لوحة MCC وأتمتة مركز البيانات في الإمارات | SENTRADO
دراسة حالة مفصلة لحل الأتمتة الصناعية من SENTRADO والذي يحقق نتائج قابلة للقياس لعمليات مركز البيانات في الإمارات العربية المتحدة.
خلفية المشروع والأهداف
كلف أحد المشغلين الرائدين لمراكز بيانات الاستضافة المشتركة في الإمارات العربية المتحدة شركة SENTRADO بتصميم وتصنيع مركز تحكم في المحركات (MCC) عالي الموثوقية ونظام أتمتة مرتبط به لمنشأتهم الجديدة من الفئة Tier III في أبوظبي. تم تصميم مركز البيانات لحمل تكنولوجيا معلومات يبلغ 12 MW، ويتطلب بنية تحتية مستمرة للتبريد والطاقة للحفاظ على نسبة توفر تبلغ 99.99% مضمونة للمستأجرين من الشركات والجهات الحكومية. يتحكم الـ MCC في جميع محركات نظام التبريد بما في ذلك وحدات CRAC (مكيفات هواء غرف الكمبيوتر)، ومضخات المياه المبردة، ومضخات المكثف، ومراوح أبراج التبريد.
في بيئة مركز البيانات، حتى الفقدان المؤقت للتبريد يمكن أن يؤدي إلى تفعيل الإنذارات الحرارية ويحتمل أن يسبب إيقاف تشغيل المعدات في غضون دقائق. لذلك، يجب أن يوفر الـ MCC ونظام التحكم الخاص به أعلى مستويات الموثوقية والتكرار وتحمل الأخطاء - متجاوزاً بكثير متطلبات الصناعة القياسية. كان حل SENTRADO بحاجة إلى تلبية معايير Tier III الخاصة بمعهد Uptime Institute للبنية التحتية القابلة للصيانة بالتزامن، مما يعني أنه يمكن إيقاف أي مكون واحد عن الخدمة للصيانة دون التأثير على الحمل الحرج.
شمل نطاق المشروع تصميم وتصنيع الـ MCC، والتحكم المتكرر عبر PLC، وشبكات حلقات PROFINET، ومراقبة HMI/SCADA، والتكامل مع منصة DCIM (إدارة البنية التحتية لمركز البيانات) الخاصة بمركز البيانات، واختبار القبول الكامل في المصنع تحت ظروف الحمل المحاكاة.
المشكلات التي كان يتعين علينا حلها
1. متطلبات التوفر من الفئة Tier III
تعني اتفاقية مستوى الخدمة SLA للتوفر بنسبة 99.99% في مركز البيانات أن نظام التحكم في التبريد لا يمكنه تحمل أكثر من 52 دقيقة من إجمالي وقت التوقف سنوياً. يجب أن يكون كل مكون من وحدات المعالجة المركزية PLC إلى مصادر الطاقة إلى مفاتيح الشبكة متكرراً مع انتقال تلقائي عند الفشل.
2. الصيانة المتزامنة
يتطلب اعتماد Tier III إمكانية إزالة أي وحدة MCC أو مشغل أو وحدة تحكم وصيانتها بينما يستمر باقي النظام في العمل. وقد تطلب ذلك تصميم MCC قابل للسحب مع ميزة التبديل الساخن على كل مستوى.
3. أكثر من 40 دائرة محرك
تتحكم MCC في أكثر من 40 دائرة محرك تتراوح من محركات مراوح CRAC بقدرة 5.5 kW إلى مضخات المياه المبردة الأولية بقدرة 132 kW. تتطلب كل دائرة حماية فردية، ومراقبة الحالة، وقدرة التحكم عن بعد من DCIM.
4. بيئة الخليج القاسية
تفرض الحرارة الشديدة في الصيف بأبو ظبي (حتى 48°C) والرطوبة العالية ضغطًا إضافيًا على المعدات الكهربائية. يجب أن تعمل MCC وأنظمة التبريد بشكل موثوق عند درجات الحرارة المحيطة المرتفعة مع مراعاة تخفيض التصنيف.
5. تكامل DCIM
احتاجت وحدة تحكم MCC إلى التواصل مع منصة DCIM لمركز البيانات عبر BACnet/IP و SNMP، مما يوفر حالة المحرك في الوقت الفعلي، واستهلاك الطاقة، وبيانات الإنذار، مع تلقي أوامر التشغيل/الإيقاف عن بعد من نظام إدارة المبنى.
نهجنا وهيكل النظام
قامت SENTRADO بتصميم وتصنيع MCC قابل للسحب بالكامل، من نوع form-division 4b، بتصنيف تيار مستمر 4,000 A، ويضم 42 وحدة بدء تشغيل محرك عبر ستة أقسام رأسية. كل وحدة قابلة للسحب مع عزل قضبان التوصيل في حجرة منفصلة، مما يسمح بصيانة دوائر المحرك الفردية دون إزالة الطاقة من الأقسام المجاورة. تتميز MCC بمرحلات حماية المحرك الذكية (Siemens SIMOCODE) على كل دائرة، مما يوفر حماية من زيادة التيار، وعطل التأريض، والحمل الحراري الزائد، والتوقف مع اتصال PROFINET العائد إلى PLC.
يستخدم نظام التحكم زوجًا من وحدات PLC الاحتياطية Siemens S7-1500R مع تبديل تلقائي لوحدة المعالجة المركزية في أقل من 100 مللي ثانية. تربط حلقتان مستقلتان من PROFINET - يُشار إليهما بـ A و B - وحدة PLC بجميع وحدات الإدخال والإخراج الموزعة، ومرحلات حماية المحرك، ووحدات VFD، ولوحات HMI. تستخدم كل حلقة مفاتيح مُدارة من SCALANCE مع بروتوكول MRP (بروتوكول تكرار الوسائط)، مما يضمن عدم انقطاع الاتصال في حالة حدوث قطع واحد في الكابل أو عطل في المفتاح. يتم تغذية مصادر الطاقة الحرجة، وأجهزة التحكم، والبنية التحتية للشبكة من مصادر طاقة مزدوجة مدعومة بوحدات UPS.
تستخدم جميع المحركات التي يتم التحكم فيها بواسطة VFD (مضخات الماء المبرد ومضخات المكثف) محركات ABB ACS880 ذات التحكم الاحتياطي وإمكانية التحويل الجانبي - في حالة حدوث عطل في وحدة VFD، ينتقل المحرك تلقائيًا إلى التشغيل المباشر عبر الخط للحفاظ على التبريد. يوفر نظام SCADA نظرة عامة رسومية على مصنع التبريد بأكمله مع مراقبة PUE (فعالية استخدام الطاقة) في الوقت الفعلي، وقياس الطاقة عند كل محرك، وتنبيهات الصيانة التنبؤية بناءً على وقت تشغيل المحرك وعدد مرات التشغيل، وتسلسلات تحسين مصنع المبردات الآلي. توفر بوابة BACnet/IP تكاملاً سلسًا مع DCIM للمراقبة والتحكم المركزيين.
أبرز ميزات هندسة النظام
- وحدات تحكم احتياطية Siemens S7-1500R مع استرداد عند الفشل في أقل من 100 مللي ثانية
- حلقتان مزدوجتان من PROFINET (A/B) مع تكرار وسائط MRP
- لوحة MCC قابلة للسحب من الشكل 4b مزودة بـ 42 وحدة بدء تشغيل للمحرك
- حماية ذكية للمحرك SIMOCODE على كل دائرة
- وحدة VFD مع تحويل جانبي تلقائي لمحركات المضخات الحرجة
- مصادر طاقة مزدوجة مدعومة بوحدات UPS لجميع أنظمة التحكم
- تكامل BACnet/IP و SNMP مع منصة DCIM
- خوارزميات مراقبة PUE وتحسين مصنع المبردات
معلمات النظام والتكوين
| نظام التحكم | Siemens SIMATIC S7-1500R (احتياطي) |
| وحدات التحكم | 2 × CPU 1515R-2 PN (زوج احتياطي) |
| تصنيف MCC | 4,000 A, 400V, 3 أطوار, 50Hz |
| دوائر المحركات | 42 (من 5.5kW إلى 132kW) |
| فصل التكوين | الشكل 4b (قابل للسحب بالكامل) |
| بروتوكول الاتصال | PROFINET ×2 / BACnet/IP / SNMP |
| HMI / SCADA | WinCC OA — 2 OS + بوابة DCIM |
| محركات VFD | 8 × ABB ACS880 (11–132kW) |
| حماية المحرك | 42 × SIMOCODE pro V PN |
| ازدواجية الشبكة | حلقتا PROFINET مزدوجتان مع MRP |
| درجة الحماية | MCC بدرجة حماية IP54 / خزائن غرفة التحكم بدرجة حماية IP42 |
| توفر الطاقة | 99.99% (معتمد من Tier III) |
المكونات والأجهزة الرئيسية
Siemens CPU 1515R-2 PN
6ES7515-2RM00-0AB0
وحدة تحكم مركز بيانات مكررة
SIMOCODE pro V PN
3UF7011-1AB00-0
حماية ذكية للمحرك مع PROFINET
ABB ACS880 VFD
3ABD00035842-D
محرك صناعي مع خيار الالتفاف
SIVACON S8 MCC
8PQ1012-3BA12
مركز التحكم في المحرك قابل للسحب
SCALANCE X204RNA
6GK5204-0BA00-2KB2
مفتاح تبديل PROFINET مكرر
WinCC OA SCADA
6AV6371-1DN07-0AX0
منصة مراقبة مركز البيانات
قاطع SENTRON 3VA
3VA2340-5HN32-0AA0
MCCB مع وحدة فصل إلكترونية
SITOP PSU8600
6EP3437-8SB00-0AY0
مصدر طاقة مكرر 24V/40A
مراحل المشروع
تصميم MCC وأنظمة التحكم
8 أسابيعالمخططات أحادية الخط، هندسة PLC، تصميم الشبكة
تصنيع MCC
10 أسابيعMCC من الشكل 4b مكون من 6 أقسام مع توصيل جميع الوحدات
تطوير PLC و SCADA
8 أسابيعمنطق تحكم مكرر، رسوميات، بوابة DCIM
اختبار قبول المصنع FAT مع محاكاة الحمل
3 أسابيعاختبار حقن التيار الكامل، والتحقق من التبديل عند الفشل
الشحن إلى الإمارات
4 أسابيعالشحن البحري من شنغهاي إلى جبل علي
التركيب في الموقع
4 أسابيعتركيب MCC، وتمديد الكابلات، والتوصيلات
التشغيل و SAT
3 أسابيعالتكامل مع وحدات التبريد، و DCIM، واختبار التبديل عند الفشل
دعم شهادة Tier III
2 أسابيعدعم التوثيق واختبارات المراقبة
النتائج القابلة للقياس
تم التحقق من بيانات الأداء بعد تشغيل النظام والاستمرار في التشغيل.
أداء وقت التشغيل المعتمد من Tier III
التحكم المحسن في وحدات التبريد و VFD
مراقبة كاملة وتحكم عن بعد
تكرار كامل على كل مستوى من مستويات النظام
قبل مقابل بعد: مقارنة مقاسة
| المقياس | قبل | بعد | التغيير |
|---|---|---|---|
| توفر الطاقة | ~99.9% (تصميم Tier II) | 99.99% (معتمد من Tier III) | +0.09 نقطة |
| كفاءة الطاقة | خط الأساس PUE | مكسب كفاءة بنسبة 30% | −30% |
| مراقبة دوائر المحركات | فحص يدوي | 42 دائرة تحت المراقبة الكاملة | آلي |
| نقاط الفشل الفردية | متعددة في التصميم القديم | 0 (تكرار كامل على كل مستوى) | تم القضاء عليها |
| التشخيص عن بعد | في الموقع فقط | مراقبة وإنذار كاملان عن بعد | عن بعد |
البيانات مستندة إلى تقارير تشغيل المشروع والقياسات التشغيلية المستمرة. اسم العميل متاح بموجب NDA.
التأثير على النتيجة النهائية
تجاوز نظام الأتمتة المُسلَّم جميع أهداف الأداء المحددة في العقد، محققاً إنتاجية أعلى، واستهلاكاً أقل للطاقة، وجودة منتجات محسنة مقارنة بالتشغيل الأساسي. وأفاد العميل بتحقيق عائد استثمار كامل ضمن فترة استرداد التكلفة المتوقعة، ومنذ ذلك الحين تعاقد مع SENTRADO لمراحل إضافية من توسعة المصنع.
هل لديك مشروع مماثل؟
سواء كنت بحاجة إلى ترحيل كامل لنظام DCS، أو خزائن تحكم PLC مخصصة، أو حل أتمتة متكامل وجاهز للتشغيل، فإن مهندسينا مستعدون للمساعدة. احصل على استشارة وعرض أسعار مجاني اليوم.