CN107655083B - 一种控制数据中心静压箱均匀送风的装置及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制数据中心静压箱均匀送风的装置及其实现方法，所述装置还包括：静压传感器，用于实时检测送风口当前的静压值；静压智能控制箱，用于接收和计算来自所述静压传感器检测到的送风口的静压值；精确可调送风地板，用于接收指令调节送风地板的送风尺寸面积；所述静压智能控制箱具体包括：主控制器、RS485通讯模块、人机交互HMI以及电源，所述主控制器用于调节控制精确可调送风地板中出风口面积；本发明通过检测机房内送风地板送风口的静压大小，调节送风机的转速，控制出风口的面积，保证每个风口的送风量以及静压均匀，迅速冷却机房内的IT设备。

Description

一种控制数据中心静压箱均匀送风的装置及其实现方法
技术领域
本发明涉及空调送风控制技术领域，具体涉及一种控制数据中心静压箱均匀送风的装置及其实现方法。
背景技术
在一些传统的大中型数据中心机房，其空调冷却的气流组织通常采用下送上回的冷却方式，所谓的空调气流组织“下送上回”形式，一般指机房内安装有高架活动地板，空调把冷送风通过地板下的空间做为转送通道，然后在机柜入风口附近，通过开孔的送风地板，将冷风直接吹至机柜的进风口，迅速冷却机柜IT设备；机柜排出的热风由于密度小，它会往上升，然后通过热回风管道抽回至空调的回风口，由此形成热力环流。
在中大型数据中心，采用的下送上回这种气流组织经常遇见如下问题:
机房内活动地板下的空间作为送风静压箱（如图1所示），通过开孔的送风地板向上送风，其送风量的大小取决于送风口的静压大小，静压高，送风风量大，附近的机柜温度低；静压小，送风量小，附近的机柜温度高；静压的大小有多方因素决定，跟空调送风口的动压、地板送风方向的风阻大小、沿途的地板开孔面积大小、送风距离都有影响，是一个复杂的相互影响的一种关系。
随着送风距离越远，送风方向风阻较大，动压衰减快，静压显现也很不规律，地板下如布设有电缆、消防管道、支架等，会增大送风动压损失；如果送风前端地板送风开孔尺寸小，末端的动压大，会全部转化为静压，末端风量就会增加，前端风量不足；以上的各种因素，均有可能导致机房温度分布不均匀，容易产生局部热点损坏IT设备，是机房运行的大忌；而机房在建设初期，IT热负载较小，送风不均匀产生的问题不突出，当IT服务器不断加载，且空调回风滤网变脏时，出口风压将减小，末端送风不足，不均匀等导致的问题越来越突出。
如今很多传统旧机房，受温度不均匀问题的严重影响，目前为止，没有提出有效的监视及解决的方案措施。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种控制数据中心静压箱均匀送风的装置及其实现方法，旨在通过检测机房内送风地板送风口的静压大小，调节送风机的转速，控制出风口的面积，保证每个风口的送风量以及静压均匀，迅速冷却机房内的IT设备。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种控制数据中心静压箱均匀送风的装置，包括精密空调，其中，所述装置还包括：
静压传感器，用于实时检测送风口当前的静压值；
静压智能控制箱，用于接收和计算来自所述静压传感器检测到的送风口的静压值；
精确可调送风地板，用于接收指令调节送风地板的送风尺寸面积；
所述静压智能控制箱具体包括：主控制器、RS485通讯模块、人机交互HMI以及电源，所述主控制器用于调节控制精确可调送风地板中出风口面积；
所述静压传感器设置于所述精确可调送风地板下，所述静压智能控制箱通过RS485分别与所述精密空调、所述静压传感器进行连接，所述静压传感器用于实时检测送风口的静压值的大小，并将检测到的数据上传至静压智能控制箱，所述静压智能控制箱根据算法的计算结果调节出风口的面积从而控制送风风量。
所述的控制数据中心静压箱均匀送风的装置，其中，所述静压传感器采集静压值的范围在0～100Pa；
所述的控制数据中心静压箱均匀送风的装置，其中，所述精确可调送风地板预先设置有电动风阀，所述电动风阀上设置有控制电机，接收0～10V的控制信号，控制步进电机从而调节所述电动风阀的开度，精确调节送风地板的送风尺寸面积，控制送风风量。
所述的控制数据中心静压箱均匀送风的装置，其中，机房内的多台精密空调通过RS485通讯连接起来，并连接至静压智能控制箱；所述主控制器通过RS485与所有精密空调进行联网通讯。
一种控制数据中心静压箱均匀送风的方法，其中，所述方法包括：
步骤A：通过与精密空调关联的静压传感器实时检测送风口当前的静压值，并将检测到静压值的数据上传至静压智能控制箱；
步骤B：所述静压智能控制箱判断所述静压传感器检测的静压值中的最大静压值和最小静压值，并计算最大静压值与最小静压值之间的差值，判断所述差值与预设阈值的大小；
步骤C：当所述差值大于预设阈值时，所述静压智能控制箱内的主控制器调节控制精确可调送风地板中静压最大的逐步调小出风口面积，静压最小的逐步调大出风口面积。
所述的控制数据中心静压箱均匀送风的装置实现方法，其中，所述步骤A之前还包括：
步骤S，预先在机房的精确可调送风地板下设置多个送风静压传感器，所述送风静压传感器之间通过RS485通讯方式进行连接。
所述的控制数据中心静压箱均匀送风的装置实现方法，其中，所述步骤S还包括：将机房内的多台精密空调通过RS485通讯连接起来，并连接至静压智能控制箱；所述主控制器通过RS485与所有精密空调进行联网通讯。
所述的控制数据中心静压箱均匀送风的装置实现方法，其中，每台所述精密空调对应的送风冷通道上设置有多个静压传感器，所述静压传感器同时进行静压检测。
所述的控制数据中心静压箱均匀送风的装置实现方法，其中，所述步骤B还包括：
当所述精密空调关联的多个静压传感器在一定时间内检测到的静压值的最大值与最小值小于预设阈值时，计算每台所述精密空调关联的多个静压传感器检测到的所有静压值的静压平均值。
所述的控制数据中心静压箱均匀送风的装置实现方法，其中，所述步骤C还包括：
当所述静压平均值小于最小出风静压值时，控制关联的空调风机提升转速从而加大送风机的风量，控制静压平均值大于最小出风静压值。
本发明公开了一种控制数据中心静压箱均匀送风的装置及其实现方法，所述装置还包括：静压传感器，用于实时检测送风口当前的静压值；静压智能控制箱，用于接收和计算来自所述静压传感器检测到的送风口的静压值；精确可调送风地板，用于接收指令调节送风地板的送风尺寸面积；所述静压智能控制箱具体包括：主控制器、RS485通讯模块、人机交互HMI以及电源，所述主控制器用于调节控制精确可调送风地板中出风口面积；所述静压传感器设置于所述精确可调送风地板下，所述静压智能控制箱通过RS485分别与所述精密空调、所述静压传感器进行连接，所述静压传感器用于实时检测送风口的静压值的大小，并将检测到的数据上传至静压智能控制箱，所述静压智能控制箱根据算法的计算结果调节出风口的面积从而控制送风风量。
本发明通过检测机房内送风地板送风口的静压大小，调节送风机的转速，控制出风口的面积，保证每个风口的送风量以及静压均匀，迅速冷却机房内的IT设备。
附图说明
图1是本发明现有技术中通过开孔的送风地板向机房进行送风的示意图。
图2是本发明控制数据中心静压箱均匀送风的装置组成示意图。
图3是本发明控制数据中心静压箱均匀送风的装置中静压检测和送风地板结构示意图。
图4是本发明控制数据中心静压箱均匀送风的方法的较佳实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种控制数据中心静压箱均匀送风的装置，如图2，图2是本发明控制数据中心静压箱均匀送风的装置组成示意图，如图2所示，所述装置包括：
静压传感器1，用于实时检测送风口当前的静压值；
静压智能控制箱2，用于接收和计算来自所述静压传感器1检测到的送风口的静压值；
精确可调送风地板3，用于接收指令调节送风地板的送风尺寸面积；
所述静压智能控制箱3具体包括：主控制器、RS485通讯模块、人机交互HMI（HMI主要作用是对控制数据的展示，以及一般控制参数的优化设置）以及电源，所述主控制器用于调节控制精确可调送风地板中出风口面积；
如图2和图3所示，所述静压传感器1设置于所述精确可调送风地板3下，所述静压智能控制箱2通过RS485分别与所述精密空调、所述静压传感器1进行连接，所述静压传感器1用于实时检测送风口的静压值的大小，并将检测到的数据上传至静压智能控制箱2，所述静压智能控制箱2根据算法的计算结果调节出风口的面积从而控制送风风量。
主控制器通过RS485与所有精密空调RS485进行联网通讯，为了不影响精密空调的正常制冷的，空调的EC可调风机（Embedded Controller 嵌入式控制无刷直流外转子离心式电机）转速会限定在允许可调节的范围内，一般冷冻水型的空调调节范围在55～100%、直膨式空调允许调节范围在70～100%、直接写入风机的转速控制寄存器，进行转速控制。
优选地，所述静压传感器采集静压值的范围在0～100Pa。
优选地，所述精确可调送风地板预先设置有电动风阀，所述电动风阀上设置有控制电机，接收0～10V的控制信号，控制步进电机从而调节所述电动风阀的开度，精确调节送风地板的送风尺寸面积，控制送风风量。
精确可调送风地板会有最小保证面积开度，会保证可调的下限送风面积，不允许无限调小面积变为零。
如果控制方案中不采用精确可调送风地板，也可以通过人工调节地板出风面积，来实现静压的平均，直到静压传感器的检测差值在合理范围内，然后再通过调节风机转带进行调节。
优选地，机房内的多台精密空调通过RS485通讯连接起来，并连接至静压智能控制箱；所述主控制器通过RS485与所有精密空调进行联网通讯。
本发明较佳实施例所述的控制数据中心静压箱均匀送风的方法，如图4所示，一种控制数据中心静压箱均匀送风的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
步骤S100、通过与精密空调关联的静压传感器实时检测送风口当前的静压值，并将检测到静压值的数据上传至静压智能控制箱。
较佳地，在所述步骤S100之前还包括：
预先在机房的精确可调送风地板下设置多个送风静压传感器，所述送风静压传感器之间通过RS485（最高传输速率为10Mbps，RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好，最大的通信距离约为1219m）通讯方式进行连接；静压传感器是以机房内的气压为参照，比较被测压力与机房内的气压之差。
另外，将机房内的多台精密空调（CRAC，Computer Room Air Conditioner，精密空调，用于给机房制冷，提供送风及冷量，内置预留的RS485端口，可通过RS485端口写入控制参数调节风机转速，主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成）通过RS485通讯连接起来，并连接至静压智能控制箱；所述静压智能控制箱内的主控制器通过RS485与所有精密空调进行联网通讯。
精密空调机的制冷过程：压缩机将经过蒸发器后吸收了热能的制冷剂气体压缩成高压气体，然后送到室外机的冷凝器，冷凝器将高温高压气体的热能通过风扇向周围空气中释放，使高温高压的气体制冷剂重新凝结成液体，然后送到膨胀阀；膨胀阀将冷凝器管道送来的液体制冷剂降温后变成液、气混合态的制冷剂，然后送到蒸发器回路中去；蒸发器将液、气混合态的制冷剂通过吸收机房环境中的热量重新蒸发成气态制冷剂，然后又送回到压缩机，重复前面的过程。
步骤S200、所述静压智能控制箱判断所述静压传感器检测的静压值中的最大静压值和最小静压值，并计算最大静压值与最小静压值之间的差值，判断所述差值与预设阈值的大小。
具体实施时，每台所述精密空调对应的送风冷通道上设置有多个静压传感器，所述静压传感器同时进行静压检测。当静压传感器检测到送风口的静压值后，将检测到静压值的数据上传至静压智能控制箱进行处理，所述静压智能控制箱判断出所述静压传感器检测的静压值中的最大静压值和最小静压值，然后计算最大静压值与最小静压值之间的差值，判断所述差值与预设阈值（预设阈值优选为20pa）的大小。
机房出风地板（精确可调送风地板）下，安装布置多个送风静压传感器，每个传感器用RS485通讯方式手拉手串连起来，数据传送至静压智能控制箱内，每个静压传感器的采集压力范围在0～100Pa;机房内的多台精密空调CRAC，利用RS485通讯串连起来，接至静压智能控制箱，控制箱内的控制器可以把数据写入每一台送风机内,对空调的送风机进行调速控制；出风地板为精确可调送风地板，用0～10Vdc可以调节出风口开度0～100%面积，可以实时控制出风口面积。
步骤S300、当所述差值大于预设阈值时，所述静压智能控制箱内的主控制器调节控制精确可调送风地板中静压最大的逐步调小出风口面积，静压最小的逐步调大出风口面积。
本发明中，主控制器算法内部会把精密空调与对应列的所有静压传感器进行关联，实时检测每个送风口的静压值大小，如图2所示：一台精密空调对应送风冷通道有多个静压传感器（即空调与静压差进行算法上关联），比较检测到的最大静压值与最小静压值间差值，差值大于预设阈值（预设阈值优选为20pa），主控制器将PID算法（在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器，它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象──“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制，PID调节规律是连续***动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活）主动调节送风地板的出风口尺寸，静压最大的逐步调小出风口面积，静压小的逐步调大出风口面积，保证每个出风口的静压会稳步接近静压平均值。
另外，为了保证出风口量，当所述精密空调关联的多个静压传感器在一定时间内检测到的静压值的最大值与最小值小于预设阈值时，计算每台所述精密空调关联的多个静压传感器检测到的所有静压值的静压平均值。当所述静压平均值小于最小出风静压值时，控制关联的空调风机提升转速从而加大送风机的风量，控制静压平均值大于最小出风静压值，控制每个出风口的静压均匀，以此来满足每个风口的最小出风静压。
综上所述，本发明提供了一种控制数据中心静压箱均匀送风的装置及其实现方法，所述装置还包括：静压传感器，用于实时检测送风口当前的静压值；静压智能控制箱，用于接收和计算来自所述静压传感器检测到的送风口的静压值；精确可调送风地板，用于接收指令调节送风地板的送风尺寸面积；所述静压智能控制箱具体包括：主控制器、RS485通讯模块、人机交互HMI以及电源，所述主控制器用于调节控制精确可调送风地板中出风口面积；所述静压传感器设置于所述精确可调送风地板下，所述静压智能控制箱通过RS485分别与所述精密空调、所述静压传感器进行连接，所述静压传感器用于实时检测送风口的静压值的大小，并将检测到的数据上传至静压智能控制箱，所述静压智能控制箱根据算法的计算结果调节出风口的面积从而控制送风风量。本发明通过检测机房内送风地板送风口的静压大小，调节送风机的转速，控制出风口的面积，保证每个风口的送风量以及静压均匀，迅速冷却机房内的IT设备。
当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件（如处理器，控制器等）来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种控制数据中心静压箱均匀送风的装置，包括精密空调，其特征在于，所述装置还包括：
静压传感器，用于实时检测送风口当前的静压值；
静压智能控制箱，用于接收和计算来自所述静压传感器检测到的送风口的静压值；
精确可调送风地板，用于接收指令调节送风地板的送风尺寸面积；
所述静压智能控制箱具体包括：主控制器、RS485通讯模块、人机交互HMI以及电源，所述主控制器用于调节控制精确可调送风地板中出风口面积；
所述静压传感器设置于所述精确可调送风地板下，所述静压智能控制箱通过RS485分别与所述精密空调、所述静压传感器进行连接，所述静压传感器用于实时检测送风口的静压值的大小，并将检测到的数据上传至静压智能控制箱，所述静压智能控制箱根据算法的计算结果调节出风口的面积从而控制送风风量；
所述静压智能控制箱还用于判断所述静压传感器检测的静压值中的最大静压值和最小静压值，并计算最大静压值与最小静压值之间的差值，判断所述差值与预设阈值的大小，当所述差值大于预设阈值时，所述静压智能控制箱内的主控制器调节控制所述精确可调送风地板中静压最大的逐步调小出风口面积，静压最小的逐步调大出风口面积，当所述精密空调关联的多个静压传感器在一定时间内检测到的静压值的最大值和最小值的差值小于预设阈值时，计算每台所述精密空调关联的多个静压传感器检测到的所有静压值的静压平均值，当所述静压平均值小于最小出风静压值时，控制关联的空调风机提升转速，控制静压平均值大于最小出风静压值，控制每个出风口的静压均匀；
所述精确可调送风地板预先设置有电动风阀，所述电动风阀上设置有控制电机，接收0～10V的控制信号，控制步进电机从而调节所述电动风阀的开度，精确调节送风地板的送风尺寸面积，控制送风风量；
所述精密空调的嵌入式控制无刷直流外转子离心式电机转速限定在允许可调节的范围内，保证所述精密空调的正常制冷；
所述精确可调送风地板设置有最小保证面积开度，保证可调的下限送风面积，不允许无限调小面积变为零。
2.根据权利要求1所述的控制数据中心静压箱均匀送风的装置，其特征在于，所述静压传感器采集静压值的范围在0～100Pa。
3.根据权利要求1所述的控制数据中心静压箱均匀送风的装置，其特征在于，机房内的多台精密空调通过RS485通讯连接起来，并连接至静压智能控制箱；所述主控制器通过RS485与所有精密空调进行联网通讯。
4.一种如权利要求1所述的控制数据中心静压箱均匀送风的装置实现方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤A：通过与精密空调关联的静压传感器实时检测送风口当前的静压值，并将检测到静压值的数据上传至静压智能控制箱；
步骤B：所述静压智能控制箱判断所述静压传感器检测的静压值中的最大静压值和最小静压值，并计算最大静压值与最小静压值之间的差值，判断所述差值与预设阈值的大小；
步骤C：当所述差值大于预设阈值时，所述静压智能控制箱内的主控制器调节控制精确可调送风地板中静压最大的逐步调小出风口面积，静压最小的逐步调大出风口面积；
每台所述精密空调对应的送风冷通道上设置有多个静压传感器，所述静压传感器同时进行静压检测；
所述步骤B还包括：
当所述精密空调关联的多个静压传感器在一定时间内检测到的静压值的最大值与最小值小于预设阈值时，计算每台所述精密空调关联的多个静压传感器检测到的所有静压值的静压平均值；
所述步骤C还包括：
当所述静压平均值小于最小出风静压值时，控制关联的空调风机提升转速从而加大送风机的风量，控制静压平均值大于最小出风静压值；
所述精确可调送风地板设置有最小保证面积开度，保证可调的下限送风面积，不允许无限调小面积变为零。
5.根据权利要求4所述的控制数据中心静压箱均匀送风的方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括：
步骤S，预先在机房的精确可调送风地板下设置多个送风静压传感器，所述送风静压传感器之间通过RS485通讯方式进行连接。
6.根据权利要求5所述的控制数据中心静压箱均匀送风的方法，其特征在于，所述步骤S还包括：将机房内的多台精密空调通过RS485通讯连接起来，并连接至静压智能控制箱；所述主控制器通过RS485与所有精密空调进行联网通讯。
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