مشروع مراقبة مجموعة التبريد السائل في مركز الحوسبة الفائقة

تجمع مرافق الحوسبة الفائقة بين الأداء الحسابي العالي للغاية والأحمال الحرارية العالية. ولذلك، يُعد الحفاظ على درجات حرارة تشغيل مناسبة جزءًا أساسيًا من ضمان استمرارية عمل وحدات الحوسبة.

يُوفر مركز الحوسبة الفائقة في هذا المشروع قوة حوسبة تبلغ 10 إكسا فلوبس، ويُشغّل 300 عقدة حوسبة مُبرّدة بالسوائل. وبدلاً من الاعتماد كلياً على التبريد الهوائي التقليدي، يستخدم المركز تقنية التبريد السائل الغامر بالكامل مع سائل تبريد PG25 مُخصّص.

في بيئة الغمر، قد تكون متطلبات معدات المراقبة بالغة الصعوبة. قد تبقى المكونات معرضة باستمرار لسائل التبريد، لذا يصبح منع تسرب السائل وضمان التشغيل الموثوق على المدى الطويل من الاعتبارات الحاسمة. وفي الوقت نفسه، يجب مراقبة حالة سائل التبريد.

A مستشعر جودة مياه التبريد السائليمكن أن توفر هذه التقنية معلومات حول معايير محددة لسائل التبريد، وتساعد المشغلين على تحديد التغييرات التي قد تتطلب اهتمامًا. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام مراقبة درجة الحموضة لملاحظة التغيرات في حموضة أو قلوية سائل التبريد.

بالنسبة لمنشأة تضم مئات مواقع المراقبة، لا يكفي جمع القياسات الفردية. بل يجب أن تصل البيانات إلى منصة مركزية حيث يمكن للمشغلين مراقبة الظروف في جميع أنحاء بنية التبريد التحتية. ولذلك، تطلب المشروع حلاً للمراقبة يجمع بين المتانة المادية، وقدرات الاتصال، والمراقبة التنبؤية.

تمثلت المشكلة الرئيسية الأولى في تصنيف الحماية لأجهزة المراقبة السابقة. إذ تطلبت بيئة التبريد الغامرة بقاء أجهزة الاستشعار مغمورة باستمرار في سائل التبريد. ومع ذلك، لم توفر أجهزة الاستشعار الحالية سوى مستوى حماية IP67.

خلال ستة أشهر من التشغيل، تعرضت 17 مستشعراً لتسرب المياه وتضررت.

قد تؤدي الأعطال المتكررة لأجهزة الاستشعار إلى ثغرات في مراقبة سائل التبريد، مما يزيد من حجم الصيانة المطلوبة في المنشآت الكبيرة. ومع وجود مئات من مواقع المراقبة موزعة في جميع أنحاء البنية التحتية، فإن استبدال الأجهزة التالفة قد يزيد أيضًا من عبء العمل على موظفي التشغيل.

الجديدمستشعر جودة مياه التبريدلذلك، كان الحل يتطلب حماية أقوى للغمر المستمر.

شكّلت جودة الطاقة تحديًا ثانيًا. فقد شهد مركز الحوسبة الفائقة تقلبات كبيرة في الجهد الكهربائي. وكانت أجهزة المراقبة التقليدية تدعم نطاق إدخال يتراوح بين 12 و24 فولت تيار مستمر فقط. وعندما يصبح جهد التغذية غير مستقر، قد يتوقف عمل المستشعرات، ما يؤدي إلى فقدان بيانات المراقبة. وقد صعّبت فجوات البيانات الناتجة على المشغلين متابعة حالة سائل التبريد بشكل مستمر.

بالنسبة لنظام مراقبة يُتوقع منه دعم تحليل الاتجاهات، تُعدّ الاستمرارية بالغة الأهمية. فالقياسات المفقودة قد تُضعف سجل البيانات المستخدم لفهم كيفية تغير الظروف بمرور الوقت. ولذلك، احتاجت المنشأة إلى أجهزة استشعار قادرة على العمل ضمن نطاق جهد أوسع.

احتوت بنية التبريد التحتية على 300 نقطة مراقبة موزعة على خزائن مختلفة.

في ظل الترتيب السابق، كانت الإدارة المركزية صعبة. إذ كان على موظفي الصيانة فحص كل خزانة على حدة، مما أدى إلى عبء عمل تشغيلي كبير. ومع نمو البنية التحتية للحوسبة، يصبح هذا النوع من المراقبة اليدوية أقل كفاءة بشكل متزايد.

لذلك، كان من الضروري أن يقوم حل المراقبة الجديد بنقل معلومات المستشعرات إلى منصة العمليات والصيانة الحالية للمركز، مما يسمح بإدارة مواقع مراقبة متعددة مركزياً.

كان نظام المراقبة الحالي تفاعليًا في الغالب.

كانت تفتقر إلى قدرات تحليل الاتجاهات التي يمكن أن تساعد موظفي الصيانة على توقع التغيرات في درجة حموضة سائل التبريد. ونتيجة لذلك، لم تكن الفرق تستجيب عادةً إلا بعد حدوث خلل أو عطل بالفعل.

حدّ هذا النهج من فرص اتخاذ إجراءات وقائية. ولذلك، أراد المركز الانتقال من المراقبة الأساسية إلى نظام قادر على تحليل اتجاهات الرقم الهيدروجيني وتقديم إنذار مبكر بالتغيرات غير الطبيعية.

أدت التحديات التي تم تحديدها في المنشأة إلى ظهور العديد من متطلبات المراقبة الواضحة.

أولاً، كان من الضروري أن تتحمل أجهزة الاستشعار الغمر المستمر. وقد أثبتت الأجهزة السابقة الحاصلة على تصنيف IP67 أن الحماية غير الكافية قد تؤدي إلى تسرب الماء وتلف أجهزة الاستشعار قبل الأوان.

ثانيًا، احتاجت معدات المراقبة إلى نطاق جهد دخل مقبول أوسع. كانت تقلبات الجهد سمة معروفة لبيئة الطاقة في الموقع، لذلك كان من الضروري أن تستمر أجهزة الاستشعار في العمل عند تغير ظروف الإمداد.

ثالثًا، هناك حاجة إلى التواصل لدعم الإدارة المركزية.

مع وجود مئات نقاط المراقبة موزعة على خزائن مختلفة، احتاج المشغلون إلى طريقة لإدخال معلومات المراقبة إلى منصة التشغيل والصيانة الحالية بدلاً من فحص كل خزانة على حدة. كما كان النظام بحاجة إلى دعم استراتيجية صيانة استباقية أكثر فعالية.

بدلاً من مجرد الإبلاغ عن قيمة الرقم الهيدروجيني الحالية، تم جمع البيانات اللازمة لدعم تحليل الاتجاهات بحيث يمكن تحديد التغييرات غير العادية قبل أن تتطور إلى حالات أكثر خطورة.

وبالتالي، تضمنت متطلبات المراقبة الرئيسية ما يلي:

• غمر مستمر وموثوق في سائل تبريد PG25 مُخصص
• حماية محسّنة ضد تسرب السوائل
• نطاق تحمل أوسع لجهد الإدخال
• جمع مركزي لبيانات الرصد
• اتصال RS485
• توافق بروتوكول Modbus-RTU
• تحليل اتجاه الرقم الهيدروجيني
• الإنذار المبكر بتغيرات الرقم الهيدروجيني غير الطبيعية
• تقليل الاعتماد على عمليات فحص الخزائن الفردية

شكلت هذه المتطلبات مجتمعة أساس نظام مراقبة جودة سائل التبريد الجديد.

اختار مركز الحوسبة الفائقة مستشعر الرقم الهيدروجيني RK500-12 الخاص بالتبريد السائل للمشروع.

تم نشر 120 جهاز استشعار على ثلاث مراحل. وُضعت أجهزة الاستشعار على الجدران الجانبية لأنظمة التبريد، ووُصلت عبر ناقل RS485 بمنصة التشغيل والصيانة الحالية للمركز. أتاحت هذه البنية إدارة قياسات الرقم الهيدروجيني (pH) من مواقع المراقبة المنشورة مركزياً.

توفر مستشعرات RK500-12 حماية بمعيار IP68، مما يعالج مشاكل تسرب الماء التي كانت موجودة في الأجهزة السابقة بمعيار IP67. وقد مكّن هذا المستوى من الحماية المستشعرات من العمل بشكل متواصل أثناء غمرها في سائل التبريد.

كما تدعم هذه المستشعرات نطاق جهد واسعًا يتراوح بين 7 و30 فولت تيار مستمر. وكان هذا النطاق الأوسع للجهد بالغ الأهمية نظرًا لتقلبات الجهد الكبيرة التي يشهدها المرفق. وبفضل قدرتها على استيعاب نطاق أوسع من ظروف التغذية، استطاعت هذه المستشعرات مواصلة العمل في حين كانت الأجهزة السابقة التي تعمل بجهد 12-24 فولت تيار مستمر تتعرض لانقطاعات.

وفر دعم بروتوكول Modbus-RTU جزءًا مهمًا آخر من الحل. فقد سمح بدمج بيانات المستشعرات مع منصة التشغيل والصيانة الحالية للمركز.

إلا أن المشروع لم يقتصر على نشر الأجهزة فحسب، بل شمل أيضاً تطوير نموذج لتحليل اتجاهات الرقم الهيدروجيني والإنذار المبكر باستخدام بيانات الرصد. وقد مكّن هذا النموذج المنشأة من تحليل التغيرات بمرور الوقت وتحديد أي خلل محتمل في وقت مبكر.

تم نشر 120 مستشعرًا من طراز RK500-12 على ثلاث مراحل بدلاً من تركيبها دفعة واحدة على نطاق واسع. وتم تركيب المستشعرات على الجدران الجانبية لأنظمة التبريد لدعم المراقبة المستمرة لسائل التبريد PG25 المُصمم خصيصًا. وبعد التركيب الفعلي، تم توصيل الأجهزة عبر ناقل RS485.

أتاحت تقنية الاتصال Modbus-RTU لشبكة المراقبة التفاعل مع منصة التشغيل والصيانة الحالية لمركز الحوسبة الفائقة. وقد أدى ذلك إلى إنشاء بيئة مراقبة مركزية لأجهزة الاستشعار المنتشرة.

ساهم نطاق جهد الإدخال الواسع (7-30 فولت تيار مستمر) في معالجة مشكلة عدم استقرار الطاقة التي كانت تعاني منها المنشأة. فبدلاً من الاعتماد على أجهزة الاستشعار ذات نطاق الجهد الأضيق (12-24 فولت تيار مستمر)، أصبحت الأجهزة الجديدة قادرة على استيعاب ظروف طاقة أكثر تقلباً.

عالجت حماية IP68 متطلباً هاماً آخر للتشغيل: التشغيل الموثوق به أثناء الغمر المستمر لسائل التبريد. وبمجرد توفر بيانات المراقبة عبر المنصة المركزية، يمكن للمشروع الانتقال إلى المرحلة التالية: تحليل الاتجاهات.

تم تطوير نموذج لتحليل اتجاهات الرقم الهيدروجيني والإنذار المبكر لتحليل بيانات الرصد وتحديد التغيرات غير الطبيعية في الرقم الهيدروجيني. وقد أضاف هذا عنصرًا تنبؤيًا إلى استراتيجية الرصد، ومكّن فريق العمليات من الانتقال من الاستجابة بعد ظهور المشاكل فقط.

شكل مستشعر الرقم الهيدروجيني الخاص بالتبريد السائل RK500-12 جوهر عملية نشر المراقبة.

في هذا المشروع، كانت إحدى أهم خصائصه تصنيف الحماية IP68. فقد كانت أجهزة الاستشعار السابقة المصنفة IP67 تعاني من تسرب الماء أثناء الغمر المستمر، لذا كان تحسين الحماية ضروريًا لبيئة التشغيل. كما يدعم جهاز RK500-12 مدخل طاقة بجهد 7-30 فولت تيار مستمر، مما ساعد نظام المراقبة على التكيف مع تقلبات الجهد الموجودة في مركز الحوسبة الفائقة.

أتاحت خاصية الاتصال عبر RS485 ودعم بروتوكول Modbus-RTU لأجهزة الاستشعار التواصل مع منصة التشغيل والصيانة الحالية. كشركة متخصصةمستشعر درجة حموضة سائل التبريد، وقد وفر الجهاز بيانات الرقم الهيدروجيني اللازمة لتحليل الاتجاهات ونموذج الإنذار المبكر للمشروع.

بينما ركز هذا المشروع تحديداً على مراقبة درجة الحموضة، فإن أنظمة التبريد السائل يمكن أن تتطلب قياسات مختلفة لجودة المياه اعتمادًا على التركيب الكيميائي للمبرد ومتطلبات التشغيل.

على سبيل المثال، يمكن استخدام مستشعر التوصيل الكهربائي لمراقبة سائل التبريد عندما يحتاج المشغلون إلى مراقبة التوصيل الكهربائي كجزء من إدارة سائل التبريد. وقد تجمع استراتيجية أوسع لمستشعرات جودة مياه التبريد في مراكز البيانات بين درجة الحموضة ومعايير أخرى ذات صلة عند الحاجة.

ينبغي تحديد مجموعة المستشعرات المناسبة بناءً على نوع سائل التبريد، وتصميم نظام التبريد، وأهداف المراقبة، وظروف التشغيل بدلاً من استخدام نفس التكوين لكل عملية تركيب للتبريد السائل.

حقق المشروع المكتمل تحسينات ملموسة في موثوقية المراقبة وإدارة النظام.

قبل بدء المشروع، تعرضت 17 مستشعرًا من نوع IP67 لتسرب المياه والتلف خلال ستة أشهر. بعد تركيب المستشعرات المحمية بمعيار IP68، انخفض معدل التلف الناتج عن تسرب المياه إلى الصفر. عملت المستشعرات بشكل متواصل لمدة 12 شهرًا دون أي أعطال. بلغ متوسط ​​الوقت بين الأعطال 15000 ساعة، مما يدل على تحسن موثوقيتها في ظل ظروف الغمر المستمر للمنشأة.

واجهت أجهزة المراقبة السابقة صعوبةً في التعامل مع تقلبات الجهد الكهربائي في المنشأة. ومع تصميم نطاق الجهد الواسع من 7 إلى 30 فولت تيار مستمر، تم التخلص من فقدان البيانات المرتبط بظروف الطاقة غير المستقرة. وانخفض معدل فقدان البيانات الإجمالي من 12% إلى 0%. وقد وفر ذلك سجل مراقبة أكثر استمرارية، ودعم تحليلًا أكثر موثوقية لاتجاهات الرقم الهيدروجيني.

ساهم ربط أجهزة الاستشعار بمنصة التشغيل والصيانة عبر ناقل RS485 في حل مشكلة إدارة نقاط المراقبة الموزعة. فبدلاً من الاعتماد على عمليات فحص فردية للخزائن للمراقبة الروتينية، أصبح بالإمكان دمج بيانات أجهزة الاستشعار في المنصة المركزية للمركز. وقد وفر ذلك أساسًا عمليًا لإدارة مراقبة سائل التبريد عبر بنية الحوسبة الفائقة.

أضاف نموذج تحليل الاتجاهات والإنذار المبكر قدرة تنبؤية لم تكن موجودة في النظام السابق. ووفقًا لنتائج المشروع المقدمة، استطاع النموذج التنبؤ بتغيرات الرقم الهيدروجيني غير الطبيعية لمدة تصل إلى سبعة أيام مقدمًا. وقد سمح هذا بتحويل استراتيجية الصيانة من الاستجابة التفاعلية إلى الوقاية الاستباقية. فبدلًا من انتظار حدوث حالة غير طبيعية أو عطل، أصبح بإمكان الموظفين استخدام معلومات الاتجاهات لتحديد تغيرات الرقم الهيدروجيني المحتملة في وقت مبكر والتخطيط للإجراء المناسب.

ساهم الجمع بين تحسين موثوقية المستشعرات، والقضاء على فقدان البيانات المرتبط بالطاقة، والمراقبة التنبؤية لدرجة الحموضة، في تحسين جاهزية النظام. بعد التطبيق، بلغت جاهزية نظام الحوسبة الفائقة 99.995%. بالنسبة للبنية التحتية التي توفر 10 إكسا فلوبس من قوة الحوسبة، تدعم المراقبة الموثوقة الهدف الأوسع المتمثل في الحفاظ على عمليات حوسبة مستقرة وعالية الجاهزية.

يوضح مشروع مركز الحوسبة الفائقة هذا كيف أن متطلباتمستشعر جودة مياه التبريد السائليمكن أن يتغير ذلك عندما يتعين على معدات المراقبة العمل باستمرار داخل بيئة تبريد غامرة.

كان نظام المراقبة السابق يعاني من ثلاثة قيود أساسية: عدم كفاية الحماية ضد الغمر المستمر، والحساسية لتقلبات التيار الكهربائي، ومحدودية الإدارة المركزية. كما أنه لم يوفر سوى قدرة ضئيلة على التنبؤ بالتغيرات في ظروف سائل التبريد.

وقد ساهم نشر 120 مستشعرًا خاصًا بدرجة الحموضة للتبريد السائل من طراز RK500-12 في معالجة هذه التحديات من خلال الحماية IP68، ونطاق إدخال 7-30 فولت تيار مستمر، واتصال RS485، وتكامل Modbus-RTU.

كانت النتائج قابلة للقياس. انخفضت أضرار تسرب المياه إلى 0%، وتم القضاء على فقدان البيانات المرتبط بالطاقة، وانخفض معدل فقدان البيانات الإجمالي من 12% إلى 0%، ووصل متوسط ​​الوقت بين الأعطال إلى 15000 ساعة.

والأهم من ذلك، أن نموذج تحليل اتجاهات الرقم الهيدروجيني والإنذار المبكر كان قادراً على تحديد التغيرات غير الطبيعية في الرقم الهيدروجيني قبل حدوثها بسبعة أيام. وقد مكّن هذا المركز من الانتقال من الاستجابة لحالات الشذوذ في سائل التبريد بعد حدوثها إلى نهج مراقبة استباقي أكثر فعالية.

بالنسبة لمراكز الحوسبة الفائقة وغيرها من مرافق الحوسبة عالية الكثافة، فعالمراقبة جودة سائل التبريدلذا، لا يقتصر الأمر على جمع القياسات الفردية. يمكن لأجهزة الاستشعار الموثوقة، والحماية البيئية المناسبة، والاتصالات المستقرة، وإدارة البيانات المركزية، وتحليل الاتجاهات أن تعمل معًا لتوفير نهج أكثر شمولية لإدارة ظروف سائل التبريد في أنظمة التبريد السائل عالية الأداء.