數據中心冷源群控自控系統模擬測試驗證

鄒新存

[摘? ? 要 ]在數據中心的自控系統建成之前，進行制冷自控系統出廠前的模擬測試驗證工作，是數據中心能夠正常投入并有效使用的基本保證。通過對冷源群控在工廠進行控制系統搭建，并進行完善、合理的邏輯功能測試，并通過業主以及專家見證，并取得關鍵測試驗證結論后，再進行現場安裝尤其重要。針對大型數據中心園區，具有UPTIME 4設計標準的復雜的冷源群控自控系統的模擬測試驗證，總結出一套完善的、可參考的模擬測試驗證的測試過程及方法。

[關鍵詞]數據中心;冷源群控自控系統;模擬仿真測試;驗證方法

[中圖分類號]TU831 [文獻標志碼]A [文章編號]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 某大型數據中心冷源系統簡介

某大型數據中心位于上海金橋，機房面積2萬m2，冷源群控系統共有點位1萬左右，進行了全工況程序驗證。共有74臺PLC控制箱，12套冷源群控自控系統;核心數據冷源系統包括D1、D2樓均為一套水冷冷凍水冷源（A路）及一套風冷冷凍水冷源（B路）的2N設計，按照Uptime Tier III級別設計。D3、D5、D7（D4、D6、D8）樓每棟樓設置一套主用水冷冷凍水系統（A路），并在D5（D6）樓設置一套這3棟樓共用的備用水冷冷水系統（B路），按照Uptime Tier IV級別設計。每套冷源在B管路上并聯一套板式熱交換器，通過冷卻水/冷凍水的熱交換，提供免費制冷冷源;在每套冷源設計蓄冷罐和蓄冷主機，提供應急故障情況制冷需求。

本項目測試驗證的區域約2000m2，不同階段共計6人參與，測試以及驗證過程歷時三個月。編寫測試驗證手冊及各種測試圖表共計約兩千頁，整體測試及驗收分三次進行，共五天，由業主單位、顧問單位、設計院、測試單位共同參加。主要測試邏輯包括：模式切換邏輯、A路運行控制邏輯、夏季按照冷凍水管道溫度控制B路投入運行、A路最小運行和免費制冷投入運行模式、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、設備故障切換邏輯等。

2 數據中心冷源自控系統介紹及測試驗證步驟

冷源群控軟件采用EBI-R510冗余軟件，現場控制器采用HC90-C70系列PLC控制器，服務器采用2臺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PLC控制邏輯，采用EBI Disply Builder作為組態軟件。采用EBI自帶HC900驅動協議進行通訊配置。控制對象包括冷水機組、冷凍（卻）水泵、冷卻塔、蓄冷罐、溫度、壓力、壓差、頻率、流量等。 網絡采用雙鏈路、雙通道、設備冗余設計，系統架構見圖1。

數據中心冷源群控系統仿真測試驗證按照不同步驟進行，準備階段、測試環境搭建階測試階段、驗收及總結。

2.1 準備階段

組織協調人員，編制測試驗證方案，并通過業主及專家的評審，應包含冷源自控系統邏輯方案，軟硬件測試表格，制定計劃及安排。測試區域出入口警示標識張貼;保證所有測試設備全部能夠正常工作后，人員進駐并進行具體的測試工作，把測試表格全部打印并裝訂成冊，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試人員簽字確認表。

2.2 測試環境搭建階段

場地選擇非常重要，可結合圖2進行設置辦公區、倉庫區域、測試區域。并在不同區域設置視頻監控攝像頭，以保存視頻文檔資料。辦公區用于測試驗證人員編寫程序，設置投影設備進行驗收測試展示。倉庫區域設置工具備件架，并安裝測試服務器機柜，應設置空調;測試區域設置配電箱給測試系統供電，并有足夠空間進行操作。

2.3 測試驗證

包括硬件測試和軟件測試，硬件測試包括箱體內部接線測試、箱體上電測試、控制程序下載及信號發送及反饋檢查測試;軟件測試包模擬測試程序編寫以及輸入模擬條件根據測試表，進行測試，最終達到驗證要求。

2.4 總結及驗收階段

應該包含組織人員到場、現場硬件測試見證、程序邏輯測試見證、填寫測試表格和總結驗收結論簽字，資料歸檔等工作。

（1）組織人員到場，發邀請函請相關單位到場，應明確時間、地點、推薦交通方式、安排計劃。

（2）硬件測試抽查：硬件測試工具檢查，視頻資料及測試文檔檢查，根據測試表格填寫情況，抽選5%復測。

（3）軟件邏輯測試：檢查邏輯控制測試表格填寫情況，并根據測試表格進行邏輯程序的模擬測試，包含所有控制功能，百分百檢查。在測試見證過程中，由檢查單位完成一項，填寫一項，并對測試結論和問題進行詳細記錄。

（4）總結階段：對測試結果所有參加人員進行記錄會簽。應該明確表示測試驗證是否通過;收集測試過程產生的視頻影像資料、測試表格、問題記錄單、結論報告、會議紀要等文件，并存檔備查。

3 某大型數據中心冷源群控系統模擬測試驗證技術方案

針對本項目特點，涉及建筑較多共有8棟機房樓，1棟監控樓;冷源系統較多，每棟建筑內涉及冷凍水系統（雙管路）、冷卻水系統、免費制冷系統、水蓄冷系統。涉及故障切換復雜，不僅有系統內設備故障切換，各種水系統之間切換、還涉及有同一建筑（T4設計標準）或者不同建筑之間（T3設計標準）A路和B路冷源系統之間的切換，切換條件較多且復雜。在控制邏輯要求上非常復雜，不僅考慮設備本體建筑故障切換，還有考慮控制系統、網絡系統、儀表和閥門、以及樓層壓力的故障切換問題。模擬測試仿真，需要系統所有箱體同時測試，多個建筑之間的控制邏輯同時聯動，所以針對本項目采用一種全新的，具有開創性的測試驗證方法，不僅提高調試效率縮短有限的調試時間、與硬件搭建測試環境相比大幅度降低測試成本和時間、同時高效地完成了復雜的T3、T4多種冷源應急與節能的切換功能驗證等。此種方法在成本、時間、效率、可靠性、實施難度上，常規的硬件展示板演示方式是無法比擬的。

針對本項目的測試邏輯，編寫“模擬測試邏輯”，通過此程序實現系統各個被控以及輸入參數的變化。這套“模擬測試邏輯”實現了以下功能，如圖3所示。

PLC運行邏輯為被測試邏輯，PLC編寫的模擬仿真測試邏輯主要實現以下功能，在模擬測試驗證的過程中是無法現場實際的閥門、水泵、設備機組、傳感器等設備的，是模擬測試驗證程序的設計原因。通過“模擬測試邏輯”主要實現仿真在未接入設備的情況下，實現被控制設備的開啟信號，以及開啟信號后的正常反饋信號，以及模擬量的數值，隨著設備的加載后而產生的相應的變化的功能，以便測試PLC編寫運行邏輯的目的。實現了以下功能。

（1）設置模擬運行和實際運行的切換總“軟開關”。

（2）通過切換總“軟開關”，把程序投入到模擬測試運行程序，此時把控制設備的控制輸出信號與設備運行反饋的狀態信號進行聯動，這樣使用能夠模擬設備在實際使用過程正常的反饋狀態，也就能夠達成后續的連鎖控制邏輯的條件，使邏輯滿足進行下一步運行的前置條件;

（3）模擬量輸入信號模擬的變化，是通過編程軟件自帶的數據連續變化賦值功能模塊，實現模擬外部輸入參數的數值連續變化，來模擬室外焓值、送回水溫度、壓力、流量、壓差、頻率、負荷等數值跟隨時間來進行線性變化，從而模擬現場負荷從小到大，再從大到小的變化的過程，從而達到冷源系統設備全工況運行，達到測試控制邏輯是否正確的目的。

通過在監控軟件的組態界面中所有控制輸入輸出信號全部可以通過此“軟開關”進行切換顯示狀態，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備運行開關狀態。

4 結束語

由于數據中心對于冷源群控自控系統高可用性、高可靠性的要求，自控系統PLC控制器編寫控制邏輯的復雜程度較高，所以在系統部署現場前，搭建模擬測試環境，進行模擬測試驗證并通過專家驗收，避免了數據中心后續調試過程中的所出現的程序缺陷而導致的系統故障。本文根據筆者參與的某大型數據中心模擬測試驗證過程，總結出冷源群控自控系統相關的測試過程場景搭建，測試步驟及注意事項，并為其他數據機房組織模擬測試驗證，提供了方法依據，給今后類似大型數據中心建設提供了冷源群控系統采用軟件模擬仿真測試提供了實踐經驗以及重要參考。

參考文獻

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