Автоматическое устройство управления кондиционерами ссм 33

Обновлено: 17.05.2024

Привет, друзья!
Сегодня я хочу рассказать вам об одной интересной разработке электронной системы управления кондиционерами.

Современный интернет, облачные вычисления или просто обработку больших объемов данных невозможно представить без такого понятия как сервер. Ориентировочно до 50% потребляемой серверами энергии уходит в тепло, которое нужно тем или иным способом из серверных помещений или центров обработки данных отводить.

Как правило, для этих целей используются кондиционеры, количество и мощность которых рассчитываются в зависимости от объемов помещений, тепловыделения серверов и прочих параметров. В действительно больших центрах обработки данных используются дорогостоящие сплит-системы кондиционирования, обладающие встроенными системами управления, однако сегодня мы рассмотрим систему управления для довольно распространенных на сегодняшний день небольших серверных, охлаждением которых занимаются всего несколько, обычно простых бытовых кондиционеров — по статистике чаще это 2, реже 3 кондиционера.

Забегая вперед хочу сразу показать схему работы разработанной системы, кого заинтересовало — прошу под кат.

Рассматриваемая система управления или блок ротации кондиционеров — не новинка в мире климатической техники, однако она обладает набором расширенных функций (в основном коммуникационных), которые резко выделяют ее из всего того, что может предложить рынок.

Логичный вопрос — зачем все это нужно? Применение отдельной системы управления кондиционерами в серверном помещении дает:

Ядром описываемой системы является центральный контроллер, основанный на микроконтроллере STM32F107 + система на кристалле CC2530 (Texas Instruments), содержащая в себе вычислительное ядро 8051 и радио приемо-передатчик стандарта IEEE 802.15.4 (2.4 гГц).

Фотография первого прототипа

Схематический вид контроллера

Первые прототипы RF модулей, белые провода — питание

Схематический вид RF модуля

В главном меню центрального контроллера отображается усредненная температура помещения (среднее значение по датчикам температуры модулей на входе всех кондиционеров), список привязанных модулей с иконками состояния, установленная температура, а также время, синхронизированное с удаленным веб-сервером:

Из меню можно привязать новый модуль к контроллеру:

Можно записать с родного пульта управления различные инфракрасные команды:

Можно установить требуемую для поддержания температуру в помещении и время ротации кондиционеров:

А также настроить большое число дополнительных параметров.

В ходе работы системы в случае достаточной мощности установленных в управляемом помещении кондиционеров, контроллер поддерживает среднюю температуру в помещении не выше температуры, назначенной при настройке параметров + 3 градуса.
В случае повышения средней температуры помещения выше установленной, контроллер последовательно включает на охлаждение кондиционеры, первыми включаются кондиционеры с меньшей наработкой.
Кондиционер считается работающим на охлаждение, если после посылки ИК светодиодом RF модуля команды охлаждения кондиционеру установится указанная в настройках системы разность температур между входящим и исходящим из кондиционера воздухом.
Если после подачи ИК команды кондиционеру указанная выше разность температур не установится в течение 5 минут, то у данного модуля появится ошибка компрессора.
Однако, если разница температур не достигнет установленной в течение 5 минут после первой попытки включения, контроллер попытается включить его на охлаждение ещё 2 раза с интервалом в 5 минут. Если разница температур через 5 минут после посылки последней команды включения на охлаждение все ещё останется меньше пороговой, то во избежание поломки кондиционер выключается, и работа с ним прекращается до снятия ошибки компрессора.
Число включенных кондиционеров в каждый конкретный момент зависит от величины превышения средней температуры над установленной. При превышении установленной температуры на 3 градуса и более на охлаждение включаются все кондиционеры.

В алгоритм автоматического поддержания температуры заложена функция ротации, которая задействуется при установлении баланса между теплом, выделяемым находящимся в помещении оборудованием, и теплом, забираемым системой кондиционирования — в данном случае длительное время в состоянии охлаждения будет находиться определенное число кондиционеров.
Если при этом данное число находящихся в состоянии охлаждения кондиционеров меньше числа всех безаварийных кондиционеров, то состояние охлаждения по истечении установленного времени ротации будет передаваться от кондиционера с большей ротационной наработкой (из числа включенных на данный момент кондиционеров) кондиционеру с меньшей общей наработкой (из числа выключенных на данный момент кондиционеров).
Если число включенных на охлаждение кондиционеров достигло числа всех доступных кондиционеров, то они продолжают работать на охлаждение независимо от ротационной наработки.
Ротационной наработкой считается время работы кондиционера на охлаждение с момента последнего включения.

Если к контроллеру подключен Ethernet кабель, имеющий соединение с сетью Интернет, то с периодичностью раз в минуту контроллер обменивается данными с удаленным веб-сервером. Пользователь имеет возможность удаленно наблюдать как общее состояние системы (средняя температура в помещении, время непрерывной работы контроллера), так и состояние каждого установленного кондиционера.
В случае необходимости пользователь имеет возможность вручную включить любой из доступных кондиционеров на охлаждение, вентиляцию или выключить его.

Ниже приведу скрины тестового веб-сервера, при помощи которого можно мониторить состояние контролируемых серверных и управлять установленными в них кондиционерами:

Экран общего состояния серверного помещения

История работы отдельного кондиционера

Автоматическое устройство управления кондиционерами CCM-33:

Модуль управления кондиционерами CCM-33-0.0 15400р Без входов дистанционного управления
Модуль управления кондиционерами CCM-33-0.1 15700р С входами дистанционного управления
Модуль управления кондиционерами CCM-33-2.0 16000р С интерфейсом RS232
Модуль управления кондиционерами CCM-33-2.1 16300р С интерфейсом RS232 и входами дистанционного управления
Модуль управления кондиционерами CCM-33-4.0 16400р С интерфейсом RS485
Модуль управления кондиционерами CCM-33-4.1 16700р С интерфейсом RS485 и входами дистанционного управления

Автоматическое устройство управления кондиционерами CCM-43:

Модуль управления кондиционерами CCM-43-0.1 17000р С входом дистанционного управления
Модуль управления кондиционерами CCM-43-2.1 17600р С интерфейсом RS232
Модуль управления кондиционерами CCM-43-4.1 18000р С интерфейсом RS485

Автоматическое устройство управления кондиционерами СРК-М:

Согласователь работы кондиционеров микропроцессорный с интерфейсом Ethernet и RS232/MODBUS 23000р
Согласователь работы кондиционеров микропроцессорный c интерфейсом RS232/MODBUS 20150р

Микропроцессорным прибором СРК-М (согласователем работы кондиционеров микропроцессорным) производится управление теми системами кондиционирования с резервированием, в состав которых входит два или три кондиционера.

Как правило, в системах, работающих без использования подобного устройства, основная нагрузка приходится на один - два кондиционера, тогда как резервные кондиционеры простаивают, вследствие чего ресурс работы всей системы становится равен ресурсу основных кондиционеров.

Благодаря СРК-М удается обеспечить равномерную нагрузку на все кондиционеры систем с резервированием за счет ротации (согласования) резервных функций, при которой резервным становится каждый кондиционер по очереди. Результатом такой схемы работы становится повышение ресурса системы из двух кондиционеров на 100%, а из трех – на 50%.

Вся собранная информация об основных событиях и параметрах сохраняется в памяти устройства, которая является энергонезависимой. При желании этот журнал событий может быть считан посредством использования дисплея самой СРК-М или удаленного компьютера. Эти же периферийные устройства дают возможность управлять настройкой параметров работы системы.

Почему СРК-М лучше?
Таким же образом, мы не перестаем постоянно совершенствовать само устройство, выпуская новые прошивки для него и программное обеспечение, устраняя выявленные недостатки и добавляя в нее новые возможности

Показатели температуры воздуха в серверной

Блоки ротации внедрены в системы кондиционирования многих лабораторий, дата-центров, производственных цехов в наукоемких отраслях промышленности. Это неотъемлемый элемент оснащения серверных комнат, которые имеются едва ли не в каждой серьезной организации.

В век информационных технологий даже новые, развивающиеся компании стремятся использовать собственное серверное оборудование для обработки, хранения и обмена данными с партнерами и клиентами.

К температурному режиму в серверной комнате предъявляются строгие требования, выполнение которых возможно только при наличии двух и более кондиционеров

Под серверное оборудование выделяется отдельное технологическое помещение, так называемая серверная комната, где необходимо поддерживать условия эксплуатации, указанные в технической документации заводом-изготовителем. В частности, одним из важнейших параметров является температура воздуха.

По рекомендации Американского общества инженеров по отоплению, холодильному оборудованию и кондиционированию воздуха (ASHRAE), температура в серверных должна быть в пределах от 18 °С до 27 °С. Большинство специализированных компаний, к примеру, предоставляющих услуги хостинга, не допускают повышения температуры воздуха выше 24 °С.

Повышение температуры даже на короткое время способно вызвать сбой в работе серверного оборудования, а для устранения аварии потребуется замена дорогостоящих комплектующих

Настолько строгие температурные рамки обусловлены эксплуатационными особенностями серверных компьютеров. Локальный перегрев тех или иных устройств, входящих в состав сервера, приводит к их поломке. В итоге все сводится к потере важной информации, срывам в производственных, коммерческих, логистических процессов и, как следствие, к утрате репутации и прибыли.

Современный сервер оснащен внутренней системой отвода тепла. Охлаждаются всех внутренние компоненты, выделяющие тепло во время своего функционирования. Но невозможно полностью избежать теплообмена вследствие негерметичности корпуса. Несмотря на радиаторы и даже жидкостное охлаждение, температура внутри корпуса будет близка к температуре окружающей среды.

Наиболее чувствительны к климатическим условиям эксплуатации следующие компоненты:

центральный процессор;
жесткий диск;
оперативная память.

При повышении температуры, происходит расширение материалов, из которых изготовлены компоненты жесткого диска. Это приводит к выходу из строя магнитных дисков, головок, системы позиционирования. Проблемы с жестким диском чреваты потерей важной информации.

Для локального охлаждения серверных процессоров и оперативной памяти используются металлические радиаторы, но при значительном повышении температуры окружающего воздуха они не способны обеспечить защиту от перегрева

В современных серверах устанавливаются оперативные запоминающие устройства, снабженные собственной пассивной системой охлаждения (радиаторами). Но положение дела от этого не меняется. Радиаторы могут спасти ОЗУ только при очень кратковременном и незначительном повышении температуры. Но при более сильном прогреве воздуха они неэффективны.

Система защиты процессора автоматически срабатывает на перегрев, что ведет к отключению сервера и невозможности его нормальной, бесперебойной эксплуатации. Не переносят высокую температуру и многие микрочипы, в частности на южном и северном мостах.

Не стоит рассчитывать, что если наружная (уличная) температура находится в приемлемом диапазоне, можно отказаться от охлаждения воздуха в серверном помещении. Необходимо учитывать все показатели тепловыделения и притоки тепла. Так, тепловая мощность серверов составляет 80-90% от потребленной электрической мощности и зачастую превышает 1 кВт.

Итак, использование дорогостоящего и важного для решения бизнес-задач оборудования, чувствительного к повышению и колебаниям температуры, требует правильно организованного кондиционирования, в котором каждая сплит-система должна работать бесперебойно.

Назначение и устройство блока ротации

Организация системы охлаждения путем установки не только основных, но и запасных, резервных, кондиционеров сама по себе не спасает положение.

Необходимо согласовать работу всех аппаратов таким образом, чтобы при любых условиях температура в помещении оставалась стабильной. Для этой цели используют специализированные комплексы, которые часто называют просто согласователями.

Организация системы кондиционирования, включающей основной и резервный кондиционеры, один управляющий блок, два исполняющих блока и три термодатчика с подключением шины для оповещения о пожаре и аварийных ситуациях

Стандартный комплекс включает в себя управляющий блок и исполнительные блоки.

Совместно они выполняют следующие базовые функции:

контроль за работой системы;
переключение кондиционеров при поломках;
обеспечение поочередного функционирования;
равномерное распределение рабочих часов.

Надежная система кондиционирования серверной состоит из не менее двух кондиционеров: основного и резервного. Каждый из них по своим техническим характеристикам должен быть способен поддерживать необходимые температурные условия в серверном помещении.

При поломке одного кондиционера блок ротации оперативно включает второй, исправный, аппарат. При выполнении данной функции задействуются термодатчики, измеряющие температуру и реагирующие на ее малейшее повышение. Функция резервирования помогает не только в аварийных ситуациях, но и, например, при плановом техобслуживании и ремонте кондиционеров.

Один из вариантов организации системы охлаждения в серверной комнате с блоком резервирования и питанием кондиционеров от отдельного автомата

Блок ротации также обеспечивает поочередное функционирование кондиционеров и сплит систем и в результате совокупное время их работы примерно одинаково. В результате продлевается межремонтный период и эксплуатационный срок охлаждающего оборудования.

Особенности эксплуатации и подключения модуля ротации УРК-2

Важно!
Для использования модуля УРК-2, климатические устройства должны быть оснащены функцией автоматического рестарта.

Технические характеристики модуля ротации для кондиционера

При помощи радиосигнала из базового модуля на устройство (блок ротации) подается сигнал о прекращении работы. Подобные команды действуют вопреки первоначальным настройкам всей системы. Радиус действия сигнала достигает пятидесяти метров, что удобно для дистанционного управления охладительной системой серверной. Основным преимуществом модуля ротации является его многозадачность, ведь к одному простому блоку подключается сразу несколько габаритных, сложных в эксплуатации кондиционеров. Запуск резервных устройств, сели возникла подобная необходимость, происходит мгновенно, без заминок и промедлений (они могут стоять владельцу помещения драгоценного оборудования).

Модуль ротации – универсальное устройство, способное скрыть недостатки климатической техники. В условиях неправильной работы кондиционера, при помощи блока, регулируется переключение режимов.

Для кондиционеров, установленных в помещениях, где поток поступающих данных нуждается в создании отдельной серверной комнаты, распределение нагрузки является первоначальной задачей. Для чего нужен модуль ротации? Устройство с простыми настройками и определенным принципом работы, гарантирует корректную работу охладителей при любых сменах температуры. В жаркую или холодную пору года модули сбалансируют климат внутри технического помещения – серверной комнаты.

Технические характеристики модуля согласования для кондиционеров

(СРК) является составной частью климатической системы. Он ориентирован на обеспечение совместной эксплуатации двух или трех устройств, кондиционирующих воздух.

Функции модуля согласования:

Согласователь для кондиционеров представляет собой устройство на базе микропроцессора, осуществляющее сбор и обработку данных, а также управляющее климатическими блоками.

Технические параметры СРК:

напряжение питания – 220 В ;
ток потребления – 0,5 А;
частота тока – 50 Гц;
тип питания – переменный однофазный ток;
класс защиты – IP40.

Модуль комплектуется датчиком температуры воздуха, работающим в диапазоне от -50° до +125°C. Климатические системы подключаются к согласователю через адаптеры, установленные на внутреннем блоке. Режим переключения задается таймером. В зависимости от модели допускается установка периода от 1 часа до 10 дней. При тестовом подключении блока согласования кондиционеров запускаются обе климатические системы, подключенные к нему. Затем резервная установка отключается, а основная охлаждает серверное помещение.

Согласователи СРК-М совместимы с кондиционерами различных производителей. Различаются способы подключения: Daikin – через адаптеры, Mitsubishi Heavy – напрямую в разъему Cn-T или плате внутреннего модуля, Mitsubishi Electric – зависит от серии, может осуществляться через сухие контакты, адаптер или напрямую. Для кондиционеров других производителей может возникнуть необходимость купить силовые реле, которые устанавливаются в цепь питания внутреннего модуля.

В промышленных и полупромышленных климатических установках управление обычно выполняется через сухие контакты.

Тип управления кондиционером

Управление по ИК каналу

Наиболее просто устанавливать приборы с управлением кондиционером по ИК каналу.

Данные устройства имеют базовый блок, и блоки согласования с кондиционером.

Блоки монтируются на самом кондиционере и запитываются от него же, а с главным блоком обмениваются данным по радиоканалу.

Таким образом отпадает необходимость прокладывать кабели от базового устройства до кондиционеров.

Согласователи включают кондиционер ИК сигналом, который записан в память от оригинального пульта, то есть они совместимы с любыми кондиционерами, которые имеют возможность управления пультом ДУ.

Управление включением питания

Блоки с таким управление наиболее дешёвые и простые.

Управление происходит подачей питания на нужный кондиционер и его отключением.

Как правило, кондиционеры в серверной оборудуются системой зимней адаптации, в том числе и подогревом картера компрессора.

Подогрев компрессора должен быть включён всегда при отрицательных температурах на улице.

Таким образом, при использовании устройств с управлением по питанию, к внешним блокам должен быть проведён дополнительный кабель с питанием.

Проводные устройства согласования

Такие согласователи соединяются витой парой с базовым блоком и с платой кондиционера (обычно к выводам пульта управления)

Для кондиционеров Daikin -KRP4A51 — KRP4A54, KRP413, для Mitsubishi Electric — MMAC-397-IF

Дистанционное управление и мониторинг

Для осуществления мониторинга существует несколько способов:

сопряжение с компьютером
сопряжение с сервером
GSM-контроллер (встроенный, или дополнительный)

GSM управление

На объекте авария — сломался кондиционер, температура повышается.

На запрограммированный телефон после превышения заданного порога отправится СМС .

Такой контроль позволяет осуществить GSM-контроллер, встроенный есть в моделях ротаторов ССМ-33 (34).

Возможности такого управления и мониторинга довольно ограничены, но для выполнения определённых задач вполне подходят.

Сопряжение с компьютером

Контроллеры СРК-М, СРК-D осуществляют связь с компьютером по архаичному COM-порту, либо Ethernet.

Для такого соединения требуется платное программное обеспечение, установленное на компьютер.

Если в компьютере нет COM-порта предлагается подключаться через переходник USB/RS-232.

Мониторинг и управление через сервер

Такую возможность предоставляет контроллер SBR01 позволяет считывать все параметры и управлять в режиме онлайн через свой сервер.

Вся история с момента установки записывается и сохраняется также на сервере производителя:

Программное обеспечение не требуется, в систему можно войти с любого компьютера или мобильного устройства, для этого надо знать логин и пароль, установленные при регистрации устройства на сервере.

Также, предусмотрена возможность принудительного включения или выключения любого кондиционера.

Подключение блока ротации для промышленных климатических систем

Подключение блока ротации для 2-х кондиционеров для серверной осуществляется несколькими способами:

проводное, по питанию;
по ИК каналу;
сухой контакт.

Внутренние блоки климатических систем устанавливаются на одном уровне, расстояние между ними не больше 3 м. Монтаж блока ротации выполняется при отключенном электропитании. Датчик температуры устанавливается в точке, равноудаленной от кондиционеров. Контакты подключаются к соответствующим клеммам.

Ротационные системы, работающие через ИК канал, могут управлять 15 устройствами средней мощности.

Ротация, с передачей данных по ИК и радиоканалу

Многие руководители предприятий для поддержания необходимой температуры лабораторий и серверных применяют бытовые кондиционеры. Это связано с достаточно высокой стоимостью специализированной техники, предназначенной для охлаждения воздуха в таких помещениях. Для экономии электроэнергии, повышения отказоустойчивости бытовой климатической техники, а также для обеспечения бесперебойного функционирования охлаждения, очень часто применяется схемы резервирования и попеременного переключения кондиционеров, выполненные на основе модулей ротации БУРР и БИС.

База работает в комплекте с исполнительными модулями БИС, установленными по одному на каждое устройство, которых может быть 15. База БУРР оснащена собственным датчиком температуры, на основании данных которого и происходит диагностика работы климатической техники. Принцип его работы заключается в переключении подачи электропитания на определенную группу устройств охлаждения.

Совет:
Следует понимать, что для эксплуатации систем ротации БУРР и БИС, все устройства для охлаждения воздуха, должны быть оборудованы ИК приемниками.

Такая система дает возможность реализации различных вариантов попеременного использования климатической техники, которая может состоять как из двух, так и из трех групп. Устройство ротации кондиционеров, выполненное на основе модулей БУРР и БИС, дает возможность:

Мгновенного ввода в эксплуатацию резервной климатической техники. В случае отказа основной группы или нарушение ее нормальной работы происходит резкое повышение температуры в помещении. Именно на это и реагирует базовый модуль, давая команду подключения резерва.
Подключение дополнительной группы климатической техники, при недостатке производительности основной.
Эффективного переключения нескольких групп кондиционеров, для выработки ими одинакового ресурса. Частота переключений между группами определяется пользователем.

Простота установки, настройки, которая функционирует без прокладки коммуникационных линий к каждому прибору.
Возможность использования для охлаждения климатическую технику, различной мощности, производительности и торговой марки.
Возможность монтажа базового модуля БУРР в смежном помещении.

Применение блоков ротации для переключения функционирующих устройств охлаждения воздуха с резервной климатической техникой, дает возможность существенно продлить их ресурс благодаря равномерному вводу в эксплуатацию и контролю над температурными показателями.

Классификация по типу управления кондиционерами

Разберем самые популярные способы управления двумя или более кондиционерами с ротационной системой.

Функция управления по инфракрасному каналу

Такие устройства имеют свой собственный модуль, подключенный к согласователю работы. Такой модуль устанавливается на кондиционере и получает от него электропитание. С ротационным устройством происходит связь по инфракрасному каналу. Нет нужды прокладывать кабели. Может регулировать до пятнадцати систем одновременно.

1. Возможность осуществлять охлаждение с использованием пятнадцати систем, что приведет к снижению износа техники и почти исключит вероятность нештатной ситуации при таких резервах.
2. Экономия средств на прокладке кабелей.
3. Не нужна функция перезапуска.
4. Система характеризуется повышенной надежностью.
5. Базу можно разместить в соседней комнате, а настройка на удивление проста.

Функция управления включением питания

Такие блоки самые экономичные в плане финансов и простые в обслуживании. Процесс управления осуществляется подачей напряжения на выбранный кондиционер. Или его выключением в нужный момент.

Для холодного времени года применяется подогрев компрессора. Здесь нужна прокладка дополнительного кабеля. Такой тип подключения обязательно имеет функцию по перезапуску системы в случае возникновения аварии.

Главное стоит запомнить, что без применения ротационных систем можно потерять не только кондиционеры, а гораздо больше – дорогое оборудование серверного помещения. Действительно – скупой платит дважды.

Читайте также: