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数据中心水冷系统智能控制逻辑的研究与应用

1数据中心水冷系统概述

1.1水冷系统的组成和局限

数据中心水冷系统主要由冷冻水循环泵、分集水器、冷却塔、板式换热器、蓄冷罐、管路阀门、定压补水装置、释冷泵、冷却水循环泵以及冷水机组组成，整个系统拥有庞大的规模和复杂的运行流程[1]。长久以来，水冷系统在各种数据中心得到了广泛应用。为了使制冷系统有着较高的可用性，我国针对数据中心机房建设提出了较高的制冷系统冗余要求，具体如表1所示。

实际使用中，虽然制冷系统在选择冗余方法方面存在一定差异，但是在充分分析表1各项冗余参数后可知，在水冷系统中因为使用相同的管路、水源和冷源，在落实冗余工作时，N+X配合环网属于最常见的方式。水冷系统拥有高的冗余数量要求，且有较大概率产生单故障点。如果冗余规模无法满足相关要求，会导致数据中心在投资和维护的过程中支出较高的成本。所以，相关人员需要充分重视自动控制和节能等方面的需求[2]。

1.2自控系统架构

在集中管控数据中心水冷自控系统时，需要使用3层设备结构和5层网络结构，如图1所示。

1.2.13层设备结构

（1）设备控制层。该层的主要功能是合理控制各个受控设备，确保目标顺利实现。设备本身的输出输入点非常多，主要由各类执行器、扩展模块、各类传感器以及现场控制器组成。

（2）设备通信层。该层主要是设备控制层与中央管理层的桥梁，可以完成数据存储和处理功能。它储存的数据包含中央管理层和设备控制层的备份数据，核心设备为网络控制引擎。

（3）中央管理层。该层设备是整个水冷自控系统的心脏，主要包含各类通信网关、交换机、打印机、不间断电源、服务器以及工作站[3]。

1.2.22层网络结构

（1）楼宇自动化与控制网络（BuildingAutomationandControlnetworks，BACnet）协议。这种协议能够为设备控制层和网络控制层之间的数据交换提供方便，在连接的过程中需要借助线缆。

（2）传输控制协议/网际协议（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，TCP/IP）。此协议主要是为了顺利交换网络通信层和中央管理层之间的各项数据，在CAT6非屏蔽4对非屏蔽双绞线的支持下为顺利完成物理层连接提供有效保障。

2数据中心水冷系统智能控制逻辑总体方案

在运行数据中心水冷系统的过程中，想要保证系统运行稳定，减少能源消耗，在充分考虑各方面实际问题的基础上，应该不断优化水冷系统智能控制逻辑方案。

自控系统负责集中监管各种设备的能耗情况、安全状况和运行情况，利用核心控制逻辑确保冷源系统可以顺利解决故障和管理能耗。如按照一定顺序启动多台设备和调节水流开度，保证相关智能控制逻辑能够被相关设备顺利执行，可以在最大程度上实现水冷系统的节能，同时在自动控制的情况下能够降低人为因素导致的误差，有效简化系统操作。

控制逻辑是自控系统的核心，要想保证控制逻辑的合理性，需要与其他专业的实际情况相结合开展设计工作，并且需要开展相关的试验。本文将探讨该数据控制中心实施智能控制逻辑的方案[4]。

该数据中心的冷源系统由开式冷却塔、10kV高压离心式冷水机组以及板式换热器组成，使用N+1原则布置定压装置、板式换热器、水泵、冷却塔以及冷水机组等设备，主要利用闭式循环系统，其中空调水系统就是一次泵变流量系统。为了完成通信机房供冷的要求，要充分考虑蓄冷15min的要求。当市电供应不稳定时，确保制冷工作可持续进行。

该数据中心所在区域拥有明显的四季环境温度差异，为了降低能耗，规划了3种运行模式，分别为普通制冷模式、预冷模式以及自然冷却模式。普通制冷模式的供冷通过冷机完成。预冷模式的供冷由板换和冷机共同完成，其中预冷为板换。自然冷却模式在冷机没开启的情况下，通过板换的作用能够顺利完成冷冻水和冷却水间的换热。在这些运行模式下，各套制冷单元中的换热机组、冷却水泵、冷却塔风机、冷冻水泵以及水冷机组都能够完成电气连锁。

2.1模式切换逻辑

开机后，系统会与室外湿球温度相结合完成运行模式的合理选择。实际运行期间，应该通过室外湿球温度和冷却水回水温度切换适宜的运行模式。运行过程中会按照以下逻辑切换模式[5]。

2.1.1普通制冷模式切换到预冷模式

需要符合冷塔为13℃以内、出水温度和室外必须低于10℃湿球温度以及存在20min延时的要求。这个过程中不会改变处于启动状态的冷机，而会启动对应的板换，按照秩序完成阀门的调节和切换，使水路由板换进入冷机，然后与预冷模式加减机条件相结合完成机组加减。

2.1.2从预冷模式切换为普通制冷模式

需要符合冷塔超过13℃、出水温度和室外必须超过10℃湿球温度以及存在20min延时的要求。这个过程需要先关闭对应的板换，无须改变冷机，只需完成阀门的调节和切换使水路改变，保证水路