数据机房水冷工作站中建筑设备监控系统的运用

　　随着互联网和计算机技术的发展，数据机房的建设需求也在不断的增加。特别是近几年来，为了节约成本、便于管理、形成规模化效益，数据中心的建设规模逐渐变得越来越大，机房单机架功耗也越来越大，普遍4~8kW/架，有的甚至达到20kW/架的超高功耗。随着国家绿色节能计划的推出，对大型数据机房这样的用电大户提出了一个机房用电能效考核，为降低数据机房的PUE,越来越多的数据机房采用水冷冷水机组制冷的空调方式。建筑设备监控系统在数据机房冷冻站中的应用也越来越广泛。

　　一、建筑设备监控系统的定义

　　建筑设备监控系统（building automation system）是指利用自动控制技术、通信技术、计算机网络技术、数据库和图形处理技术对建筑物（或建筑群）所属的各类机电设备（包括暖通空调、冷热源、给排水、变配电、照明、电梯等）的运行、安全状况、能源使用状况及节能等实行综合自动检测、控制与管理的自动化控制系统，简称BAS.

　　BAS一般采用分布式系统，并根据系统的规模要求及产品特点，采用单层、双层或三层的网络结构，并满足分布式系统集中监视操作和分散采集控制的原则。

　　二、建筑设备监控系统组成

　　大型或者比较重要的建筑物的监控系统一般采用管理层、控制层、现场设备构成的三层网络结构。管理层又叫中央管理工作站，设置在BAS中央控制室内，一般由服务器、客户机、打印机、控制台、软件等组成，完成系统集中监控和各种系统的集成。

　　控制层由通信总线和控制器等组成，控制器一般采用直接数字控制器（DDC），完成建筑设备的自动控制。现场设备主要由检查仪表（传感器、变送器等）和执行仪表（电动阀、电磁阀、电动风门等执行机构）等现场设备组成，完成末端设备控制和现场仪表设备的信息采集和处理。通信总线协议一般采用TCP/IP、BACnet、LonTalk、MeterBus、ModBus等国际标准。

　　三、建筑设备监控系统在数据机房冷冻站中的应用

　　本文以具有3台冷水主机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔的冷冻站为例，说明建筑设备监控系统在数据机房冷冻站中的应用。

　　1.系统整体结构设计。冷冻站做为数据机房的集中空调设备站，其重要性不言而喻，作为冷冻站的控制系统，采用分布式集散控制方式的三层网络结构，管理层建立在以太网络上，控制层则采用BACnet 总线技术，点对点通讯，并允许在线增减设备，其灵活的结构为系统实施和维护带来最大的便利。管理层网络利用综合布线为物理链路，通过标准TCP/IP通讯协议高速通讯。控制层网络采用开放的标准化现场总线 BACnet,采用 TCP/IP 标准协议，将数字控制器、扩展模块等现场设备连接在一起，同时还支持自由拓扑结构，易于在网络中添加或减少设备，系统具有开放性、可扩充性，为组网实施和升级改造提供了最大的便利。

　　2.系统主要监控功能。冷负荷需求计算：根据冷冻水回水温度及当前运行机组的负荷值，自动计算机房空调实际所需制冷负荷，以决定当前制冷机组的启停台数。

　　冷水机组台数控制：根据加机温度设定值和减机温度设定值，或者加机和减机机组负荷设定值，进行系统加载和加载控制，自动调节冷水机组运行台数（包括冷水主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔），与系统的负荷变化同步，优化机组的运行，达到最佳节能目的。

　　冷水机组连锁控制：启动顺序：冷却塔蝶阀/冷冻主机冷冻水冷却水蝶阀、冷却塔风机、开冷冻水泵，开冷却水泵、冷水机组；停止顺序：停冷水机组、关冷却塔风机、关冷冻水泵、关冷却水泵、蝶阀。

　　冷冻水压差控制：根据冷冻水供回水压差，自动调节旁通调节阀开度，维持供水压差恒定。

　　小负荷控制：系统运行过程中，冷水主机机组负荷小于临时停机设置值时，冷水主机临时停机，冷冻水泵和冷却水泵不停机，待冷冻水回水温度大于冷水主机临时停机重启温度时，重新启动冷水主机。

　　备用自投：各套制冷系统相互备用，当任一组冷水主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机出现故障时，自动启动其他备用系统，将故障系统停止运行。

　　冷却水温度控制：根据冷却水温度，自动控制冷却塔风机的启停台数。

　　机组保护控制：自动统计机组及水泵、风机的累计工作时间，每次启动优先选择最少启动时间设备投入运行，并提示定时维修。

　　机组运行参数：检测系统内各检测点的温度、压力、流量等参数，自动显示、定时打印及故障报警。

　　水箱补水控制：自动控制进水电磁阀的开启与关闭，使膨胀水箱水位维持在允许范围内，水位超限进行故障报警。

　　3.系统主要监控点表

　　4.系统安全措施。本着建筑设备监控系统不能由于系统自身的原因，给数据机房冷冻站空调系统的正常运行带来任何影响的原则，采取以下技术措施，保证系统运行安全：

　　4.1数字控制器之间通讯网络采用环路设计，通络网络出现单点故障时不会影响系统通讯。

　　4.2系统所有设备的控制采用开控制和关控制分开的双输出点控制，保证数字控制器停电或故障时设备保持当前运行状态不变。

　　4.3系统中设置手动及自动模式选择，当自动程序出现故障时，操作人员在后台可以改为手动运行模式；现场设备均具有手动操作功能，自控系统故障时，可现场人工启动设备。

　　4.4监控中心设置不间断电源UPS,控制系统设备由不间断电源单独回路供电，保证市电电源停电时，建筑设备监控系统保持当前运行模式不变。

　　4.5数字控制器可脱离上位机（如中央操作站），独立承担控制及通讯功能，脱机后不影响系统运行。

　　4.6每套制冷单元（冷水主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔）单独设置1台独立数字控制器，单台数字控制器故障时不影响其他制冷单元运行；制冷系统的群控设置专用数字控制器，控制器故障时，系统保持当前运行状态不变。

　　四、结语

　　建筑设备监控系统的应用，随空调系统的运用变化而变化，北方地区使用水冷冷水机组制冷的空调系统一般采取设置板式换热器组在冬季进行自然冷却的节能措施，建筑设备监控系统相应对自然冷却模式进行检测和控制及自然冷却模式和普通工作模式的工况转换控制。而有不间断制冷要求的重要机房，冷冻站内设有与水冷冷水机组制冷的空调系统配合使用的蓄冷设施，建筑设备监控系统相应对蓄冷模式进行检测和控制。

　　建筑设备监控系统在数据机房冷冻站中的应用，优化了水冷冷水机组制冷空调系统的运行状态，节省了设备能耗，提高了设备自动化监控和管理水平，提高了运行和管理人员的效率，减少了运行费用。

　　参考文献：
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