淺談西門子DDC控制器在數據中心冷源群控中的應用

孫殿康

【摘要】：隨著互聯網和數據時代的迅速發展，數據中心也在我國加速建設中，數據儲存設備的安全和節能的問題凸顯。本文介紹制冷機組的控制，確保實現系統的安全、穩定性與節能完美結合。

【關鍵詞】：數據中心 冷機群控 控制 西門子

1、概述

“綠色機房”已成為當今IDC的時代主題，它包括減少一開始使用的能源和材料、提高樓宇的使用效率、延長樓宇的使用壽命、減少配件的更換和浪費等一系列行動。IDC在全球的增長已令企業開始關注數據存儲、傳輸和處理過程中所用資源的效率和生產率。

具有代表性的數據中心項目，基本上都采用了相同的模式架構：冷水機組、換冷板換、冷凍冷卻水泵、冷卻塔、蓄冷罐等等。

2、項目制冷系統介紹

數據中心項目制冷系統包括離心式制冷主機、變頻冷凍水泵、變頻冷卻水泵、冷卻塔、制冷板換。項目要求整個冷源系統一年四季持續無波動運行，因此制冷主機和冷卻塔是整個系統的運行核心也是安全和節能的核心，只有按需啟動，才能體現控制精準與綠色節能并重的控制理念。變頻水泵和制冷板換在一定的條件下，也能為整個數據中心節省相當大的一部分能源。以下我們著重分析一下，采用SIEMENS APOGEE樓宇自控系統之后， 整個冷源機房的控制方法及其特點：

大型數據中心通常含有4臺及以上制冷主機，系統通常分一用一備冗余系統，設計換冷板換，冬天室外低溫可以完全替代冷水主機供冷，或者和主機同時運行。

冷凍站的操作可以全部由SIEMENS AOPGEE系統自動控制，通過運行穩定可靠的現場控制器PXC MODULAR控制冷凍站的所有設備，控制方法可選全自動運行/遠程手動/本地手動3種方式任選。僅僅需要通過SIEMENS AOPGEE系統的圖形界面，簡單的用鼠標或者鍵盤設備進行三種模式的操作。

3、控制難點及解決方案

3.1 變頻水泵的自動控制

系統設計是根據變頻水泵的管道壓力來對頻率進行調節。但如果使用常規的PID條調節方式，會出現頻率不溫度，頻率震蕩幅度偏大，影響系統穩定。SIEMENS APOGEE系統的每臺DDC控制器均內置了無模型自適應工業級的控制方式，能保存，測量和分析歷史誤差數據，自動學習控制對象的動態特性，從而給出當前控制回路的最佳值，減少被控系統的震蕩和偏差，提高控制精度，節約能耗。

3.2 狀態保持

因為冷凍站中涉及到很多的電動切換閥，當DDC控制器斷電重啟后需要恢復到原來的狀態、或者人為設定一個狀態，西門子DDC都可以完美實現。

4、系統設計選擇

數據中心的冷源機房群控系統的方案設計階段，最大的對手不是別的品牌的DDC，而是西門子工業級的PLC。從實際項目中可以發現，在諸如數字和模擬量的采集，邏輯和順序控制，簡答的PI調節等功能上，PLC和DDC異曲同工。不過PLC面向的主要是工業領域，工藝對象紛繁的控制需求以及現場復雜的環境導致PLC的發展追求通用性強，安全和防護要求高以及可以實現分布式系統功能。

從硬件系統來看，對于開關量信號的采集，S7-200CN 和 DDC 一樣，都能滿足。對于 模擬量信號，S7-200CN 通過外接模擬量模板后，可以采集標準的電壓、電流信號，熱電 阻和熱電偶信號，但是對于溫濕度、露點這樣的暖通特征信號，就需要通過二次儀表進行 轉換，在這一點上，DDC 比 S7-200CN，有更多和更適合暖通特征信號的選擇。而作為像變 頻器這樣通過總線傳遞信號的產品，S7-200CN 和 DDC 都可以有為數不少的適合自己總線 類型的產品選擇。

在人機界面上，S7-200CN 既可以連接到 7"或是 10"的工業觸摸屏上， 也可以接在裝有 Win CC 系統的操作終端，同樣對于 DDC 產品，也能連上裝有自己上位機 系統的終端上，但是，觸摸屏的使用，目前在暖通空調的相關 DDC 控制系統上，并不多見。

從軟件功能上看，對于常規的邏輯和順序控制，對于浮點運算和計時、延時、定時， 兩類控制器都各自的方法加以實現。對于回路控制，S7-200CN 只能對不超過 8 路的 PID 進行單回路處理，并且 PID 參數需要靠經驗設定，而 DDC 中的 Apogee 不僅可以進行單回路處理，還具備對多回路復雜 PID 進行處理的能力，另外，Apogee 控 制器還提供 PID 整定工具。在類似于飽和壓力和飽和溫度處理、自適應控制、負荷循環控 制、水力平衡控制、自身時間管理等暖通專業的功能上，PLC 產品沒有任何預置或標準程 序可以選用，完全要靠工程師實際編程，而 DDC 都有相關應用標準程序的預置或選用。

通過前面對 PLC 和 DDC 的比較，我們還是可以看到，以西門子工業集團的 S7-200CN 為代表的 PLC，雖然在很多性能和功能上，可以 實現對暖通空調系統以及房間控制系統的一些控制，但卻無法真正滿足樓控領域對建筑節能、環境舒適以及樓宇應具備更高智能化、個性化的要求。DDC 的優勢在于，它具備了給客戶提供供滿足上面各種要求的軟、硬件控制的能力。但是，DDC 最終能否把這些優勢展現 出來，最為關鍵的還是取決于我們從事樓宇控制專業的同事們，能否讓用戶看到這些更為專業和復雜的控制，帶給他們的價值，以及我們這些人，除了產品本身之外，還能留給合作伙伴和最終用戶多少的信任。

對于大型數據中心，機電設備的功率密度大，對于工作環境的溫度，濕度要求提高，全自動化的要求愈加迫切，以及能耗等問題，都對制冷站群控系統提出了全新的挑戰。

SIEMENS APOGEE系統以其優異的性能表現出強大的穩定性，可靠性，先進性，卓越性，最大限度的提升操作人員的舒適感和安全性，同時盡量降低能耗，最終幫助IDC數據中心降低能耗，實現高效能的“綠色數據中心”。

【參考文獻】

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