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    数据中心

    数据中心群控系统

    一、概述

    1、项目为工艺冷源系统:

       中温冷源系统用于为模块机房提供冷量,其冷媒为R134aR123。本项目设置2套工艺冷源系统:首套工艺冷源在动力楼的制冷站设置5台制冷量为1400RT的变频离心压缩式电制冷冷水机组,运行形式:并联运行,41备。蒸发侧供回水温度12/18℃,冷凝侧供回水温度为33/38℃。站房内同时预留一套冷源的安装位置。

       在室外设置5台镀锌钢冷却塔,与冷机一一对应,夏季进出塔水温38/33℃,冬季进出塔水温15.5/10.5℃。

       第二套工艺冷源在动力楼的制冷站设置5台制冷量为1400RT的变频离心压缩式电制冷冷水机组,运行形式:并联运行,为41备。蒸发侧供回水温度12/18℃,冷凝侧供回水温度为33/38℃。站房内同时预留一套冷源的安装位置。

       每套工艺冷源均在室外钢平台设置5台镀锌钢冷却塔,与冷机一一对应,夏季进出塔水温38/33℃,冬季进出塔水温15.5/10.5℃。


    2、每套冷冻站内的控制器设置均为:一套互备群控制器(主、从冷冻站统筹管理器,具备双机热备功能)该控制器将提供监测并控制各制冷单元运行,以满足系统负荷需求;每套冷冻单元(含冷水机组、板换、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔)设置一台单元控制器;蓄冷罐系统设置一套互备控制器;群控制器与其余控制器的信号传输RS485总线接线的方式实时监测心跳状态;同时每套制冷单元均设置有单独的启动按钮。

    二、冷冻站统筹管理器

    1、冷冻站统筹管理器采用RS485总线接线心跳形式,根据从冷冻站获取的数据(室外湿球温度、冷冻站负荷、节能器的可用性、设备故障情况等),分析后确定启动哪套制冷单元组。冷冻站统筹管理器通过专门的DDC/PLC控制器发出指令启动选定的制冷单元,DDC/PLC控制器应具备双机热备功能。

    2、冷冻机控制器将发送心跳信号到每一台制冷单元控制器、冷却塔控制器和蓄冷罐控制器。

    3、冷冻站统筹管理器图形操作屏经由BAS服务器显示冷冻站内状态信息。

    4、冷冻站内至少有一套制冷单元处于正常工作状态,制冷单元开启时先后顺序可变,运维人员应能根据机组运行时间或预先设定顺序来选择运行制冷单元。

    5、冷冻站统筹管理器在选择启动制冷单元之后,向制冷单元控制器发出启动指令,由单元控制器控制制冷单元的启动运行。

    6、基于管路上的供水/回水温度传感器、流量计数据电脑程序将自动计算出系统负荷。

    7、制冷单元有3种运行模式:制冷模式、预冷模式、自由冷却模式;冷冻站统筹管理器分析室外气象条件并切换运行模式,切换时可以自动切换亦可由人工操作切换;

    8、当1套制冷单元组被要求以制冷模式运行,冷冻站统筹管理器将发送命令到制冷单元控制器及冷却塔控制器,设备启动顺序:冷却塔——冷却泵——冷冻泵——冷水机组,如果在程序可调的一段期间内,选择的冷冻单元或单元组内其它设备没有达到正常工作状态,冷冻站统筹管理器将在前端发出报警信号,该组设备将禁止启动,然后给下一组发出启动命令。

    9、当冷冻站统筹管理器激活预冷模式时,将命令发送到制冷单元控制器和冷却塔控制器,但原有的制冷命令仍予以保留,暂不撤销。冷冻站统筹管理器监测板式换热器工作状态,如果在程序设定的一段期间内,选择的该组板式换热器没有达到正常工作状态,冷冻站统筹管理器将在前端发出报警信号,该组单元将禁止在预冷模式或自由冷却模式运行。

    10、当冷冻站统筹管理器确认可以进入自由冷却模式运行时,控制器将向前端发出信息通知操作人员自由冷却模式可行,如果操作人员30min时间没有做出确认,系统将自动进入自由冷却模式。如果操作人员确认不进入自由冷却模式,应在控制器中的图形界面中选择手动切换,使冷冻单元不进入自由冷却模式。当自由冷却模式准备就绪时,操作人员也可以在控制器图形界面中手动确认立即进入自由冷却模式,而不需要30min延迟后自动进入。当自由冷却模式处于在手动进入模式时,群控制器应提醒操作人员进入自由冷却模式的条件已经具备。

    11、如果在程序设定的启动时间内,选择的冷冻机或该组内的设备没有达到正常状态,程序将自动选择一组新的制冷单元启动,同时前端发出报警。该步骤将继续直到可替代的制冷组启动运转,制冷组启动失败的命令将被终止并锁定延迟一段时间。

    12、如果全部制冷单元组失灵,软件将重新设定所有报警信号并反复编排顺序直到启动适当的制冷单元数量;全部制冷单元组将以制冷模式重启,允许转换到预冷模式和自由冷却模式(如果条件许可)。

    13、制冷单元成功启动后,冷冻站统筹管理器将监测从制冷单元控制器发来的产冷量数据,同时监测冷冻水供回水管上的温度及流量传感器并计算末端所需的冷量作为参考。当产冷量数据表明负荷侧达到运行的额定容量的80%,持续时间20min(可调),冷冻站统筹管理器将增加开启累积运行时间最短的制冷单元。

    14、当冷负荷下降到低于运行制冷单元额定负荷的30%,持续时间20min(可调),冷冻站统筹管理器将根据启动顺序或运行时间逐步关闭适当的制冷单元。

    15、控制器一旦发生故障,变频器、阀门等被控设备再系统纠错过程中必须保持失信前状态;

    16、是否采用制冷模式或者自由冷却模式,步骤顺序功能明确化。如果冷冻站统筹管理器指示需要开启另一组制冷单元,同时其他冷冻单元在预冷或自由冷却模式运行,那么冷冻单元控制器将命令增开的制冷单元参照其他冷冻单元的模式启动和运行(制冷、预冷或自由冷却)。

    17、一次泵的频率由冷冻站统筹管理器输出由冷冻水主管路上的供回水压差控制 ,一次泵运行频率须确保系统负荷的平衡。

    18、操作人员有权选择任何一个制冷组在任一种模式运行,运行控制界面上将提供优先命令。这样的选择权能够在控制器和制冷单元控制器上实现,这将使操作人员能够手动选择运行模式。手动选择运行模式之前,运行条件和运行命令将同时被检查确认。

    19、冷水机组设有制冷剂泄漏监测报警系统,一旦制冷剂发生泄漏时,则操作人员发出报警,同时制冷剂泄漏的机组自动停机。

    20、阀控箱内置STS设备,由电照专业引入经STS设备投切后的UPS电源。


    三、室外空气温度和湿度

    1、在室外安装两套环境监测装置,其安装位置应防止因阳光直晒影响测试数据。

    2、室外环境监测站中的所有运行参数应保存在群控制器及BAS服务器中。

    3、冷冻站统筹管理器比较两套室外环境监测站的数据,当两套重要数据相差>10%时,应在前端报警。


    四、制冷单元控制器和冷却塔控制器

    1、每台冷冻单元控制器与一次冷冻水泵、板换、冷却水泵电气连锁。冷却塔控制器与冷却塔电气连锁,冷冻站统筹管理器负责发出命令并监测制冷单元控制器、冷却塔控制器正常运行。

    2、每台冷冻机通过串行接口和信号连接两种方式被监测。冷机应提供两个点,一个显示硬线连接点,一个显是串行监测点。串行接口监测除了调整设定点之外只是用于监视。

    3、从冷冻站统筹管理器发出的制冷单元控制器命令将在三种模式之一运行:制冷模式、预冷模式、自由冷却模式。

    4、当一套制冷单元被命令以制冷模式运行,制冷单元控制器和冷却塔控制器将发送顺序启动命令:冷却塔、冷却水泵、一次冷冻水泵,然后开启冷冻机。

    5、冷却塔启动后,程序通过评估冷却塔风的运行状态及冷却塔出水温度来判定是否运行正常。若检测到冷却塔出水温度高于设定值时,长达5分钟(可调)时,认为此套冷冻单元启动故障,冷冻站统筹管理器将锁定该制冷单元,然后选择另一组运行;前端报警。

    6、冷却塔水盘内设置液位传感器(接入BA系统),当冷却塔水盘进入低液位(溢流液位)时,BA系统分析实时补水量数据,通知给排水侧控制系统启动(或停止)补水设备为冷却塔补水;另外当冬季时,系统将根据冷却塔塔盘水温,来控制冷却塔电加热及电伴热的启停控制;

    7、冷机启动后,程序通过评估冷机的运行状态及冷机冷冻水的出水温度来判定冷机是否能提供足够的冷冻水。若检测到冷机冷冻水量不足或者冷机冷冻水出水温度高于设定值时,长达5分钟(可调)时,认为此套冷冻单元启动故障,冷冻站统筹管理器将锁定该制冷单元,然后选择另一组运行;前端报警。

    8、选择的制冷机运行,出厂时安装的控制器将维持冷冻水供水温度在15°C(可调)。

    9、制冷单元控制器的三种个运行模式:

    当室外湿球温度>11.9(可调)时,冷却塔出水温度>18℃时,制冷机组工作,板式换热器不工作。

    1)制冷模式   

    冷冻单元处于制冷模式时,阀门 V1开启,V2\V3 关闭。阀门 V6 关闭,V5 开启。冷却水供水温度将由冷却塔风机控制,温度设定值为33℃。当冷却塔风机降低至最小频率30Hz(可调),且冷却水供水温度低于设定值时,通过旁通阀 V15 控制此温度。通过冷机调节自身负载保证冷冻侧供水温度为12℃。 

    2)预冷模式   

    当室外湿球温度4℃<T119(可调)时,冷却塔出水温度15.5℃< T18℃时,制冷机组工作、板式换热器工作。

    冷冻单元处于预冷模式下,阀门V2\V3开启,V1关闭。阀门 V6关闭,V5关闭。将板换冷冻侧的出水温度逐步向下重设为12(可调),优先通过冷却塔风机的变频控制。当冷却塔风机降低到最小频率30Hz(可调),该温度且低于设定值时,通过旁通阀 V15 控制此温度。同时,根据冷机最小冷凝器压力(由冷机自带的控制器提供该信号点),控制电动调节阀 V2 的开度,调节进入冷凝器的冷却水量,保证压缩机正常工作所需的最小压差,以便使冷水机组正常运行。           

    3)自由冷却模式   

    当室外湿球温度 ≤4(可调)时,冷却塔出水温度 ≤10.5℃,制冷机组停止工作,板式换热器工作,进入自由冷却模式。

    冷冻单元处于自由冷却模式下,阀门V1\V2调节,V3关闭。阀门 V6开启,V5关闭。将板换冷冻侧的出水温度逐步向下重设为12(可调),优先通过冷却塔风机的变频控制。当冷却塔风机降低到最小频率30Hz(可调),该温度且低于设定值时,通过旁通阀 V15 控制此温度。    

    冷却水泵通过三种模式(制冷,预冷,自由冷却)内置三种不同档位运行。根据运行模式进行切换。在每种模式下,冷却水泵处于定频运行。


    10、冷冻一次泵由群控制器根据末端压差设定运行频率,在保证冷机单元内对应冷机最小流量的情况下,满足末端压差的需求。

    1)群控控制器通过硬接线的方式监控一次泵的启停、运行状态、变频器的频率输出、反馈、故障及手自动状态。操作人员应能在图形界面中决定运行哪些一次泵。

    2)一次泵的变频由压差最小的末端压差传感器控制,以维持冷冻水末端压差的设定值0.1MPa(可调)。

    3)当一次泵的变频器PID输出超过80%(可调)超过5min(可调)时,则应增开一台一次泵。当一次泵泵的变频器PID输出低于40%(可调)超过5min(可调),则应关闭一台。所有运行的一次泵运行频率应保持一致,通过相同的逻辑控制以保证同样的出口压力;但是一次泵的运行数量不得低于2个;

    4)通过一次泵的变频来满足末端压差传感器的要求值,当末端实际压差小于设定值,一次泵的频率通过PID调节升高;当末端实际压差大于设定值,一次泵的频率通过PID调节降低;同时一次泵的运行频率不得小于泵运行的最小设定值;变频器自身应设置最小运行频率,如35HZ

    5)控制器应该记录一次泵的运行时间,当一次泵不发生负荷变化的时候,控制器可根据运行时间的长短进行泵的切换;

    6BA控制的程序界面中应该预留操作员选择最少运行一次泵数量的功能;

    7)一次水泵无论何时出故障,与之相关的命令仍保留,这样故障水泵能通过自控程序自动重启而无需手动重启。

    8)控制程序应允许操作人员设定一次泵的最少运行台数。操作人员只需在图形界面中的选择对应按钮更改数字即可。


    五、蓄冷水池操作顺序

    1、冷冻水管和负荷侧系统之间设有蓄冷水池,在冷冻站灾难性事故中该水池提供应急备用冷冻水。

    2、池体上安装温度传感器,这些传感器将监测温度突变层(温跃层)。

    3、6个安装在蓄冷水池供回水管上的流量计监测通过蓄冷水池的流量及流向,当罐在充冷模式(正常),双向流量计将显示这种情况;如果情况反转到"放冷",流量计也应显示。

    4、正常工作情况下,蓄冷罐总是在"充冷"模式;只有在冷冻站故障,一次冷冻水侧不能提供足够的冷水供负荷需要时,蓄冷罐才进入"放冷"模式。

    5、随着蓄冷水池放冷,温跃层显示罐的备用能力下降,如果罐蓄冷下降至设计回水温度15°C(在罐底部大约三分之一处的温度传感器探测的温度),那么蓄冷罐将进入"超级充冷"模式。

    6、蓄冷水池控制器通过输出信号通知冷冻站统筹管理器,冷冻站进入"超级充冷"模式,冷冻站统筹管理器需要开启一套额外的制冷单元对蓄冷罐提供快速充冷

    7、当温跃层温度表明回水温度回到罐体顶部大约10%位置传感器所测温度,蓄冷罐退出"超级充冷"模式。

    8、如果操作员手动隔离蓄冷水池,水池退出服务的命令将被发送至冷冻站统筹管理器,蓄冷水池切断阀将命令关闭;当切断阀命令关闭,紧急断路旁通阀首先打开,状态正常后罐切断阀才允许关闭。在水池低水位报警事件中,切断阀立即关闭,同时旁通阀打开。

    9、如果水位传感器失灵,发出明显错误的信号,罐将不会做出反应,但是在前端报警。

    10、蓄冷罐需要有额外加机功能,系统会读取蓄冷罐罐内所有温度传感器数值,与程序的温度设定值比较。当90%的温度都高于设定值加上偏差设定值时,说明此时蓄冷罐内水温很高存在风险,需要立刻降温。此时,自控系统会在原有开启的冷机单元基础上,再增加一台冷机单元开启。当蓄冷罐管内70%的温度传感器都小于温度设定值时,系统关闭额外增加的这套冷机单元。除上面情况以外,当蓄冷罐流量计的方向反向时,即在系统正常工作情况下出现了蓄冷罐放冷的工作模式。当蓄冷罐流量小于设定值时一次泵频率增大,但出现此种情况说明当前运行的冷机单元的一次泵都已增大到最大但仍无法满足负荷需求,对此种情况系统也会额外再开启一套冷机单元。

    11、充冷模式下阀门状态:V12关闭、V18开启,V11调节;

    12、放冷模式下阀门状态:V11\V18关闭、V12开启;

    13、超级充冷模式下阀门状态:V18关闭、V12开启,V11调节;


    六、主要控制设备的性能要求

    1、建筑设备监控系统软件

    系统软件是整个冷站群控系统的监控平台和人机界面,要求采用BS架构和WEB客户端管理形式,负责将全部子网络的信息汇总,管理整个系统的所有数据,利用数据库技术进行扩展的应用和永久的储存。并应具有多种开放的软件接口,可与其他系统集成或被集成于更高层的管理平台,实现建筑设备监控系统对系统运行参数的监测及控制(接口对接采用OPC)。

    系统管理软件为B/S(Browser/Server)系统结构,并同时支持Windows7/Windows8 / Windows10/windows Server 2008/2012操作系统,同时支持多种协议和开放接口(OPC BACnet MODBUS等通讯协议);

    操作界面采用三维动态的彩色图形显示,操作员只需使用鼠标的指点、按动及拖动的方法选择功能及输入指令。同时能以三维方式显示建筑物各楼层的设备平面图、监控原理图、系统图等,包括动态数据实时显示。通过鼠标可选择各监控点的历史记录、计划安排及其它操作等。                               

    基于Web的应用软件,它直接与现场设备连接通讯,实现冷战的集中监视与管理;                         

    2、系统服务器和网络交换机

       系统服务器采用主用服务器和备用服务器模式,实时在线工作。主/备服务器分别通过两个网口同时连接主交换机和备用交换机。通过互备容错软件保证系统管理的稳定可靠。

    网络交换机采用主用交换机和备用交换机模式,实时在线工作。主/备交换均通过网口同时连接主备服务器,同时连接群控主/备控制器,同时连接单元主网络控制器,同时连接蓄冷罐单元主网络控制器。

    3、网络控制器

    现场网络控制器是建筑设备监控系统的主要控制装置,主网络控制器与其扩展模块共同组成现场DDC盘柜,分布于空调机房,水泵房,冷冻站等楼内的各种设备现场,并在现场独立完成监控设备的逻辑操作。

    主网络控制器应支持2个独立通讯的以太网IP网口分别连接主/备交换机。传输速率为 10M/100M 自适应,支持双以太网接口通讯方式,保证产品独立工作稳定可靠(为了系统稳定可靠,不能采用外接第三方接口设备扩展网络端口)。主网络控制器具有双以太网接口通讯方式(支持2BACnetIP通信的以太网端口),并带32位微处理器,与上位机通讯协议为标准的BACnet IP,支持增加扩展模块。主网络控制器可根据实际需要进行独立式的控制。

    主网络控制器应支持2条独立的RS485接口,可以采集变频器、冷水机组等数据参数。不能采用外接第三方接口设备作为外部数据采集设备,通过第三方接口设备会降低系统数据采集可靠性和稳定性。主网络控制器同时应能外接大屏显示动态图管理和监控。

    单元主网络控制器应在每个控制柜内配置有20%全通用UIO输入输出点位(预留10%冗余量均应为通用UIO点:模拟量输入输出及数字量输入输出),便于系统扩展,方便现场灵活调配。

    控制盘的内部装配除包含相应的控制器、扩展模块外,还应包括输入输出点接线端子排、低压端子排、中间继电器及现场总线端子排等,在盘箱门的内侧还须贴有端子接线标签,箱体须有安全警示标签,使安装、调试及维护更为快捷和可靠。

    现场主网络控制器应具有下述基本软件功能:比例、比例+积分、比例+积分+微分、开/关、时间加权、顺序、算术、逻辑比较、计数器等,对于复杂控制要求的应用场所,还应提供高级控制算法。

    当现场主网络控制器本身故障时,能自动旁路脱离网络,并在主控/分控计算机上及时报警并显示,不至影响整个网络的正常工作,故障排除后能自动投入运行。现场控制器应具有显示、操作面板或其他通信接口,以便通过现场的便携式笔记本电脑实现修改参数或编程,同时不影响整个网络的正常运行。

    网络控制器应采用通用式编程语言,可选用图形式或填表式编程工具,可简易的完成各种逻辑控制和PID调节程序。

    所有DDC支持在线编程。内置实时时钟,网络离线时,可以基于时间,长时间持续的控制和监视。允许用户保存配置的数值,确保在出现故障的情况下(例如:断电),可以保留数据。在恢复电力以后,仍可对之前存留的数据进行使用和访问。

    即插即用,所有DDC接到网络中就可以和其他设备通讯。无需重新对网络进行配置。

    网络控制器

    采用 32-bit  CPU,不低于64MB的闪存,不低于128 MB内存;                                                    

    支持BACnet IP通讯协议;               

    具有实时时钟功能。 可以远程封闭就地开关功能。

    具有趋势记录和报警记录,存储数据可扩展容量。

    水管温度传感器

    精度:±0.3℃@25℃          配置安装管件     

    信号类型:4-20mA0-10V

    应用环境:-40~70℃0~95%RH(非结露)

    水管压力传感器

    压力范围:0~20Bar

    信号类型:4-20mA0-10V

    外螺纹连接,配置安装管件、表弯和手阀等。

    不锈钢圈外壳。

    精度:回差,偏差重复率为满量程的1%,温度影响为满量程的1%

    电磁流量计

    介质温度能允许-25~100℃

    工作压力允许1.6 MPa  配置安装管件

    信号输出:4~20 mA

    水流开关

    最大工作压力10bar

    信号类型:4-20mA0-10V

    介质温度1~110℃。  配置安装管件

    环境温度限制 0 55℃

    防冻开关

    毛细管长度3

    设定范围1℃~7.5℃

    断路温度可调整

    风道温湿度传感器

    温度测试范围:0~50℃

    信号类型:4-20mA0-10V

    测量精度:±2%RH, ±0.2℃

    湿度测量范围:0~100%RH

    风道温度传感器

    测量范围:-40~70℃

    信号类型:4-20mA0-10V

    不锈钢探针

    精度:±0.2C°

    室内温湿度传感器

    湿度

    湿度测量范围:0~100%RH

    湿度输出:0~10V3%精度

    温度

    精度:±0.4℃@25℃

    应用环境:-20~70℃5~95%RH(非结露)

    压力(差)开关

    压差开关 30-300Pa

    工作温度-20℃~85℃



    全民5分快三