蔡雨恬

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

0 引 言

數(shù)據(jù)中心機(jī)房對(duì)環(huán)境內(nèi)空氣的溫度、濕度、潔凈度以及風(fēng)速等要求都比較高，因此冷源群控系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)尤為重要。冷源群控系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心目前常用智能控制系統(tǒng)之一，通過(guò)科學(xué)化的自控方案，分類采集冷源設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析負(fù)荷內(nèi)容、供水溫度參數(shù)等條件控制機(jī)組的開(kāi)啟順序。

1 冷源群控系統(tǒng)框架

冷源群控系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。冷源群控系統(tǒng)是通過(guò)各類采集器、傳感器等設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)中心內(nèi)水冷空調(diào)系統(tǒng)（空調(diào)主機(jī)、冷卻塔、水泵、閥門以及蓄冷罐等）進(jìn)行全面有效的監(jiān)控和管理，確保數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有設(shè)備處于高效、節(jié)能、合理以及安全的運(yùn)行狀態(tài)。本文的冷源群控系統(tǒng)為3層結(jié)構(gòu)的集散式系統(tǒng)，即設(shè)備采集層、現(xiàn)場(chǎng)控制層、管理層。該系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)服務(wù)器、控制器和現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行集散式管理和控制。管理層網(wǎng)絡(luò)（Management Level Network，MLN）采用客戶端/服務(wù)器（Client/Serve，C/S）架構(gòu)，冷源群控系統(tǒng)設(shè)置雙機(jī)熱備服務(wù)器，自控網(wǎng)絡(luò)（Automation Level Network，ALN）由控制器以及BACnet網(wǎng)關(guān)組成，樓層網(wǎng)絡(luò)（Field Level Network，F(xiàn)LN）設(shè)置各類傳感器及BACnet擴(kuò)展模塊，對(duì)各類設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控[1]。

圖1 冷源群控系統(tǒng)構(gòu)架

（1）設(shè)備采集層。實(shí)時(shí)、可靠、有效地采集并傳輸現(xiàn)有各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、控制要求，各采集器可單獨(dú)配置或與被采集設(shè)備集成。采集器應(yīng)與被采集設(shè)備就近設(shè)置，特別重要的設(shè)備采用雙采集器或采用精確度高的采集設(shè)備。

（2）現(xiàn)場(chǎng)控制層。根據(jù)設(shè)備采集層采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)處理、分析各設(shè)備數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)及控制，通過(guò)控制模塊進(jìn)行組網(wǎng)。

（3）管理層。作為空調(diào)控制系統(tǒng)的管理界面，主要包括軟、硬件等內(nèi)容，其中軟件為用戶圖形界面（空調(diào)系統(tǒng)概覽、操作控制、參數(shù)設(shè)置管理和告警管理等）、控制邏輯設(shè)計(jì)（基本控制邏輯、安全控制邏輯和節(jié)能控制邏輯等）以及應(yīng)用功能模塊（資源管理、報(bào)表管理、日志管理、故障管理和權(quán)限管理等），硬件為服務(wù)器、顯示器等[2,3]。

2 系統(tǒng)功能

2.1 控制綜述

布置高壓水冷式制冷單元組及其配套設(shè)施。每套高壓制冷單元組由高壓冷水機(jī)組、板式換熱器、冷凍/卻水循環(huán)泵、冷卻塔以及相關(guān)閥件等組成。每套制冷單元組設(shè)置1個(gè)控制器?？刂七壿嫲ɑ究刂七壿?、安全控制邏輯和節(jié)能控制邏輯。在保證安全可靠運(yùn)行的前提下，可通過(guò)智能化手段提高冷站的總體運(yùn)行效率?；究刂七壿嫲▎?dòng)順序控制、制冷單元加減機(jī)控制、設(shè)備變頻控制以及閥門控制等；安全控制邏輯包括制冷單元故障切換控制、蓄冷罐充釋冷控制、防喘振控制以及低負(fù)荷運(yùn)行控制等；節(jié)能運(yùn)行控制邏輯指5種制冷模式切換控制[3]。

2.2 冷源系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制

（1）制冷單元啟停順序。根據(jù)制冷模式的切換條件，及時(shí)調(diào)整模式切換閥門狀態(tài)，并按順序啟動(dòng)設(shè)備，如圖2所示。

圖2 制冷單元啟停順序

（2）冷水機(jī)組配置負(fù)荷調(diào)節(jié)、運(yùn)行狀態(tài)、故障顯示與報(bào)警、完備的控制以及自保護(hù)裝置，可實(shí)現(xiàn)機(jī)組空調(diào)出水溫度的控制、調(diào)節(jié)能量等功能，機(jī)組配備標(biāo)準(zhǔn)通信接口。

（3）冷水機(jī)組采用群控方式，實(shí)現(xiàn)能量積算、溫度控制、機(jī)組及配套設(shè)備的自動(dòng)啟動(dòng)、機(jī)組的合理運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)冷源系統(tǒng)自動(dòng)控制運(yùn)行，達(dá)到可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

（4）冷水機(jī)組、冷凍/卻水循環(huán)泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)啟、停機(jī)順序聯(lián)鎖。并設(shè)置手動(dòng)/自動(dòng)遠(yuǎn)距離啟停，安全保護(hù)故障報(bào)警，安全停機(jī)等自動(dòng)控制系統(tǒng)。

（5）開(kāi)機(jī)順序。首先打開(kāi)冷水機(jī)組和冷卻塔進(jìn)水管上的電動(dòng)碟閥，其次打開(kāi)冷卻塔風(fēng)機(jī)，再次打開(kāi)冷凍/卻水循環(huán)泵，最后打開(kāi)冷水機(jī)組。停機(jī)順序與上述相反。

（6）根據(jù)室外濕球溫度信號(hào)進(jìn)行制冷機(jī)組的3種工況切換，即機(jī)械制冷工況、部分自由冷卻工況以及完全自由冷卻工況。

（7）監(jiān)測(cè)冷水機(jī)組冷凍水、冷卻水供回水的溫度、壓力、流量。其中，冷水機(jī)組最小流量不低于額定流量的40%。

（8）監(jiān)測(cè)冷卻塔風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)、故障報(bào)警狀態(tài)及手動(dòng)狀態(tài)或自動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)，監(jiān)測(cè)冷卻塔進(jìn)出口溫度、集水盤液位和溫度。

（9）監(jiān)測(cè)冷凍或冷卻水循環(huán)泵、冷凍水補(bǔ)水泵的主要運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警信號(hào)及手動(dòng)狀態(tài)或自動(dòng)狀態(tài)。冷凍水系統(tǒng)補(bǔ)水定壓膨脹罐的壓力和低壓聲光報(bào)警信號(hào)引至控制值班室。

（10）監(jiān)測(cè)軟水箱、開(kāi)式蓄水罐、補(bǔ)水池液位及超高以及低限報(bào)警，根據(jù)開(kāi)式蓄水罐水位信號(hào)控制補(bǔ)水泵啟停。同時(shí)，監(jiān)測(cè)冷卻水補(bǔ)水泵的啟停、故障報(bào)警及手動(dòng)狀態(tài)或自動(dòng)狀態(tài)。

（11）所有運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的開(kāi)停信號(hào)，引至控制值班室。所有電動(dòng)控制閥的開(kāi)、閉設(shè)就地和控制值班室操作按鈕。

（12）監(jiān)測(cè)冷水機(jī)組、水泵等設(shè)備的啟停次數(shù)、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間以及定時(shí)檢修提示。監(jiān)測(cè)壓差旁通裝置壓差值。

2.3 冷水機(jī)組控制

采用干接點(diǎn)或通信方式接入冷源群控系統(tǒng)，用于遠(yuǎn)程起?？刂坪瓦\(yùn)行狀態(tài)、故障、報(bào)警的監(jiān)控。當(dāng)頻率控制信號(hào)斷開(kāi)時(shí)，設(shè)備運(yùn)行頻率保持在故障前狀態(tài)。控制器和變頻器應(yīng)具有停電來(lái)電后，停電故障自動(dòng)恢復(fù)功能[4]。

（1）每臺(tái)冷水機(jī)組控制與冷凍或冷卻水泵和冷卻塔一一對(duì)應(yīng)，聯(lián)鎖控制。當(dāng)制冷組接到制冷單元控制器的啟動(dòng)命令后，順序啟動(dòng)電動(dòng)閥門、冷卻塔、水泵以及冷水機(jī)組等并向控制器確認(rèn)狀態(tài)。此期間內(nèi)，若電動(dòng)閥門、冷卻塔、水泵以及冷水機(jī)組等任何一處狀態(tài)不正常，制冷單元啟動(dòng)程序?qū)⒔K止；制冷機(jī)房管理器先鎖定該制冷單元，再選擇另一組制冷單元進(jìn)行運(yùn)行。

（2）管理器命令。管理器命令分為制冷模式、部分自由冷卻模式和完全自由冷卻模式。機(jī)組通過(guò)管理命令，在3種模式下運(yùn)行。

（3）當(dāng)制冷單元A發(fā)出命令，制冷單元A開(kāi)始運(yùn)行，制冷單元控制器統(tǒng)一發(fā)送順序啟動(dòng)命令。在運(yùn)行全周期內(nèi)，其中的冷水機(jī)組閥門或水泵等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有問(wèn)題時(shí)，制冷單元A的啟動(dòng)程序?qū)㈥P(guān)閉；制冷站管理器將鎖定制冷單元A，然后選擇另一組制冷單元進(jìn)行開(kāi)啟運(yùn)行。最后，前端進(jìn)行報(bào)警及上報(bào)。

（4）加減機(jī)策略。冷水機(jī)組根據(jù)冷凍水的供水或回水溫度、流量、旁通管流量自動(dòng)選擇冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，以便達(dá)到最佳的節(jié)能狀態(tài)。

（5）運(yùn)行過(guò)程中，盡量使正在運(yùn)行的每套制冷組的負(fù)荷百分比一致，即等于所有制冷組的平均負(fù)荷百分比。市電停電恢復(fù)后，為防止沖擊電流對(duì)油機(jī)和市電的影響，冷機(jī)逐臺(tái)啟動(dòng)間隔時(shí)間為1～3 min可調(diào)。

2.4 水泵控制

（1）冷凍水泵變速控制。通過(guò)采集分集水器兩側(cè)的壓差與壓差設(shè)定值進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。變頻器控制盤上會(huì)實(shí)時(shí)顯示冷凍水泵運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)，并將信息發(fā)送至制冷單元控制器。

（2）冷卻水泵變速控制。冷卻水泵僅在完全自然冷卻工況下變頻，根據(jù)板換側(cè)冷凍水設(shè)定溫度（14 ℃）進(jìn)行變頻。在機(jī)壓差仍然較大時(shí)，維持水泵頻率25 Hz（可調(diào)）不變，開(kāi)啟分集水器間的壓差旁通閥，旁通閥開(kāi)度由壓差信號(hào)調(diào)節(jié)，以維持壓差平衡及冷機(jī)最低流量[5]。

（3）冷凍水補(bǔ)水泵由氣壓罐壓力信號(hào)控制啟停。

（4）除少數(shù)就地使用的風(fēng)機(jī)或排風(fēng)扇、分體空調(diào)外，大部分設(shè)備也能在監(jiān)控室通過(guò)中央電腦遠(yuǎn)距離啟停。

3 系統(tǒng)在應(yīng)用中存在問(wèn)題及解決

3.1 系統(tǒng)監(jiān)控狀態(tài)方面

空調(diào)系統(tǒng)在不同的工況下，需對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證，確保設(shè)備正常運(yùn)行。如果群控系統(tǒng)僅通過(guò)單一條件對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行判斷，特別是群控系統(tǒng)程序編輯出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)行關(guān)聯(lián)判斷錯(cuò)誤，誤認(rèn)為系統(tǒng)正常運(yùn)行。因此，除了群控系統(tǒng)本身的邏輯判斷條件外，還要增加系統(tǒng)中一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)作為判斷依據(jù)，如水流量、水壓、工作電流等，確保群控系統(tǒng)在做邏輯判斷時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤。同時(shí)，群控系統(tǒng)具備所有采集數(shù)據(jù)配置趨勢(shì)和歷史數(shù)據(jù)記錄功能，以便進(jìn)行故障定位和分析。

3.2 可維護(hù)性方面

冷源群控系統(tǒng)的設(shè)備定期需要檢修、維護(hù)，因此設(shè)備需要選擇便于維護(hù)的各種傳感器。壓力傳感器與管道之間可安裝兩通手動(dòng)球閥，在更換壓力傳感器的情況下，關(guān)閉球閥即可更換，不需要泄水，同時(shí)不影響系統(tǒng)運(yùn)行。溫度傳感器和套管可以選用分離式，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時(shí)，可以進(jìn)行更換及維護(hù)。雖然一體式傳感器具有腐蝕性小、壓力小等特點(diǎn)，但不利于維修。在流量計(jì)、溫度計(jì)、壓力傳感器等傳感器選擇時(shí)，優(yōu)選工業(yè)級(jí)別技術(shù)規(guī)格產(chǎn)品，且在實(shí)施安裝時(shí)選擇工業(yè)級(jí)別安裝方式，降低冷源系統(tǒng)的故障率和失控率[6]。

3.3 系統(tǒng)提升方面

3.3.1 系統(tǒng)配電

冷源群控系統(tǒng)供電與建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)共用后備電源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的方法，雖然節(jié)省了前期建設(shè)的投資，但在運(yùn)維方面會(huì)存在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。在布線方式上，冷源群控主控制器供電為串接形式，一旦斷電，多個(gè)主控單元就會(huì)失效。另外，部分冷水主機(jī)控制板無(wú)后備電源，在供電失敗情況下造成系統(tǒng)啟動(dòng)及控制失效。冷源群控系統(tǒng)在失電情況下，系統(tǒng)失效可能會(huì)引起系統(tǒng)熱交換中斷。因此，為提升安全等級(jí)，對(duì)冷源群控系統(tǒng)提供獨(dú)立配電，采用市電加上不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）雙路供電的模式，實(shí)現(xiàn)電源不間斷供電。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)升級(jí)上，可設(shè)置獨(dú)立的局域網(wǎng)。

3.3.2 系統(tǒng)功能提升

首先，系統(tǒng)安全策略需要重新審定及確定，同時(shí)統(tǒng)籌物理管理和系統(tǒng)控制。其次，設(shè)置安全場(chǎng)景控制模式，即一鍵式操作，有利于提升系統(tǒng)操作的便捷性和一體化性。最后，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能管理的全自動(dòng)化，可優(yōu)化平臺(tái)自控系統(tǒng)，減少人工環(huán)節(jié)，也可通過(guò)干節(jié)點(diǎn)及聲光應(yīng)用等手段增加自控操作。增加自保持功能，實(shí)現(xiàn)掉電自保持、斷網(wǎng)自保持、直接數(shù)字控制（Direct Digital Control，DDC）故障等情況下自保持功能；增加對(duì)備用機(jī)組定期定時(shí)的故障、狀態(tài)自檢及異常提示功能；根據(jù)濕球溫度和機(jī)組運(yùn)行效率自動(dòng)控制切換冷源系統(tǒng)運(yùn)行模式；新增釋冷泵、遠(yuǎn)傳水表、濕球溫度、集分水器壓力以及冷水機(jī)組報(bào)警等點(diǎn)位；綜合考慮模式切換、變頻調(diào)節(jié)、水資源消耗等多種因素進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行控制邏輯優(yōu)化。

3.3.3 展示提升

群控系統(tǒng)平臺(tái)展示上，在3D組態(tài)模型上更加貼合實(shí)際，3D組態(tài)展現(xiàn)冷源系統(tǒng)水循環(huán)架構(gòu)并動(dòng)態(tài)展現(xiàn)水流運(yùn)行方向和各機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)平臺(tái)報(bào)警提示上分等級(jí)進(jìn)行播報(bào)。新增自定義模塊，可自定義數(shù)據(jù)點(diǎn)位、報(bào)表格式等功能。增加與其他系統(tǒng)的對(duì)接，完善對(duì)接協(xié)議，兼容能耗系統(tǒng)、動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的告警采集或獲取機(jī)制。

4 結(jié) 論

冷源群控系統(tǒng)是現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心內(nèi)不可或缺的系統(tǒng)之一，針對(duì)冷源群控系統(tǒng)的應(yīng)用展開(kāi)分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的合理使用會(huì)影響數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行狀態(tài)，有利于降低電源使用效率值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心安全、穩(wěn)定、高效、環(huán)保以及節(jié)能目標(biāo)。