CN208365888U

CN208365888U - 一种带有双plc控制器的数据中心冷冻站自控系统

Info

Publication number: CN208365888U
Application number: CN201820810218.7U
Authority: CN
Inventors: 胡珂梅
Original assignee: BEIJING TIANYUN POWER TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: BEIJING TIANYUN POWER TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2019-01-11
Anticipated expiration: 2028-05-28

Abstract

本实用新型提供一种带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，包括BAS操作站1、BAS操作站2、核心交换机1、核心交换机2、冷冻站群控PLC控制器、1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器、1#～4#制冷单元PLC控制器I/O模块。冷站群控PLC控制器管理1#～4#制冷单元PLC主/备控制器，BAS操作站1与核心交换机1相连接，BAS操作站2与核心交换机2相连接，1#～4#制冷单元PLC主控制器和1#～4#制冷单元PLC备控制器均与1#～4#制冷单元PLC控制器I/O模块相连，制冷单元PLC控制器I/O模块与冷单元内的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、板换、蓄冷罐、相关阀门、温度传感器、压力传感器、流量传感器相连。

Description

一种带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统

技术领域

本实用新型涉及数据中心冷冻站自动控制领域，该自控系统适用于数据中心等大型供冷场所。

背景技术

现在我们正处于大数据时代，大型数据中心在各个行业得到了广泛的应用，各大通信运营商、政府机关、企业单位、IT公司等纷纷筹建1DC数据中心。通常IDC数据中心都配备专用冷冻站为机房提供制冷，冷冻站设备的自动控制系统是否安全直接影响到数据中心的安全运行。

数据中心分为A,B,C三个等级，A级数据中心要求冷冻机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的配置为N+X冗余(X＝1～N)，B级数据中心要求冷冻机组冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的配置为N+1冗余，C级数据中心要求冷冻机组冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的配置为N，A级数据机房级别最高，C级数据机房级别最低，常规的数据中心冷冻站自控系统，如图1所示，无论机房级别的高低，均为每个制冷单元配备1个制冷单元控制器，配备1个BAS工作站，这样的配置存在如下的弊端：1、如果制冷单元控制器出现故障，其所控制的制冷单元就要会被关闭，系统就产生了“单点”故障，如果同时有多个控制器出现故障，则就会造成冷冻站制冷量的不足，会使得机房温度的上升，导致服务器等IT设备发生故障，产生严重后果。2、如果核心交换机出现故障，则BAS操作站就不能正常获取数据，同时BAS操作站也不能正常发出控制命令，位于下端的制冷单元控制器，不能接收到最新命令，制冷单元的设备状态、温度、压力、流量等重要信息也不能正常传输至BAS操作站，自控系统无法获取冻站全面的数据，整个自控系统的正常运行受到影响。

实用新型内容

本实用新型提供了一种带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，解决了数据中心的运行平稳的问题，其技术方案如下所述：

一种带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，包括：BAS操作站1、BAS操作站2、核心交换机1、核心交换机2、冷冻站群控PLC控制器、1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器、1#～4#制冷单元PLC控制器I/O模块。核心交换机1与1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器都连接，核心交换机2与1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器都连接。

冷站群控PLC控制器管理1#～4#制冷单元PLC主控制器和1#～4#制冷单元PLC备控制器，每个制冷单元都配置有主/备2个控制器，正常情况下，由制冷单元PLC主控制器对制冷单元进行控制，当制冷单元PLC主控制器出现故障时，在大约20微秒内制冷单元PLC备控制器会自动投入工作，完全接管制冷单元PLC主控制器的工作，使得其所控制的制冷单元完全不受制冷单元PLC主控制器故障的影响，当制冷单元PLC主控制器故障排除了，可以正常工作后，制冷单元PLC备控制器会自动退出工作，此时转为由制冷单元PLC主控制器进行控制。

本系统配置了2个BAS操作站，在正常情况下，BAS操作站1和BAS操作站2同时工作，这2个BAS操作站中任何一个出故障，自控系统完全不受影响。本系统配置了2个核心交换机，核心交换机1和核心交换机2同时工作，核心交换机1和核心交换机2这2个交换机中任何一个出故障，也完全不影响系统的正常工作。

BAS操作站1与核心交换机1相连接，BAS操作站2与核心交换机2相连接，1#～4#制冷单元PLC主控制器和1#～4#制冷单元PLC备控制器均与1#～4#制冷单元PLC控制器I/O模块相连，1#～4#制冷单元PLC控制器I/O模块与1#～4#冷单元内的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、板换、蓄冷罐、相关阀门、相关温度传感器、压力传感器、流量传感器等相连；冷站群控PLC控制器与1#～4～制冷单元PLC主/备控制器相连，安装在系统总管上的温度、压力、流量传感器、相关阀门与冷冻站群控PLC控制器相连接。

所述1#～4#制冷单元主/备控制器与核心交换机1之间、1#～4#制冷单元PLC主/备控制器与核心交换机2之间、1#制冷单元PLC主控制器与1#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、1#制冷单元PLC备控制器与1#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、2#制冷单元PLC主控制器与2#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、2#制冷单元PLC备控制器与2#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、3#制冷单元PLC主控制器与3#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、3#制冷单元PLC备控制器与3#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、4#制冷单元PLC主控制器与4#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、4#制冷单元PLC备控制器与4#制冷单元PLC控制器I/O模块之间均采用CAT6以太网线连接。

所述BAS操作站1与核心交换机1之间、BAS操作站2与核心交换机2之间采用CAT6以太网线连接。

所述冷站群控PLC控制器与1#制冷单元PLC主控制器相连，1#制冷单元PLC主控制器与1#制冷单元PLC备控制器相连，1#制冷单元PLC备控制器与2#制冷单元PLC主控制器相连，2#制冷单元PLC主控制器与2#制冷单元PLC备控制器相连，2#制冷单元PLC备控制器与3#制冷单元PLC主控制器相连、3#制冷单元PLC备控制器与4#制冷单元PLC主控制器相连，4#制冷单元PLC主控制器与4#制冷单元PLC备控制器相连，上述连接导线为RVVP 2x1.0屏蔽双绞电缆。

所述1#冷机控制柜的控制器RS485接口与1#制冷单元PLC控制器I/O模块相连，2#冷机控制柜的控制器RS485接口与2#制冷单元PLC控制器I/O模块相连，3#冷机控制柜的控制器RS485接口与3#制冷单元PLC控制器I/O模块相连，4#冷机控制柜的控制器RS485接口与4#制冷单元PLC控制器I/O模块相连，上述连接导线为RVVP 2x1.0屏蔽双绞电缆。

所述1#～4#制冷单元PLC控制器I/O模块与1#～4#制冷单元内的冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、板换、蓄冷罐、相关阀门、相关温度传感器、压力传感器、流量传感器相连，连接导线采用RVVP多芯电缆。

所述冷冻站群控PLC控制器、1#制冷单元PLC主/备控制器、3#制冷单元PLC主/备控制器、核心交换机1、BAS操作站1采用UPS输出柜A路电源，2#制冷单元PLC主/备控制器、4#制冷单元PLC主/备控制器、核心交换机2、BAS操作站2采用UPS输出柜B路电源。

所述冷冻站群控PLC控制器与安装在冷冻水总管上的冷冻水进/出水温度传感器、冷冻水进/出水压力传感器以及冻水出水流量传感器相连，与安装在冷却水总管上的冷却水进/出水温度传感器、冷却水进/出水压力传感器连接；根据冷冻水总管的冷冻水出水温度的高低对运行的制冷单元进行自动增减，当制冷单元出现故障时，冷冻站群控PLC控制器会关闭故障机组，启动备用机组。冷冻站群控PLC控制器监测制冷单元组的运行时间，当负荷减小时，关闭运行时间最长的制冷单元组，使得各个制冷单元组的运行时间均衡。

所述制冷单元PLC主/备控制器对制冷单元内的冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、相关阀门等进行控制，开机顺序为先开冷却塔，再开冷却水泵、冷冻水泵，最后开冷机的顺序，关机顺序与开机相反；当制冷单元中的设备发生故障时，制冷单元控制器会关闭故障设备，同时向冷冻站群控PLC控制器发出故障报警。

所述BAS操作站1、BAS操作站2所采用的PC机为工控机。

所述核心交换机1和核心交换机2为16口工业交换机。

所述1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器、冷冻站群控PLC控制器均为西门子的PLC，型号为6ES7 315-2EH14-0AB0。

所述1#～4#制冷单元PLC制冷单元PLC控制器I/O模块均由2个通信模块、2个DI模块、3个DO模块、8个AI模块、2个AO模块组成，DI模块的型号6ES7 321-1BL00-0AA0，DO模块型号为6ES7 322-1BL00-0AA0，AI模块型号为331-7KF02-0AB0，AO模块型号为S7 332-5HF00-0AB0，通信模块的型号为6ES7 153-2AR04-0XB0。

本实用新型的有益效果是：

1、该数据中心冷冻站自控系统中的所有PLC控制器都是独立的，任何1个PLC控制器出现故障时，其他PLC控制器仍然可以独立正常工作。

2、本系统配置了2个BAS操作站，任何1个BAS操作站发生故障都不影响整个系统的正常运行。

3、本系统配置了2个核心交换机，即核心交换机1和核心交换机2，这2个交换机有一个出现故障，不影响系统数据的正常传递，不影响整个系统的正常运行。

4、每个制冷单元都配置有主/备2个PLC控制器，正常情况下，由制冷单元PLC主控制器对制冷单元进行控制，当某个制冷单元PLC主控制器出现故障时，在大约20微秒内制冷单元PLC备用控制器会自动投入工作，完全接管制冷单元PLC主控制器的工作，使得其所控制的制冷单元完全不受制冷单元PLC主控制器故障的影响，当制冷单元PLC主控制器故障排除可以正常工作后，制冷单元PLC备控制器会自动退出工作，此时转为仍由制冷单元PLC主控制器进行制冷单元的控制，制冷单元PLC主控制器与制冷单元PLC备控制器之间的切换时自动进行的。

附图说明

图1是常规数据中心冷冻站自控系统框图；

图2是本实用新型提供的带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统的框图。

具体实施方式

如图2所示，所述下面结合附图对本实用新型设计进行详细说明。

如图2所示，一种带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，包括：BAS操作站1、BAS操作站2、核心交换机1、核心交换机2、冷冻站群控PLC控制器、1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器、1#～4#制冷单元PLC控制器I/O模块。

冷站群控PLC控制器管理1#～4#制冷单元PLC主/备控制器，每个制冷单元都配置有主/备2个控制器，正常情况下，由制冷单元PLC主控制器对制冷单元进行控制，当制冷单元PLC主控制器出现故障时，在大约200毫秒内制冷单元PLC备控制器会自动投入工作，完全接管制冷单元PLC主控制器的工作，使得其所控制的制冷单元完全不受制冷单元PLC主控制器故障的影响，当制冷单元PLC主控制器故障排除了，可以正常工作后，制冷单元PLC备控制器会自动退出工作，此时转为由制冷单元PLC主控制器进行控制。

为实现本实用新型所采取的技术方案如下：

本实用新型为一种带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，包括：BAS操作站1、BAS操作站2、核心交换机1、核心交换机2、冷冻站群控PLC控制器、1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器、1#～4#制冷单元PLC控制器I/O模块。

所述制冷单元PLC控制器I/O模块，以1#制冷单元为例，1#制冷单元PLC控制器I/O模块通过多条RVVP2x1电缆与1#制冷单元内的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、蓄冷罐、板换、相关电动阀门、相关温度传感器、压力传感器、流量传感器等进行连接。1#制冷单元PLC控制器I/O模块作为制冷单元PLC主/备控制器的公共接口模块，采用PROFIBUS-DP通讯协议，1#制冷单元PLC控制器I/O模块通过2条六类以太网线分别与1#制冷单元PLC主/备控制器相连，通过这2条独立的网线进行数据的双向传输，1#制冷单元内的现场数据被传递到1#制冷单元PLC主/备控制器中，1#制冷单元PLC主/备控制器发出的命令也传递到被控设备中。2#、3#、4#制冷单元与1#制冷单元结构配置完全相同，控制也完全相同。

所述制冷单元PLC控制器，以1#制冷单元为例，本系统配置了2个控制器，分别为1#制冷单元主PLC控制器和1#制冷单元备控制器，正常情况下，1#制冷单元PLC主控制器处于工作状态，对1#制冷单元进行控制，而1#制冷单元PLC备控制器处于热备状态，其仅接收来自DI模块、AI模块以及通信接口传递过来的数据，并不对现场设备进行控制，同时其实时监测1#制冷单元PLC主控制器是否工作正常，当其监测到1#制冷单元PLC主控制器出现故障时，在大约200毫秒内1#制冷单元PLC备控制器会自动投入工作，完全接管1#制冷单元PLC主控制器的工作，使得1#制冷单元完全不受PLC主控制器故障的影响，当1#制冷单元PLC主控制器的故障排除了，可以恢复正常工作后，1#制冷单元PLC备控制器会自动退出工作，自动切换到仍由1#制冷单元PLC主控制器进行制冷单元的控制的状态，1#制冷单元PLC主控制器和1#制冷单元备控制器之间的切换是自动进行的，此切换不受冷冻站群控控制器的控制。

所述冷水机组，以1#制冷单元内的冷水机组为例，1#冷水机组自带控制柜，1#冷水机组通过自带的RS485通讯接口与PLC控制器相连，1#冷水机组与1#制冷单元PLC主/备控制之间的通讯采用的是MODBUS通讯协议，1#制冷单元PLC主/备控制器过通讯电缆对1#冷水机组的实现控制。

所述冷冻站群控PLC控制器与安装在冷冻水总管和冷却水总管上的温度传感器、压力传感器以及流量传感器相连接，冷冻站群控PLC控制器与1#制冷单元主/备控制器、2#制冷单元主/备控制器、3#制冷单元主/备控制器、4#制冷单元主/备控制器用网线首尾相连，连接在一起，通过PROFIBUS-DP总线协议，对这8个控制器进行控制，根据冷冻水总管的冷冻水出水温度的高低对运行的制冷单元进行自动增减，当制冷单元出现故障时，冷冻站群控PLC控制器会关闭故障机组，启动备用机组。冷冻站群控PLC控制器监测制冷单元组的运行时间，当负荷减小时，关闭运行时间最长的制冷单元组，使得各个制冷单元组的运行时间均衡。

所述的核心交换机1和核心交换机2的作用是双向传递数据，冷冻站群控PLC控制器、1#制冷单元主/备控制器、2#制冷单元主/备控制器、3#制冷单元主/备控制器、4#制冷单元主/备控制器均通过自带的双网口分别与核心交换机和核心交换机2连接。

所述BAS操作站1、BAS操作站2、核心交换机1、核心交换机2均位于数据中心的监控室，核心交换机1与BAS操作站1通过CAT6以太网线连接，核心交换机2与BAS操作站2通过CAT6以太网线连接，核心交换机1和核心交换机2中有一个发生故障，均不影响整个系统的正常运行。

BAS操作站1和BAS操作站2中，正常情况下，BAS操作站1和BAS操作站2都在工作，数据中心冷冻站操作人员可以在BAS操作站1或BAS操作站2的自控界面对整个冷冻站进行监控，如果BAS操作站1或BAS操作站2发生故障了，另外一个BAS操作站依然正常工作，则整个系统就不会受操作站故障的影响，为数据中心冷冻站的安全运行提供了保障。

Claims

1.一种带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，其特征在于：包括BAS操作站1、BAS操作站2、核心交换机1、核心交换机2、冷冻站群控PLC控制器、1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器、1#～4#制冷单元PLC控制器I/O模块；

所述BAS操作站1与核心交换机1相连接，所述BAS操作站2与核心交换机2相连接，冷站群控PLC控制器管理1#～4#制冷单元PLC主控制器和1#～4#制冷单元PLC备控制器，核心交换机1与1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器都连接，核心交换机2与1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器都连接；

1#～4#制冷单元PLC主控制器和1#～4#制冷单元PLC备控制器均与1#～4#制冷单元PLC控制器I/O模块相连，制冷单元PLC控制器I/O模块与冷单元内的冷水机组、冷冻水泵、板换、蓄冷罐、对应阀门、温度传感器、压力传感器、流量传感器相连接；

冷站群控PLC控制器与1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器相连接，安装在系统总管上的温度传感器、压力传感器、流量传感器、对应阀门与冷冻站群控PLC控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，其特征在于：1#～4#制冷单元主/备控制器与核心交换机1之间、1#～4#制冷单元PLC主/备控制器与核心交换机2之间、1#制冷单元PLC主控制器与1#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、1#制冷单元PLC备控制器与1#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、2#制冷单元PLC主控制器与2#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、2#制冷单元PLC备控制器与2#制冷单元PLC 控制器I/O模块之间、3#制冷单元PLC主控制器与3#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、3#制冷单元PLC备控制器与3#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、4#制冷单元PLC主控制器与4#制冷单元PLC控制器I/O模块之间、4#制冷单元PLC备控制器与4#制冷单元PLC控制器I/O模块之间均采用CAT6以太网线连接。

3.根据权利要求1所述的带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，其特征在于：BAS操作站1与核心交换机1之间、BAS操作站2与核心交换机2之间采用CAT6以太网线连接。

4.根据权利要求1所述的带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，其特征在于：冷站群控PLC控制器与1#制冷单元PLC主控制器相连，1#制冷单元PLC主控制器与1#制冷单元PLC备控制器相连，1#制冷单元PLC备控制器与2#制冷单元PLC主控制器相连，2#制冷单元PLC主控制器与2#制冷单元PLC备控制器相连，2#制冷单元PLC备控制器与3#制冷单元PLC主控制器相连、3#制冷单元PLC备控制器与4#制冷单元PLC主控制器相连，4#制冷单元PLC主控制器与4#制冷单元PLC备控制器相连。

5.根据权利要求1所述的带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，其特征在于：1#冷机控制柜的控制器RS485接口与1#制冷单元PLC控制器I/O模块相连，2#冷机控制柜的控制器RS485接口与2#制冷单元PLC控制器I/O模块相连，3#冷机控制柜的控制器RS485接口与3#制冷单元PLC控制器I/O模块相连，4#冷机控制柜的控制器RS485接口与4#制冷单元PLC控制器I/O模块相连。

6.根据权利要求1所述的带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，其特征在于：1#～4#制冷单元PLC控制器I/O模块与1#～4#制冷单元内的冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、板换、蓄冷罐、相关阀门、温度传感器、压力传感器、流量传感器相连，连接导线采用RVVP多芯电缆。

7.根据权利要求1所述的带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，其特征在于：冷冻站群控PLC控制器、1#制冷单元PLC主/备控制器、3#制冷单元PLC主/备控制器、核心交换机1、BAS操作站1采用UPS输出柜A路电源，2#制冷单元PLC主/备控制器、4#制冷单元PLC主/备控制器、核心交换机2、BAS操作站2采用UPS输出柜B路电源。

8.根据权利要求1所述的带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，其特征在于：冷冻站群控PLC控制器与安装在冷冻水总管上的冷冻水进/出水温度传感器、冷冻水进/出水压力传感器以及冻水出水流量传感器相连，与安装在冷却水总管上的冷却水进/出水温度传感器、冷却水进/出水压力传感器连接。

9.根据权利要求1所述的带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，其特征在于：BAS操作站1、BAS操作站2所采用的PC机为工控机，核心交换机1和核心交换机2为16口工业交换机，1#～4#制冷单元PLC主控制器、1#～4#制冷单元PLC备控制器、冷冻站群控PLC控制器均为西门子的PLC，型号为6ES7 315-2EH14-0AB0。

10.根据权利要求1所述的带有双PLC控制器的数据中心冷冻站自控系统，其特征在于：1#～4#制冷单元PLC制冷单元PLC控制器I/O模块均由2个通信模块、2个DI模块、3个DO模块、8个AI模块、2个AO模块组成，DI模块的型号6ES7 321-1BL00-0AA0，DO模块型号为6ES7 322-1BL00-0AA0,AI模块型号为331-7KF02-0AB0，AO模块型号为S7 332-5HF00-0AB0，通信模块的型号为6ES7 153-2AR04-0XB0。