CN204902129U - 一种数据中心冷源协同控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电器控制领域，尤其是一种数据中心冷源协同控制系统，其特征在于：所述控制系统包括管理操作器、自控器、逻辑控制器，所述管理操作器和所述自控器分别通过所述逻辑控制器连接控制所述数据中心冷源系统，所述管理操作器与所述逻辑控制器之间构成数据连接。本实用新型的优点是：能够根据通过双逻辑控制器对冷源系统进行协同，结合相应控制程序模块，并使制冷主机和整体系统运行在高效状态，控制不同参数并进行综合判断和设备联锁，确保系统能够迅速响应出现的外部故障中断，确保冷源系统在不同情况下的运行稳定性，保证冷源系统的可靠、安全和节能运行。

Description

一种数据中心冷源协同控制系统

技术领域

本实用新型涉及电器控制领域，尤其是一种数据中心冷源协同控制系统。

背景技术

目前的数据中心冷源控制一般采用DDC系统，仅能提供最基本的联锁控制功能。由于数据中心宕机对信息系统及相关服务会造成重大影响，因而对冷源系统的控制可靠性提出了更高的要求。因此，有必要搭建一个新的安全可靠的控制平台，保证控制系统能根据外部故障迅速启动响应的应急工况。迫切需要运用更加稳定可靠的控制器作为主控制器，采用通讯速率高、稳定性更好的工业级通讯总线作为控制系统的通讯总线，软件需按模块定制，提供标准接口，不同的项目无需重新建模，只需要组合不同的控制软件模块即可，才能大大提高了控制系统的通用性。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种数据中心冷源协同控制系统，该系统采用可编程逻辑控制器以及与之相应的硬件架构，进而为控制系统的可靠、安全、节能运行提供了良好的平台。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种数据中心冷源协同控制系统，用于控制数据中心冷源系统，所述数据中心冷源系统至少包括执行件、电动阀、变频器、若干传感器，其中所述执行件至少包括制冷主机、乙二醇水泵、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔，其特征在于：所述控制系统包括管理操作器、自控器、逻辑控制器，所述管理操作器和所述自控器分别通过所述逻辑控制器连接控制所述数据中心冷源系统，所述管理操作器与所述逻辑控制器之间构成数据连接。

所述逻辑控制器包括冰蓄冷系统优化控制模块、主机能效优化控制模块、水泵组动态变频优化控制模块、冷却水温度优化控制模块、免费冷源控制模块、能量平衡控制模块、单机联动控制模块、应急冷源控制模块中的一种或至少两种的组合。

所述冰蓄冷系统优化控制模块连接控制所述制冷主机基于负荷和运行工况最佳运行策略计算的运行数量。

所述主机能效优化控制模块根据所述冰蓄冷系统优化控制模块的参数连接控制所述冷水主机的运行数量和运行状态，并联动控制所述电动阀、所述水泵和所述冷却塔的运行状态。

所述水泵组动态变频优化控制模块连接控制所述乙二醇水泵和所述冷冻水泵的运行状态。

所述冷却水温度优化控制模块连接并控制所述冷却水系统，并连接控制冷却塔的风机的运行数量以控制所述冷却水系统的冷却水的回水温度。

所述数据中心冷源系统包括免费冷源系统，所述免费冷源系统至少包括冷冻水泵、冷却塔和冷却水泵，所述免费冷源控制模块连接控制所述冷冻水泵、所述冷却塔和所述冷却水泵的运行状态。

所述能量平衡控制模块连接控制去末端不同回路冷源供应的流量，根据供回水温差调节相应回路的电动阀，从而调节不同回路负荷变化情况下的供冷流量。

所述单机联动控制模块在设定工况下连接控制所述执行件的运行数量和运行状态。

所述应急冷源控制模块连接控制所述冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的运行状态。

本实用新型的优点是：能够根据通过双逻辑控制器对冷源系统进行协同，结合相应控制程序模块，并使制冷主机和整体系统运行在高效状态，控制不同参数并进行综合判断和设备联锁，确保系统能够迅速响应出现的外部故障中断，确保冷源系统在不同情况下的运行稳定性，保证冷源系统的可靠、安全和节能运行。

附图说明

图1为本实用新型系统连接示意图；

图2为本实用新型控制程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-2所示，图中标记1-6分别为：管理操作器1、打印机2、数据交换机3、自控器4、主控制器5、I/O控制模块6。

实施例：如图1所示，本实施例中的数据中心冷源协同控制系统由管理操作器1作为管理操作层，管理控制器1可选用计算机或其它一些具有管理、控制功能的设备；当选用计算机时，管理控制软件安装于管理控制器1内。自控层由主控制器5、I/O控制模块6构成。两组主控制器5构成冗余结构互为备用，避免其中一个设备故障时造成的控制系统瘫痪。管理操作器1主控制器5进行连接并且具有执行程序控制的功能，即管理控制器1连接控制主控制器5。程序输出指令至I/O控制模块6进行执行。现场主要设备、传感检测元件、执行机构（电动阀）、水泵动力柜、变频器等信号由I/O控制模块6进行采集控制。管理操作器1通过数据交换机3连接主控制器5，进行数据通讯以采集主控制器5的控制参数以及由主控器3控制的各现场设备的设备信息。自控器4通过总线连接主控制器5，进行数据通讯，在管理操作器1崩溃时代替使用。

如图2所示，本实施例的控制系统启动后，主程序由初始化模块、I/O信号处理模块、能量采集运算模块、COP计算模块、负荷预测判断模块、故障处理模块、设备均衡运行模块、单机联动控制模块、应急冷源控制模块、自动运行模块组成。

在自动运行模块中包含了本控制系统的核心程序模块，包括冰蓄冷系统优化控制模块、主机能效优化控制模块、水泵组动态变频优化控制模块、冷却水温度优化控制模块、免费冷源控制模块、能量平衡控制模块，上述模块分别连接I/O控制模块6执行相应动作。其中具体每个模块的功能如下：

（1）初始化模块

该程序模块对程序的参数进行初始化设定，对不符合系统要求的设定进行修正。

（2）I/O信号处理模块

该程序模块对I/O信号进行采集和输出处理，对输入信号进行滤波处理，排除干扰引起的信号波动，对输出信号进行异常判断，合乎合理数据才能输出，在死区控制范围内的数据保持不变。

（3）能量采集运算模块

采集各运行设备的电量参数和系统供冷供回水温度和流量等参数，计算系统运行的设备电量、总电量、主机负荷、总供冷负荷值。

（4）COP计算模块

根据各个设备的耗能电量和供冷负荷计算单台主机的COP值，以及整个系统的COP值。

（5）负荷预测判断模块

根据室外温湿度参数以及实际供冷负荷的变化情况，预测判断负荷的升降情况，为控制系统负荷控制策略提供依据。

（6）故障处理模块

设备故障和参数故障时的报警、提示、归档、联锁处理。

（7）设备均衡运行模块

程序自动计算各个设备的运行时间，对设备的运行时间进行排序，优先启动无故障且运行时间最短的设备。

（8）单机联动控制模块

在此控制模式下，运行工况、设备投入数量、控制目标参数均事先设定，程序按设定执行，在每个工况运行时控制目标将按目标参数进行自动调节，同时系统内主要设备（制冷主机、水泵、冷却塔等）均根据负荷变化自动增加或减少投入数量。

（9）应急冷源控制模块

此程序模块控制应急冷源系统在系统出现紧急停机、外网失电、冷冻水异常情况下，控制系统立即响应中断，进入应急冷源工况运行，系统自动投入相应的冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的运行，同时根据应急管路温度设定值调节相应电动阀，以控制应急板换二次侧的供水温度。

（10）冰蓄冷系统优化控制模块

冰蓄冷系统优化控制模块连接并控制所述数据中心冷源协同控制系统进行针对预测负荷确定冷水主机运行台数，制定最优运行策略，当实际负荷与预测负荷出现较小偏差时，由冷水主机的卸载与上载进行调节。

（11）主机能效优化控制模块

主机能效优化控制模块计算根据每台主机的运行COP值和主机台数，计算并修正冰蓄冷系统优化控制模块的主机运行台数，使得冷水主机运行在能效高区，联动控制相关电动阀、水泵、冷却塔等设备。

（12）水泵组动态变频优化控制模块

此程序控制模块连接并调整乙二醇水泵融冰工况根据供冷设定温度调节乙二醇泵变频器，从而控制供冷板换二次侧温度。根据末端压差设定值调节冷冻水泵变频，从而控制末端供冷压差。

（13）冷却水温度优化控制模

冷却水温度优化控制模块连接并控制所述冷却水系统，调节相应的冷却塔风机运行数量，从而控制冷却水回水温度。

（14）免费冷源控制模块

在冬季室外低温时，根据室外温度选择免费冷源控制模块，连接并控制免费冷源系统的冷冻水泵、冷却塔，冷却水泵以及此工况运行与其他工况切换退出。

（15）能量平衡控制模块

能量平衡控制模块连接并控制去末端不同回路冷源供应的流量，根据供回水温差调节相应回路的电动阀，从而调节不同回路负荷变化情况下的供冷流量

本实施例控制系统以PLC为控制单元，以现场总线技术进行网络连接，通过标准通讯接口进行数据通讯，系统由先进的PLC控制器、I/O模块、触摸屏、现场总线及网络通讯设备，以及现场传感器、执行件等组成。系统控制柜设置管理操作器1，管理操作器1为一工业控制计算机可以实时监测所有设备、传感器的运行状态和参数，进行工况监控、参数设置、历史数据和实时趋势查询等操作。管理操作器1与主控制器5通过数据交换器3以TCP/IP方式进行通讯。

主控制器5通过设计相应的逻辑控制模块，实现对数据中心冷源系统系统相关设备进行状态监视、故障检测、事故报警、联锁保护、自动控制等功能，最大限度的保证数据中心冷源系统的安全、可靠、节能运行。

本实施例中的控制系统有三种控制策略：

1、单机联动控制：该控制模式包含有设备远程手动控制功能，即对单个工况及对应的主机、水泵、电动阀等设备进行自动联锁控制等。

2、应急中断控制：控制系统根据外部紧急故障，优先响应应急程序运行，控制应急冷源立即投入运行。

3、全自动控制：控制系统根据冷源系统的设置参数和供冷负荷情况，进行相应的控制策略运算、联锁控制、参数跟踪和全自动化运行。

本实施例的控制系统采用PLC作为主控制器5，基于成熟的控制逻辑，满足数据中心对快速响应、可靠供应的冷源需求。通过搭建可靠的控制系统平台，结合有针对性的控制策略，确保数据中心冷源的可靠、安全、节能和自动化运行。

虽然以上实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，如：数据中心冷源系统的具体构造所引起的控制模块的区别，故在此不一一赘述。

Claims (10)

1.一种数据中心冷源协同控制系统，用于控制数据中心冷源系统，所述数据中心冷源系统至少包括执行件、电动阀、变频器、若干传感器，其中所述执行件至少包括制冷主机、乙二醇水泵、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔，其特征在于：所述控制系统包括管理操作器、自控器、逻辑控制器，所述管理操作器和所述自控器分别通过所述逻辑控制器连接控制所述数据中心冷源系统，所述管理操作器与所述逻辑控制器之间构成数据连接。

2.根据权利要求1所述的一种数据中心冷源协同控制系统，其特征在于：所述逻辑控制器包括冰蓄冷系统优化控制模块、主机能效优化控制模块、水泵组动态变频优化控制模块、冷却水温度优化控制模块、免费冷源控制模块、能量平衡控制模块、单机联动控制模块、应急冷源控制模块中的一种或至少两种的组合。

3.根据权利要求2所述的一种数据中心冷源协同控制系统，其特征在于：所述冰蓄冷系统优化控制模块连接控制所述制冷主机的运行数量。

4.根据权利要求2所述的一种数据中心冷源协同控制系统，其特征在于：所述主机能效优化控制模块根据所述冰蓄冷系统优化控制模块的参数连接控制制冷主机的运行数量和运行状态，并联动控制电动阀、水泵和冷却塔的运行状态。

5.根据权利要求2所述的一种数据中心冷源协同控制系统，其特征在于：所述水泵组动态变频优化控制模块连接控制所述乙二醇水泵和所述冷冻水泵的运行状态。

6.根据权利要求2所述的一种数据中心冷源协同控制系统，其特征在于：所述冷却水温度优化控制模块连接并控制所述冷却水系统，并连接控制冷却塔的风机的运行数量以控制所述冷却水系统的冷却水的回水温度。

7.根据权利要求2所述的一种数据中心冷源协同控制系统，其特征在于：所述数据中心冷源系统包括免费冷源系统，所述免费冷源系统至少包括、冷却塔和冷却泵，所述免费冷源控制模块连接控制所述冷冻水泵、所述冷却塔和所述冷却水泵的运行状态。

8.根据权利要求2所述的一种数据中心冷源协同控制系统，其特征在于：所述能量平衡控制模块连接控制去末端不同回路冷源供应的流量，根据供回水温差调节相应回路的电动阀，从而调节不同回路负荷变化情况下的供冷流量。

9.根据权利要求2所述的一种数据中心冷源协同控制系统，其特征在于：所述单机联动控制模块在设定工况下连接控制所述执行件的运行数量和运行状态。

10.根据权利要求2所述的一种数据中心冷源协同控制系统，其特征在于：所述应急冷源控制模块连接控制所述冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的运行状态。