CN111076388B - 一种服务器环境升温控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种服务器环境升温控制系统及方法，包括：加热箱、升温筒、降温筒、热水管、冷水管、第一电磁阀、第二电磁阀、第一出水管、第二出水管、循环水管和离心泵；所述加热箱和升温筒通过热水管连通；所述加热箱和降温筒通过冷水管连通；所述加热箱的加热效率大于升温筒；所述第一电磁阀设置在热水管上用于控制入热水管内水的流动；所述第二电磁阀设置在冷水管上用于控制入冷水管内水的流动；还包括根据所述系统提供对应的控制方法，本发明能够针对服务器环境温度加热的滞后问题进行改善，提高了服务器环境控温的效率。

Description

一种服务器环境升温控制系统及方法

技术领域

本发明属于数据中心技术领域，具体涉及一种服务器环境升温控制系统及方法。

背景技术

随着互联网络的发展，大型集中数据中心越来越普遍，对于服务器来讲适应高温环境成为常态。而如如何精准的给服务器营造高温测试环境成为需要解决的问题。现如今大多数高温环境试验都是采用电加热丝产生热量，利用风扇循环热量给环境加热，而降温都是采用自然冷却的方法。

众所周知温度控制具有大惯性滞后的特征，控制加热停止后，加热器的余温使得温度仍然会升高，因此此种方法难免存在要求温度高于实际温度的问题，精度较差，易对服务器产生不可逆转的损害。例如目前服务器的环境温度按照适宜温度进行加热，加热停止后得到的实际温度与适宜温度会存在误差，故实际温度在可接受的误差范围内需要进行细微调整的升温或降温控制。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种服务器环境升温控制系统及方法，以解决服务器大惯性滞后特征的温度控制问题技术问题。

第一方面，本发明提供一种服务器环境升温控制系统，包括：加热箱、升温筒、降温筒、热水管、冷水管、第一电磁阀、第二电磁阀、第一出水管、第二出水管、循环水管和离心泵；所述加热箱和升温筒通过热水管连通；所述加热箱和降温筒通过冷水管连通；所述加热箱的加热效率大于升温筒；所述第一电磁阀设置在热水管上且控制热水管内水的流动；所述第二电磁阀设置在冷水管上且控制冷水管内水的流动；所述第一出水管连通升温筒的出水口；所述第二出水管连通降温筒的出水口；所述第一出水管和第二出水管与循环水管连通，所述循环水管与加热箱的入水口连通；所述离心泵设置在循环水管上。

进一步的，所述系统还包括PLC控制器，所述PLC控制器与第一电磁阀和第二电磁阀电连接。

进一步的，所述系统还包括温度传感器、模拟量输入单元和A/D转换电路，所述温度传感器与模拟量输入单元电连接，所述模拟量输入单元与所述A/D转换电路电连接，所述A/D转换电路与所述PLC控制器电连接；所述温度传感器设置在加热箱内。

进一步的，所述系统还包括第一电动调节阀和第二电动调节阀，所述第一电动调节阀设置在第一出水管上，所述第二电动调节阀设置在第二出水管上，所述第一电动调节阀和第二电动调节阀均与PLC控制器电连接。

第二方面，本发明提供一种服务器环境升温控制方法，包括：

根据加热箱的温度和加热时间关系进行加热建模；

根据加热模型、当前温度和服务器温度阈值计算加热时间，并根据所述加热时间进行加热；

利用温度传感器采集实际温度，计算温度阈值与实际温度的差值；

判断所述差值是否在预设阈值范围内：

若是，则利用升温筒或降温筒进行温度调整，直到实际温度达到服务器温度阈值。

进一步的，所述根据加热箱的温度和加热时间关系进行加热建模，包括：

建模关系式为：

K为对象的静态增益，T为对象的时间常数，τ为对象的纯滞后时间；

进行加热温度实验，记录加热过程中的加热时间及其对应的实时温度，将实验得出的加热时间与实时温度的多组数据绘制成阶跃响应曲线，根据阶跃响应曲线法得出所述K，T，τ参数的值。

进一步的，所述根据加热模型、当前温度和服务器温度阈值计算加热时间，并根据所述加热时间进行加热，包括：

预先设定服务器温度阈值，根据建模关系式，确定总加热时间；

根据当前温度和建模关系式，确定已加热时间；

总加热时间与已加热时间差值为当前需加热时间；

根据当前需加热时间开始加热。

进一步的，所述利用温度传感器采集实际温度，计算温度阈值与实际温度的差值，包括：

温度传感器采集电压信号，经A/D转换和PCL控制器的规范化处理后，转化成实际温度；

计算服务器温度阈值与实际温度的差值。

进一步的，所述判断所述差值是否在预设阈值范围内，包括：

若实际温度高于服务器温度阈值，则打开第二电磁阀和第二调节阀，使降温筒内的冷水在加热箱内的盘管中循环降温，直到实际温度逐渐达到服务器温度阈值；

若所述差值在预设阈值范围内，且实际温度低于服务器温度阈值，则打开离心泵、第一电磁阀和第一调节阀，使升温筒内的过热水在加热箱内的盘管中循环加热，直到实际温度逐渐达到服务器温度阈值。

在本发明中，所述升温筒内的加热过程缓于加热箱的加热过程，故所述升温筒的加热滞后误差可忽略不计；降温筒是利用自然冷却进行降温，故所述降温筒的滞后误差也可忽略不计。

进一步的，所述判断所述差值是否在预设阈值范围内，还包括：

若所述差值不在预设阈值范围内，且实际温度低于服务器温度阈值，则：

根据加热模型、当前温度和服务器温度阈值计算二次加热时间，并根据所述二次加热时间进行加热；

利用温度传感器采集二次实际温度，计算温度阈值与二次实际温度的二次差值；

判断所述二次差值是否在预设阈值范围内：

若是，则再次利用升温筒或降温筒进行温度调整，直到实际温度达到服务器温度阈值。

本发明的有益效果在于，

本发明提供的一种服务器环境升温控制系统及方法，通过加热箱能够对服务器环境温度进行快速升温，但快速升温会带来惯性滞后问题，而通过设置升温筒和降温筒，对环境温度进行缓慢的、细微的调整，能够针对服务器环境温度加热的滞后问题进行改善，同时利用PLC控制器，实现服务器的环境温度的自动控制，本系统同时拥有快速升温和缓慢控温的功能，根据需求进行自动选择，提高了服务器环境控温的效率。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，对于本领域普通技术人员而言，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是本申请一个实施例的系统的结构示意图；

图2是本申请一个实施例的系统的PLC控制器连接示意图；

图3是本申请一个实施例的方法示意图；

图4是本申请一个实施例的方法的建模阶跃响应曲线图；

其中，1、加热箱；2、升温筒；3、降温筒；4、热水管；5、冷水管；6、第一电磁阀；7、第二电磁阀；8、第一出水管；9、第二出水管；10、循环水管；11、离心泵；12、PLC控制器；13、温度传感器；14、模拟量输入单元；15、A/D转换电路；16、第一电动调节阀；17、第二电动调节阀。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明提供的一种服务器环境升温控制系统。

如图1所示，本申请实施例提供一种服务器环境升温控制系统，其特征在于，包括：加热箱1、升温筒2、降温筒3、热水管4、冷水管5、第一电磁阀6、第二电磁阀7、第一出水管8、第二出水管9、循环水管10和离心泵11；所述加热箱1和升温筒2通过热水管4连通；所述加热箱1和降温筒3通过冷水管5连通；所述加热箱1的加热效率大于升温筒2；所述第一电磁阀6设置在热水管4上；所述第二电磁阀7设置在冷水管5上；所述第一出水管8连通升温筒2的出水口；所述第二出水管9连通降温筒3的出水口；所述第一出水管8和第二出水管9与循环水管10连通，所述循环水管10与加热箱1的入水口连通；所述离心泵11设置在循环水管上。

所述系统还包括PLC控制器12，所述PLC控制器12与第一电磁阀6和第二电磁阀7电连接；所述系统还包括温度传感器13、模拟量输入单元14和A/D转换电路15；所述温度传感器13与模拟量输入单元14电连接，所述模拟量输入单元14与所述A/D转换电路15电连接，所述A/D转换电路15与所述PLC控制器12电连接；所述系统还包括第一电动调节阀16和第二电动调节阀17，所述第一电动调节阀16设置在第一出水管8上，所述第二电动调节阀17设置在第二出水管上9，所述第一电动调节阀16和第二电动调节阀17均与PLC控制器12电连接。

温度传感器13将电压信号送入模拟量输入单元14，再经过A/D转换电路15的处理，送入PLC控制器12进行PID运算，然后再将运算出的信号转换成4～20mA的电流信号进行输出，送入电动调节阀，从而控制电动调节阀的开度大小，从而控制管道流量，进而控制加热箱内的温度。

本实施例中一种服务器环境升温控制系统用于将服务器环境温度控制在45℃。升温筒2内为过热水，内有加热装置，降温筒3内为冷水；当服务器环境温度低于42℃时，则启动加热箱内的加热器进行快速加热；当服务器环境温度低于45℃，高于42℃时，第二电动调节阀和离心泵、第二电磁阀打开，通过过热水在主筒盘管内的循环使温度逐渐达到45℃。当温度高于45℃时，第一电动调节阀和第一电磁阀打开，通过冷水在主筒盘管内的循环使温度逐渐达到设定值。

为了便于对本发明的理解，下面基于本发明服务器环境升温控制系统的原理，对本发明提供的服务器环境升温控制方法做进一步的描述。

具体的，所述服务器环境升温控制方法包括：

S1、根据加热箱的温度和加热时间关系进行加热建模；

此步骤在温度控制之前，经机理建模构建出加热过程的数学模型为一阶惯性滞后环节，即建模关系式为：

K为对象的静态增益，T为对象的时间常数，τ为对象的纯滞后时间；

进行加热温度实验，开始温度为室温下水的温度，记录加热过程中的加热时间及其对应的实时温度，将实验得出的加热时间与实时温度的多组数据绘制成阶跃响应曲线，如图3所示，根据阶跃响应曲线法得出所述K，T，τ参数的值，从而得出温度和加热时间的关系式。

S2、根据加热模型、当前温度和服务器温度阈值计算加热时间，并根据所述加热时间进行加热；

预先设定服务器温度阈值45℃，根据建模关系式，确定总加热时间；根据当前温度和建模关系式，确定已加热时间；总加热时间与已加热时间差值为当前需加热时间；根据当前需加热时间开始加热。

S3、利用温度传感器采集实际温度，计算温度阈值45℃与实际温度的差值；

温度传感器直接采集的为毫伏级电压信号，经A/D转换和PCL控制器的规范化处理后，转化成实际温度；计算服务器温度阈值45℃与实际温度的差值。

S4、判断所述差值是否在预设阈值范围内：若是，则利用升温筒或降温筒进行温度调整，直到实际温度达到服务器温度阈值45℃。

本实施例中所述预设阈值范围为0℃到3℃之间，若实际温度高于45℃，则打开第二电磁阀和第二调节阀，使降温筒内的冷水在加热箱内的盘管中循环降温，直到实际温度逐渐达到45℃；若实际温度在42℃到45℃之间，则打开离心泵、第一电磁阀和第一调节阀，使升温筒内的过热水在加热箱内的盘管中循环加热，直到实际温度逐渐达到45℃；

若实际温度低于42℃，则再次执行步骤S2：

根据加热模型、当前温度和服务器温度阈值计算二次加热时间，并根据所述二次加热时间进行加热；

利用温度传感器采集二次实际温度，计算温度阈值45℃与二次实际温度的二次差值；

判断所述二次差值是否在预设阈值范围0℃到3℃内；

若是，则再次利用升温筒或降温筒进行温度调整，直到实际温度达到45℃。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种服务器环境升温控制系统，其特征在于，包括：加热箱、升温筒、降温筒、热水管、冷水管、第一电磁阀、第二电磁阀、第一出水管、第二出水管、循环水管和离心泵；所述加热箱和升温筒通过热水管连通；所述加热箱和降温筒通过冷水管连通；所述加热箱的加热效率大于升温筒；所述第一电磁阀设置在热水管上且控制热水管内水的流动；所述第二电磁阀设置在冷水管上且控制冷水管内水的流动；所述第一出水管连通升温筒的出水口；所述第二出水管连通降温筒的出水口；所述第一出水管和第二出水管与循环水管连通，所述循环水管与加热箱的入水口连通；所述离心泵设置在循环水管上；

所述系统还包括PLC控制器，所述PLC控制器与第一电磁阀和第二电磁阀电连接；所述系统还包括温度传感器、模拟量输入单元和A/D转换电路，所述温度传感器与模拟量输入单元电连接，所述模拟量输入单元与所述A/D转换电路电连接，所述A/D转换电路与所述PLC控制器电连接，所述温度传感器设置在加热箱内；

所述系统还包括第一电动调节阀和第二电动调节阀，所述第一电动调节阀设置在第一出水管上，所述第二电动调节阀设置在第二出水管上，所述第一电动调节阀和第二电动调节阀均与PLC控制器电连接；

具体升温控制过程如下：

根据加热箱的温度和加热时间关系进行加热建模；

根据加热模型、当前温度和服务器温度阈值计算加热时间，并根据所述加热时间进行加热；

利用温度传感器采集实际温度，计算服务器温度阈值与实际温度的差值；

判断所述差值是否在预设阈值范围内：

若是，则利用升温筒或降温筒进行温度调整，直到实际温度达到服务器温度阈值；

所述判断所述差值是否在预设阈值范围内，包括：

若实际温度高于服务器温度阈值，则打开第二电磁阀和第二电动调节阀，使降温筒内的冷水在加热箱内的盘管中循环降温，直到实际温度逐渐达到服务器温度阈值；

若所述差值在预设阈值范围内，且实际温度低于服务器温度阈值，则打开离心泵、第一电磁阀和第一电动调节阀，使升温筒内的过热水在加热箱内的盘管中循环加热，直到实际温度逐渐达到服务器温度阈值。

2.一种服务器环境升温控制方法，其特征在于，应用于服务器环境升温控制系统；所述服务器环境升温控制系统包括加热箱、升温筒、降温筒、热水管、冷水管、第一电磁阀、第二电磁阀、第一出水管、第二出水管、循环水管和离心泵；所述加热箱和升温筒通过热水管连通；所述加热箱和降温筒通过冷水管连通；所述加热箱的加热效率大于升温筒；所述第一电磁阀设置在热水管上且控制热水管内水的流动；所述第二电磁阀设置在冷水管上且控制冷水管内水的流动；所述第一出水管连通升温筒的出水口；所述第二出水管连通降温筒的出水口；所述第一出水管和第二出水管与循环水管连通，所述循环水管与加热箱的入水口连通；所述离心泵设置在循环水管上；

所述系统还包括PLC控制器，所述PLC控制器与第一电磁阀和第二电磁阀电连接；

所述系统还包括温度传感器、模拟量输入单元和A/D转换电路，所述温度传感器与模拟量输入单元电连接，所述模拟量输入单元与所述A/D转换电路电连接，所述A/D转换电路与所述PLC控制器电连接，所述温度传感器设置在加热箱内；服务器环境升温控制系统还包括第一电动调节阀和第二电动调节阀，所述第一电动调节阀设置在第一出水管上，所述第二电动调节阀设置在第二出水管上，所述第一电动调节阀和第二电动调节阀均与PLC控制器电连接；

所述方法包括：

根据加热箱的温度和加热时间关系进行加热建模；

根据加热模型、当前温度和服务器温度阈值计算加热时间，并根据所述加热时间进行加热；

利用温度传感器采集实际温度，计算服务器温度阈值与实际温度的差值；

判断所述差值是否在预设阈值范围内：

若是，则利用升温筒或降温筒进行温度调整，直到实际温度达到服务器温度阈值；

所述判断所述差值是否在预设阈值范围内，包括：

若实际温度高于服务器温度阈值，则打开第二电磁阀和第二电动调节阀，使降温筒内的冷水在加热箱内的盘管中循环降温，直到实际温度逐渐达到服务器温度阈值；

若所述差值在预设阈值范围内，且实际温度低于服务器温度阈值，则打开离心泵、第一电磁阀和第一电动调节阀，使升温筒内的过热水在加热箱内的盘管中循环加热，直到实际温度逐渐达到服务器温度阈值。

3.根据权利要求2所述的一种服务器环境升温控制方法，其特征在于，所述根据加热箱的温度和加热时间关系进行加热建模，包括：

建模关系式为：

，K为对象的静态增益，T为对象的时间常数，

为对象的纯滞后时间；

进行加热温度实验，记录加热过程中的加热时间及其对应的实时温度，将实验得出的加热时间与实时温度的多组数据绘制成阶跃响应曲线，根据阶跃响应曲线法得出所述K，T，

参数的值。

4.根据权利要求2所述的一种服务器环境升温控制方法，其特征在于，所述根据加热模型、当前温度和服务器温度阈值计算加热时间，并根据所述加热时间进行加热，包括：

预先设定服务器温度阈值，根据建模关系式，确定总加热时间；

根据当前温度和建模关系式，确定已加热时间；

总加热时间与已加热时间差值为当前需加热时间；

根据当前需加热时间开始加热。

5.根据权利要求2所述的一种服务器环境升温控制方法，其特征在于，所述利用温度传感器采集实际温度，计算服务器温度阈值与实际温度的差值，包括：

温度传感器采集电压信号，经A/D转换和PCL控制器的规范化处理后，转化成实际温度；

计算服务器温度阈值与实际温度的差值。

6.根据权利要求2所述的一种服务器环境升温控制方法，其特征在于，所述判断所述差值是否在预设阈值范围内，还包括：

若所述差值不在预设阈值范围内，且实际温度低于服务器温度阈值，则

根据加热模型、当前温度和服务器温度阈值计算二次加热时间，并根据所述二次加热时间进行加热；

利用温度传感器采集二次实际温度，计算服务器温度阈值与二次实际温度的二次差值；

判断所述二次差值是否在在预设阈值范围内：

若是，则再次利用升温筒或降温筒进行温度调整，直到实际温度达到服务器温度阈值。

Images