數(shù)據(jù)中心冷源群控自控系統(tǒng)模擬測(cè)試驗(yàn)證

鄒新存

[摘? ? 要 ]在數(shù)據(jù)中心的自控系統(tǒng)建成之前，進(jìn)行制冷自控系統(tǒng)出廠前的模擬測(cè)試驗(yàn)證工作，是數(shù)據(jù)中心能夠正常投入并有效使用的基本保證。通過(guò)對(duì)冷源群控在工廠進(jìn)行控制系統(tǒng)搭建，并進(jìn)行完善、合理的邏輯功能測(cè)試，并通過(guò)業(yè)主以及專家見(jiàn)證，并取得關(guān)鍵測(cè)試驗(yàn)證結(jié)論后，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝尤其重要。針對(duì)大型數(shù)據(jù)中心園區(qū)，具有UPTIME 4設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜的冷源群控自控系統(tǒng)的模擬測(cè)試驗(yàn)證，總結(jié)出一套完善的、可參考的模擬測(cè)試驗(yàn)證的測(cè)試過(guò)程及方法。

[關(guān)鍵詞]數(shù)據(jù)中心;冷源群控自控系統(tǒng);模擬仿真測(cè)試;驗(yàn)證方法

[中圖分類號(hào)]TU831 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）08–00–03

Simulation Test Verification of Cold Source Group Control Automatic

Control System in Data Center

Zou Xin-cun

[Abstract]Before the automatic control system of the data center is built， the simulation test and verification of the refrigeration automatic control system before delivery is the basic guarantee for the normal operation and effective use of the data center. Through the cold source group control in the factory to build the control system， and carry out a sound and reasonable logical function test， and through the owner and expert witness， and obtain the key test verification conclusion， it is particularly important to carry out on-site installation. Aiming at the simulation test and verification of complex cold source group control automatic control system with uptime 4 design standard in large data center park， this paper summarizes a set of complete and referential test and verification test process and method.

[Keywords]Data Center; cold source group control automatic control system; simulation test; verification method

1 某大型數(shù)據(jù)中心冷源系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某大型數(shù)據(jù)中心位于上海金橋，機(jī)房面積2萬(wàn)m2，冷源群控系統(tǒng)共有點(diǎn)位1萬(wàn)左右，進(jìn)行了全工況程序驗(yàn)證。共有74臺(tái)PLC控制箱，12套冷源群控自控系統(tǒng);核心數(shù)據(jù)冷源系統(tǒng)包括D1、D2樓均為一套水冷冷凍水冷源（A路）及一套風(fēng)冷冷凍水冷源（B路）的2N設(shè)計(jì)，按照Uptime Tier III級(jí)別設(shè)計(jì)。D3、D5、D7（D4、D6、D8）樓每棟樓設(shè)置一套主用水冷冷凍水系統(tǒng)（A路），并在D5（D6）樓設(shè)置一套這3棟樓共用的備用水冷冷水系統(tǒng)（B路），按照Uptime Tier IV級(jí)別設(shè)計(jì)。每套冷源在B管路上并聯(lián)一套板式熱交換器，通過(guò)冷卻水/冷凍水的熱交換，提供免費(fèi)制冷冷源;在每套冷源設(shè)計(jì)蓄冷罐和蓄冷主機(jī)，提供應(yīng)急故障情況制冷需求。

本項(xiàng)目測(cè)試驗(yàn)證的區(qū)域約2000m2，不同階段共計(jì)6人參與，測(cè)試以及驗(yàn)證過(guò)程歷時(shí)三個(gè)月。編寫(xiě)測(cè)試驗(yàn)證手冊(cè)及各種測(cè)試圖表共計(jì)約兩千頁(yè)，整體測(cè)試及驗(yàn)收分三次進(jìn)行，共五天，由業(yè)主單位、顧問(wèn)單位、設(shè)計(jì)院、測(cè)試單位共同參加。主要測(cè)試邏輯包括：模式切換邏輯、A路運(yùn)行控制邏輯、夏季按照冷凍水管道溫度控制B路投入運(yùn)行、A路最小運(yùn)行和免費(fèi)制冷投入運(yùn)行模式、投入使用和停止使用蓄冷罐邏輯、B路投入使用控制邏輯、事故判斷邏輯、加載和減載邏輯、設(shè)備故障切換邏輯等。

2 數(shù)據(jù)中心冷源自控系統(tǒng)介紹及測(cè)試驗(yàn)證步驟

冷源群控軟件采用EBI-R510冗余軟件，現(xiàn)場(chǎng)控制器采用HC90-C70系列PLC控制器，服務(wù)器采用2臺(tái)R410系列冗余，采用MT系列工作站作為工程師站和操作員站，采用Designer Softwear軟件編寫(xiě)PLC控制邏輯，采用EBI Disply Builder作為組態(tài)軟件。采用EBI自帶HC900驅(qū)動(dòng)協(xié)議進(jìn)行通訊配置。控制對(duì)象包括冷水機(jī)組、冷凍（卻）水泵、冷卻塔、蓄冷罐、溫度、壓力、壓差、頻率、流量等。 網(wǎng)絡(luò)采用雙鏈路、雙通道、設(shè)備冗余設(shè)計(jì)，系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

數(shù)據(jù)中心冷源群控系統(tǒng)仿真測(cè)試驗(yàn)證按照不同步驟進(jìn)行，準(zhǔn)備階段、測(cè)試環(huán)境搭建階測(cè)試階段、驗(yàn)收及總結(jié)。

2.1 準(zhǔn)備階段

組織協(xié)調(diào)人員，編制測(cè)試驗(yàn)證方案，并通過(guò)業(yè)主及專家的評(píng)審，應(yīng)包含冷源自控系統(tǒng)邏輯方案，軟硬件測(cè)試表格，制定計(jì)劃及安排。測(cè)試區(qū)域出入口警示標(biāo)識(shí)張貼;保證所有測(cè)試設(shè)備全部能夠正常工作后，人員進(jìn)駐并進(jìn)行具體的測(cè)試工作，把測(cè)試表格全部打印并裝訂成冊(cè)，控制箱體所有圖紙放入文件筐并在箱體上張貼箱體各階段測(cè)試人員簽字確認(rèn)表。

2.2 測(cè)試環(huán)境搭建階段

場(chǎng)地選擇非常重要，可結(jié)合圖2進(jìn)行設(shè)置辦公區(qū)、倉(cāng)庫(kù)區(qū)域、測(cè)試區(qū)域。并在不同區(qū)域設(shè)置視頻監(jiān)控?cái)z像頭，以保存視頻文檔資料。辦公區(qū)用于測(cè)試驗(yàn)證人員編寫(xiě)程序，設(shè)置投影設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試展示。倉(cāng)庫(kù)區(qū)域設(shè)置工具備件架，并安裝測(cè)試服務(wù)器機(jī)柜，應(yīng)設(shè)置空調(diào);測(cè)試區(qū)域設(shè)置配電箱給測(cè)試系統(tǒng)供電，并有足夠空間進(jìn)行操作。

2.3 測(cè)試驗(yàn)證

包括硬件測(cè)試和軟件測(cè)試，硬件測(cè)試包括箱體內(nèi)部接線測(cè)試、箱體上電測(cè)試、控制程序下載及信號(hào)發(fā)送及反饋檢查測(cè)試;軟件測(cè)試包模擬測(cè)試程序編寫(xiě)以及輸入模擬條件根據(jù)測(cè)試表，進(jìn)行測(cè)試，最終達(dá)到驗(yàn)證要求。

2.4 總結(jié)及驗(yàn)收階段

應(yīng)該包含組織人員到場(chǎng)、現(xiàn)場(chǎng)硬件測(cè)試見(jiàn)證、程序邏輯測(cè)試見(jiàn)證、填寫(xiě)測(cè)試表格和總結(jié)驗(yàn)收結(jié)論簽字，資料歸檔等工作。

（1）組織人員到場(chǎng)，發(fā)邀請(qǐng)函請(qǐng)相關(guān)單位到場(chǎng)，應(yīng)明確時(shí)間、地點(diǎn)、推薦交通方式、安排計(jì)劃。

（2）硬件測(cè)試抽查：硬件測(cè)試工具檢查，視頻資料及測(cè)試文檔檢查，根據(jù)測(cè)試表格填寫(xiě)情況，抽選5%復(fù)測(cè)。

（3）軟件邏輯測(cè)試：檢查邏輯控制測(cè)試表格填寫(xiě)情況，并根據(jù)測(cè)試表格進(jìn)行邏輯程序的模擬測(cè)試，包含所有控制功能，百分百檢查。在測(cè)試見(jiàn)證過(guò)程中，由檢查單位完成一項(xiàng)，填寫(xiě)一項(xiàng)，并對(duì)測(cè)試結(jié)論和問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)記錄。

（4）總結(jié)階段：對(duì)測(cè)試結(jié)果所有參加人員進(jìn)行記錄會(huì)簽。應(yīng)該明確表示測(cè)試驗(yàn)證是否通過(guò);收集測(cè)試過(guò)程產(chǎn)生的視頻影像資料、測(cè)試表格、問(wèn)題記錄單、結(jié)論報(bào)告、會(huì)議紀(jì)要等文件，并存檔備查。

3 某大型數(shù)據(jù)中心冷源群控系統(tǒng)模擬測(cè)試驗(yàn)證技術(shù)方案

針對(duì)本項(xiàng)目特點(diǎn)，涉及建筑較多共有8棟?rùn)C(jī)房樓，1棟監(jiān)控樓;冷源系統(tǒng)較多，每棟建筑內(nèi)涉及冷凍水系統(tǒng)（雙管路）、冷卻水系統(tǒng)、免費(fèi)制冷系統(tǒng)、水蓄冷系統(tǒng)。涉及故障切換復(fù)雜，不僅有系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備故障切換，各種水系統(tǒng)之間切換、還涉及有同一建筑（T4設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)）或者不同建筑之間（T3設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)）A路和B路冷源系統(tǒng)之間的切換，切換條件較多且復(fù)雜。在控制邏輯要求上非常復(fù)雜，不僅考慮設(shè)備本體建筑故障切換，還有考慮控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、儀表和閥門(mén)、以及樓層壓力的故障切換問(wèn)題。模擬測(cè)試仿真，需要系統(tǒng)所有箱體同時(shí)測(cè)試，多個(gè)建筑之間的控制邏輯同時(shí)聯(lián)動(dòng)，所以針對(duì)本項(xiàng)目采用一種全新的，具有開(kāi)創(chuàng)性的測(cè)試驗(yàn)證方法，不僅提高調(diào)試效率縮短有限的調(diào)試時(shí)間、與硬件搭建測(cè)試環(huán)境相比大幅度降低測(cè)試成本和時(shí)間、同時(shí)高效地完成了復(fù)雜的T3、T4多種冷源應(yīng)急與節(jié)能的切換功能驗(yàn)證等。此種方法在成本、時(shí)間、效率、可靠性、實(shí)施難度上，常規(guī)的硬件展示板演示方式是無(wú)法比擬的。

針對(duì)本項(xiàng)目的測(cè)試邏輯，編寫(xiě)“模擬測(cè)試邏輯”，通過(guò)此程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)被控以及輸入?yún)?shù)的變化。這套“模擬測(cè)試邏輯”實(shí)現(xiàn)了以下功能，如圖3所示。

PLC運(yùn)行邏輯為被測(cè)試邏輯，PLC編寫(xiě)的模擬仿真測(cè)試邏輯主要實(shí)現(xiàn)以下功能，在模擬測(cè)試驗(yàn)證的過(guò)程中是無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的閥門(mén)、水泵、設(shè)備機(jī)組、傳感器等設(shè)備的，是模擬測(cè)試驗(yàn)證程序的設(shè)計(jì)原因。通過(guò)“模擬測(cè)試邏輯”主要實(shí)現(xiàn)仿真在未接入設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)被控制設(shè)備的開(kāi)啟信號(hào)，以及開(kāi)啟信號(hào)后的正常反饋信號(hào)，以及模擬量的數(shù)值，隨著設(shè)備的加載后而產(chǎn)生的相應(yīng)的變化的功能，以便測(cè)試PLC編寫(xiě)運(yùn)行邏輯的目的。實(shí)現(xiàn)了以下功能。

（1）設(shè)置模擬運(yùn)行和實(shí)際運(yùn)行的切換總“軟開(kāi)關(guān)”。

（2）通過(guò)切換總“軟開(kāi)關(guān)”，把程序投入到模擬測(cè)試運(yùn)行程序，此時(shí)把控制設(shè)備的控制輸出信號(hào)與設(shè)備運(yùn)行反饋的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，這樣使用能夠模擬設(shè)備在實(shí)際使用過(guò)程正常的反饋狀態(tài)，也就能夠達(dá)成后續(xù)的連鎖控制邏輯的條件，使邏輯滿足進(jìn)行下一步運(yùn)行的前置條件;

（3）模擬量輸入信號(hào)模擬的變化，是通過(guò)編程軟件自帶的數(shù)據(jù)連續(xù)變化賦值功能模塊，實(shí)現(xiàn)模擬外部輸入?yún)?shù)的數(shù)值連續(xù)變化，來(lái)模擬室外焓值、送回水溫度、壓力、流量、壓差、頻率、負(fù)荷等數(shù)值跟隨時(shí)間來(lái)進(jìn)行線性變化，從而模擬現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷從小到大，再?gòu)拇蟮叫〉淖兓倪^(guò)程，從而達(dá)到冷源系統(tǒng)設(shè)備全工況運(yùn)行，達(dá)到測(cè)試控制邏輯是否正確的目的。

通過(guò)在監(jiān)控軟件的組態(tài)界面中所有控制輸入輸出信號(hào)全部可以通過(guò)此“軟開(kāi)關(guān)”進(jìn)行切換顯示狀態(tài)，并可以把電腦顯示屏，利用投影儀投到大屏幕觀看，便于直觀了解所有設(shè)備運(yùn)行開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于數(shù)據(jù)中心對(duì)于冷源群控自控系統(tǒng)高可用性、高可靠性的要求，自控系統(tǒng)PLC控制器編寫(xiě)控制邏輯的復(fù)雜程度較高，所以在系統(tǒng)部署現(xiàn)場(chǎng)前，搭建模擬測(cè)試環(huán)境，進(jìn)行模擬測(cè)試驗(yàn)證并通過(guò)專家驗(yàn)收，避免了數(shù)據(jù)中心后續(xù)調(diào)試過(guò)程中的所出現(xiàn)的程序缺陷而導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。本文根據(jù)筆者參與的某大型數(shù)據(jù)中心模擬測(cè)試驗(yàn)證過(guò)程，總結(jié)出冷源群控自控系統(tǒng)相關(guān)的測(cè)試過(guò)程場(chǎng)景搭建，測(cè)試步驟及注意事項(xiàng)，并為其他數(shù)據(jù)機(jī)房組織模擬測(cè)試驗(yàn)證，提供了方法依據(jù)，給今后類似大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)提供了冷源群控系統(tǒng)采用軟件模擬仿真測(cè)試提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及重要參考。

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