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1、数据中心冷源控制系统设计说明一、水冷冷源系统说明本项目采用水冷离心式冷水机组作为冷源。每套冷机单元包含一台变频制冷机组，一组冷却塔（风机变频），一台变频冷却水泵，一台变频冷冻水泵，一台板式换热器及控制用电动阀门、各类传感器等。除上述主要设备外，制冷系统还包括冷冻水补水软化设备、软化水箱、自动补水定压设备、冷却水补水箱等。冷冻水系统采用一次泵变流量系统。冷冻水泵采用末端环路压差控制，可根据冷负荷变化，进行流量调节，以达到供水参数的稳定及节能的目的。蓄冷罐所需有效容积按照系统满负荷连续运行大于15分钟设计,平时蓄冷罐处于蓄冷状态，充满设计供水温度的冷冻水。当市电断电，机械空调系统转入柴机供电，在冷
2、水系统恢复正常运转之前，一次冷冻泵，机房精密空调连续运转，蓄冷罐处于放冷状态，提供IT机房末端设备冷冻水，保证IT机房的连续供冷。当蓄冷罐出现故障时，旁通管上常闭电动阀开启，阀门正常开启信号确认后，可关闭蓄冷罐供回水管上的电动阀，进行维护。冷却水系统设计采用每台冷水机组独立环路，冷却水泵与冷水机组一一对应，冷却水系统N+1冗余设计，冷却塔与冷水机组一一对应，冷却塔按极端湿球温度和冬季自然冷却湿球温度选取。数据中心基础设施运营管理二、冷冻站的自控系统冷冻站内的控制器设置包括：1 .群控控制器采用2台控制器，一用一备。2 .5套冷机单元设置5台单元控制器；3 .蓄冷罐系统及冷冻站内相关辅助设施设置
3、一台控制器；4 .群控制器与其余控制器的信号共享方式采用TCP/IP方式。.1群控制器的基本要求1.群控制器采用硬接线形式，监测室外湿球温度；冷冻水供水总管上的温度、流量、压力和回水管路上的温度、压力；每个冷机单元内冷机和板换的产冷量；监控总管路上的电动开关阀的状态；监控单元控制器的状态等。群控制器分析以上监测数据，根据室外湿球温度、末端侧负荷、自由冷却模式的可用程度、设备故障情况等决定系统的运行模式。1 .群控制器可通过单元控制器启停对应的冷机单元。若群控制器向单元控制器发出运行冷机单元命令15min（可调）后，没有收到单元控制器的状态反馈，群控制器应前端报警，并启动下一套冷机单元,直到成功
4、启动。群控制器向启动故障的单元控制器发出的命令信号需在一段时间（可调）后取消并锁定。当启动故障的冷机单元维修后解除报警可正常运行时，替代其运行的冷机单元应继续运行不切换。若成功启动的冷机单元小于末端需求时，群控制器解除所有报警，继续启动剩余的冷机单元，以满足需求。每套冷机单元重启模式按照系统当前运行模式决定,在预冷模式和制冷模式下启动“冷机制冷模式”，如条件允许时，再切换到预冷模式。在当前运行模式为自由冷却模式时直接开启冷却塔和相关水泵阀门制冷。2 .当冷机单元处于维护模式时，不接受和参与任何控制。3 .群控制器可实现冷机单元之间的自动轮询模式。群控制器应首先开启轮询中选择的冷机单元，待此冷机
5、单元成功启动后，再关闭轮询过程中应关闭的冷机单元。操作人员可以选择手动或者自动轮询。4 .冷冻站冷冻水温的设定值为16.5（可调），该值为基准设定值。运维者应可调整该设定值，可在每个冷机单元控制器和冷站群控控制器上通过工作站图形界面进行调整。所有模式下冷冻水温的设定值、冷机设定值和所有报警限值/返回设定值应自动针对基准设定值增减数据。操作流程中采用的模式设定值和报警限值均基于冷冻站冷冻水温的设定值，所有设定值针对该设定值作线性偏移。5 .群控制器的界面至少显示以下参数：群控制器的状态、末端侧负荷、冷站负荷率、冷机单元的现运行台数以及状态、冷冻站的现运行模式、室外气象参数等。6 .2冷冻站的运行
6、模式（群控制器）2.2.1制冷系统运行模式制冷系统的运行模式分三种：制冷模式，预冷模式，自由冷却模式。模式的转换由单元控制器根据室外空气湿球温度及稳定性，冷却塔风机单元的负荷，冷机及板式换热器的运行状况来综合确定。A：制冷模式运行当室外空气湿球温度高于15.5度（按照冷却塔出水温度为34选型对应的湿球温度）（可调），控制冷却塔用的冷却水供水温度设定值应为21.5。C（可调）。冷机冷却水供水温度传感器将用于冷却塔的PID控制回路。系统在纯制冷模式下运行，冷却水出水温度在2L534度之间，保证冷机正常运行。B：进入预冷模式当室外湿球温度TshW15.5C,且高于8（按照冷却塔出水温度为15.5和2
7、1.5选型对应的湿球温度）（可调）的时间超过15Inin（可调）时，单元控制器开始检测冷却塔出水温度以及该温度与冷冻水回水温度的差值t,若冷却塔的出水温度W2L5和4t2L5（可调，板换的换热温差）的时间超过15min（可调）时，单元控制器检测冷机单元内相应设备及控制阀门的状态正常后，向群控制器发出进入预冷模式request”信号，由群控制器决定其进入预冷模式，并发出报警提醒操作人员。当群控控制器同意单元控制器进入预冷模式时，群控控制器将向单元控制器发送预冷模式开始命令；当群控控制器命令冷机单元进入预冷模式时，单元控制器将发起所需的系列操作，容许换热器与冷机串联运行。当单元控制器接收到预冷模式
8、启动命令后，单元控制器将重置冷却水出水温度为15.5（可调），此温度值应为预冷模式下最低冷却水温设定值。冷机冷却水供水温度传感器应用于冷却塔的PlD控制回路。然后开始检测冷却塔出水温度与板换冷冻水回水温度的温差，如果冷却水出水温度低于冷冻水回水温度超过1.5C（可调，板换的换热温差）超过15（可调）分钟，则返回给冷机群控控制器预冷模式正常反馈，冷机单元控制器收到正确阀位的验证信号10分钟（可调）后，冷却塔PID控制回路的输入将从冷机冷却水供水温度切换到冷机冷冻水回水温度，将进行冷却塔的控制，以维持冷机冷冻水回水温度设定值。冷机冷冻水回水温度设定值应为18.5C（可调）。此温度设定值的计算方法为
9、：将冷机进出水的最小温差1.50C（可调）和冷机冷冻水出水温度设定值15oC相加。冷却塔的PID控制回路将从之前的冷却水供水温度控制切换到冷机冷冻水回水温度控制，原因是冷机蒸发器进出水最低温差设定为1.5oC,以确保冷机有足够的负荷。如15分钟（可调）后，冷机群控控制器还没收到预冷模式正常反馈，则群控制器向操作人员报警提示此套冷机单元进入预冷模式时故障，并自动锁定此套冷机单元，该冷机单元自动返回到制冷模式。在锁定被操作人员解除前冷机单元不允许再次自动进入预冷模式。操作人员应可在群控制器的图形界面中选择冷机单元手动或者自动进入预冷模式。选择自动模式时，群控制器延时30min,供操作人员确认是否进
10、入预冷模式，如果操作人员在30Inin内不确认，则系统自动进入预冷模式。当操作人员确认不进入预冷模式，应在工作站中的图形界面中选择手动切换，使冷机单元不进入预冷模式。当预冷模式准备就绪时，操作人员也可以在工作站图形界面中手动确认立即进入预冷模式，而不必等30Inin延迟后自动进入。当预冷模式处于在手动进入模式时，群控制器应提醒操作人员进入预冷模式的条件已经具备。C:退出预冷模式预冷模式将自动终止，无需运维者干预。在预冷模式中，群控控制器将监视自单元控制器的预冷模式状态点。当室外的湿球温度高于进入预冷模式时湿球温度的设定值15.5（按照冷却塔出水温度为2L5C选型对应的湿球温度）（可调）超过IO
11、nIin（可调），观察冷却水的出水温度以及板换冷冻侧的供回水温差，冷却塔容量加载至100%运行，冷却水的出水温度21.5（可调），且板换冷冻侧的供回水温差0.5C（可调）的持续时间超过15min（可调）后，或任一换热器阀门的状态与命令不符。群控控制器将发送命令至单元控制器，以进入制冷模式。当冷机单元从预冷模式返回制冷模式时，换热器冷却水旁通阀将被打开。旁通阀验证打开状态后，换热器冷却水隔离阀将被关闭。隔离阀关闭后，冷却塔PID回路控制的输入将从冷机冷冻水回水温度切换到冷机冷却水供水温度，冷却塔将进行控制，以维持冷机冷却水供水温度设定值。冷却塔PID回路将从之前的冷机冷冻水回水温度控制切换到制冷
12、模式的冷机冷却水供水温度控制，如上所述。冷机单元仅依靠冷机进行制冷；冷机单元进入制冷模式。单元控制器顺利退出预冷模式进入制冷模式后向群控制器发出“0K”信号。当发送命令15min（可调）后，没收到退出预冷模式的OK状态反馈，则群控制器向操作人员报警提示此套冷机单元退出预冷模式时故障，并自动锁定此套冷机单元。当冷机单元在预冷模式被认为故障时，则预冷模式在冷机单元层面上应被锁定，需要操作人员手动复位来解除锁定。群控制器需要开启另外一套冷机单元，开启模式为冷机制冷模式，待运行稳定后，根据判定条件实现模式切换。D:进入自由冷却模式在预冷模式下，当室外湿球温度Tsh8.0C（按照冷却塔出水温度为15.5
13、选型对应的湿球温度）（可调）的时间超过30min（可调）时，单元控制器开始检测冷却塔的出水温度，若W8.0C（可调）的时间超过30min（可调）时，冷水机组的负载率35%（可调），冷却塔风机的转速W40Hz（可调），换热器进入冷机的冷冻水温低于或等于17.0C（可调）达30分钟（可调），则单元控制器将发送硬接线的输出信号至群控控制器，表示节能模式就绪。首先单元控制器向群控控制器发送经济模式准备就绪命令，请求群控控制器同意进入经济模式；当群控控制器接收到经济模式就绪命令后，其将在前端报警提醒运维人员可以进入经济模式。当群控控制器同意单元控制器进入经济模式时，群控控制器将向单元控制器发送经济模式开
14、始命令，当单元控制器接收到经济模式启动命令后，当群控控制器命令单元启用节能模式时，冷机冷冻水回水温度设定值将从预冷模式下的设定值17.0C（可调）缓慢向下重设至15C（可调），以卸载冷机。冷机冷冻水回水温度传感器将用于冷却塔的PID回路控制。冷机单元控制器监视着冷机运行产冷吨数，当冷机运行冷量降低至满载冷量的25%（可调）时，单元控制器将关闭冷机。这样做是为了防止冷机蒸发器进出水温差降至L5。C以下，先于冷机低负载故障发生前关机。冷却塔的PID回路控制设定值的输入将从冷机冷冻水回水温度切换至冷机冷冻水供水温度，冷却塔将进行控制，以维持冷机冷冻水供水温度设定值为17C（可调）。当单元控制器成功关
15、闭冷机后，则其向群控控制器发送经济模式成功反馈；当延迟15（可调）分钟后，群控控制器仍没有接收到经济模式的状态反馈，则群控控制器认为此套冷机单元不适合运行在经济模式，群控控制器将撤销对冷机单元的经济模式命令，使冷机单元继续运行在预冷模式；操作人员应可以在群控制器的图形界面中选择冷机单元手动或者自动进入自由冷却模式。选择自动模式时，群控制器延时30min,供操作人员确认是否进入自由冷却模式，如果操作人员在30min内不确认，则系统自动进入自由冷却模式。当操作人员确认不进入自由冷却模式，应在工作站中的图形界面中选择手动切换，使冷机单元不进入自由冷却模式。当自由冷却模式准备就绪时，操作人员也可以在工
16、作站图形界面中手动确认立即进入自由冷却模式，而不需要30min延迟后自动进入。当自由冷却模式处于在手动进入模式时，群控制器应提醒操作人员进入自由冷却模式的条件已经具备。E:退出自由冷却模式节能模式将自动终止，无需运维者干预。在经济模式下，群控控制器将监视自单元控制器的节能模式状态点。当板换冷冻水出水温度高于设定值0.5（可调）度超过20（可调）分钟，及任一换热器阀门的状态与命令不符。群控控制器将发送命令至单元控制器，以进入预冷模式。冷机单元将有序进入预冷模式，如上所述。当冷机单元从节能模式返回预冷模式时，当冷机单元从节能模式返回预冷模式时，冷却塔PlD回路控制的输入将从冷机冷冻水供水温度切换到冷机冷冻水回水温度，冷却塔将进行控制，以维持冷机冷冻水回水温度设定值。冷却塔PID回路将从之前的冷机冷冻水供水温度控制切换到预冷模式的冷机冷冻水回水
