基于PID控制的冷冻水精密空调调节分析.pdf

年 月 第一期基于 控制的冷冻水精密空调调节分析许佳腾 盛 军 余石磊(杭州杭钢云计算数据中心有限公司 杭州)摘 要:冷冻水精密空调是数据中心暖通系统中重要的组成部分不仅影响到数据机房 设备的散热也影响冷源系统的稳定 本文通过对冷冻水精密空调的 调节方法的研究和分析解决了数据机房供冷不稳定、冷冻水系统末端压差震荡等数据中心运维发现的问题不仅保障了末端 设备的稳定运行也提高了数据机房空调能效比关键词:数据中心冷冻水精密空调 控制末端压差震荡 前言数据中心内机房环境的温湿度主要依靠空调系统保证目前主流中、大型数据中心所采用的空调系统是集中式冷冻水空调系统系统一般由冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、末端精密空调、板式换热器等设备组成 冷冻水空调系统中各设备的关联性是非常强的其中某个设备或者环境出现问题会妨碍前后端设备甚至整个空调系统的稳定运行使机房 设备的业务连续性受到影响杭钢云计算数据中心.期选用的末端精密空调为佳力图()冷冻水精密空调 其控温策略为送风控制模式主要的控制策略为通过调节冷冻水二通阀来调节精密空调的送风温度通过调节 风机的转速来控制精密空调的回风温度这两种策略都通过 控制算法使最终的目标温度趋于稳定本文从数据中心运维工作中实际案例出发分析了冷冻水系统中末端压差震荡问题产生的原因并通过 控制的调节使末端精密空调的运行趋于稳定从而提高了冷冻水空调系统的稳定程度 案例的现象和影响杭钢云计算数据中心启用初期数据机房精密空调采用了送风控制模式控制末端压差变动频繁且波动较大冷源系统的末端压差在 之间反复震荡不能稳定下来 实际末端压差波动如图 所示末端压差波动大不仅会使得 系统一直对冷冻水泵进行调节(冷冻水泵的频率会根据末端压差进行调节)导致冷冻泵的频率、冷冻水的供水流量产生波动还会使得冷水机组的运行工况和数据中心的制冷量产生波动严重时可能造成冷水机组宕机同时由于末端压差波动较大我们在设置末端压差值的时候就需要提高一定的设定值否则水泵频率不够会导致末端压差过低影响末端空调设备的换热效果增加了冷冻水系统整体的能耗图 调整之前的冷冻水系统末端压差 案例的分析和处理数据中心冷冻水系统中冷冻水回路是一个闭环系统冷冻水的末端压差波动频繁且范围大的主要原因就是末端通水量发生了较大的变化导致总水量一直不均衡 导致这种情况的原因有两种一是冷源系统的供水温度不稳定导致末端空调水阀 年 月 第一期基于 控制的冷冻水精密空调调节分析 有波动二是蓄冷罐调节阀或者末端空调水阀本身动作过于频繁导致系统冷冻水水量波动为验证以上推论技术人员对一期数据机房的管道及末端精密空调进行了全面的排查最后终于找到了原因:大量精密空调的水阀变动的十分频繁(水阀开度从 到 反复变动)而这也将直接导致送风温湿度变化非常大如图 所示影响了数据机房 设备的散热效果图 调整之前的精密空调送风温湿度变化曲线据排查统计.期初期启用的精密空调共 台有 台精密空调的水阀都出现了频繁波动的问题这导致了数据中心.期冷冻水系统的整体水量产生了波动也是导致系统末端压差波动大的主要原因我们通过观察波动频繁的精密空调温湿度变化曲线和观察周期内水阀运行规律中找到了原因:在送风控制模式下精密空调的送风温度是根据冷冻水二通阀的开度来进行 控制的 具体设定参数如图 所示:)送风设定:精密空调的中心温度水阀的开度会随着实际温度与中心温度的差值进行调节若实际输入温度(送风传感器读取值)高于设定温度则水阀开大反之水阀减小)温度回差:是 控制的温度区间如图所示在 的区间内水阀会进行 调节若超出 水阀输出会置位至 若低于 水阀开度输出会置位至最小开度(默认为)制冷比例带:是 调节的比例参数水阀会根据送风温度 的区间输出 到 的开度值此参数与比例系数 互为倒数有别与比例系数 的设置比例带参数设定值越大水阀开度调整的速度越慢)制冷积分常数:是 的积分系数数值的变化会使送风温度在到达温度边界值时逐渐减少/增大向中心值靠拢的速度(根据历史温差的积分变化)积分常数 越大水阀开度的震荡越小)制冷微分常数:是 调节的微分系数微分常数 一般设置为 由于水冷空调的水阀开度和送风温度的变化存在一定滞后性若出现送风温度变化过快水阀的输出值波动慢的情况可以适当调高微分常数图 精密空调送风控制参数及 控制参数经观察发现在水阀波动较大的这些精密空调中温度回差的设定值为 制冷比例带是 精密空调送风控制的调节过程中送风温度的反馈值和水阀开度的输出值之间是存在一定滞后性的假设送风温度反馈值高于送风设定温度 水阀起始开度为 水阀会因为温度高而慢慢大但若由于比例系数 过水阀开启速度过慢则虽然水阀在不断开大但送风温度仍会不断上升若此时送风温度的反馈值经超过设定值 此时水阀输出值会立刻置位至 送风温度会大幅下降同理在温度低于设定值时水阀从全开至关闭时也有这个情况在起始水阀开度过大时温度仍会慢慢下降温度会迅速低于送风设定温度 这时水阀输出值会立刻置位至 这也就是图 精密空调出风温湿度和水阀变化如此频繁的原因经反复测试后将温度回差值设到 将制冷比例带设置到 制冷积分系数设置 这时水阀的变动基本会在 的范围内进行 控制随后逐渐到达平衡值 调整前后的送风温湿度也如图 所示逐渐达到平衡值若末端负载有波动精密空调也会动态小幅调节不会出现水阀反复波动的情况 年 月 第一期图 调整前后的精密空调送风温湿度我们对.期在用的精密空调送风 参数都进行如上的调节效果也很明显所有空调的送风温湿度都逐渐达到平稳且冷冻水系统的末端压差的变化都趋于平稳如图、所示图 调整前后的系统冷冻水末端压差 结语本数据中心的水循环冷却系统在运行过程中出现了末端压差波动较大的不稳定情况 在没有厂家技术支持的情况下数据中心对系统架构和设备进行深入了解迅速定位并解决问题 通过调整 控制器的参数和加强设备维护不仅解决了当前的问题还提高了系统整体的运行效率 同时提高了运维团队对 控制系统的理解和实际应用能力参考文献刘少博陈丽徐鹏.基于 技术的精密空调压缩机柔性控制节能系统设计.机械与电子():.华晓辉.数据中心冷冻水空调系统的运行维护.通信电源技术():.王群立.基于 控制器 模块在液位系统的应用研究.自动化应用():.收稿日期:(上接第 页)送风制度恢复过程图 号高炉恢复炉况期间下部送风参数恢复过程从图 可以看出:整个恢复过程风量、氧量以及风温有节奏的增加没有出现因压差高减风的异常炉况顶压根据风量的大小相应调整湿份根据炉况的需要有节奏的调整 整个恢复过程有条不紊没有出现反复 结语复风恢复炉况期间长时间非计划停煤通过及时退全焦负荷缩矿批配合下部送风制度的调整等手段避免了异常炉况的出现积累了成功的经验喷煤恢复后风量、氧量的恢复和负荷的调整根据炉况和炉温的走势有节奏的增加避免了出现炉况波动收稿日期: