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数据中心冷热源自控系统

发布人:中嘉和信 发布时间:2023.03.06 来源:数据中心基础设施运营管理

数据中心冷热源自控系统普遍采用IP架构、集散式控制方式,对冷水机组、水循环系统、一级/二级泵系统、蓄冷罐系统、新排风系统等进行监控和管理。系统中涉及众多检测参数和控制点,需要根据具体的需求,选用相应的传感器和执行器,在上层网络上挂接服务器以及相应的外围设备。在系统设计中,需充分考虑数据中心各个系统设备实际分布的楼层,相互的逻辑控制关系,具体设备配置宜按照以下原则实施:

1)控制器就近安装在各个被控设备的机房内,如空调机房、冷冻机房、配电机房内,便于设备维护管理。同时可减少布缆距离,一般不超过30m为宜,降低施工量并提高系统工作的可靠性。现场控制器与控制器之间无主从关系。

2)合理使用控制器,考虑楼层因素,充分使用控制器的输入输出点,减少浪费。

3)考虑冗余量,为确保系统工作的安全性,系统宜留有15%左右的冗余量。

4)系统采用集中与分散相结合供电,服务器及控制器电源由应急电源供电,双路电源末端自动互投,系统设有UPS,在市电停电的情况下,系统能保证长时间数据不丢失。为方便现场管理,设置两个管理监控中心,分配不同的权限,对数据中心内设备实施更为合理的控制。所有数据中心冷热源自控系统所监测和控制点均可在监控画面上动态、实时显示,并实现动态趋势记录。

1. 冷水系统群控

该子系统通过单元控制器,实现就地控制功能。控制策略由中央工作站下载到单元控制器,系统管理员可修改和关闭每个独立的控制程序,在软件平台上,冷源系统每台设备需设计手动/自动模式切换按钮,每台设备具有手动开关按钮,但在软件界面上对设备进行手动控制时,需考虑不同设备之间的互锁。对于冷冻机组的开关控制、运行状态及故障状态监测,建议采用DDC硬接点方式,对于冷冻机组内部参数监测,建议采用网关集成方式,因此,冷冻机组采供时,需配置用于外部起停控制及运行、故障状态监测的I/O板,同时,需配置用于数据开放的通信板,通信板采用RS485方式,遵循Modbus RTU等协议。

1)冷冻机组联锁动作

机组在起动和停机时,系统控制冷冻水循环泵、冷却水循环泵、冷却水塔、相关蝶阀及机组联锁动作。联动起动顺序:冷却水塔风机→冷却水塔电动闸阀→冷冻机的冷凝器电动闸阀→冷却水循环泵→水流开关信号指示→冷冻机的蒸发器电动闸阀→冷冻水循环泵→水流开关信号指示→冷冻机组起动。停止顺序:冷冻机组停止(延时5min或时间可调)→冷冻水循环泵→冷冻机的蒸发器电动闸阀→冷却水循环泵→冷冻机的冷凝器电动闸阀→冷却水塔电动闸阀→冷却水塔风机。

2)冷冻机组运行管理

对冷水系统进行一键式起停控制,当冷水系统收到自控系统一键式开启命令时,系统根据当前室外温度状况或人为设定初始开启台数,系统根据冷冻机组的总运行时数优先开启累计运行时间少的冷冻机组。

3)冷冻机组台数管理

根据冷冻水用户侧负荷,判断冷冻机组的开启台数。根据冷冻水供、回水总管温度差及冷冻水回水流量,计算出当前实时冷负荷;当负荷大于一台机组的90%(可根据实际情况修改),则第二台机组运行。以此类推。另外,结合机组内通信可根据机组电流百分比控制起动设备台数,当机组电流超过90%时,当以上两个条件满足并且持续时间大于增机等待设定时间时,系统将发出增机信号,当需要开启一台冷冻机组时,根据冷冻机组累计运行时间优先开启累计运行时间最短的冷冻机组,增机顺序为:系统发出增机信号→通过累计运行时间确定冷冻机组机号→打开相关冷冻机组机冷却水及冷冻水电动阀→检测冷却水、冷冻水水流状态反馈,直至正确状态返回后开启冷冻机组,否则发出故障信号,程序返回初始等待状态。

当系统运行机组电流百分比之和/n-1)<100%(此值可设),同时系统回水温度不高于设定参数(例如12℃),且持续1015min,则发出减机信号。当需要关闭一台冷冻机组时,根据冷冻机组当前运行累计时间及所承担负荷情况优先关闭运行时间最长的冷冻机组,关闭顺序为:系统发出减机信号→根据负荷情况和累计运行时间确定关机机号→关闭冷却水及冷冻水电动阀→检测蝶阀状态反馈及水流开关状态反馈,直至正确信号返回,减机完成。

2. 冷冻水循环泵运行管理

当冷冻水循环泵所对应的冷水机组收到开机命令后,先开启管路蝶阀,再开启冷冻水循环泵,且开机信号发出后,监测管路水流开关状态,确保冷冻水循环水泵状态与命令一致;当所对应冷水机组收到关机命令后,冷冻水循环泵等待冷水机组停机状态,待冷水机组停机后,冷冻水循环泵延时关机。

1)冷却水循环泵运行管理

当冷却水循环泵所对应的冷水机组收到开机命令后,先开启管路蝶阀,再开启冷却水循环泵,且开机信号发出后,监测管路水流开关状态,确保冷却水循环泵状态与命令一致;当所对应冷水机组收到关机命令后,冷却水循环泵等待冷水机组停机状态,待冷水机组停机后,冷却水循环泵延时关机。

2)供、回水总管旁通控制

在冷却水系统停运模式下,旁通阀处于完全打开。当冷却水系统收到一键式启动命令后,根据流量检测值与当前所投入运行冷冻机额定最低流量进行比较,采用PID算法控制旁通阀开度,确保所投入运行冷冻机满足自身最低额定流量,避免因流量不足而停机。

3. 冷却水塔风机运行管理

当冷水系统收到一键式启动信号时,系统根据冷冻机组开启台数及冷却水供水温度,确认需要开启的冷却水塔初始台数,根据累计运行时间,按从小到大的顺序选择所开启的冷却水塔风机。

1)冷却水塔风机台数管理

根据冷却水供水温度进行冷却水塔风机台数管理。根据冷却水供水温度当前值与历史记录值进行比较(历史记录时间可设定),确认冷却水供水温度是在上升,当冷却水供水温度上升,大于设定上限值(上限值一般为33℃或可重设),且运行一段时间(时间可重设),启动增机策略,在未投入运行的风机中,选择累计运行时间最短且无故障的一台风机投入运行。

根据冷却水供水温度当前值与历史记录值进行比较(历史记录时间可设定),确认冷却水供水温度是在下降,当冷却水供水温度下降,低于设定下限值(下限值一般为26℃或可重设),且运行一段时间(时间可重设),启动减机策略,在已投入运行的风机中,选择累计运行时间最长的一台风机进行停机。

2)冷却水塔蝶阀控制

冷却水塔风机与自身蝶阀进行联动控制,但是,在冷却水塔风机进行减机控制模式下,当风机数量减少为零台或最低数量时,至少保持最低数量蝶阀完全打开状态,确保冷却水最低流量,并防止冷却水循环泵无水运行。当检测到室外温度低于保护温度设定值或者检测到底盘温度低于保护温度设定值,同时检测底盘水位在正常范围时,启动电加热,以防止底盘水结冰。

4. 蓄冷罐的控制

不同工况可以手动选择,也可根据室外温度及负荷的实际情况进行自动选择;根据不同工况,自动切换电动蝶阀的开启及关闭,主要工况有三种:

①蓄冷罐不蓄冷;

②蓄冷罐蓄冷;

③蓄冷罐应急供冷。

5. 板式换热器运行管理

根据制冷、制热工况的选择,开启及关闭不同功能的阀门,确保当前所投入的冷水机组或者板式换热器可以进入正常工作模式。在制热工况模式下,根据负荷实时对板式换热器进行增机、减机控制,以达到节能效果。

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