一种数据中心机房的冷冻水二次泵冗余控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种数据中心机房的冷冻水二次泵冗余控制系统及方法，包括末端压差单元、控制器、变频器控制柜、冷冻水二次泵；末端压差单元包括四个末端压差传感器，分别为一号末端压差传感器、二号末端压差传感器、三号末端压差传感器和四号末端压差传感器；控制器分为主控制器和备控制器，相互之间采用硬接线进行连接；变频器控制柜为多个，主控制器和备控制器分别与多个变频器控制柜相连接；冷冻水二次泵为多台，与变频器控制柜一一对应相连接；本发明专利技术实现了变频器控制柜与主备控制器之间的双上连、主备控制器实现同时运行，彼此之间进行心跳检测，对处于运行状态的变频器和冷冻水二次泵无影响，保证了控制系统的安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种冗余控制系统及控制方法，尤其涉及一种用于数据中心机房的冷冻水二次泵冗余控制系统及控制方法。
技术介绍
从上世纪90年代数据中心(DataCenter)的概念兴起至今，已过去近20年。20年的发展，数据中心的建设规模不断扩大，单个数据中心的规模也从最初常见的数百平方米发展到目前常见的数千乃至上万平方米。数据中心的高功率密度化对冷水自控系统的制冷提出了更高的要求，在冷水自控系统能耗中，系统输送能耗约占1/3，因此，在数据中心冷水自控系统中冷冻水采用冷冻水二次泵变频技术设计日益受到重视。冷冻水二次泵变频系统主要是根据冷水自控系统中末端压差进行的变流量控制。在冷水自控系统中供回水末端设置压差传感器，采集到的压力数值发送到控制器（DDC控制器或PLC控制器），控制器对接收到的压力数值与系统中用户设定的压力值进行比较，根据两者的差值来调节变频器的频率，从而调节冷冻水二次泵的转速，使负荷侧供回水末端恒压稳定在用户设定的压力值：即供回水末端压力值大于用户设定的压力值，控制器控制变频器降低频率，减慢冷冻水二次泵的转速；供回水末端压力值小于用户设定的压力值，控制器控制变频器提高频率，加快冷冻水二次泵的转速。通过实现供回水的变流量控制，从而达到节能降耗的目的。相比传统的供水方式，冷冻水二次泵变频系统的安全性和可靠性一直受到数据中心行业的广泛重视。传统的冷水自控系统冷冻水二次泵变频系统如图1所示。在数据中心中传统的冷冻水二次泵变频系统存在如下缺点：仅采用单电源供电，当出现电源丢失时，控制器将掉电，变频器将失去控制，导致无法实现自动压差控制，对冷水自控系统中供回水末端的安全性带来隐患，如时间过长，会导致数据中心机房温度过高，服务器大规模的出现宕机甚至烧毁；在传统的冷冻水二次泵变频系统中供回水末端仅设置一套压差传感器。当压差传感器数值失真时，控制器无法正常定压控制；当压差传感器故障时，就需要停机检修，影响系统的正常运行；在传统冷冻水二次泵变频系统中控制器无冗余配置或仅在控制器内部CPU进行冗余配置。当控制器出现故障或变频器控制柜输入输出出现故障时，变频器将失去控制，导致无法实现自动压差控制，给冷水自控系统中供回水末端的安全性带来隐患。
技术实现思路
为了解决上述技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种数据中心冷冻站群控控制系统。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种数据中心机房的冷冻水二次泵冗余控制系统，它包括末端压差单元、控制器、变频器控制柜、冷冻水二次泵；末端压差单元包括四个末端压差传感器，分别为一号末端压差传感器、二号末端压差传感器、三号末端压差传感器和四号末端压差传感器；一号末端压差传感器和二号末端压差传感器设置在冷水自控系统第一处供回水末端；三号末端压差传感器和四号末端压差传感器设置在冷水自控系统第二处供回水末端；控制器分为主控制器和备控制器，主控制器和备控制器之间采用硬接线进行连接，互为热备形式；变频器控制柜为多个，主控制器和备控制器分别与多个变频器控制柜相连接；冷冻水二次泵为多台，与变频器控制柜一一对应相连接；变频器控制柜内设置有变频器；主控制器、备控制器分别与交换机相连接；一号末端压差传感器通过信号线缆上连到主控制器的输入输出模块，二号末端压差传感器通过信号线缆上连到备控制器的输入输出模块，在第一处供回水末端的一号末端压差传感器与二号末端压差传感器互为主备；三号末端压差传感器通过信号线缆上连到主控制器的输入输出模块，四号末端压差传感器通过信号线缆上连到备控制器的输入输出模块，在第二处供回水末端的三号末端压差传感器与四号末端压差传感器互为主备。主控制器、备控制器通过实时传输的心跳信号进行相互检测；其中，主控制器内设置有主心跳发送模块At和主心跳接收模块Ar，备控制器内设置有备用心跳发送模块Bt和备用心跳接收模块Br；主心跳接收模块Ar与备用心跳发送模块Bt相匹配，主心跳接收模块Ar接收备用心跳发送模块Bt的心跳信号；备用心跳接收模块Br和主心跳发送模块At相匹配，备用心跳接收模块Br接收主心跳发送模块At的心跳信号。主控制器、备控制器分别与不同低压系统的主用UPS电源和备用UPS电源相连接。变频器控制柜通过信号线将变频器的控制频率信号、反馈频率信号、冷冻水二次泵手自动状态信号、启停控制信号、运行状态信号、故障状态信号分别上连到主控制器和备控制器的输入输出模块，并在变频器控制柜的输入输出端口进行冗余配置。本专利技术还提供了上述控制系统的控制方法，包括以下步骤：（一）系统通电处于自动控制状态，首先启动一台冷冻水二次泵，让整个系统开始运行；具体启动一台冷冻水二次泵的方式为：（a）主控制器发送心跳信号到备控制器；（b）主控制器向变频器控制柜发送启动信号；（c）变频器控制柜接收到主控制器的启动信号后开始启动其对应的冷冻水二次泵开始运行；（d）当变频器控制柜成功启动冷冻水二次泵时，变频器控制柜将发给冷冻水二次泵的状态运行的成功反馈到主控制器和备控制器；（e）当变频器控制柜未能成功启动冷冻水二次泵或在运行过程中冷冻水二次泵出现故障时，变频器控制柜将报故障信号到主控制器和备控制器；主控制器和备控制器将开启另一台冷冻水二次泵的变频器控制柜；（二）主控制器正常运行时，主控制器将工作数据实时上传到交换机，备控制器从交换机得到主控制器的实时工作数据并进行同步；备控制器实时检测主控制器心跳信号情况，判断心跳信号是否正确；当备控制器检测到主控制器不正确的心跳信号时，即判断主控制器出现故障，处于热备状态的备控制器立即代替主控制器进行系统控制；主控制器的故障信息通过交换机上传到前端监控平台进行报警，提醒运维人员进行检查和维修；（三）当备控制器正常运行时，主控制器维修完成，备控制器将工作数据实时上传到交换机，主控制器从交换机得到备控制器的实时工作数据并进行同步；主控制器实时检测备控制器心跳信号情况，判断心跳信号是否正确；当主控制器检测到备控制器不正确的心跳信号时，即判断备控制器出现故障，处于热备状态的主控制器立即代替备控制器进行系统控制，实现备控制器切换到主控制器运行，切换过程中，变频器和冷冻水二次泵实现不停机无缝切换。主控制器正常运行时通过一号末端压差传感器、三号末端压差传感器采集得到两个压力数值，并对这两个压力数值进行比较，取两者的最小值与用户设定的压力值再进行比较，当两者的最小值大于用户设定的压力值，主控制器控制变频器降低频率，减慢冷冻水二次泵的转速；当两者的最小值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据中心机房的冷冻水二次泵冗余控制系统，其特征在于：所述冗余控制系统包括末端压差单元、控制器、变频器控制柜、冷冻水二次泵；所述末端压差单元包括四个末端压差传感器，分别为一号末端压差传感器、二号末端压差传感器、三号末端压差传感器和四号末端压差传感器；所述一号末端压差传感器和二号末端压差传感器设置在冷水自控系统第一处供回水末端；所述三号末端压差传感器和四号末端压差传感器设置在冷水自控系统的第二处供回水末端；所述控制器分为主控制器和备控制器，主控制器和备控制器之间采用硬接线进行连接，互为热备形式；所述变频器控制柜为多个，主控制器和备控制器分别与多个变频器控制柜相连接；所述冷冻水二次泵为多台，与变频器控制柜一一对应相连接；所述变频器控制柜内设置有变频器；所述主控制器、备控制器分别与交换机相连接；所述一号末端压差传感器通过信号线缆上连到主控制器的输入输出模块，二号末端压差传感器通过信号线缆上连到备控制器的输入输出模块，在第一处供回水末端的一号末端压差传感器与二号末端压差传感器互为主备；所述三号末端压差传感器通过信号线缆上连到主控制器的输入输出模块，四号末端压差传感器通过信号线缆上连到备控制器的输入输出模块，在第二处供回水末端的三号末端压差传感器与四号末端压差传感器互为主备。...

【技术特征摘要】
1.一种数据中心机房的冷冻水二次泵冗余控制系统，其特征在于：所述冗余控制系统
包括末端压差单元、控制器、变频器控制柜、冷冻水二次泵；所述末端压差单元包括四个末
端压差传感器，分别为一号末端压差传感器、二号末端压差传感器、三号末端压差传感器和
四号末端压差传感器；所述一号末端压差传感器和二号末端压差传感器设置在冷水自控系
统第一处供回水末端；所述三号末端压差传感器和四号末端压差传感器设置在冷水自控系
统的第二处供回水末端；
所述控制器分为主控制器和备控制器，主控制器和备控制器之间采用硬接线进行连
接，互为热备形式；所述变频器控制柜为多个，主控制器和备控制器分别与多个变频器控制
柜相连接；所述冷冻水二次泵为多台，与变频器控制柜一一对应相连接；所述变频器控制柜
内设置有变频器；所述主控制器、备控制器分别与交换机相连接；
所述一号末端压差传感器通过信号线缆上连到主控制器的输入输出模块，二号末端压
差传感器通过信号线缆上连到备控制器的输入输出模块，在第一处供回水末端的一号末端
压差传感器与二号末端压差传感器互为主备；
所述三号末端压差传感器通过信号线缆上连到主控制器的输入输出模块，四号末端压
差传感器通过信号线缆上连到备控制器的输入输出模块，在第二处供回水末端的三号末端
压差传感器与四号末端压差传感器互为主备。
2.根据权利要求1所述的数据中心机房的冷冻水二次泵冗余控制系统，其特征在于：所
述主控制器、备控制器通过实时传输的心跳信号进行相互检测；
所述主控制器内设置有主心跳发送模块At和主心跳接收模块Ar，备控制器内设置有备
用心跳发送模块Bt和备用心跳接收模块Br；所述主心跳接收模块Ar与备用心跳发送模块Bt
相匹配，主心跳接收模块Ar接收备用心跳发送模块Bt的心跳信号；所述备用心跳接收模块
Br和主心跳发送模块At相匹配，备用心跳接收模块Br接收主心跳发送模块At的心跳信号。
3.根据权利要求1所述的数据中心机房的冷冻水二次泵冗余控制系统，其特征在于：所
述主控制器、备控制器分别与不同低压系统的主用UPS电源和备用UPS电源相连接。
4.根据权利要求1所述的数据中心机房的冷冻水二次泵冗余控制系统，其特征在于：所
述变频器控制柜通过信号线将变频器的控制频率信号、反馈频率信号、冷冻水二次泵手自
动状态信号、启停控制信号、运行状态信号、故障状态信号分别上连到主控制器和备控制器
的输入输出模块，并在变频器控制柜的输入输出端口进行冗余配置。
5.一种数据中心机房的冷冻水二次泵冗余控制系统的控制方法，其特征在于：包括以
下步骤：
（一）系统通电处于自动控制状态，首先启动一台冷冻水二次泵，让整个系统开始运行；
具体启动一台冷冻水二次泵的方式为：
（a）主控制器发送心跳信号到备控制器；
（b）主控制器向变频器控制柜发送启动信号；
（c）变频器控制柜接收到主控制器的启动信号后开始启动其对应的冷冻水二次泵开始
运行；
（d）当变频器控制柜成功启动冷冻水二次泵时，变频器控制柜将发给冷冻水二次泵的
状态运行的成功反馈到主控制器和备控制器；
（e）当变频器控制柜未能成功启动冷冻水二次泵或在运行过程中冷冻水二次泵出现故
障时，变频器控制柜将报故障信号到主控制器和备控制器；主控制器和备控制器将开启另
一台冷冻水二次泵的变频器控制柜；
（二）主控制器正常运行时，主控制器将工作数据实时上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军伟，崔先锋，郭阿梅，
申请(专利权)人：天津惠普数据中心设计工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12