浅谈西门子DDC控制器在数据中心冷源群控中的应用

孙殿康

【摘要】：随着互联网和数据时代的迅速发展，数据中心也在我国加速建设中，数据储存设备的安全和节能的问题凸显。本文介绍制冷机组的控制，确保实现系统的安全、稳定性与节能完美结合。

【关键词】：数据中心 冷机群控 控制 西门子

1、概述

“绿色机房”已成为当今IDC的时代主题，它包括减少一开始使用的能源和材料、提高楼宇的使用效率、延长楼宇的使用寿命、减少配件的更换和浪费等一系列行动。IDC在全球的增长已令企业开始关注数据存储、传输和处理过程中所用资源的效率和生产率。

具有代表性的数据中心项目，基本上都采用了相同的模式架构：冷水机组、换冷板换、冷冻冷却水泵、冷却塔、蓄冷罐等等。

2、项目制冷系统介绍

数据中心项目制冷系统包括离心式制冷主机、变频冷冻水泵、变频冷却水泵、冷却塔、制冷板换。项目要求整个冷源系统一年四季持续无波动运行，因此制冷主机和冷却塔是整个系统的运行核心也是安全和节能的核心，只有按需启动，才能体现控制精准与绿色节能并重的控制理念。变频水泵和制冷板换在一定的条件下，也能为整个数据中心节省相当大的一部分能源。以下我们着重分析一下，采用SIEMENS APOGEE楼宇自控系统之后， 整个冷源机房的控制方法及其特点：

大型数据中心通常含有4台及以上制冷主机，系统通常分一用一备冗余系统，设计换冷板换，冬天室外低温可以完全替代冷水主机供冷，或者和主机同时运行。

冷冻站的操作可以全部由SIEMENS AOPGEE系统自动控制，通过运行稳定可靠的现场控制器PXC MODULAR控制冷冻站的所有设备，控制方法可选全自动运行/远程手动/本地手动3种方式任选。仅仅需要通过SIEMENS AOPGEE系统的图形界面，简单的用鼠标或者键盘设备进行三种模式的操作。

3、控制难点及解决方案

3.1 变频水泵的自动控制

系统设计是根据变频水泵的管道压力来对频率进行调节。但如果使用常规的PID条调节方式，会出现频率不温度，频率震荡幅度偏大，影响系统稳定。SIEMENS APOGEE系统的每台DDC控制器均内置了无模型自适应工业级的控制方式，能保存，测量和分析历史误差数据，自动学习控制对象的动态特性，从而给出当前控制回路的最佳值，减少被控系统的震荡和偏差，提高控制精度，节约能耗。

3.2 状态保持

因为冷冻站中涉及到很多的电动切换阀，当DDC控制器断电重启后需要恢复到原来的状态、或者人为设定一个状态，西门子DDC都可以完美实现。

4、系统设计选择

数据中心的冷源机房群控系统的方案设计阶段，最大的对手不是别的品牌的DDC，而是西门子工业级的PLC。从实际项目中可以发现，在诸如数字和模拟量的采集，逻辑和顺序控制，简答的PI调节等功能上，PLC和DDC异曲同工。不过PLC面向的主要是工业领域，工艺对象纷繁的控制需求以及现场复杂的环境导致PLC的发展追求通用性强，安全和防护要求高以及可以实现分布式系统功能。

从硬件系统来看，对于开关量信号的采集，S7-200CN 和 DDC 一样，都能满足。对于 模拟量信号，S7-200CN 通过外接模拟量模板后，可以采集标准的电压、电流信号，热电 阻和热电偶信号，但是对于温湿度、露点这样的暖通特征信号，就需要通过二次仪表进行 转换，在这一点上，DDC 比 S7-200CN，有更多和更适合暖通特征信号的选择。而作为像变 频器这样通过总线传递信号的产品，S7-200CN 和 DDC 都可以有为数不少的适合自己总线 类型的产品选择。

在人机界面上，S7-200CN 既可以连接到 7"或是 10"的工业触摸屏上， 也可以接在装有 Win CC 系统的操作终端，同样对于 DDC 产品，也能连上装有自己上位机 系统的终端上，但是，触摸屏的使用，目前在暖通空调的相关 DDC 控制系统上，并不多见。

从软件功能上看，对于常规的逻辑和顺序控制，對于浮点运算和计时、延时、定时， 两类控制器都各自的方法加以实现。对于回路控制，S7-200CN 只能对不超过 8 路的 PID 进行单回路处理，并且 PID 参数需要靠经验设定，而 DDC 中的 Apogee 不仅可以进行单回路处理，还具备对多回路复杂 PID 进行处理的能力，另外，Apogee 控 制器还提供 PID 整定工具。在类似于饱和压力和饱和温度处理、自适应控制、负荷循环控 制、水力平衡控制、自身时间管理等暖通专业的功能上，PLC 产品没有任何预置或标准程 序可以选用，完全要靠工程师实际编程，而 DDC 都有相关应用标准程序的预置或选用。

通过前面对 PLC 和 DDC 的比较，我们还是可以看到，以西门子工业集团的 S7-200CN 为代表的 PLC，虽然在很多性能和功能上，可以 实现对暖通空调系统以及房间控制系统的一些控制，但却无法真正满足楼控领域对建筑节能、环境舒适以及楼宇应具备更高智能化、个性化的要求。DDC 的优势在于，它具备了给客户提供供满足上面各种要求的软、硬件控制的能力。但是，DDC 最终能否把这些优势展现 出来，最为关键的还是取决于我们从事楼宇控制专业的同事们，能否让用户看到这些更为专业和复杂的控制，带给他们的价值，以及我们这些人，除了产品本身之外，还能留给合作伙伴和最终用户多少的信任。

对于大型数据中心，机电设备的功率密度大，对于工作环境的温度，湿度要求提高，全自动化的要求愈加迫切，以及能耗等问题，都对制冷站群控系统提出了全新的挑战。

SIEMENS APOGEE系统以其优异的性能表现出强大的稳定性，可靠性，先进性，卓越性，最大限度的提升操作人员的舒适感和安全性，同时尽量降低能耗，最终帮助IDC数据中心降低能耗，实现高效能的“绿色数据中心”。

【参考文献】

【1】梁跃东.空调系统的DDC控制与节能.节能技术

【2】陈鲁华.可编程控制器技术研究与实现. 华南理工大学出版社，2012

【3】葛长荣.自动化控制技术，北京航空航天大学出版社，2006