉及一种适用于在维数据中心的空调群控系统。

背景技术

目前运用在机房空调中的节能措施包括利用室外自然冷源、选择高效节能的空调设备等，这些措施都是必不可少的，但还远远不够。空调制冷系统是为了保证机房的温湿度环境，但是机房的冷湿负荷随着设备的运行情况，室外的天气情况等在不断的变化，如果没有一个智能控制系统控制空调系统跟随这些变化，则无法保证机房的温湿度恒定，同时空调节能也法保证。

现有的空调群控技术方案基本上为纯理论模型，即空调群控方式，难以解决以下技术难题，第一，实时计算冷量需求，其次需要根据需求实现自动冷量供应，以及环境需要出于安全合理区间，造成空调群控方式无法具体的实施的问题，为此我们提出一种适用于在维数据中心的空调群控系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于在维数据中心的空调群控系统，以解决上述背景技术中提出现有的空调群控技术方案基本上为纯理论模型，即空调群控方式，难以解决以下技术难题，第一，实时计算冷量需求，其次需要根据需求实现自动冷量供应，以及环境需要出于安全合理区间，造成空调群控方式无法具体的实施的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于在维数据中心的空调群控系统，包括温度监测场和智能监控系统和数据采集与分析模块以及集中控制模块，所述温度监测场，由末端探测器组成的，密度基本上覆盖了所有发热源，所述智能监控系统由功率监测设备提供实时IT设备功率，所述数据采集与分析模块可通过位置与区域关系，将温度数据与功率数据进行对应，解析出关键的温度与功率函数，且所述集中控制模块可根据对应函数采用PI控制原理，对各空调进行集中控制，并利用功率跟踪反馈机制实行冷量实时跟踪，确保机房环境满足TC9.9所推荐的安全区间以及自身安全。

优选的，所述数据采集与分析模块，将温度数据与功率数据进行对应，通常情况下功率的升高会带来温度的升高，环境温度T(t)＝F(P(t)),温度T(t)、功率P(t)均为时间函数，对数据库中温度与功率数据进行线性拟合，得到函数关系，命名为(1)T(t)＝bP(t)+A，b为功率系数，A为常数。

优选的，所述集中控制模块中提及的PI控制原理，一般空调采用PID控制器，但是在数据中心环境下，对系统的稳态要求不是很高，因此去掉了用于稳态平衡的微分控制，采用PI控制的反馈机制，即(1)U(t)＝αPe(t)+βI∫e(t)dt，式中积分的上下限分别是0和t,α和β分别为比例系数和积分系数，其中还涉及两个环节：比例环节和积分环节，所述比例环节是即时成比例的反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差，通常随着值的加大，闭环系统的超调量加大，系统响应速度加快，但是当增加到一定程度，系统会变得不稳定，所述积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分常数，积分常数越大，积分作用越弱，反之越强，闭环系统的超调量越小，系统的响应速度变慢。

优选的，所述虽然PI控制器保证了系统处于相对稳态，剔除微分控制的主要缘由也是去除过度振荡，但是在不断修正α和β各项值后仍然存在一个过度动荡的问题，因此引入一个新的温度与功率函数，通常情况下功率的升高会带来温度的升高，T(t)＝F(P(t)),采用大数据分析，对中温度与对应功率数据进行线性拟合，得到函数关系，命名为(2)T(t)＝bP(t)+A，通过长期观察发现在一定时期内IT设备的发热量是恒定的，也就是b的值是一个相对稳定态。

优选的，所述在保证数据中心环境安全的情况下，降低控制逻辑的震荡频率，无论对于空调寿命和能耗都会带来好处，因此将(2)式中功率数b引入(1)式，形成功率跟踪反馈机制，因此得到一个新的反馈方程式，(3)U(t)＝γPe(t)+δI∫e(t)dt，U(t)＝γPe(t)+δI∫e(t)dt即为控制器的控制函数，其中γ为比例系数，δ为积分系数，此外根据实际监测发现数据中心发热源的非常稳定，通过不断自学习和实践矫正，得到比例系数γ(t)和积分系数δ(t)的值，在一定时期内，即IT设施功耗不变的时期内，比例系数γ(t)和积分系数δ(t)的值是一个恒定值。

优选的，所述数据库中温度与功率数据由动环监控提供。

优选的，所述PI是比例和积分简写。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：相较现有的技术方案基本上为纯理论模型，本发明为技术实践型方案，并且针对在维数据中心具有更广的应用价值,且相较于之前的控制逻辑，引入功率跟踪机制，可以消除由于气流扰动或固有热点带来的波动和频繁启停控制，环境温度安全区间扩大，控制器振荡频率大大降低，能耗明显下降，使其在保证机房环境安全的前提下，使其不仅可以实现电能的节省，还可以减少人力资源的支出,切合实际，应用可靠，且本案例采用的是按需供应的群控方式，亦可采用非按需供应的群控方式，例如按时长的群控方式，即忽略设备发热不均匀的特点，忽略温度的局部特性，或者采用整体环境温度场的方式来控制亦或是采用按时长轮循的机制，控制各空调设备的开启。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种适用于在维数据中心的空调群控系统，包括温度监测场和智能监控系统和数据采集与分析模块以及集中控制模块，温度监测场，由末端探测器组成的，密度基本上覆盖了所有发热源，智能监控系统由功率监测设备提供实时IT设备功率，数据采集与分析模块可通过位置与区域关系，将温度数据与功率数据进行对应，解析出关键的温度与功率函数，且集中控制模块可根据对应函数采用PI控制原理，对各空调进行集中控制，并利用功率跟踪反馈机制实行冷量实时跟踪，确保机房环境满足TC9.9所推荐的安全区间以及自身安全。

为了导出(1)式，本实施例中，优选的，数据采集与分析模块，将温度数据与功率数据进行对应，通常情况下功率的升高会带来温度的升高，环境温度T(t)＝F(P(t)),温度T(t)、功率P(t)均为时间函数，对实时数据库中温度与功率数据进行线性拟合，得到函数关系，命名为(1)T(t)＝bP(t)+A，b为功率系数，A为常数。

为了便于更适合系统的实施，本实施例中，优选的，集中控制模块中提及的PI控制原理，一般空调采用PID控制器，但是在数据中心环境下，对系统的稳态要求不是很高，因此去掉了用于稳态平衡的微分控制，采用PI控制的反馈机制，即(1)U(t)＝αPe(t)+βI∫e(t)dt，式中积分的上下限分别是0和t,α和β分别为比例系数和积分系数，其中还涉及两个环节：比例环节和积分环节，比例环节是即时成比例的反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差，通常随着值的加大，闭环系统的超调量加大，系统响应速度加快，但是当增加到一定程度，系统会变得不稳定，积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分常数，积分常数越大，积分作用越弱，反之越强，闭环系统的超调量越小，系统的响应速度变慢。

为了导出(2)式，本实施例中，优选的，虽然PI控制器保证了系统处于相对稳态，剔除微分控制的主要缘由也是去除过度振荡，但是在不断修正α和β各项值后仍然存在一个过度动荡的问题，因此引入一个新的温度与功率函数，通常情况下功率的升高会带来温度的升高，T(t)＝F(P(t)),采用大数据分析，对中温度与对应功率数据进行线性拟合，得到函数关系，命名为(2)T(t)＝bP(t)+A，通过长期观察发现在一定时期内IT设备的发热量是恒定的，也就是b的值是一个相对稳定态。

为了便于功率跟踪反馈机制的实施，本实施例中，优选的，在保证数据中心环境安全的情况下，降低控制逻辑的振荡频率，无论对于空调寿命和能耗都会带来好处，因此将(2)式中功率数b引入(1)式，形成功率跟踪反馈机制，因此得到一个新的反馈方程式，(3)U(t)＝γPe(t)+δI∫e(t)dt，U(t)＝γPe(t)+δI∫e(t)dt即为控制器的控制函数，其中γ为比例系数，δ为积分系数，此外根据实际监测发现数据中心发热源的非常稳定，通过不断自学习和实践矫正，得到比例系数γ(t)和积分系数δ(t)的值，在一定时期内，即IT设施功耗不变的时期内，比例系数γ(t)和积分系数δ(t)的值是一个恒定值。

例如某个区域温度过高，也就是A值较高，在我们的T(t)＝bP(t)+A函数中，由于A是常数，只要P不变，T也不会变。因此通过前后温度的对比，当发现该区域温度变化为零时，控制逻辑结果直接是，不支持变更。

为了便于更好的收集温度与功率数据，本实施例中，优选的，数据库中温度与功率数据由动环监控提供。

为了便于理解PI控制原理，本实施例中，优选的，PI是比例和积分简写。

本发明的工作原理及使用流程：该探测器将环境温度信息和功率信息反馈给控制器，比例部分和积分部分根据环境温度进行判定，是否变更某一区域的控制，功率部分收到变更控制后，针对变更区域的功率进行分析判定，根据大数据拟合的算法，决定是否支持这一变更。若支持变更，则控制器发送控制指令至对应区域空调系统，空调系统运行状态变更后，环境温度和IT系统功率随之变化，变化后的信息又反馈至控制器，进行下一次的判定；若不支持变更，则控制指令暂存在寄存器中，跳过控制，进行下一次判定，若判定结果仍然维持不变更，则发送不变更指令至空调系统，若支持变更则发送变更指令至空调系统，本案例采用的是按需供应的群控方式，亦可采用非按需供应的群控方式，例如按时长的群控方式，即忽略设备发热不均匀的特点，忽略温度的局部特性，或者采用整体环境温度场的方式来控制亦或是采用按时长轮循的机制，控制各空调设备的开启。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种适用于在维数据中心的空调群控系统，其特征在于：包括温度监测场和智能监控系统和数据采集与分析模块以及集中控制模块，所述温度监测场，由末端探测器组成的，密度基本上覆盖了所有发热源，所述智能监控系统由功率监测设备提供实时IT设备功率，所述数据采集与分析模块可通过位置与区域关系，将温度数据与功率数据进行对应，解析出关键的温度与功率函数，且所述集中控制模块可根据对应函数采用PI控制原理，对各空调进行集中控制，并利用功率跟踪反馈机制实行冷量实时跟踪，确保机房环境满足TC9.9所推荐的安全区间以及自身安全。

2.根据权利要求1所述的一种适用于在维数据中心的空调群控系统，其特征在于：所述数据采集与分析模块，将温度数据与功率数据进行对应，通常情况下功率的升高会带来温度的升高，环境温度T(t)＝F(P(t)),温度T(t)、功率P(t)均为时间函数，对数据库中温度与功率数据进行线性拟合，得到函数关系，命名为(1)T(t)＝bP(t)+A，b为功率系数，A为常数，对于不同区域和环境的A值是不同的，简单而言，这与服务器的特性有关，即供应同样的冷量给不同的服务器，它的出风温度均不同，针对A值通过各探测器得数据，可绘制出温度云场，对于其中温度过高区域进行人为干预矫正，诸如盲板封堵、气流组织优化等系列措施，确保该区域温度的降低，也就是确保A值的趋中心化。

3.根据权利要求1所述的一种适用于在维数据中心的空调群控系统，其特征在于：所述集中控制模块中提及的PI控制原理，一般空调采用PID控制器，但是在数据中心环境下，对系统的稳态要求不是很高，因此去掉了用于稳态平衡的微分控制，采用PI控制的反馈机制，即(1)U(t)＝αPe(t)+βI∫e(t)dt，式中积分的上下限分别是0和t,α和β分别为比例系数和积分系数，其中还涉及两个环节：比例环节和积分环节，所述比例环节是即时成比例的反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差，通常随着值的加大，闭环系统的超调量加大，系统响应速度加快，但是当增加到一定程度，系统会变得不稳定，所述积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分常数，积分常数越大，积分作用越弱，反之越强，闭环系统的超调量越小，系统的响应速度变慢。

4.根据权利要求2或3所述的一种适用于在维数据中心的空调群控系统，其特征在于：所述虽然PI控制器保证了系统处于相对稳态，剔除微分控制的主要缘由也是去除过度动荡，但是在不断修正α和β各项值后仍然存在一个过度动荡的问题，因此引入一个新的温度与功率函数，通常情况下功率的升高会带来温度的升高，T(t)＝F(P(t)),采用大数据分析，对中温度与对应功率数据进行线性拟合，得到函数关系，命名为(2)T(t)＝bP(t)+A，通过长期观察发现在一定时期内IT设备的发热量是恒定的，也就是b的值是一个相对稳定态。

5.根据权利要求1所述的一种适用于在维数据中心的空调群控系统，其特征在于：所述在保证数据中心环境安全的情况下，降低控制逻辑的振荡频率，无论对于空调寿命和能耗都会带来好处，因此将(2)式中功率数b引入(1)式，形成功率跟踪反馈机制，因此得到一个新的反馈方程式，(3)U(t)＝γPe(t)+δI∫e(t)dt，U(t)＝γPe(t)+δI∫e(t)dt即为控制器的控制函数，其中γ为比例系数，δ为积分系数，此外根据实际监测发现数据中心发热源的非常稳定，通过不断自学习和实践矫正，得到比例系数γ(t)和积分系数δ(t)的值，在一定时期内，即IT设施功耗不变的时期内，比例系数γ(t)和积分系数δ(t)的值是一个恒定值。

6.根据权利要求2所述的一种适用于在维数据中心的空调群控系统，其特征在于：所述数据库中温度与功率数据由动环监控提供。

7.根据权利要求3所述的一种适用于在维数据中心的空调群控系统，其特征在于：所述PI是比例和积分简写。