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Caso de estudio · HVAC para refrigeración por inmersión en aceite
Hablar con un ingeniero

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.

3parámetros críticos: temperatura, humedad y olores de aceite
PIDlazo cerrado sobre la temperatura del aceite
0-10 Vseñal analógica que gobierna el variador del ventilador
1 PLCun M-Duino Ethernet 19R+ lo gestiona todo

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.

01

Temperatura

Del fluido refrigerante del tanque y de la sala. El sobrecalentamiento es el primer riesgo para los servidores.

02

Humedad

Se mantiene en rango en la sala con un humidificador y un deshumidificador, junto con el aire acondicionado.

03

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.

Lazo 1 · Temperatura del fluido

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
Consigna tiempo °C
40 %

Simulación ilustrativa de una respuesta PID. Los valores no son datos de la instalación.

Lazo 2 · Clima de la sala

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
banda objetivo Humidificador Deshumidificador Aire acondicionado
50 %RH
24 °C

Umbrales ilustrativos. Las consignas reales de la instalación no se publican.

Lazo 3 · Calidad del aire

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
Referencia analógica al variador 5.0 V 0 V10 V
50 %

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.

HVAC control architecture: M-Duino PLC connected to tank sensor, room sensors, cooler, VFD and fan, humidifier, dehumidifier and air conditioning CONTROL DEL LÍQUIDO CONTROL DE CALIDAD DEL AIRE CONTROL DE CLIMA Enfriador Tanque de servidores (aceite) Temperatura del tanque Sensores de sala temperatura · humedad Ventilador Variador M-Duino Ethernet 19R+ PLC basado en Arduino Mega PID · RS-232 / RS-485 / UART 1-Wire / 0-10 V 1-Wire / 0-10 V 0-10 V analógica Humidificador control de humedad Deshumidificador control de humedad Aire acondicionado control de temperatura ON/OFF ON/OFF ON/OFF SENSORES Temperatura del tanque Sensores de sala temperatura · humedad 1-Wire / 0-10 V M-Duino Ethernet 19R+ PLC basado en Arduino Mega CONTROL DEL LÍQUIDO CALIDAD DEL AIRE PID · RS-232/485/UART Enfriador Tanque de servidores (aceite) 0-10 V analógica Variador Ventilador ON/OFF Humidificador Deshumidificador Aire acondicionado
Señal analógica (0-10 V) Señal digital / serie Señal de sensor Aceite caliente Aceite enfriado
Lista de señales
SeñalDirecciónTipoFunción
Temperatura del tanqueSensor → PLC1-Wire / 0-10 VValor de proceso del lazo PID del aceite
Temperatura de la salaSensor → PLC1-Wire / 0-10 VActiva o desactiva el aire acondicionado
Humedad de la salaSensor → PLC1-Wire / 0-10 VActiva el humidificador o el deshumidificador
Caudal del enfriadorPLC → EnfriadorRS-232 / RS-485 / UARTSalida PID: caudal que debe aportar el enfriador
Referencia de velocidad del ventiladorPLC → Variador0-10 V analógicaVelocidad de ventilación según el nivel de olor
HumidificadorPLC → equipoON/OFFSube la humedad de la sala
DeshumidificadorPLC → equipoON/OFFBaja la humedad de la sala
Aire acondicionadoPLC → equipoON/OFFControl 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+

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.

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