مشروع مراقبة تحديث نظام التبريد السائل في المركز الوطني للحوسبة الفائقة في سنغافورة

يعمل المركز الوطني للحوسبة الفائقة كمرفق وطني للحوسبة عالية الأداء، حيث يجب أن تدعم معدات الحوسبة أحمال العمل المتطلبة مع الحفاظ على ظروف حرارية موثوقة. وفي هذا المشروع، تم تحديث 512 عقدة حوسبة بنظام تبريد مباشر للرقاقة باستخدام ألواح التبريد.

في نظام التبريد المباشر للرقاقة، يدور سائل التبريد عبر ألواح باردة موضوعة على المكونات المولدة للحرارة. تنتقل الحرارة إلى السائل المتداول وتُسحب عبر دائرة التبريد. يجعل هذا النهج حالة سائل التبريد جزءًا مهمًا من إدارة نظام التبريد ككل.

استخدمت المنشأة سائل تبريد مكونًا من الماء منزوع الأيونات والجليكول. ويتطلب رصد هذا النظام أكثر من مجرد التحقق من تدفق سائل التبريد. إذ يمكن أن تساعد المعايير المتعلقة بجودة المياه المشغلين على فهم التغيرات التي تحدث داخل دائرة التبريد.

على سبيل المثال، يُستخدم الرقم الهيدروجيني (pH) للإشارة إلى حموضة أو قلوية السائل. ويمكن أن توفر الموصلية الكهربائية معلومات حول المحتوى الأيوني. وبناءً على تصميم النظام وأهداف المراقبة، يمكن لهذه المعايير وغيرها أن تُسهم في استراتيجية أوسع لمراقبة جودة سائل التبريد .

أضافت الظروف البيئية اعتباراً آخر. تتمتع سنغافورة بمناخ استوائي حار ورطب. بالنسبة لأجهزة المراقبة الإلكترونية، يمكن أن تزيد الرطوبة العالية من خطر التكثف، خاصةً عندما تكون الأجهزة قريبة من بنية التبريد التحتية.

ولهذا السبب، تطلب المشروع حلاً للمراقبة يمكن أن يتناسب مع البيئة المادية مع دعم الاتصال الموثوق به مع البنية التحتية للتحكم الحالية للمركز.

كان أحد التحديات الأولى هو المساحة المحدودة حول نظام التبريد السائل الحالي.

ولأن هذا المشروع كان عبارة عن تحديث وليس تركيبًا جديدًا بالكامل، فقد كان لا بد من إضافة معدات مراقبة حول الأنابيب والبنية التحتية القائمة. وكان من الممكن أن تؤدي الأجهزة الكبيرة أو المعقدة إلى زيادة صعوبة التركيب ورفع مستوى التعديلات المطلوبة.

لذلك كانت أجهزة المراقبة المدمجة وسهلة التركيب مهمة للمشروع.

كان المركز يستخدم بالفعل نظام SCADA قائم على بروتوكول Profibus. لم يكن بإمكان أجهزة المراقبة الجديدة العمل كأجهزة معزولة؛ بل كان من الضروري أن تصبح بياناتها جزءًا من بيئة المراقبة الحالية.

وقد أدى ذلك إلى ظهور تحدٍ في مجال التواصل.

استخدمت معدات المراقبة بروتوكول Modbus RTU للاتصال، بينما اعتمدت بنية SCADA الحالية على بروتوكول Profibus. ولذلك، كان من الضروري وجود بوابة Modbus RTU-to-Profibus-DP لربط النظامين.

أثناء عملية التكامل، حدث عدم توافق في معدل نقل البيانات. وقد أدى ذلك إلى منع الاتصال من العمل كما هو مخطط له حتى تم تصحيح الإعدادات.

تُسلط هذه المسألة الضوء على اعتبار هام لأي مشروع يتعلق بأجهزة استشعار جودة مياه التبريد في مراكز البيانات : اختيار جهاز استشعار مناسب ليس سوى جزء واحد من عملية النشر. يجب أيضًا مراعاة بروتوكولات الاتصال والبوابات وإعدادات التكوين أثناء تصميم النظام وتشغيله.

لا يمكن لمركز الحوسبة الفائقة أن يتوقف عن العمل لفترة طويلة كلما دعت الحاجة إلى تركيب معدات مراقبة جديدة.

في هذا المشروع، كان لا بد من تنسيق أعمال التركيب بعناية حول فترات الصيانة. تطلّب الأمر إضافة ثمانية عشر نقطة مراقبة إلى أنابيب DN40، كما استلزم العمل إيقاف تشغيل المياه.

وبالتالي، تم إنجاز عملية التركيب على مدى ثلاث ليالٍ خلال فترات الصيانة المجدولة.

وقد قلل هذا النهج من الحاجة إلى انقطاع مطول مع السماح بتثبيت أجهزة المراقبة بشكل صحيح.

شكلت البيئة الاستوائية في سنغافورة تحدياً عملياً آخر: التكثيف.

كانت صناديق التوصيل التي تحتوي على توصيلات كهربائية ومكونات اتصال بحاجة إلى حماية إضافية ضد الرطوبة المصاحبة للبيئة الرطبة. ولذلك، تم تركيب سخانات مضادة للتكثيف داخل صناديق التوصيل كجزء من الحل النهائي.

كان الشرط الرئيسي هو إنشاء نظام مراقبة عملي يمكنه توفير معلومات منتظمة عن سائل التبريد دون الاعتماد فقط على الاختبارات المعملية اليدوية غير المتكررة.

في السابق، كان تقييم سائل التبريد يعتمد على اختبارات معملية شهرية. ورغم أن التحليل المعملي يوفر معلومات قيّمة، إلا أن الفترة الطويلة بين الاختبارات تعني أن المشغلين لا يملكون رؤية واضحة لما يحدث بين مواعيد أخذ العينات.

لذلك، كان النظام الجديد بحاجة إلى دعم المراقبة بشكل أكثر تكراراً.

تم التخطيط لتركيب ثمانية عشر نقطة مراقبة عبر نظام التبريد. وكان لا بد من تركيب هذه النقاط على أنابيب DN40 مع مراعاة قيود المساحة للبنية التحتية الحالية.

كان من الضروري أيضاً أن يتواصل نظام المراقبة مع نظام SCADA الخاص بالمركز والمبني على بروتوكول Profibus. وبدلاً من إلزام المشغلين باستخدام منصة منفصلة تماماً، كان لا بد من إتاحة الوصول إلى البيانات من نقاط المراقبة عبر بيئة المراقبة الحالية للمنشأة.

بمجرد تشغيل نظام SCADA، يقوم النظام باستطلاع بيانات المراقبة كل خمس دقائق. وقد أدى ذلك إلى إنشاء سجل تشغيل أكثر تفصيلاً ودعم مراقبة الاتجاهات اليومية.

لذلك تطلب المشروع مزيجًا مما يلي:

• معدات مراقبة صغيرة الحجم مناسبة للتركيب التحديثي
• التوافق مع بيئة الماء منزوع الأيونات ومبرد الجليكول
• التركيب على أنابيب DN40 الموجودة
• التكامل بين أجهزة Modbus RTU و Profibus-DP
• تشغيل موثوق في الظروف الحارة والرطبة
• جمع البيانات بشكل متكرر لرصد الاتجاهات
• تصميم يمكن نشره خلال فترات صيانة محدودة

وقد ساهمت هذه المتطلبات مجتمعة في تشكيل الحل النهائي لمراقبة جودة مياه التبريد باستخدام أجهزة الاستشعار .

قام المشروع بتركيب 18 نقطة مراقبة عبر نظام التبريد السائل.

استُخدمت وصلات ملولبة من نوع G3/4 لتثبيت نقاط المراقبة على أنابيب DN40. وقد وفر ذلك طريقة توصيل عملية مع مراعاة قيود المساحة في بيئة التحديث.

شكلت الاتصالات تحدياً منفصلاً. نظراً لأن أجهزة المراقبة والبنية التحتية الحالية لنظام SCADA تستخدم معايير اتصال مختلفة، فقد تم إدخال بوابة Modbus RTU-to-Profibus-DP.

سمحت البوابة بنقل البيانات من معدات مراقبة Modbus RTU إلى بيئة SCADA القائمة على Profibus في المركز.

تم رصد مشكلة في التكامل أثناء التشغيل التجريبي عندما أثر عدم تطابق معدل نقل البيانات على الاتصال. تم فحص الإعدادات وتصحيحها، وبعد ذلك أصبح الاتصال ممكناً كما هو مطلوب.

كما تم مراعاة حماية البيئة. وتمت إضافة سخانات مضادة للتكثيف داخل صناديق التوصيل لمعالجة ظروف التشغيل ذات الرطوبة العالية.

بعد التكامل، تم تكوين نظام SCADA لاستطلاع بيانات المراقبة كل خمس دقائق.

أدى هذا المزيج من التركيب المادي وتكامل الاتصالات وحماية البيئة إلى إنشاء الأساس لمراقبة سائل التبريد بشكل منتظم دون الحاجة إلى أن يتخلى المركز عن البنية التحتية الحالية لنظام التحكم الإشرافي وجمع البيانات (SCADA).

كان لا بد من تخطيط عملية النشر وفقًا لمتطلبات التشغيل الخاصة بمرفق الحوسبة عالية الأداء.

نظراً لأن تركيب النظام على خطوط أنابيب DN40 استلزم إيقاف تشغيل المياه، فقد تم تقسيم العمل على ثلاث ليالٍ خلال فترات الصيانة المجدولة. وقد مكّن هذا الفريق من تركيب جميع نقاط المراقبة الثماني عشرة مع مراعاة القيود التشغيلية للمنشأة.

تضمنت عملية النشر تركيب وصلات حرف T الملولبة G3/4، ووضع معدات المراقبة، وإكمال التوصيلات الكهربائية والاتصالات اللازمة.

بمجرد اكتمال التثبيت المادي، تحول الاهتمام إلى دمج نظام SCADA.

تم توصيل أجهزة Modbus RTU عبر بوابة Profibus-DP لدمج بياناتها في نظام المراقبة الحالي. أثناء التشغيل التجريبي، اكتشف الفريق عدم تطابق معدل نقل البيانات. بعد إعادة ضبط إعدادات الاتصال، تم حل مشكلة التكامل.

كما تم تركيب سخانات مضادة للتكثيف داخل صناديق التوصيل لتوفير حماية إضافية في البيئة الاستوائية.

وأخيراً، تم ضبط فاصل استطلاع نظام SCADA على خمس دقائق.

توضح عملية التشغيل هذه أهمية مراعاة مسار البيانات بالكامل عند تصميم مستشعر جودة المياه لوحدة التبريد أو عند نشر نظام مراقبة سائل التبريد على نطاق أوسع. إذ يجب أن تعمل جميع مكونات النظام، من جهاز الاستشعار وواجهة التركيب وبروتوكول الاتصال وتكوين البوابة ومنصة المراقبة المركزية، بتناغم تام.

بالنسبة لتطبيقات التبريد السائل، تقدم شركة Rika Sensor أجهزة استشعار متخصصة يمكن أن تشكل جزءًا من حل أوسع لمراقبة سائل التبريد.

صُمم مستشعر الرقم الهيدروجيني RK500-12 للتبريد السائل لمراقبة الرقم الهيدروجيني بشكل مستمر في بيئات التبريد السائل. ووفقًا لمواصفات منتجات Rika Sensor الحالية، فهو متوافق مع الماء منزوع الأيونات، ووسائط PG25 وEG25، ويدعم مخرجات RS485 و4-20 مللي أمبير. يتميز طراز التبريد السائل بدقة قياس رقم هيدروجيني تبلغ ±0.1 عند 25 درجة مئوية، ودقة قياس 0.01، ونطاق قياس من 0 إلى 14، وحماية IP68 للمسبار. كما يوفر خيارات توصيل G3/4 وخيارات أخرى حسب التكوين.

يُمكن لمستشعر درجة حموضة سائل التبريد توفير معلومات مستمرة حول الحموضة والقلوية بدلاً من الاعتماد كلياً على القياسات اليدوية المتقطعة. وهذا يجعل مراقبة درجة الحموضة عنصراً مفيداً ضمن استراتيجية أوسع لمراقبة حالة سائل التبريد.

توفر شركة ريكا سينسور أيضًا مستشعرات التبريد السائل لقياس التوصيل الكهربائي، والعكارة، وجهد الأكسدة والاختزال. ويمكن اختيار هذه المستشعرات وفقًا للمعايير التي يجب مراقبتها ضمن حلقة تبريد معينة.

على سبيل المثال، يمكن استخدام مستشعر التوصيل الكهربائي لمراقبة سائل التبريد عندما يكون التوصيل الكهربائي أحد أهم معايير جودة المياه. ويمكن أن يوفر الجمع بين المستشعرات المناسبة للمشغلين رؤية أشمل لحالة سائل التبريد بدلاً من الاعتماد على قياس واحد فقط.

يجب دائمًا اختيار مجموعة المستشعرات الصحيحة وفقًا لتركيب سائل التبريد، وظروف التشغيل، ومتطلبات التركيب، وأهداف مراقبة نظام التبريد.

كان أهم تغيير تشغيلي ناتج عن المشروع هو التحول نحو رؤية حالة سائل التبريد بشكل أكثر تواتراً.

قبل مشروع تحديث نظام المراقبة، كان العميل يعتمد على الاختبارات المعملية الشهرية. بعد النشر والتشغيل، أصبح بإمكان نظام SCADA جمع بيانات المراقبة كل خمس دقائق، وقد وافق العميل على مراقبة الاتجاهات اليومية كنهج جديد.

وقد مثّل هذا تغييراً كبيراً في كيفية مراقبة ظروف سائل التبريد.

بدلاً من انتظار الاختبار المختبري الشهري التالي لمراجعة حالة سائل التبريد، تمكن المشغلون من الوصول إلى البيانات التي يتم جمعها بانتظام والتي يمكن استخدامها لمتابعة الاتجاهات اليومية.

نجح المشروع أيضاً في معالجة العديد من تحديات التنفيذ العملية. تم تركيب ثمانية عشر نقطة مراقبة على أنابيب DN40 القائمة خلال ثلاث ليالٍ من فترات الصيانة. تم دمج أجهزة مراقبة Modbus RTU مع نظام SCADA القائم على Profibus عبر بوابة، بينما تم حل مشكلة معدل نقل البيانات التي تم تحديدها أثناء التشغيل من خلال إعادة التهيئة.

تم دمج سخانات مضادة للتكثيف في صناديق التوصيل لتناسب البيئة الحارة والرطبة للموقع.

لم تُقدَّم أي بيانات كمية محددة لتوفير التكاليف، أو تقليل الأعطال، أو تحسين عمر المعدات لهذا المشروع. ولذلك، فإن النتيجة المؤكدة للمشروع تتمحور حول نجاح نشر نظام المراقبة ودمجه، والانتقال من الفحوصات المختبرية الشهرية إلى مراقبة الاتجاهات اليومية.

يُظهر مشروع مركز الحوسبة الفائقة في سنغافورة أن نشر أجهزة استشعار جودة مياه التبريد السائلة بشكل فعال يتضمن أكثر من مجرد تركيب أجهزة القياس.

تؤثر المساحة المادية، ووصلات الأنابيب، وتوافق سائل التبريد، وبروتوكولات الاتصال، والظروف البيئية، وفترات الصيانة، جميعها على مدى نجاح إدخال نظام مراقبة في منشأة حوسبة عالية الأداء قائمة.

في هذه الحالة، تم دمج 18 نقطة مراقبة في نظام تبريد سائل مباشر إلى الشريحة مكون من 512 عقدة. وفرت وصلات G3/4 على شكل حرف T طريقة تركيب عملية على أنابيب DN40، بينما ربطت بوابة Modbus RTU-to-Profibus-DP معدات المراقبة بالبنية التحتية الحالية لنظام SCADA.

والأهم من ذلك، أن المنشأة انتقلت من إجراء الاختبارات المعملية الشهرية إلى مراقبة الاتجاهات اليومية المدعومة بالبيانات التي يتم جمعها كل خمس دقائق.

بالنسبة لمراكز البيانات ومرافق الحوسبة بالذكاء الاصطناعي ومراكز الحوسبة الفائقة التي تعتمد على التبريد السائل عالي الكثافة، يمكن لنظام مراقبة جودة سائل التبريد المصمم بعناية أن يوفر للمشغلين رؤية أكثر انتظامًا لظروف سائل التبريد ويجعل معلومات جودة المياه جزءًا من إدارة نظام التبريد الروتينية.