CN114777295B - 一种数据中心冷源群控虚拟调试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种数据中心冷源群控虚拟调试系统，所述系统包括冷源系统动态仿真模块、逻辑控制模块、实时数据库以及流程监控模块；冷源系统动态仿真模块用于实现工艺流程仿真模拟，再现真实系统的运行过程；逻辑控制模块与冷源系统动态仿真模块连接，用于编制冷源系统控制逻辑以及设备间的逻辑互锁；实时数据库与冷源系统动态仿真模块进行数据交换，基于冷源系统动态仿真模块提供的真实行为反馈，对逻辑控制模块的逻辑控制程序进行调试并优化；流程监控模块用于实现对冷源系统工艺流程的图形化展示及报警、趋势信息的采集、记录和推送。可提前实现自动化程序逻辑和系统性能调试验证，从而实现缩短现场调试时间，降低调试风险的目标。
Description
技术领域
本发明涉及数据中心领域，特别是涉及一种数据中心冷源群控虚拟调试系统及方法。
背景技术
随着5G、云计算、人工智能等新一代信息技术快速发展，信息技术与传统产业加速融合，数字经济蓬勃发展，数据中心作为各个行业信息系统运行的物理载体，已成为经济社会运行不可或缺的关键基础设施，在数字经济发展中扮演至关重要的角色。而冷源群控系统在数据中心基础设施中又有着非常重要的地位。
目前，数据中心冷源群控系统的调试方法都较为传统。主要是利用冷源设备完成安装前的时间，在工厂预先进行硬件的安装，控制逻辑编程、监控画面组态，在经过工厂验收测试(FAT)后，将所有设备运送至项目现场，待冷源设备完成安装后，再由现场调试人员，根据现场设备、冷源系统进行调试。这种调试方法，由于必须等到冷源设备安装完成后，才能进行系统调优，无法提前针对冷源系统实现自动化程序逻辑和系统性能的调试验证，工程师需要在施工现场花费大量时间和精力进行调试，也就直接增加了现场调试的难度，拉长了现场调试的时间，调试风险也随之增加，甚至会出现延迟交付的情况。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种数据中心冷源群控虚拟调试系统及方法，以实现缩短现场调试时间，降低调试风险，又能提前实现自动化程序逻辑和系统性能调试验证。
为解决上述技术问题，本发明提供一种数据中心冷源群控虚拟调试系统，包括冷源系统动态仿真模块、逻辑控制模块、实时数据库以及流程监控模块；
所述冷源系统动态仿真模块包括制冷单元模块、管道及阀门模块以及冷却塔模块；所述冷源系统动态仿真模块用于实现工艺流程仿真模拟，再现真实系统的运行过程；
所述逻辑控制模块与所述冷源系统动态仿真模块连接，用于编制冷源系统控制逻辑以及设备间的逻辑互锁；
所述实时数据库与所述冷源系统动态仿真模块进行数据交换，基于所述冷源系统动态仿真模块提供的真实行为反馈，对所述逻辑控制模块的逻辑控制程序进行调试并优化；
所述流程监控模块连接所述实时数据库，用于实现对冷源系统工艺流程的图形化展示及报警、趋势信息的采集、记录和推送。
进一步的，在所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统中，所述管道及阀门模块包括水泵模块、电动阀门模块及仪表管道模块，所述管道及阀门模块用于仿真管道及阀门的运行。
进一步的，在所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统中，所述冷源系统动态仿真模块还包括季节变换模块以及应急蓄冷罐模块。
进一步的，在所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统中，所述实时数据库与所述冷源系统动态仿真模块通过OPC协议进行数据交换。
进一步的，在所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统中，所述冷源系统动态仿真模块包括模型建立单元、初始化单元以及数据映射单元，所述数据映射单元将所述模型建立单元的模型参数与所述实时数据库做数据映射。
进一步的，在所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统中，所述模型建立单元调用所述制冷单元模块、管道及阀门模块以及冷却塔模块，用于建立冷源系统的设备模型。
进一步的，在所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统中，所述初始化单元包括定义模型建立单元的初始条件、边界条件、负荷以及约束，用于数据调理。
进一步的，在所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统中，所述逻辑控制模块包括制冷单元控制单元、冷却塔控制单元，水泵控制单元，阀门控制单元，应急放冷控制单元，管道检测控制单元，模式切换单元以及辅助控制单元。
此外，本发明还提出了一种数据中心冷源群控虚拟调试方法，包括如下步骤：
构建冷源设备模型：虚拟化物理设备，真实还原冷源系统运行状态；
数据映射：根据变量地址表，将所述冷源设备模型的参数与实时数据库进行数据映射；
仿真模拟及优化：仿真运行所述冷源设备模型，对所述冷源设备模型的参数进行微调，使得所述冷源设备模型全流程稳定运行，并实时更新所述冷源设备模型的参数至所述实时数据库；调用实时数据库的数据，真实反馈冷源设备模型的所有参数，根据反馈进行调试和优化。
相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：
本发明基于动态仿真系统提供的真实行为反馈，提前实现自动化程序逻辑和系统性能调试验证，无需等到工艺设备和工艺系统安装完毕即可完成大部分的现场调试工作，从而实现缩短现场调试时间，降低调试风险的目标，同时，也能为运维人员提前熟悉群控系统和基本操作提供一个实操环境。
附图说明
图1为实施例一中冷源群控虚拟调试系统功能结构示意图；
图2为实施例二中冷源群控虚拟调试方法的结构框图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的数据中心冷源群控虚拟调试系统及方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如背景技术所介绍，目前业内通常的调试方法为：预先在工厂进行硬件的成套、软件组态，再运输至项目现场，等冷源设备或冷源系统安装完成后，由调试人员花费大量时间进行现场调试。
然而，这样实施带来的负面效应是：
第一、增加现场调试难度，调试周期拉长，增加调试风险，影响整体项目建设周期；
第二、无法提前实现自动化程序逻辑和系统性能调试验证；
第三、需频繁启停冷源设备，影响设备使用寿命；
第四、运维人员无法提前熟悉群控系统和基本操作。
为降低冷源群控系统现场调试难度，减少建设周期，探索针对数据中心冷源群控系统建设可行的、高效的、简便的实施方法，实现数据中心标准化建设具有很大意义。
基于上述背景，为降低冷源群控系统现场调试难度，减少建设周期，探索针对数据中心冷源群控系统建设可行的、高效的、简便的实施方法，实现数据中心标准化建设具有很大意义。本申请在此探索过程中提出了一种数据中心冷源群控虚拟调试系统。
实施例一
如图1所示，在本实施例中提出了一种数据中心冷源群控虚拟调试系统，包括冷源系统动态仿真模块、逻辑控制模块、实时数据库以及流程监控模块。
具体的，所述冷源系统动态仿真模块包括制冷单元模块、管道及阀门模块以及冷却塔模块；所述冷源系统动态仿真模块用于实现工艺流程仿真模拟，再现真实系统的运行过程。
所述逻辑控制模块与所述冷源系统动态仿真模块连接，用于冷源系统控制逻辑以及设备间的逻辑互锁，最终逻辑控制模块用于接收所述冷源系统动态仿真模块的反馈。
所述实时数据库与所述冷源系统动态仿真模块进行数据交换，基于所述冷源系统动态仿真模块提供的真实行为反馈，对所述逻辑控制模块的逻辑控制程序进行调试并优化。
流程监控模块连接所述实时数据库，用于实现对冷源系统工艺流程的图形化展示及报警、趋势信息的采集、记录和推送。
其中，所述管道及阀门模块包括水泵模块、电动阀门模块及仪表管道模块，所述管道及阀门模块用于仿真管道及阀门的运行。所述水泵模块、电动阀门模块及仪表管道模块均用于模拟相应设备的作用和功能。所述冷源系统动态仿真模块还包括季节变换模块以及应急蓄冷罐模块。所述季节变换模块用于模拟不同季节温度和环境条件下的情形；所述应急蓄冷罐模块用于进行应急使用。
在本实施例中，所述冷源系统动态仿真模块包括模型建立单元、初始化单元以及数据映射单元，所述数据映射单元将所述模型建立单元的模型参数与所述实时数据库做数据映射。优选的，所述实时数据库与所述冷源系统动态仿真模块通过OPC协议进行数据交换。
其中，所述逻辑控制模块包括制冷单元控制单元、冷却塔控制单元，水泵控制单元，阀门控制单元，应急放冷控制单元，管道检测控制单元，模式切换单元以及辅助控制单元。所述模型建立单元中的相应控制单元可分别调用和分别控制所述制冷单元模块、管道及阀门模块以及冷却塔模块，用于建立冷源系统的设备模型；所述初始化单元包括定义模型建立单元的初始条件、边界条件、负荷以及约束，用于数据调理。所述逻辑控制模块包括制冷单元控制单元、冷却塔控制单元，水泵控制单元，阀门控制单元，应急放冷控制单元，管道检测控制单元，模式切换单元以及辅助控制单元。
在本实施例中，所述冷源系统动态仿真主要是实现工艺流程仿真模拟，再现真实系统的运行过程。依据设计阶段提供的设备资料，包括选型资料、设备参数、效率曲线图等，严格遵守热力学定律，1:1虚拟化物理设备，构建设备模型。
在一些具体的实施例中，所述模型建立单元所构建的模型包括：制冷单元模块、水泵模块、季节变换模块、冷却塔模块、电动阀门模块、应急蓄冷罐模块以及仪表管道模块等。
在一些具体的实施例中，所述逻辑控制模块主要是实现冷源系统的控制功能要求。将设备及系统的物理参数转换为控制器可用的数据格式，编制制冷单元控制模块，冷却塔控制模块，水泵控制模块，阀门控制模块，应急放冷控制模块，管道检测控制模块，模式切换模块，辅助控制模块等，以及实现设备间的逻辑互锁。编译完成后，将逻辑程序下载到控制器硬件或仿真控制器并运行。
所述实时数据库与冷源系统动态仿真模块通过OPC协议进行数据交换；基于冷源系统动态仿真模块提供的真实行为反馈，对现有逻辑控制程序进行调试并优化，包括整定参数、联锁条件、顺序控制等。任何调整，冷源系统动态仿真模块均能实时响应反馈。如此反复，直至完成冷源群控系统的调试及优化。
在一些具体的实施例中，所述流程监控模块主要是实现对冷源系统工艺流程的图形化展示及报警、趋势等信息的采集、记录、推送。依据流程图可对冷源系统图、冷源设备图、操作面板、实时/历史报警、实时/历史趋势、报表、日志等界面的组态。可调用实时数据库数据，真实反馈系统的所有参数，根据系统的反馈进行调试和优化。
本实施例提出的数据中心冷源群控虚拟调试系统具有流程简单、功能强大、组态灵活的优点。基于冷源系统动态仿真模块提供的真实行为反馈，提前实现自动化程序逻辑和系统性能调试验证，无需等到工艺设备和工艺系统安装完毕即可完成大部分的现场调试工作，从而实现缩短现场调试时间，降低调试风险的目标，同时，也能为运维人员提前熟悉群控系统和基本操作提供一个实操环境。
实施例二
在本实施例中提出了一种数据中心冷源群控虚拟调试方法，包括如下步骤：
构建冷源设备模型：虚拟化物理设备，真实还原冷源系统运行状态；
数据映射：根据变量地址表，将所述冷源设备模型的参数与实时数据库进行数据映射；
仿真模拟及优化：仿真运行所述冷源设备模型，对所述冷源设备模型的参数进行微调，使得所述冷源设备模型全流程稳定运行，并实时更新所述冷源设备模型的参数至所述实时数据库；调用实时数据库的数据，真实反馈冷源设备模型的所有参数，根据反馈进行调试和优化。
根据数据中心建设的实际需求和设计，调用相应的模块，构建初步的冷源群控系统模型。具体的，依据设计阶段提供的设备资料，包括选型资料、设备参数、效率曲线图等，严格遵守热力学定律，1:1虚拟化物理设备，构建设备模型。
模型构建完毕后，根据冷源群控系统的设计参数，由初始化单元定义初始条件，边界条件，负荷和约束；支持自定义频率，自动保存新的初始条件，用以回溯数据。
所述数据映射单元根据变量地址表，将模型参数与实时数据库做数据映射。
前期准备完成后，开始运行仿真系统，对系统参数进行微调，使仿真系统全流程稳定运行，模型参数实时更新。同时，可根据需要，调节动态仿真系统的运行速度，比真实系统更快或更慢，其最大的运行速度取决于服务器硬件的运行速度。
所述逻辑控制模块将冷源系统动态仿真模块的物理参数转换为控制器可用的实时数据库与动态仿真系统通过OPC协议进行数据交换；基于动态仿真系统提供的真实行为反馈，对现有逻辑控制程序进行调试并优化，包括整定参数、联锁条件、顺序控制等。任何调整，动态仿真系统均能实时响应反馈。如此反复，直至完成冷源群控系统的调试及优化。
具体的，流程监控模块连接所述实时数据库，用于实现对冷源系统工艺流程的图形化展示及报警、趋势信息的采集、记录和推送。
流程监控主要是实现对冷源系统的图形化展示及报警、趋势等信息的采集、记录、推送。依据流程图可对冷源系统图、冷源设备图、操作面板、实时/历史报警、实时/历史趋势、报表、日志等界面的组态。可调用实时数据库数据，真实反馈系统的所有参数，根据系统的反馈进行调试和优化。
综上所述，本发明基于动态仿真系统提供的真实行为反馈，提前实现自动化程序逻辑和系统性能调试验证，无需等到工艺设备和工艺系统安装完毕即可完成大部分的现场调试工作，从而实现缩短现场调试时间，降低调试风险的目标，同时，也能为运维人员提前熟悉群控系统和基本操作提供一个实操环境。
针对数据中心冷源群控系统调试，通过虚拟化物理设备，构建设备多物理模型，严格遵循热力学定律，利用数据交互接口与控制器硬件或仿真控制器实现信号交互，可提前实现自动化程序逻辑和系统性能的调试验证，缩短现场调试时间，降低调试风险，避免项目延迟交付，同时可以提前对运维人员进行群控系统的熟悉及上机实操。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种数据中心冷源群控虚拟调试系统，其特征在于，包括冷源系统动态仿真模块、逻辑控制模块、实时数据库以及流程监控模块；
所述冷源系统动态仿真模块包括制冷单元模块、管道及阀门模块以及冷却塔模块；所述冷源系统动态仿真模块用于实现工艺流程仿真模拟，再现真实系统的运行过程；
所述逻辑控制模块与所述冷源系统动态仿真模块连接，用于编制冷源系统控制逻辑以及设备间的逻辑互锁；
所述冷源系统动态仿真模块还包括季节变换模块以及应急蓄冷罐模块；
所述冷源系统动态仿真模块还包括模型建立单元、初始化单元以及数据映射单元；所述数据映射单元将所述模型建立单元的模型参数与所述实时数据库做数据映射，与所述冷源系统动态仿真模块进行数据交换；所述实时数据库基于所述冷源系统动态仿真模块提供的真实行为反馈，对所述逻辑控制模块的逻辑控制程序进行调试并优化；
所述流程监控模块连接所述实时数据库，用于实现对冷源系统工艺流程的图形化展示及报警、趋势信息的采集、记录和推送。
2.如权利要求1所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统，其特征在于，所述管道及阀门模块包括水泵模块、电动阀门模块及仪表管道模块，所述管道及阀门模块用于仿真管道及阀门的运行。
3.如权利要求1所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统，其特征在于，所述实时数据库与所述冷源系统动态仿真模块通过OPC协议进行数据交换。
4.如权利要求1所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统，其特征在于，所述逻辑控制模块包括制冷单元控制模块、应急放冷控制模块、冷却塔控制模块、管道控制模块、水泵控制模块、模式切换控制模块、阀门控制模块以及辅助控制模块。
5.如权利要求4所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统，其特征在于，所述模型建立单元调用所述制冷单元模块、管道及阀门模块以及冷却塔模块，用于建立冷源系统的设备模型。
6.如权利要求4所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统，其特征在于，所述初始化单元包括定义模型建立单元的初始条件、边界条件、负荷以及约束，用于数据调理。
7.如权利要求1所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统，其特征在于，所述逻辑控制模块包括制冷单元控制单元、冷却塔控制单元，水泵控制单元，阀门控制单元，应急放冷控制单元，管道检测控制单元，模式切换单元以及辅助控制单元。
8.一种数据中心冷源群控虚拟调试方法，其特征在于，采用如权利要求1-7中任一项所述的数据中心冷源群控虚拟调试系统，所述方法包括如下步骤：
构建冷源设备模型：虚拟化物理设备，真实还原冷源系统运行状态；
数据映射：根据变量地址表，将所述冷源设备模型的参数与实时数据库进行数据映射；仿真模拟及优化：
仿真运行所述冷源设备模型，对所述冷源设备模型的参数进行微调，使得所述冷源设备模型全流程稳定运行，并实时更新所述冷源设备模型的参数至所述实时数据库；调用实时数据库的数据，真实反馈冷源设备模型的所有参数，根据反馈进行调试和优化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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