Caso de estudio · HVAC para centro de datos · PLC Arduino
Servidores en aceite y una sala en la que se puede trabajar. Un PLC Arduino lo controla todo.
Cómo un M-Duino de Industrial Shields controla la temperatura del aceite de un tanque de servidores refrigerado por inmersión, el clima de la sala y la ventilación que elimina los olores de aceite, en una instalación pensada para replicarse.
La refrigeración por inmersión resuelve el calor.
También crea tres nuevos problemas de control.
Este caso describe una granja de servidores refrigerada con un sistema basado en aceite. El cliente necesitaba un control HVAC nuevo y más capaz para la instalación, y un modelo de control fácil de replicar, porque el enfriador de aceite podría compartirse en el futuro con nuevas granjas de servidores.
El reto
Mantener el tanque, la sala y el aire dentro de rango a la vez.
Los servidores están sumergidos en un aceite refrigerante. Tanto el tanque como la sala deben mantenerse dentro de un rango definido de temperatura y humedad, y un sistema de ventilación debe reducir los olores de aceite para que los operarios puedan trabajar en la planta.
Temperatura
Del fluido refrigerante del tanque y de la sala. El sobrecalentamiento es el primer riesgo para los servidores.
Humedad
Se mantiene en rango en la sala con un humidificador y un deshumidificador, junto con el aire acondicionado.
Olores de aceite
Se eliminan con una ventilación cuya velocidad sigue el nivel de olor, para que la sala se mantenga limpia y operativa.
Pensado para replicarse
La instalación debía servir como modelo replicable, con flexibilidad para cambiar la secuencia de control si más adelante el enfriador de aceite se comparte con otras granjas de servidores.
Cómo funciona
Tres lazos de control, un solo controlador.
Todos los lazos se ejecutan en el mismo PLC Arduino industrial. Mueve los controles para ver la lógica de cada uno.
Control PID del baño de aceite
Un sensor de temperatura en el tanque alimenta un algoritmo PID en el PLC. El PLC compara la lectura con la consigna y calcula el caudal que debe aportar el enfriador.
- Entrada: sensor de temperatura del tanque
- Algoritmo: PID en el PLC
- Salida: demanda de caudal al enfriador por enlace serie
Simulación ilustrativa de una respuesta PID. Los valores no son datos de la instalación.
Control ON/OFF de humedad y temperatura
Los sensores de temperatura y humedad de la sala deciden cuándo se activan o desactivan el deshumidificador, el humidificador y el aire acondicionado.
- Entradas: sensores de temperatura y humedad de la sala
- Lógica: umbrales en el PLC
- Salidas: ON/OFF a humidificador, deshumidificador y aire acondicionado
Umbrales ilustrativos. Las consignas reales de la instalación no se publican.
Ventilación de velocidad variable para los olores de aceite
El ventilador funciona con un variador de frecuencia. El PLC lo hace girar más rápido o más lento según el nivel de olor, enviando la referencia de velocidad al variador como señal analógica.
- Entrada: nivel de olor en la sala
- Salida: referencia analógica 0-10 V al variador
- Actuador: ventilador
Relación lineal ilustrativa entre nivel de olor y velocidad del ventilador.
Arquitectura del sistema
Todas las señales, de principio a fin.
El esquema de control original de la instalación, redibujado. Sensores a la izquierda y arriba, actuadores a la derecha y el PLC en el centro.
| Señal | Dirección | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Temperatura del tanque | Sensor → PLC | 1-Wire / 0-10 V | Valor de proceso del lazo PID del aceite |
| Temperatura de la sala | Sensor → PLC | 1-Wire / 0-10 V | Activa o desactiva el aire acondicionado |
| Humedad de la sala | Sensor → PLC | 1-Wire / 0-10 V | Activa el humidificador o el deshumidificador |
| Caudal del enfriador | PLC → Enfriador | RS-232 / RS-485 / UART | Salida PID: caudal que debe aportar el enfriador |
| Referencia de velocidad del ventilador | PLC → Variador | 0-10 V analógica | Velocidad de ventilación según el nivel de olor |
| Humidificador | PLC → equipo | ON/OFF | Sube la humedad de la sala |
| Deshumidificador | PLC → equipo | ON/OFF | Baja la humedad de la sala |
| Aire acondicionado | PLC → equipo | ON/OFF | Control de la temperatura de la sala |
Por qué un PLC basado en Arduino
Hardware industrial, código abierto.
Los tres lazos en un solo equipo
El PID del fluido, la lógica de umbrales de la sala y la referencia analógica al variador se ejecutan en el mismo programa y en el mismo controlador.
Fácil de replicar
El mismo hardware y el mismo programa se pueden instalar en otra sala, que era un requisito del proyecto.
Secuencia flexible
La secuencia de control está en código Arduino, así que se puede adaptar si el enfriador de aceite se comparte con nuevas granjas de servidores.
Hardware utilizado
Un solo controlador en el carril DIN.
M-Duino Ethernet PLC Arduino 19R+
PLC basado en Arduino Mega para carril DIN, programado con el IDE de Arduino.
- Entradas
- 6 (4 analógicas 0-10 V)
- Salidas
- 11 (8 relés, 3 analógicas/PWM)
- Comunicaciones
- Ethernet, RS-485, RS-232, TTL, I2C, SPI
- Alimentación
- 12 a 24 Vdc, IP20
Preguntas sobre este caso
¿Puede un PLC basado en Arduino ejecutar un lazo PID para refrigeración líquida?
Sí. En esta instalación el M-Duino lee la temperatura del tanque, la compara con una consigna y calcula con un algoritmo PID el caudal que debe aportar el enfriador.
¿Cómo se controla la velocidad del ventilador?
Con un variador de frecuencia. El PLC envía la referencia de velocidad como señal analógica 0-10 V y la sube o la baja según el nivel de olor en la sala.
¿Cómo se controlan el humidificador, el deshumidificador y el aire acondicionado?
Con señales ON/OFF del PLC. Cada equipo se activa o se desactiva según las lecturas de los sensores de temperatura y humedad de la sala.
¿Cómo se comunica el PLC con el enfriador?
En el esquema de control de este proyecto, la salida PID llega al enfriador por un enlace serie (RS-232, RS-485 o UART). El M-Duino 19R+ tiene puertos serie RS-232, RS-485 y TTL.
¿Se puede usar la misma instalación en otra sala de servidores?
Era uno de los objetivos: un modelo de instalación replicable, con una secuencia de control que se puede adaptar si el enfriador de aceite se comparte con nuevas granjas de servidores.
¿Qué interfaces de sensores se usaron?
Los sensores de temperatura y humedad se conectan por 1-Wire o con señales analógicas 0-10 V, según el esquema original.
Descarga el caso de estudio
PDF de 4 páginas con el reto, la lógica, la arquitectura y el hardware. Sin formularios.
¿Proyecto similar?
Cuéntanos tus señales. Te responderá un ingeniero.
Salas de servidores, refrigeración de procesos, control de clima o ventilación: describe qué necesitas medir y accionar y te diremos qué controlador encaja.
- Respuesta de nuestro equipo técnico
- Dimensionado del hardware según tu lista de E/S
- PLC basados en Arduino, ESP32 o Raspberry Pi