CN1427318A - 热交换系统智能化监控的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种热交换系统智能化监控的方法和装置，机箱热交换系统中的热交换监控单元采集热交换系统的温度值；然后对所采集的温度进行计算，最后根据计算结果及模糊控制表控制散热风扇的转速；该装置包括热交换监控单元、散热风扇、温度传感器；热交换监控单元的信号输入端与温度传感器连接，其接收温度传感器的测温信号；热交换监控单元的控制输出端与散热风扇连接，它输出用于控制散热风扇转速的控制信号；本发明克服了温度监测和风扇运转散热各自独立，不能有机结合的缺点，减低了噪音和功耗，增加了产品可靠性和风扇寿命；具有高智能化，适应性强，调测简单的特点。

Description

热交换系统智能化监控的方法和装置

技术领域：

本发明涉及一种热交换系统智能化监控的方法和装置，特别是指一种可根据实际的环境温度及散热情况控制散热风扇的转速，使其机箱内排风量得到调整；同时，降低散热风扇的噪音，节省能源；属于控制或调节技术领域。

背景技术：

通信设备机架内的发热量大，如果不能及时将机架内的热量排散出去，积累的热量就会导致设备中的各个器件、装置因不断升温而无法正常工作；严重的还会导致设备发生故障或损坏。为保证设备的正常工作，就必须采用热交换的手段，也就是利用风扇，通过风道尽快把热量发散出去。

现有通信设备热交换系统主要采用以下几种方法进行散热和监控：

第一种方法：简单地利用直流风扇，通过风道，把设备内产生的热量散发出去。该方法中风扇以满负荷运转，其排风量固定且不可调整；同时，风扇产生的噪音较大，浪费能源，其寿命也会受到一定的影响。如果热设计的余量有限，则若有一风扇损坏，整个设备内的热量将无法有效散出，不利于通信设备的正常工作。

第二种方法：利用现有的内置温控风扇，即用风扇自带的温度传感器来控制风扇的转速。但该方法要把相应设备运送到生产温控风扇的厂家，然后，再模拟设备工作的热环境，进行测试，获得温度变化与风扇转速的对应关系，再由厂家对风扇的转速进行标定。这样就会人为地造成设备热系统开发周期的延长，成本增加；若以后设备内部结构或电路需要更改，则还需将更改后的设备热系统再次去标定；因此，这种方法的灵活性差，需要大量的资金投入。另外，现有内置温控风扇没有数据输出的装置，所以无法将温度传感器测到的温度值传送出去。

第三种方法：在风扇及其控制电路之外，外接温度传感器，依靠该温度传感器监测到设备环境温度的变化，并根据监测的结果调整相应的外围电路的参数，进而实现对调节风扇排风量的调节。但是，如果该温度传感器损坏，将会造成风扇转速的失控，热交换系统也就无法正常工作。

发明内容：

本发明的主要目的在于提供一种热交换系统智能化监控的方法和装置，它可根据实际的环境温度及散热情况控制散热风扇的转速，使其排风量得到调整；同时，降低散热风扇的噪音，节省浪费能源，提高散热风扇的寿命，有利于设备的正常工作，使现有的通信设备对热交换系统的监控更完善、可靠，实现热交换系统的智能化监控。

本发明的又一目的在于提供一种热交换系统智能化监控的方法和装置，其具有模糊控制的功能及数据输入/输出接口，可将温度传感器测到的温度值传送出去，并方便地设置在与各种具有散热系统的设备中，设备热系统开发的灵活性强，周期短，成本低。

本发明的再一目的在于提供一种热交换系统智能化监控的方法和装置，它在对散热风扇进行控制和调节的同时，还对温度传感器的工作状态进行监视，无论温度传感器是否损坏，都能保证散热风扇的转速不会失控，热交换系统仍能有效地工作。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

一种热交换系统智能化监控的方法，在机箱热交换系统中的热交换监控单元采集热交换系统的温度值；然后对所采集的温度进行计算，最后根据计算结果及模糊控制表控制散热风扇的转速。

上述的热交换监控单元还采集散热风扇的转速状态，并根据该转速状态进行控制。

上述的热交换监控单元通过数据接口与外部控制装置通信，并根据外部控制装置的命令控制散热风扇的转速。

热交换监控单元通过与其连接的温度传感器测量热交换系统的温度值，并且通过循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，简称CRC)信号确定该温度值的真实性；当CRC检验出错时，热交换监控单元控制散热风扇以一恒定的转速工作。

热交换监控单元接收风扇的转速信号，然后将该转速信号与控制输出的期望值进行比较，再根据比较结果对散热风扇的转速进行调节。

上面所述的计算包括：计算实际温度值与期望温度值之间的偏差、该偏差的变化值以及对模糊控制规则进行形式数学处理，获得用于确定控制变量PWM输出百分比的热交换监控单元模糊控制器的模糊控制表。

所述的外部控制装置为计算机。

所述的散热风扇或温度传感器为一个或一个以上。

热交换监控单元输出的控制信号为PWM信号。

一种热交换系统智能化监控的装置，它至少包括热交换监控单元、散热风扇、温度传感器；热交换监控单元的信号输入端与温度传感器连接，其接收温度传感器的测温信号；热交换监控单元的控制输出端与散热风扇连接，它输出用于控制散热风扇转速的控制信号。

热交换监控单元还具有用于接收散热风扇输出的转速信号的输入端，它连接到散热风扇的测速信号端。

热交换系统智能化监控的装置还包括外部控制装置，该装置与热交换监控单元通过数据接口连接；热交换监控单元通过数据接口向外部控制装置发送检测数据，并接收外部控制装置的控制命令。

所述的散热风扇或温度传感器为一个或一个以上。

热交换监控单元输出的控制信号为PWM信号。

上面所述的外部控制装置为计算机，数据接口为RS232串口。

采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，其克服了现有技术中温度监测和风扇运转散热各自独立，不能有机结合的缺点，最大限度地减低噪音和功耗，增加产品可靠性和风扇寿命。本装置风扇温控采用模糊逻辑控制算法，具有高智能化，适应性强，调测简单。本发明的装置实现了热交换系统风扇转速的智能化控制，并具有检测功能，使通信设备的热交换系统运行稳定可靠。

本发明可根据实际的环境温度及散热情况控制散热风扇的转速，使其排风量得到调整；同时，降低了散热风扇的噪音，节省了能源，提高了散热风扇的寿命，有利于设备的正常工作，使现有的通信设备对热交换系统的监控更完善、可靠，实现了热交换系统的智能化监控。

本发明具有的模糊控制的功能及数据输入/输出接口，可将温度传感器测到的温度值传送到外部控制装置，并可方便地设置在与各种具有散热系统的设备中；因此，设备热系统开发的灵活性强，周期短，成本低。

本发明在对散热风扇进行控制和调节的同时，还对温度传感器的工作状态进行监视，无论温度传感器是否损坏，都能保证散热风扇的转速不会失控，热交换系统仍能有效地工作。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明如下：

附图说明：

图1为本发明热交换系统监控装置原理框图。

图2为本发明控制流程图。

图3为本发明一实施例的模糊逻辑控制器结构示意图。

图4为本发明一实施例的热交换监控装置模糊控制表。

具体实施方式：

本发明所述热交换监控装置实现以下功能：1)采集温度值；2)对温度值进行计算，调节风扇的转速；3)采集风扇的转速状态；4)通过串口与外部控制装置通信，上报当前温度值和风扇转速，并可以根据外部控制装置的命令，控制风扇的转速。

本发明一实施例所述的热交换监控装置由以下部分组成：热交换监控单元、风扇、温度传感器、外部控制装置。热交换监控单元接收温度传感器送来的温度值，控制风扇转速，接收风扇输出的转速信号。热交换监控单元和外部控制装置通过串口连接。

本实施例的热交换监控方法的处理步骤如下：

第一步：形成热交换监控装置的模糊规则，即根据专家的控制知识和经验制定出模糊控制规则，并对它们进行形式数学处理，构成监控装置模糊控制器的控制表。

第二步：热交换监控单元接收温度传感器送来的温度值，计算出实际温度值与期望温度值的偏差，同时还得出温度偏差的变化，根据上面得出的模糊控制表输出PWM信号来控制风扇的转速。

第三步：利用CRC校验，监视温度传感是否在正常工作。

第四步：接收风扇的转速信号，与输出PWM信号所对应的期望风扇的转速进行比较，判断风扇是否在正常工作。

第五步：与外部控制装置通讯，上报当前温度值、风扇转速值、温度传感器和风扇的工作状态，随时根据外部控制装置的命令控制风扇的转速。

参见图1，在热交换系统监控装置中，数字式温度传感器通过数据口线与热交换监控单元上的CPU通讯；数字式温度传感器除了送出温度值外，还给出CRC校验信号；因此，利用该CRC校验信号很容易就可以判断出温度传感器的工作状态是否正常。热交换监控单元输出PWM信号控制散热风扇的转速，同时还接收散热风扇输出的转速信号。由于散热风扇的供电电压较高，可以利用光电耦合器件进行电气隔离。实际使用时，可以设置两个散热风扇，使其同时工作，当其中一散热风扇发生故障时，可以靠提高正常工作的散热风扇的转速来维持热交换系统的正常工作。

外部控制装置可以是普通计算机，也可以是上级控制单元，其与热交换监控单元通过标准RS232串口连接并通讯；热交换监控单元把检测到的温度值，散热风扇的转速、各种告警状态实时上传给外部控制装置，同时根据外部控制装置的命令进入调测状态，根据外部命令控制散热风扇的转速。

参见图2，本实施例的监控方法的步骤详细描述如下：

本发明的装置开始工作时，首先，热交换监控单元的CPU初始化，硬件电路自检，如果自检有错，热交换监控单元控制散热风扇以一恒定转速运行，同时上报外部控制装置相应硬件的出错信息。

硬件电路自检正常后，热交换监控单元开始检测当前处于标准状态还是调测状态；该调测状态由外部控制装置设定，缺省时为标准状态。在调测状态时，监控单元只将检测到的温度值和散热风扇的转速上报外部控制装置，根据外部控制装置的指令控制散热风扇的转速。由于实际使用数字式温度传感器，监控单元在接收传感器送来温度值的同时，还通过CRC校验信号确定温度值的真实性，若CRC校验出错，则向外部控制装置上报温度传感器的出错信息。

若热交换监控单元处于标准状态，则该热交换监控单元根据采集到的温度值输出PWM信号控制散热风扇的转速。为了提高热交换监控系统的智能化判别程度，在控制散热风扇转速时，使用一种模糊逻辑控制算法，根据得出的模糊控制器的控制表来控制散热风扇的转速。该算法先设定一期望温度，然后根据检测温度值算出与期望温度值的偏差，并且根据温度变化的趋向和时间，算出该温度值偏差的变化；将温度的偏差和偏差的变化做为模糊控制器的输入，而PWM信号做为输出控制散热风扇的转速。如果温度传感器检测到温度值的CRC校验出错，热交换监控单元将控制散热风扇以一恒定转速运行，同时向外部控制装置上报温度传感器的出错信息。

热交换监控单元通过将输出的PWM信号和检测到的散热风扇转速值进行比较，判断散热风扇运行是否正常，如果散热风扇的转速与监控单元输出的PWM控制信号所对应的期望转速值之间存在的误差超过一设定的阈值时，向外部控制装置上报该散热风扇的告警信息。

如图3所示，为模糊逻辑控制器的结构。在手动控制过程中，凭借人工的直觉所能获取的信息基本上为两个：(1)温度的偏差；(2)温度偏差的变化；一般来说，人对温度偏差最敏感，其次是温度偏差的变化。由于模糊控制器的控制规则根据手动控制规则设计，所以模糊控制器的输入变量也可以为两个，即：温度偏差及温度偏差的变化；输出变量为输出给散热风扇的PWM信号的变化。

要对系统进行模糊控制，需要根据实际温度与期望温度之间的差值及其差值的变化率来决定如何对系统加以调整控制；由于，这些输入值都比较精确，因此，要必须首先把它们转换成模糊集合的隶属函数。为便于工程实现，通常把输入变量的范围人为的定义为离散的若干级，所定义级数的多少取决于所需输入量的分辨率。定义输入量的隶属函数为钟形函数、梯形函数或三角形函数。本实施例中采用三角形函数。

参见图3，根据上述的模糊控制规则，设期望的温度值T为40℃，设备的热交换系统可通过实验确定实际温度与期望值之间的差值E的论域为[-20，20]，温度偏差的变化率EC的论域为[-100，100]，控制变量PWM输出百分比U的论域为[20，100]，取三个语言变量的量化等级都为9级，即：

E，EC，U＝{-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}

其中E，EC，U各比例因子为：

k1＝4/20＝1/5；k2＝4/100＝1/25；k3＝8/80＝1/10；

如图4所示，其为模糊控制器的控制表，通过将有经验的操作者或专家的控制知识和经验制定出模糊控制规则进行形式数学处理构成该控制表，该控制表作为本发明热交换监控装置的模糊控制规则。考虑到特殊情况，当热交换装置检测到的温度值大于60℃时，控制变量PWM输出百分比U为100，当热交换装置检测到的温度值小于20℃时，控制变量PWM输出百分比U为0。由于模糊控制表的建立是离线进行的，因此不影响模糊控制器实时运行的速度。一旦模糊控制表建立起来，模糊逻辑推理器的算法就是简单的查表法。

以上实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (18)

1、一种热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：在热交换系统中的热交换监控单元采集热交换系统的温度值；然后对所采集的温度进行计算，最后根据计算结果及控制规则控制散热风扇的转速。

2、根据权利要求1所述的热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：热交换监控单元还采集散热风扇的转速状态，并根据该转速状态进行控制。

3、根据权利要求1所述的热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：热交换监控单元通过数据接口与外部控制装置通信，并根据外部控制装置的命令控制散热风扇的转速。

4、根据权利要求1所述的热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：热交换监控单元通过与其连接的温度传感器测量热交换系统的温度值，并且通过CRC检验信号确定该温度值的真实性；当CRC检验出错时，热交换监控单元控制散热风扇以一恒定的转速工作。

5、根据权利要求2所述的热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：热交换监控单元接收风扇的转速信号，然后将该转速信号与控制输出的期望值进行比较，再根据比较结果对散热风扇的转速进行调节。

6、根据权利要求1所述的热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：所述的计算包括：计算实际温度值与期望温度值之间的偏差、该偏差的变化值以及对模糊控制规则进行形式数学处理，获得用于确定控制变量PWM输出百分比的热交换监控单元模糊控制器的模糊控制表。

7、根据权利要求3所述的热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：所述的外部控制装置为计算机。

8、根据权利要求1、2、3、4、5所述的热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：所述的散热风扇为一个或一个以上。

9、根据权利要求1、2、3、4、5所述的热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：所述的温度传感器为一个或一个以上。

10、根据权利要求1、2、3、4、5所述的热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：热交换监控单元输出的控制信号为PWM信号。

11、一种热交换系统智能化监控的装置，其特征在于：它至少包括热交换监控单元、散热风扇、温度传感器；热交换监控单元的信号输入端与温度传感器连接，其接收温度传感器的测温信号；热交换监控单元的控制输出端与散热风扇连接，它输出用于控制散热风扇转速的控制信号。

12、根据权利要求11所述的热交换系统智能化监控的装置，其特征在于：热交换监控单元还具有用于接收散热风扇输出的转速信号的输入端，它连接到散热风扇的测速信号端。

13、根据权利要求11或12所述的热交换系统智能化监控的装置，其特征在于：它还包括外部控制装置，该装置与热交换监控单元通过数据接口连接；热交换监控单元通过数据接口向外部控制装置发送检测数据，并接收外部控制装置的控制命令。

14、根据权利要求11或12所述的热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：所述的散热风扇为一个或一个以上。

15、根据权利要求11所述的热交换系统智能化监控的方法，其特征在于：所述的温度传感器为一个或一个以上。

16、根据权利要求11所述的热交换系统智能化监控的装置，其特征在于：热交换监控单元输出的控制信号为PWM信号。

17、根据权利要求13所述的热交换系统智能化监控的装置，其特征在于：所述的外部控制装置为计算机。

18、根据权利要求13所述的热交换系统智能化监控的装置，其特征在于：所述的数据接口为RS232串口。