CN111486644A - 一种服务器机房节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种服务器机房节能控制系统，包括节能控制硬件系统和软件系统；节能控制硬件系统包括控制器、仪表电气系统、制冷机组和冷却塔；软件系统包括可编程PLC软件和组态软件。服务器机房温度控制节能系统将现代模糊优化控制、计算机通讯技术、计算机控制技术、传感器技术等引入中央空调系统节能，针对中央空调系统的24小时工作特性、24小时时变特性和非线性特征，使用智能通用算法、智能模糊预测算法、通用优化算法和动态参数优化算法，达到节能和延长设备寿命等控制效果；集中监控，安全高效；可应用于多种机房新建及改造。

Description

一种服务器机房节能控制系统

技术领域

本发明的控制系统属于节能控制领域，涉及节能控制系统，特别涉及一种服务器机房节能控制系统。

背景技术

在一些服务器机房行业，需要对温度要求较为严格，常规的作业方式是冰水机房内，操作人员手动开机，人工巡检，进行机房降温作业。这种方式效率较低，费时费力，设备故障不能及时排除，同时冰水机组温度到达停机后再开机延迟启动时容易造成机房温度过高。因此亟待对现有的大型制冷制热机组的控制系统进行改进，已提高系统的运转效率。

发明内容

本发明控制系统针对上述问题，提供一种服务器机房节能控制系统。

本控制系统的目的可以通过下述技术方案来实现：一种服务器机房节能控制系统，包括节能控制硬件系统和软件系统；节能控制硬件系统包括控制器、仪表系统、电气系统、制冷机组、冷却塔系统、板式换热系统；软件系统包括可编程PLC软件和组态软件。所述控制器包括CPU模组、电源模组、通讯模组、开关量模组、模拟量模组和底板组成，所述CPU模组、电源模组、通讯模组、开关量模组、模拟量模组均安装于底板上；所述仪表包括温度传感器、压力传感器、电动调节阀、电动蝶阀，数量均为一个以上，安装位置为水路管道；所述电气包括冷冻泵、冷却泵低压电控柜，电控柜均使用变频器，数量均为一个以上；所述制冷机组为两台及以上制冷机组；所述冷却塔系统包含喷淋泵和风机，均使用变频控制；所述板式换热系统包含一台以上板式换热片；所述软件系统安装条件为：CPU 建议为 2 GHz Dual-Core双核以上产品，1GB 以上 RAM，100 GB 以上硬盘，支持WindowsXP/win7操作系统。节能控制系统可依据负荷的变化，择优选择系统的设备组合，确保制冷系统（冰水主机、冷冻水系统、冷却水系统、风机冷却系统和板式换热系统）在最佳工况下运行，从而最大限度地降低能耗。一键启动，一键关闭。启动按照系统启动顺序：系统开启→根据设置的机组【初始开启台数】，选择出需要开启的机组（运转时数少的优先开）→开启被选择机组的冷冻水、冷却水蝶阀，开启所有冷却塔蝶阀→收到蝶阀全开反馈信号，延时（0~600s）→根据设置的【冷却塔初始开启台数】，选择出需开启的冷却塔风机（运转时数少的优先开）→收到反馈信号开启完成，延时（0~600s）→根据当前需要开启机组数量，开启所需要台数的冷却水泵→收到反馈号开启完成，延时（0~600s）→根据当前需要开启机组数量，开启所需要台数的冷冻水泵→收到反馈信号开启完成，延时（0~600s）→进入系统容调阶段→根据系统总管水温来判断需开启机组数量；系统关闭→错开时间关闭已开启机组→机组全部关闭完成，延时（0~600s）→错开时间关闭开启的冷冻水泵→冷冻水泵关闭完成，延时（0~600s）→错开时间关闭冷却水泵→冷却水泵关闭完成，延时（0~600s）→错开时间关闭冷却塔风机→关闭完成，延时（0~600s）→进入系统待机阶段。根据每台机组的运行时间、运行状态等因素，实时调整最佳配置方案，做到每台设备平均分担运行损耗压力，避免“个人英雄”问题。系统进入容调阶段后当水泵（冷冻泵和冷却泵）轮替周期到（0~480小时可设定，0表示不轮替），开启运转时数少的n+1台，n+1台全开且交接时间到（0~900秒可设定），关闭运转时数多的一台，完成水泵的轮替。若运行中某台水泵故障，则优先启动运行时数少的未开水泵；若可以正常开启的水泵数量少于最少需开启数n，会发出数量警告，并进入关机阶段，保护冰水机组,防止过冷冻机。冷冻泵、冷却泵均由管道压力控制，满足机组的正常运行，达到变频节能效果。冷却塔风机、喷淋泵均由冷却塔出水温度控制，达到变频节能效果。由室外环境温度控制板式换热和冰水机组进行自动切换，达到室外环境温度过高时使用冰水机组、冷却塔、冷冻泵、冷却泵系统；室外温度过低时使用冷却塔、板式换热、冷冻泵和冷却泵系统，达到冬季板式换热节能效果。制冷供回水主管路进入机房前使用电动调节阀旁通调节供水管路温度稳定，防止供水管路温度过低导致在服务器机房中出现冷凝水。冷却塔为制冷机组与板式换热公用。组态软件可实现多重人性化报警通知管理，准确及时通知相关责任人，具有当前报警、历史报警日志，详细记录报警设备位置、报警类别、报警时间、报警回复时间等信息。组态软件具有数据库查询，导出功能。采用高可靠性企业数据库，定时记录空调系统的温度压力等关键数据。可以以曲线图或表格方式显示。组态软件实现用户可通过internet远程监控系统运行状况，及时处理现场异常状况。与现有技术相比，本发明控制系统的有益效果：1、节省能源。通过自动控制和集中管理使设备高效协调运行，减少伺服机房能源消耗；2、保持伺服机房中最佳环境。对制冷/制热水温最优化控制，使伺服机房具有良好的工作环境；3、节省人工及提高管理的效率。通过对伺服机房中空调设备的集中监控可提高物业管理人员的工作效率，降低他们的劳动强度；4、延长设备寿命。根据各设备（空调机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机等）的运行时数及故障状态，合理安排各种设备的启动台数及启动优先顺序，使各台设备运行均衡，延长寿命；5、internet远程访问，警报短信通知，可及时有效的了解设备运行状况，及时解决设备故障。

附图说明

图1为本控制系统的整体结构示意图。

图2为本控制系统的整体流程图。

图3为控制系统的整体效果图。

图4为设备能耗监控效果图。

图中部件标号如下：

P201/P202/P203 冷却塔风机

P204 冷却塔喷淋泵

P301/P302 冷却水泵

P501/P502/P503 冷冻水泵

V301 冷却水低温回流电动调节阀

V302磁悬浮机冰水机组冷却侧电动蝶阀

V401 冷却侧板式换热片电动蝶阀

V402 冷却侧板式换热片旁通电动蝶阀

V403 冷冻侧板式换热片电动蝶阀

V501 磁悬浮冰水机组冷冻侧电动调节阀

V502 磁悬浮冰水机组冷冻侧旁通电动蝶阀

V503 冷冻水冰水机组侧低温回流电动蝶阀

V504 冷冻水使用侧供回水压差旁通电动调节阀

V701 风冷螺杆冰水机组冷冻侧电动调节阀

V801 1#服务器机房电动调节阀

V802 2#服务器机房电动调节阀

TI201 冷却塔出水温度

PI201 冷却塔出水压力

TI202 冷却塔进水温度

PI202 冷却塔进水压力

TI301 磁悬浮冰水机组冷却入水温度

PI301 磁悬浮冰水机组冷却入水压力

TI302 磁悬浮冰水机组冷却出水温度

PI302 磁悬浮冰水机组冷却出水压力

TI303 冷却水回水温度

TI401 冷却水板换入水温度

PI401 冷却水板换入水压力

TI402 冷却水板换出水温度

PI402冷却水板换出水压力

TI403 冷冻水板换进水温度

PI403 冷冻水板换进水压力

TI404 冷冻水板换出水温度

PI404 冷冻水板换出水压力

TI501磁悬浮冰水机组冷冻入水温度

PI501磁悬浮冰水机组冷冻入水压力

TI502磁悬浮冰水机组冷冻出水温度

PI502磁悬浮冰水机组冷冻出水压力

TI503 冷冻侧供水温度

PI503 冷冻侧供水压力

TI504 冷冻侧回水温度

PI504 冷冻侧回水压力

TI701 风冷螺杆机组入水温度

PI701 风冷螺杆机组入水压力

TI702 风冷螺杆机组出水温度

PI702 风冷螺杆机组出水压力

TI801 1#服务器机房回水温度

PI801 1#服务器机房回水压力

TI802 1#服务器机房供水温度

PI802 1#服务器机房供水压力

TI803 2#服务器机房回水温度

PI803 2#服务器机房回水压力

TI804 2#服务器机房供水温度

PI804 2#服务器机房供水压力

PI805 1#服务器机房最远端供水压力

PI806 1#服务器机房最远端回水压力

PI807 2#服务器机房最远端供水压力

PI808 2#服务器机房最远端回水压力。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本控制系统的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本控制系统。尽管本实施方案描述了本控制系统，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本控制系统应用的范围。

一种服务器机房节能控制系统，包括节能控制硬件系统和软件系统；节能控制硬件系统包括控制器、仪表系统、电气系统、制冷机组、冷却塔系统、板式换热系统；软件系统包括可编程PLC软件和组态软件。所述控制器包括CPU模组、电源模组、通讯模组、开关量模组、模拟量模组和底板组成，所述CPU模组、电源模组、通讯模组、开关量模组、模拟量模组均安装于底板上；所述仪表包括温度传感器、压力传感器、电动调节阀、电动蝶阀，数量均为一个以上，安装位置为水路管道；所述电气包括冷冻泵、冷却泵低压电控柜，电控柜均使用变频器，数量均为一个以上；所述制冷机组为两台及以上制冷机组；所述冷却塔系统包含喷淋泵和风机，均使用变频控制；所述板式换热系统包含一台以上板式换热片；所述软件系统安装条件为：CPU 建议为 2 GHz Dual-Core双核以上产品，1GB 以上 RAM，100 GB 以上硬盘，支持WindowsXP/win7操作系统。节能控制系统可依据负荷的变化，择优选择系统的设备组合，确保制冷系统（冰水主机、冷冻水系统、冷却水系统、风机冷却系统和板式换热系统）在最佳工况下运行，从而最大限度地降低能耗。一键启动，一键关闭。启动按照系统启动顺序：系统开启→根据设置的机组【初始开启台数】，选择出需要开启的机组（运转时数少的优先开）→开启被选择机组的冷冻水、冷却水蝶阀，开启所有冷却塔蝶阀→收到蝶阀全开反馈信号，延时（0~600s）→根据设置的【冷却塔初始开启台数】，选择出需开启的冷却塔风机（运转时数少的优先开）→收到反馈信号开启完成，延时（0~600s）→根据当前需要开启机组数量，开启所需要台数的冷却水泵→收到反馈号开启完成，延时（0~600s）→根据当前需要开启机组数量，开启所需要台数的冷冻水泵→收到反馈信号开启完成，延时（0~600s）→进入系统容调阶段→根据系统总管水温来判断需开启机组数量；系统关闭→错开时间关闭已开启机组→机组全部关闭完成，延时（0~600s）→错开时间关闭开启的冷冻水泵→冷冻水泵关闭完成，延时（0~600s）→错开时间关闭冷却水泵→冷却水泵关闭完成，延时（0~600s）→错开时间关闭冷却塔风机→关闭完成，延时（0~600s）→进入系统待机阶段。根据每台机组的运行时间、运行状态等因素，实时调整最佳配置方案，做到每台设备平均分担运行损耗压力，避免“个人英雄”问题。系统进入容调阶段后当水泵（冷冻泵和冷却泵）轮替周期到（0~480小时可设定，0表示不轮替），开启运转时数少的n+1台，n+1台全开且交接时间到（0~900秒可设定），关闭运转时数多的一台，完成水泵的轮替。若运行中某台水泵故障，则优先启动运行时数少的未开水泵；若可以正常开启的水泵数量少于最少需开启数n，会发出数量警告，并进入关机阶段，保护冰水机组,防止过冷冻机。冷冻泵、冷却泵均由管道压力控制，满足机组的正常运行，达到变频节能效果。冷却塔风机、喷淋泵均由冷却塔出水温度控制，达到变频节能效果。由室外环境温度控制板式换热和冰水机组进行自动切换，达到室外环境温度过高时使用冰水机组、冷却塔、冷冻泵、冷却泵系统；室外温度过低时使用冷却塔、板式换热、冷冻泵和冷却泵系统，达到冬季板式换热节能效果。制冷供回水主管路进入机房前使用电动调节阀旁通调节供水管路温度稳定，防止供水管路温度过低导致在服务器机房中出现冷凝水。冷却塔为制冷机组与板式换热公用。组态软件可实现多重人性化报警通知管理，准确及时通知相关责任人，具有当前报警、历史报警日志，详细记录报警设备位置、报警类别、报警时间、报警回复时间等信息。组态软件具有数据库查询，导出功能。采用高可靠性企业数据库，定时记录空调系统的温度压力等关键数据。可以以曲线图或表格方式显示。组态软件实现用户可通过internet远程监控系统运行状况，及时处理现场异常状况。

参见图1，一种服务器机房节能控制系统，包括节能控制硬件系统和软件系统，节能控制硬件系统包括控制器、仪表系统、电气系统、制冷机组、冷却塔系统、板式换热系统；所述控制器3、交换机2均安装于可逻辑编程控制柜中；电气系统配电柜安装于机房内；

软件系统包括可编程控制软件和组态软件，所述软件系统均安装于服务器1中；

参见图2，所述仪表系统、制冷机组、冷却塔系统和板式换热系统均按照图纸施工，使用钢管连接。

参见图3，所述整个控制系统监视和控制的整体画面示意图；

参见图4，所述节能效果，从原来的1.6X降到目前的1.2X，节能效果显而易见；

应当指出，对于经充分说明的本控制系统来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本控制系统的说明，而不是对本控制系统的限制。总之，本控制系统的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (14)

1.一种服务器机房节能控制系统，其特征在于：由节能控制硬件系统和软件系统组成；

所述的节能控制硬件系统包括控制器、仪表系统、电气系统、制冷机组、冷却塔系统、板式换热系统；

所述的软件系统包括可编程控制软件和组态软件。

2.按权利要求1所述的一种服务器机房节能控制系统，其特征在于：所述控制器包括CPU模组、电源模组、通讯模组、开关量模组、模拟量模组和底板组成，所述CPU模组、电源模组、通讯模组、开关量模组、模拟量模组均安装于底板上；

所述仪表包括温度传感器、压力传感器、电动调节阀、电动蝶阀，数量均为一个以上，安装位置为水路管道；

所述电气包括冷冻泵、冷却泵低压电控柜，电控柜均使用变频器，数量均为一个以上；

所述制冷机组为两台及以上制冷机组；

所述冷却塔系统包含喷淋泵和风机，均使用变频控制；

所述板式换热系统包含一台以上板式换热片。

3.按权利要求1所述的一种服务器机房节能控制系统，其特征在于：所述软件系统安装条件为：CPU 建议为 2 GHz Dual-Core双核以上产品，1GB 以上 RAM，100 GB 以上硬盘，支持WindowsXP/win7操作系统。

4.按权利要求1所述的一种服务器机房节能控制系统，其特征在于：节能控制系统可依据负荷的变化，择优选择系统的设备组合，确保制冷系统的冰水主机、冷冻水系统、冷却水系统、风机冷却系统和板式换热系统在最佳工况下运行，从而最大限度地降低能耗。

5.按权利要求1所述的一种服务器机房节能控制系统，其特征在于：一键启动，一键关闭；

启动按照系统启动顺序：系统开启，根据设置的初始开启机组台数，选择出需要开启的机组台数，运转时数少的优先开，开启被选择机组的冷冻水、冷却水蝶阀，开启所有冷却塔蝶阀，收到蝶阀全开反馈信号，延时0~600秒后根据设置的冷却塔初始开启台数，选择出需开启的冷却塔风机，运转时数少的优先开，收到反馈信号开启完成，延时0~600秒，根据当前需要开启机组数量，开启所需要台数的冷却水泵，收到反馈号开启完成，延时0~600秒，根据当前需要开启机组数量，开启所需要台数的冷冻水泵，收到反馈信号开启完成，延时0~600秒后进入系统容调阶段，根据系统总管水温来判断需开启机组数量；系统关闭，错开时间关闭已开启机组，机组全部关闭完成，延时0~600秒，错开时间关闭开启的冷冻水泵，冷冻水泵关闭完成，延时0~600秒，错开时间关闭冷却水泵，冷却水泵关闭完成，延时0~600秒，错开时间关闭冷却塔风机，关闭完成，延时0~600秒，进入系统待机阶段。

6.按权利要求5所述的一种服务器机房节能控制系统，其特征在于：所述根据每台机组的运行时间、运行状态等因素，实时调整最佳配置方案，做到每台设备平均分担运行损耗压力；系统进入容调阶段后当水泵，冷冻泵和冷却泵轮替周期到0~480小时可设定，0表示不轮替，开启运转时数少的n+1台，n+1台全开且交接时间到0~900秒可设定，关闭运转时数多的一台，完成水泵的轮替；

若运行中某台水泵故障，则优先启动运行时数少的未开水泵；若可以正常开启的水泵数量少于最少需开启数n，会发出数量警告，并进入关机阶段，保护冰水机组,防止过冷冻机。

7.按权利要求2所述的一种服务器机房节能控制系统，其特征在于，所述冷冻泵、冷却泵均由管道压力控制，满足机组的正常运行，达到变频节能效果。

8.按权利要求2所述的一种服务器机房节能控制系统，其特征在于，所述冷却塔风机、喷淋泵均由冷却塔出水温度控制，达到变频节能效果。

9.按权利要求2所述的一种服务器机房节能控制系统，其特征在于，所述由室外环境温度控制板式换热和冰水机组进行自动切换，达到室外环境温度过高时使用冰水机组、冷却塔、冷冻泵、冷却泵系统；室外温度过低时使用冷却塔、板式换热、冷冻泵和冷却泵系统，达到冬季板式换热节能效果。

10.按权利要求2所述的一种服务器机房节能控制系统，其特征在于，所述制冷供回水主管路进入机房前使用电动调节阀旁通调节供水管路温度稳定，防止供水管路温度过低导致在服务器机房中出现冷凝水。

11.按权利要求2所述的一种服务器机房节能控制系统，其特征在于，所述冷却塔为制冷机组与板式换热公用。

12.按权利要求1所述的服务器机房节能控制系统，其特征在于，所述组态软件可实现多重人性化报警通知管理，准确及时通知相关责任人，具有当前报警、历史报警日志，详细记录报警设备位置、报警类别、报警时间、报警回复时间等信息。

13.按权利要求1所述的服务器机房节能控制系统，其特征在于，所述组态软件具有数据库查询，导出功能；

采用高可靠性企业数据库，定时记录空调系统的温度压力等关键数据；

可以以曲线图或表格方式显示。

14.按权利要求1所述的服务器机房节能控制系统，其特征在于，所述组态软件实现用户可通过internet远程监控系统运行状况，及时处理现场异常状况。

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