CN209181200U - 一种数据中心t4级冷源冗余安全能效控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，包括数据中心冷源系统和控制系统，所述控制系统包括平台操作端、集中管理端和分布式逻辑控制端；所述平台操作端和集中管理端分别通过分布式逻辑控制端连接控制所述数据中心冷源系统；所述集中管理端设有两组，均通过数据交换机与平台操作端连接进行数据通讯；所述集中管理端通过环形网络连接有多个分布式逻辑控制端，所述分布式逻辑控制端由主控制器和I/O控制模块组成控制系统的网络架构。本实用新型通过双分布式集中管理端和分布式逻辑控制端对冷源系统进行协同控制，确保了系统能够迅速响应出现的外部故障中断，以及冷源系统的运行稳定性，保证了冷源系统的可靠、安全和节能运行。

Description

一种数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统

技术领域

本实用新型涉及数据中心节能系统领域，具体地，涉及一种数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统。

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。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，本实用新型通过双分布式集中管理端和分布式逻辑控制端对冷源系统进行协同控制，结合相应控制程序模块，并使制冷主机和整体冷源系统运行在高效区状态，控制不同参数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。

根据本实用新型的一个方面，提供一种数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，包括数据中心冷源系统和控制系统，所述控制系统包括平台操作端(1)、集中管理端(2)和分布式逻辑控制端(3)；所述平台操作端(1)和集中管理端(2)分别通过分布式逻辑控制端(3)连接控制所述数据中心冷源系统；所述集中管理端(2)设有两组，均通过数据交换机(4)与平台操作端(1)连接进行数据通讯；所述集中管理端(2)通过环形网络连接有多个分布式逻辑控制端(3)，所述分布式逻辑控制端(3)由主控制器(5)和I/O控制模块(6)组成控制系统的网络架构；所述平台操作端(1)采集分布式逻辑控制端(3)的参数及设备信息，与集中管理端(2)和主控制器(5)形成环形网络连接，且具有执行程序控制的功能，程序输出指令至I/O控制模块(6)进行执行。

控制软件安装于集中管理控制器中，集中管理端通过环形网络连接多个分布式逻辑控制器，进行数据通讯，在控制系统中，任意一个节点出现故障，都由环形网络架构变成总线架构，不影响设备安全运行。

优选的，所述数据中心冷源系统包括制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、电动阀、变频器、传感器和执行件，均由I/O控制模块(6)进行采集控制。

优选的，所述集中管理端(2)以PLC为冗余控制器，控制初始化模块、I/O信号采集处理模块、能量采集运算模块、COP计算模块、负荷预测模块、故障处理模块、设备均衡运行模块、单机联动控制模块、应急中断放冷模块、自动运行模块的运行。由两套SIEMENS S7-400集中管理控制器作为冗余控制系统，控制系统采用PLC作为集中管理控制器，基于成熟的控制逻辑、安全的冗余架构、大容量计算处理能力，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。

优选的，所述自动运行模块包括蓄放冷系统优化控制模块、制冷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和能量平衡控制模块，其分别连接I/O控制模块(6)执行相应动作；

其中，

--所述蓄放冷系统优化控制模块连接并控制所述数据中心冷源系统，协同控制系统针对预测蓄冷罐的使用情况，制定最优移峰填谷式运行策略，在用电峰值时，充分利用蓄冷罐冷源，在用电谷值时，充分进行蓄冷罐蓄冷制定最优运行策略；

--所述主机能效优化控制模块连接并控制所述制冷主机运行在能效高区，根据每台制冷主机的运行COP值和系统可用台数，计算出制冷主机当前所需运行台数，制定最优运行策略，对运行台数进行修正控制，当实际负荷与预测负荷出现较小偏差时，由制冷主机的卸载与上载进行调节，联动控制电动阀、水泵和冷却塔；

--所述水泵组动态变频优化控制模块根据末端压差设定值调节冷冻水泵变频，从而保证末端供冷压差，水泵组动态变频优化控制模块连接并调整所述数据中心冷源系统冷冻二次水泵，同时根据末端负荷不同工况进行变频调节；

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

--所述能量平衡控制模块连接并控制去末端管路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。

优选的，所述分布式逻辑控制端(3)为单套联动控制模块，包括蓄放冷系统优化控制模块、制冷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、能量平衡控制模块、单机联动控制模块、应急中断放冷模块中的一种或至少两种的组合。

分布式逻辑控制端通过设计相应的逻辑控制模块，实现对数据中心单套制冷系统的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、阀门控制开关、调节等功能，最大限度的保证数据中心冷源系统的安全、可靠、节能运行。

优选的，所述单机联动控制模块连接并控制对单套制冷主机系统内的制冷主机、水泵、电动阀门、冷却塔的超越模式的独立开启；

--所述应急中断放冷模块连接并控制应急冷源系统在系统出现紧急停机、外网失电、冷冻水异常情况时，控制系统立即响应中断，进入应急放冷工况运行，系统自动投入开启蓄冷罐放冷阀门，关闭常规制冷设备阀门，同时根据管路温度设定值调节相应的供水温度；

--所述初始化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；

--所述I/O信号处理模块对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；

--所述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、主机负荷和总供冷负荷值；

--所述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；

--所述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；

--所述故障处理模块控制设备故障和参数故障时的报警、提示、归档、联锁处理；

--所述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，优化启动无故障且运行时间最短的设备。

优选的，所述平台操作端(1)和集中管理端(2)通过数据交换机(4)以ENTERNET方式进行通讯。

优选的，所述分布式逻辑控制端(3)选用SIEMENS S7-300PLC。增强控制系统的可靠性，组成集中管理、分散式控制系统。

优选的，所述平台操作端(1)为双机热备冗余平台操作端服务器。安装定制的专业监控软件WinCC，用户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。

优选的，所述平台操作端(1)连接打印机(7)。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

(1)本实用新型所涉及的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，本实施例集中管理控制系统以PLC为冗余配置，分布式逻辑控制系统为单套控制单元，以环形网络架构连接，通过标准以太网接口进行数据通讯，系统由先进的PLC控制器、I/O模块、网络交换机通讯设备、以及现场传感器、执行器等组成环形网络架构；

(2)本实用新型所涉及的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，通过环形网络连接多个分布式逻辑控制器进行数据通讯，在控制系统中，任意一个节点出现故障，都由环形网络架构变成总线架构，不影响设备安全运行；

(3)本实用新型所涉及的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，该控制模式包含有设备远程手动控制功能和超越模式功能，即对单套制冷主机系统的制冷主机、水泵、电动阀、冷却塔等设备进行自动联锁开关控制；

(4)本实用新型所涉及的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，为全自动控制，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；

(5)本实用新型所涉及的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，控制系统根据外部紧急故障信号，优先响应应急中断放冷程序运行，集中控制控制系统指示蓄冷罐立即投入放冷状态，冷源系统进行蓄冷罐放冷程序步骤

(6)本实用新型所涉及的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其结构简单、设计巧妙、效果显著；

(7)本实用新型所涉及的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，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；

(8)本实用新型所涉及的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，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、节能和自动化运行保证冷源系统的可靠、安全和节能运行；

(9)本实用新型所涉及的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，分布式逻辑控制端通过设计相应的逻辑控制模块，实现对数据中心单套制冷系统的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、阀门控制开关、调节等功能，成本低，实用性强，适合大范围推广。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统的组件连接示意图；

图2为数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统的模块连接示意图；

图1中：1为平台操作端、2为集中管理端、3为分布式逻辑控制端、4为数据交换机、5为控制器、6为I/O控制模块、7为打印机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例

本实施例提供一种数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其组件连接和模块连接详见附图1和2所示：包括数据中心冷源系统和控制系统，所述控制系统包括平台操作端1、集中管理端2和分布式逻辑控制端3；所述平台操作端1和集中管理端2分别通过分布式逻辑控制端3连接控制所述数据中心冷源系统；所述集中管理端2设有两组，均通过数据交换机4与平台操作端1连接进行数据通讯；所述集中管理端2通过环形网络连接有多个分布式逻辑控制端3，所述分布式逻辑控制端3由主控制器5和I/O控制模块6组成控制系统的网络架构；所述平台操作端1采集分布式逻辑控制端3的参数及设备信息，与集中管理端2和主控制器5形成环形网络连接，且具有执行程序控制的功能，程序输出指令至I/O控制模块6进行执行。

控制软件安装于集中管理控制器中，集中管理端通过环形网络连接多个分布式逻辑控制器，进行数据通讯，在控制系统中，任意一个节点出现故障，都由环形网络架构变成总线架构，不影响设备安全运行。

进一步的，所述数据中心冷源系统包括制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、电动阀、变频器、传感器和执行件，均由I/O控制模块6进行采集控制。

进一步的，所述集中管理端2以PLC为冗余控制器，控制初始化模块、I/O信号采集处理模块、能量采集运算模块、COP计算模块、负荷预测模块、故障处理模块、设备均衡运行模块、单机联动控制模块、应急中断放冷模块、自动运行模块的运行。由两套SIEMENS S7-400集中管理控制器作为冗余控制系统，控制系统采用PLC作为集中管理控制器，基于成熟的控制逻辑、安全的冗余架构、大容量计算处理能力，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。

进一步的，所述自动运行模块包括蓄放冷系统优化控制模块、制冷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和能量平衡控制模块，其分别连接I/O控制模块6执行相应动作；

其中，

--所述蓄放冷系统优化控制模块连接并控制所述数据中心冷源系统，协同控制系统针对预测蓄冷罐的使用情况，制定最优移峰填谷式运行策略，在用电峰值时，充分利用蓄冷罐冷源，在用电谷值时，充分进行蓄冷罐蓄冷制定最优运行策略；

--所述主机能效优化控制模块连接并控制所述制冷主机运行在能效高区，根据每台制冷主机的运行COP值和系统可用台数，计算出制冷主机当前所需运行台数，制定最优运行策略，对运行台数进行修正控制，当实际负荷与预测负荷出现较小偏差时，由制冷主机的卸载与上载进行调节，联动控制电动阀、水泵和冷却塔；

--所述水泵组动态变频优化控制模块根据末端压差设定值调节冷冻水泵变频，从而保证末端供冷压差，水泵组动态变频优化控制模块连接并调整所述数据中心冷源系统冷冻二次水泵，同时根据末端负荷不同工况进行变频调节；

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

--所述能量平衡控制模块连接并控制去末端管路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。

进一步的，所述分布式逻辑控制端3为单套联动控制模块，包括蓄放冷系统优化控制模块、制冷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、能量平衡控制模块、单机联动控制模块、应急中断放冷模块中的一种或至少两种的组合。

分布式逻辑控制端通过设计相应的逻辑控制模块，实现对数据中心单套制冷系统的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、阀门控制开关、调节等功能，最大限度的保证数据中心冷源系统的安全、可靠、节能运行。

进一步的，所述单机联动控制模块连接并控制对单套制冷主机系统内的制冷主机、水泵、电动阀门、冷却塔的超越模式的独立开启；

--所述应急中断放冷模块连接并控制应急冷源系统在系统出现紧急停机、外网失电、冷冻水异常情况时，控制系统立即响应中断，进入应急放冷工况运行，系统自动投入开启蓄冷罐放冷阀门，关闭常规制冷设备阀门，同时根据管路温度设定值调节相应的供水温度；

--所述初始化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；

--所述I/O信号处理模块对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；

--所述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、主机负荷和总供冷负荷值；

--所述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；

--所述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；

--所述故障处理模块控制设备故障和参数故障时的报警、提示、归档、联锁处理；

--所述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，优化启动无故障且运行时间最短的设备。

进一步的，所述平台操作端1和集中管理端2通过数据交换机4以ENTERNET方式进行通讯。

进一步的，所述分布式逻辑控制端3选用SIEMENS S7-300PLC。增强控制系统的可靠性，组成集中管理、分散式控制系统。

进一步的，所述平台操作端1为双机热备冗余平台操作端服务器。安装定制的专业监控软件WinCC，用户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。

进一步的，所述平台操作端1连接打印机7。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (10)

1.一种数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其特征在于，包括数据中心冷源系统和控制系统，所述控制系统包括平台操作端(1)、集中管理端(2)和分布式逻辑控制端(3)；所述平台操作端(1)和集中管理端(2)分别通过分布式逻辑控制端(3)连接控制所述数据中心冷源系统；所述集中管理端(2)设有两组，均通过数据交换机(4)与平台操作端(1)连接进行数据通讯；所述集中管理端(2)通过环形网络连接有多个分布式逻辑控制端(3)，所述分布式逻辑控制端(3)由主控制器(5)和I/O控制模块(6)组成控制系统的网络架构；所述平台操作端(1)采集分布式逻辑控制端(3)的参数及设备信息，与集中管理端(2)和主控制器(5)形成环形网络连接，且具有执行程序控制的功能，程序输出指令至I/O控制模块(6)进行执行。

2.根据权利要求1所述的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其特征在于，所述数据中心冷源系统包括制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、电动阀、变频器、传感器和执行件，均由I/O控制模块(6)进行采集控制。

3.根据权利要求2所述的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其特征在于，所述集中管理端(2)以PLC为冗余控制器，控制初始化模块、I/O信号采集处理模块、能量采集运算模块、COP计算模块、负荷预测模块、故障处理模块、设备均衡运行模块、单机联动控制模块、应急中断放冷模块、自动运行模块的运行。

4.根据权利要求3所述的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其特征在于，所述自动运行模块包括蓄放冷系统优化控制模块、制冷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和能量平衡控制模块，其分别连接I/O控制模块(6)执行相应动作。

5.根据权利要求4所述的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其特征在于，所述分布式逻辑控制端(3)为单套联动控制模块。

6.根据权利要求3所述的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其特征在于，所述单机联动控制模块连接并控制对单套制冷主机系统内的制冷主机、水泵、电动阀门、冷却塔的超越模式的独立开启。

7.根据权利要求1所述的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其特征在于，所述平台操作端(1)和集中管理端(2)通过数据交换机(4)以ENTERNET方式进行通讯。

8.根据权利要求1所述的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其特征在于，所述分布式逻辑控制端(3)选用SIEMENS S7-300 PLC。

9.根据权利要求3所述的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其特征在于，所述平台操作端(1)为双机热备冗余平台操作端服务器。

10.根据权利要求1所述的数据中心T4级冷源冗余安全能效控制系统，其特征在于，所述平台操作端(1)连接打印机(7)。