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[摘 要 ]在数据中心的自控系统建成之前，进行制冷自控系统出厂前的模拟测试验证工作，是数据中心能够正常投入并有效使用的基本保证。通过对冷源群控在工厂进行控制系统搭建，并进行完善、合理的逻辑功能测试，并通过业主以及专家见证，并取得关键测试验证结论后，再进行现场安装尤其重要。针对大型数据中心园区，具有UPTIME 4设计标准的复杂的冷源群控自控系统的模拟测试验证，总结出一套完善的、可参考的模拟测试验证的测试过程及方法。
[关键词]数据中心;冷源群控自控系统;模拟仿真测试;验证方法
[中图分类号]TU831 [文献标志码]A [文章编号]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 某大型數据中心冷源系统简介
某大型数据中心位于上海金桥，机房面积2万m2，冷源群控系统共有点位1万左右，进行了全工况程序验证。共有74台PLC控制箱，12套冷源群控自控系统;核心数据冷源系统包括D1、D2楼均为一套水冷冷冻水冷源（A路）及一套风冷冷冻水冷源（B路）的2N设计，按照Uptime Tier III级别设计。D3、D5、D7（D4、D6、D8）楼每栋楼设置一套主用水冷冷冻水系统（A路），并在D5（D6）楼设置一套这3栋楼共用的备用水冷冷水系统（B路），按照Uptime Tier IV级别设计。每套冷源在B管路上并联一套板式热交换器，通过冷却水/冷冻水的热交换，提供免费制冷冷源;在每套冷源设计蓄冷罐和蓄冷主机，提供应急故障情况制冷需求。
本项目测试验证的区域约2000m2，不同阶段共计6人参与，测试以及验证过程历时三个月。编写测试验证手册及各种测试图表共计约两千页，整体测试及验收分三次进行，共五天，由业主单位、顾问单位、设计院、测试单位共同参加。主要测试逻辑包括：模式切换逻辑、A路运行控制逻辑、夏季按照冷冻水管道温度控制B路投入运行、A路最小运行和免费制冷投入运行模式、投入使用和停止使用蓄冷罐逻辑、B路投入使用控制逻辑、事故判断逻辑、加载和减载逻辑、设备故障切换逻辑等。
2 数据中心冷源自控系统介绍及测试验证步骤
冷源群控软件采用EBI-R510冗余软件，现场控制器采用HC90-C70系列PLC控制器，服务器采用2台R410系列冗余，采用MT系列工作站作为工程师站和操作员站，采用Designer Softwear软件编写PLC控制逻辑，采用EBI Disply Builder作为组态软件。采用EBI自带HC900驱动协议进行通讯配置。控制对象包括冷水机组、冷冻（却）水泵、冷却塔、蓄冷罐、温度、压力、压差、频率、流量等。 网络采用双链路、双通道、设备冗余设计，系统架构见图1。
数据中心冷源群控系统仿真测试验证按照不同步骤进行，准备阶段、测试环境搭建阶测试阶段、验收及总结。
2.1 准备阶段
组织协调人员，编制测试验证方案，并通过业主及专家的评审，应包含冷源自控系统逻辑方案，软硬件测试表格，制定计划及安排。测试区域出入口警示标识张贴;保证所有测试设备全部能够正常工作后，人员进驻并进行具体的测试工作，把测试表格全部打印并装订成册，控制箱体所有图纸放入文件筐并在箱体上张贴箱体各阶段测试人员签字确认表。 2.2 测试环境搭建阶段
场地选择非常重要，可结合图2进行设置办公区、仓库区域、测试区域。并在不同區域设置视频监控摄像头，以保存视频文档资料。办公区用于测试验证人员编写程序，设置投影设备进行验收测试展示。仓库区域设置工具备件架，并安装测试服务器机柜，应设置空调;测试区域设置配电箱给测试系统供电，并有足够空间进行操作。
2.3 测试验证
包括硬件测试和软件测试，硬件测试包括箱体内部接线测试、箱体上电测试、控制程序下载及信号发送及反馈检查测试;软件测试包模拟测试程序编写以及输入模拟条件根据测试表，进行测试，最终达到验证要求。
2.4 总结及验收阶段
应该包含组织人员到场、现场硬件测试见证、程序逻辑测试见证、填写测试表格和总结验收结论签字，资料归档等工作。
（1）组织人员到场，发邀请函请相关单位到场，应明确时间、地点、推荐交通方式、安排计划。
（2）硬件测试抽查：硬件测试工具检查，视频资料及测试文档检查，根据测试表格填写情况，抽选5%复测。
（3）软件逻辑测试：检查逻辑控制测试表格填写情况，并根据测试表格进行逻辑程序的模拟测试，包含所有控制功能，百分百检查。在测试见证过程中，由检查单位完成一项，填写一项，并对测试结论和问题进行详细记录。
（4）总结阶段：对测试结果所有参加人员进行记录会签。应该明确表示测试验证是否通过;收集测试过程产生的视频影像资料、测试表格、问题记录单、结论报告、会议纪要等文件，并存档备查。
3 某大型数据中心冷源群控系统模拟测试验证技术方案
针对本项目特点，涉及建筑较多共有8栋机房楼，1栋监控楼;冷源系统较多，每栋建筑内涉及冷冻水系统（双管路）、冷却水系统、免费制冷系统、水蓄冷系统。涉及故障切换复杂，不仅有系统内设备故障切换，各种水系统之间切换、还涉及有同一建筑（T4设计标准）或者不同建筑之间（T3设计标准）A路和B路冷源系统之间的切换，切换条件较多且复杂。在控制逻辑要求上非常复杂，不仅考虑设备本体建筑故障切换，还有考虑控制系统、网络系统、仪表和阀门、以及楼层压力的故障切换问题。模拟测试仿真，需要系统所有箱体同时测试，多个建筑之间的控制逻辑同时联动，所以针对本项目采用一种全新的，具有开创性的测试验证方法，不仅提高调试效率缩短有限的调试时间、与硬件搭建测试环境相比大幅度降低测试成本和时间、同时高效地完成了复杂的T3、T4多种冷源应急与节能的切换功能验证等。此种方法在成本、时间、效率、可靠性、实施难度上，常规的硬件展示板演示方式是无法比拟的。
针对本项目的测试逻辑，编写“模拟测试逻辑”，通过此程序实现系统各个被控以及输入参数的变化。这套“模拟测试逻辑”实现了以下功能，如图3所示。
PLC运行逻辑为被测试逻辑，PLC编写的模拟仿真测试逻辑主要实现以下功能，在模拟测试验证的过程中是无法现场实际的阀门、水泵、设备机组、传感器等设备的，是模拟测试验证程序的设计原因。通过“模拟测试逻辑”主要实现仿真在未接入设备的情况下，实现被控制设备的开启信号，以及开启信号后的正常反馈信号，以及模拟量的数值，随着设备的加载后而产生的相应的变化的功能，以便测试PLC编写运行逻辑的目的。实现了以下功能。
（1）设置模拟运行和实际运行的切换总“软开关”。
（2）通过切换总“软开关”，把程序投入到模拟测试运行程序，此时把控制设备的控制输出信号与设备运行反馈的状态信号进行联动，这样使用能够模拟设备在实际使用过程正常的反馈状态，也就能够达成后续的连锁控制逻辑的条件，使逻辑满足进行下一步运行的前置条件;
（3）模拟量输入信号模拟的变化，是通过编程软件自带的数据连续变化赋值功能模块，实现模拟外部输入参数的数值连续变化，来模拟室外焓值、送回水温度、压力、流量、压差、频率、负荷等数值跟随时间来进行线性变化，从而模拟现场负荷从小到大，再从大到小的变化的过程，从而达到冷源系统设备全工况运行，达到测试控制逻辑是否正确的目的。
通过在监控软件的组态界面中所有控制输入输出信号全部可以通过此“软开关”进行切换显示状态，并可以把电脑显示屏，利用投影仪投到大屏幕观看，便于直观了解所有设备运行开关状态。
4 结束语
由于数据中心对于冷源群控自控系统高可用性、高可靠性的要求，自控系统PLC控制器编写控制逻辑的复杂程度较高，所以在系统部署现场前，搭建模拟测试环境，进行模拟测试验证并通过专家验收，避免了数据中心后续调试过程中的所出现的程序缺陷而导致的系统故障。本文根据笔者参与的某大型数据中心模拟测试验证过程，总结出冷源群控自控系统相关的测试过程场景搭建，测试步骤及注意事项，并为其他数据机房组织模拟测试验证，提供了方法依据，给今后类似大型数据中心建设提供了冷源群控系统采用软件模拟仿真测试提供了实践经验以及重要参考。
参考文献
[1] 中华人民共和国工业和信息化部.数据中心设计规范：GB20174—2017[S].
[2] 江根明. 数据中心的空调群控系统设计[J]. 华东科技（综合），2020（4）：1-2.
[3] 任素梅. 智能建筑中冷源系统群控实用程序研究[D]. 北京：北京工业大学，2004.
[4] 孙育英. 智能建筑中冷源系统控制实用程序研究[D]. 北京：北京工业大学，2002.
[5] 王多，王琪. 冷源群控系统技术在地铁车站冷水机组中的应用及节能分析[J]. 福建质量管理，2019（5）：117.
[关键词]数据中心;冷源群控自控系统;模拟仿真测试;验证方法
[中图分类号]TU831 [文献标志码]A [文章编号]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 某大型數据中心冷源系统简介
某大型数据中心位于上海金桥，机房面积2万m2，冷源群控系统共有点位1万左右，进行了全工况程序验证。共有74台PLC控制箱，12套冷源群控自控系统;核心数据冷源系统包括D1、D2楼均为一套水冷冷冻水冷源（A路）及一套风冷冷冻水冷源（B路）的2N设计，按照Uptime Tier III级别设计。D3、D5、D7（D4、D6、D8）楼每栋楼设置一套主用水冷冷冻水系统（A路），并在D5（D6）楼设置一套这3栋楼共用的备用水冷冷水系统（B路），按照Uptime Tier IV级别设计。每套冷源在B管路上并联一套板式热交换器，通过冷却水/冷冻水的热交换，提供免费制冷冷源;在每套冷源设计蓄冷罐和蓄冷主机，提供应急故障情况制冷需求。
本项目测试验证的区域约2000m2，不同阶段共计6人参与，测试以及验证过程历时三个月。编写测试验证手册及各种测试图表共计约两千页，整体测试及验收分三次进行，共五天，由业主单位、顾问单位、设计院、测试单位共同参加。主要测试逻辑包括：模式切换逻辑、A路运行控制逻辑、夏季按照冷冻水管道温度控制B路投入运行、A路最小运行和免费制冷投入运行模式、投入使用和停止使用蓄冷罐逻辑、B路投入使用控制逻辑、事故判断逻辑、加载和减载逻辑、设备故障切换逻辑等。
2 数据中心冷源自控系统介绍及测试验证步骤
冷源群控软件采用EBI-R510冗余软件，现场控制器采用HC90-C70系列PLC控制器，服务器采用2台R410系列冗余，采用MT系列工作站作为工程师站和操作员站，采用Designer Softwear软件编写PLC控制逻辑，采用EBI Disply Builder作为组态软件。采用EBI自带HC900驱动协议进行通讯配置。控制对象包括冷水机组、冷冻（却）水泵、冷却塔、蓄冷罐、温度、压力、压差、频率、流量等。 网络采用双链路、双通道、设备冗余设计，系统架构见图1。
数据中心冷源群控系统仿真测试验证按照不同步骤进行，准备阶段、测试环境搭建阶测试阶段、验收及总结。
2.1 准备阶段
组织协调人员，编制测试验证方案，并通过业主及专家的评审，应包含冷源自控系统逻辑方案，软硬件测试表格，制定计划及安排。测试区域出入口警示标识张贴;保证所有测试设备全部能够正常工作后，人员进驻并进行具体的测试工作，把测试表格全部打印并装订成册，控制箱体所有图纸放入文件筐并在箱体上张贴箱体各阶段测试人员签字确认表。 2.2 测试环境搭建阶段
场地选择非常重要，可结合图2进行设置办公区、仓库区域、测试区域。并在不同區域设置视频监控摄像头，以保存视频文档资料。办公区用于测试验证人员编写程序，设置投影设备进行验收测试展示。仓库区域设置工具备件架，并安装测试服务器机柜，应设置空调;测试区域设置配电箱给测试系统供电，并有足够空间进行操作。
2.3 测试验证
包括硬件测试和软件测试，硬件测试包括箱体内部接线测试、箱体上电测试、控制程序下载及信号发送及反馈检查测试;软件测试包模拟测试程序编写以及输入模拟条件根据测试表，进行测试，最终达到验证要求。
2.4 总结及验收阶段
应该包含组织人员到场、现场硬件测试见证、程序逻辑测试见证、填写测试表格和总结验收结论签字，资料归档等工作。
（1）组织人员到场，发邀请函请相关单位到场，应明确时间、地点、推荐交通方式、安排计划。
（2）硬件测试抽查：硬件测试工具检查，视频资料及测试文档检查，根据测试表格填写情况，抽选5%复测。
（3）软件逻辑测试：检查逻辑控制测试表格填写情况，并根据测试表格进行逻辑程序的模拟测试，包含所有控制功能，百分百检查。在测试见证过程中，由检查单位完成一项，填写一项，并对测试结论和问题进行详细记录。
（4）总结阶段：对测试结果所有参加人员进行记录会签。应该明确表示测试验证是否通过;收集测试过程产生的视频影像资料、测试表格、问题记录单、结论报告、会议纪要等文件，并存档备查。
3 某大型数据中心冷源群控系统模拟测试验证技术方案
针对本项目特点，涉及建筑较多共有8栋机房楼，1栋监控楼;冷源系统较多，每栋建筑内涉及冷冻水系统（双管路）、冷却水系统、免费制冷系统、水蓄冷系统。涉及故障切换复杂，不仅有系统内设备故障切换，各种水系统之间切换、还涉及有同一建筑（T4设计标准）或者不同建筑之间（T3设计标准）A路和B路冷源系统之间的切换，切换条件较多且复杂。在控制逻辑要求上非常复杂，不仅考虑设备本体建筑故障切换，还有考虑控制系统、网络系统、仪表和阀门、以及楼层压力的故障切换问题。模拟测试仿真，需要系统所有箱体同时测试，多个建筑之间的控制逻辑同时联动，所以针对本项目采用一种全新的，具有开创性的测试验证方法，不仅提高调试效率缩短有限的调试时间、与硬件搭建测试环境相比大幅度降低测试成本和时间、同时高效地完成了复杂的T3、T4多种冷源应急与节能的切换功能验证等。此种方法在成本、时间、效率、可靠性、实施难度上，常规的硬件展示板演示方式是无法比拟的。
针对本项目的测试逻辑，编写“模拟测试逻辑”，通过此程序实现系统各个被控以及输入参数的变化。这套“模拟测试逻辑”实现了以下功能，如图3所示。
PLC运行逻辑为被测试逻辑，PLC编写的模拟仿真测试逻辑主要实现以下功能，在模拟测试验证的过程中是无法现场实际的阀门、水泵、设备机组、传感器等设备的，是模拟测试验证程序的设计原因。通过“模拟测试逻辑”主要实现仿真在未接入设备的情况下，实现被控制设备的开启信号，以及开启信号后的正常反馈信号，以及模拟量的数值，随着设备的加载后而产生的相应的变化的功能，以便测试PLC编写运行逻辑的目的。实现了以下功能。
（1）设置模拟运行和实际运行的切换总“软开关”。
（2）通过切换总“软开关”，把程序投入到模拟测试运行程序，此时把控制设备的控制输出信号与设备运行反馈的状态信号进行联动，这样使用能够模拟设备在实际使用过程正常的反馈状态，也就能够达成后续的连锁控制逻辑的条件，使逻辑满足进行下一步运行的前置条件;
（3）模拟量输入信号模拟的变化，是通过编程软件自带的数据连续变化赋值功能模块，实现模拟外部输入参数的数值连续变化，来模拟室外焓值、送回水温度、压力、流量、压差、频率、负荷等数值跟随时间来进行线性变化，从而模拟现场负荷从小到大，再从大到小的变化的过程，从而达到冷源系统设备全工况运行，达到测试控制逻辑是否正确的目的。
通过在监控软件的组态界面中所有控制输入输出信号全部可以通过此“软开关”进行切换显示状态，并可以把电脑显示屏，利用投影仪投到大屏幕观看，便于直观了解所有设备运行开关状态。
4 结束语
由于数据中心对于冷源群控自控系统高可用性、高可靠性的要求，自控系统PLC控制器编写控制逻辑的复杂程度较高，所以在系统部署现场前，搭建模拟测试环境，进行模拟测试验证并通过专家验收，避免了数据中心后续调试过程中的所出现的程序缺陷而导致的系统故障。本文根据笔者参与的某大型数据中心模拟测试验证过程，总结出冷源群控自控系统相关的测试过程场景搭建，测试步骤及注意事项，并为其他数据机房组织模拟测试验证，提供了方法依据，给今后类似大型数据中心建设提供了冷源群控系统采用软件模拟仿真测试提供了实践经验以及重要参考。
参考文献
[1] 中华人民共和国工业和信息化部.数据中心设计规范：GB20174—2017[S].
[2] 江根明. 数据中心的空调群控系统设计[J]. 华东科技（综合），2020（4）：1-2.
[3] 任素梅. 智能建筑中冷源系统群控实用程序研究[D]. 北京：北京工业大学，2004.
[4] 孙育英. 智能建筑中冷源系统控制实用程序研究[D]. 北京：北京工业大学，2002.
[5] 王多，王琪. 冷源群控系统技术在地铁车站冷水机组中的应用及节能分析[J]. 福建质量管理，2019（5）：117.