江森自控在冷機(jī)群控方面的主要控制策略

唐伯平 辛加志

（北京江森自控有限公司，浙江 杭州 310030）

1 概述

本項(xiàng)目冷源共設(shè)置3臺(tái)冷凍主機(jī)、4臺(tái)冷凍水泵（變頻）、5臺(tái)冷卻水泵、室外屋頂設(shè)置3臺(tái)冷卻塔。熱源共設(shè)置2臺(tái)真空熱水鍋爐，3臺(tái)采暖循環(huán)泵（變頻）?？照{(diào)水系統(tǒng)采用一次泵變流量系統(tǒng)，以16層為界分高低區(qū)，夏季空調(diào)一次水供回水溫度為6℃、12℃，冬季空調(diào)一次水供回水溫度為60℃、50℃。高區(qū)在16層避難層設(shè)板式熱交換器，經(jīng)冷熱交換后,夏季二次水供回水溫度為7℃、13℃，冬季空調(diào)二次水供回水溫度為55℃、45℃。依據(jù)所提供冷凍、冷卻水圖紙，對(duì)冷凍主機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔及熱水鍋爐、熱水循環(huán)泵、板式換熱器等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

2 主要監(jiān)控內(nèi)容

本項(xiàng)目機(jī)房群控系統(tǒng)在冷凍機(jī)房設(shè)置系統(tǒng)主控制器及操作站。主要監(jiān)控內(nèi)容包括冷凍主機(jī)、冷凍水系統(tǒng)、空調(diào)供暖系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、冷卻塔、壓差旁通系統(tǒng)的監(jiān)控，由群控系統(tǒng)按每天預(yù)先編排的時(shí)間假日程序及室外溫濕度情況來控制冷源熱系統(tǒng)的啟停和監(jiān)視各設(shè)備的工作狀態(tài)如下：

2.1 通過冷機(jī)自帶的通訊接口，全面實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組內(nèi)部參數(shù)的無縫讀取，并能夠提供功能完善的冷水機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、設(shè)定、控制和保護(hù)。

2.2 空調(diào)熱水、冷凍水供、回水溫度、冷凍水回水流量監(jiān)測(cè)。

2.3 冷卻水供、回水溫度監(jiān)測(cè)。

2.4 供、回水壓差測(cè)量及旁通閥控制。

2.5 最不利端壓差監(jiān)測(cè)。

2.6 冷卻水泵、冷凍水泵、空調(diào)熱水泵：?jiǎn)⑼？刂疲檬謩?dòng)/自動(dòng)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，水泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，水泵故障報(bào)警。

2.7 冷凍水泵、空調(diào)熱水泵：變頻調(diào)節(jié)控制及頻率反饋。

2.8 冷卻塔進(jìn)水蝶閥的開關(guān)控制及閥位狀態(tài)反饋。

2.9 冷卻塔風(fēng)機(jī)啟?？刂疲L(fēng)機(jī)手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

3 主要控制策略

3.1 時(shí)序控制，即冷源設(shè)備開機(jī)順序，關(guān)機(jī)順序：

3.1.1 冷源設(shè)備的開機(jī)順序：冷卻塔——冷卻水泵——冷凍水泵——冷水機(jī)組。

3.1.2 冷源設(shè)備的關(guān)機(jī)順序：冷水機(jī)組——冷凍水泵——冷卻水泵——冷卻塔。

3.2 均等運(yùn)行時(shí)間控制

群控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間有記錄和積算功能，啟動(dòng)設(shè)備時(shí)為確保設(shè)備平均使用，系統(tǒng)判斷使用時(shí)間數(shù)較少之設(shè)備會(huì)優(yōu)先使用，防止固定使用同一臺(tái)設(shè)備，使設(shè)備使用壽命縮短。

3.3 加減機(jī)判斷控制

3.3.1 開機(jī)/停機(jī)（增機(jī)/減機(jī)）最佳時(shí)刻計(jì)算：根據(jù)計(jì)算的負(fù)荷需求表，計(jì)算出開機(jī)/關(guān)機(jī)的最佳時(shí)刻和開機(jī)數(shù)量。

冷熱負(fù)荷Q的計(jì)算：Q= C*M*(T1-T2)

其中T1∶回水溫度，T2∶出水溫度，M∶回水流量，C：水比熱

通過設(shè)備時(shí)間優(yōu)先控制，確定開機(jī)和增機(jī)的具體機(jī)組。

初啟機(jī)時(shí)，啟動(dòng)的冷機(jī)的數(shù)量和類型由對(duì)應(yīng)開啟的區(qū)域疊加的冷負(fù)荷決定。

平穩(wěn)運(yùn)行后，首先考慮通過協(xié)議通訊調(diào)整每臺(tái)冷水機(jī)組的輸出來滿足負(fù)荷變化要求，每臺(tái)冷水機(jī)組在最佳效率一定范圍內(nèi)運(yùn)行，如果動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)行冷水機(jī)組輸出效率不能滿足要求，才使用加減機(jī)的方式。

3.3.2 加機(jī)判斷：通過讀取機(jī)組內(nèi)部參數(shù)——電流負(fù)載百分比，當(dāng)負(fù)載處于最高限制負(fù)荷（95%可調(diào)），且持續(xù)一定時(shí)間（30Min可調(diào)），判斷機(jī)組的冷凍水出水溫度，若高于設(shè)定溫度值（7℃可調(diào)），判斷增加一臺(tái)冷凍機(jī)組。

3.3.3 減機(jī)判斷：通過讀取機(jī)組內(nèi)部參數(shù)——電流負(fù)載百分比，當(dāng)機(jī)組負(fù)載低于某一設(shè)定值（40%～60%可調(diào)），且持續(xù)一定時(shí)間（30Min可調(diào)），判斷需減少一臺(tái)冷凍機(jī)組。所有增減機(jī)的運(yùn)算，應(yīng)盡量使每臺(tái)冷水機(jī)組處在其最高效范圍內(nèi)運(yùn)行。

總體流程如圖1：

3.4 旁通閥控制

本項(xiàng)目為一次泵變流量系統(tǒng)，冷凍水旁通閥僅用于保證冷水機(jī)組的最小流量控制。即：僅一臺(tái)冷水機(jī)組運(yùn)行且只有一臺(tái)冷凍水泵變頻運(yùn)行時(shí)，冷凍水泵在最小頻率（30Hz）下運(yùn)行，供回水壓差仍大于設(shè)定值，為保證冷水機(jī)組的最小流量，開啟并調(diào)節(jié)壓差旁通閥的開度。

3.5 一次泵變頻控制

圖1

一般項(xiàng)目中，均采用最不利端壓差控制，進(jìn)行冷凍水泵的變頻調(diào)節(jié)。壓差控制法，為了滿足最不利末端回路負(fù)荷，給定壓差往往較大，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)水泵轉(zhuǎn)速偏高，不利于節(jié)能。且由于給定壓差恒定，不能隨流量的變化而改變，也不利于節(jié)能。而單純采用冷凍水供回水溫差進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)控制，存在控制滯后問題，對(duì)于負(fù)荷變化頻率快的系統(tǒng)控制精度不高。串級(jí)控制法，綜合了前兩種控制法的優(yōu)點(diǎn)，克服了其缺點(diǎn)，具有較好的節(jié)能效果。

3.6 冷卻塔控制

冷卻塔開啟臺(tái)數(shù)控制目標(biāo)是冷卻水出水溫度Tecw，根據(jù)冷卻水總管的出水溫度，與出水溫度設(shè)定值比較，當(dāng)出水溫度高于設(shè)定值，持續(xù)5分鐘(可設(shè)定)，開啟冷卻塔。每2℃設(shè)置一個(gè)梯度，逐臺(tái)開啟冷卻塔風(fēng)扇。冷卻塔的風(fēng)扇采用輪流開啟、自動(dòng)排序、自動(dòng)投入方式。

3.7 冷凍站整體控制

冷站整體控制的過程是典型的多因素非線性系統(tǒng)控制問題。

機(jī)房控制系統(tǒng)主要由以下五個(gè)個(gè)控制環(huán)節(jié)組成：

3.7.1 核心PID控制環(huán)節(jié)

3.7.2 冷機(jī)內(nèi)部控制環(huán)節(jié)

3.2.3 冷卻塔開啟臺(tái)數(shù)控制環(huán)節(jié)

3.7.4 冷凍泵頻率的PID控制環(huán)節(jié)

3.7.5 冷機(jī)、冷卻泵、冷凍泵、冷卻塔的臺(tái)數(shù)控制環(huán)節(jié)

由于五個(gè)控制環(huán)節(jié)之間互相會(huì)存在影響，某環(huán)節(jié)的輸入?yún)?shù)受另一環(huán)節(jié)的輸出參數(shù)影響，因此需要將各環(huán)節(jié)的控制時(shí)間步長(zhǎng)錯(cuò)開，這樣在不同時(shí)間尺度內(nèi)相比，互相的影響就可以降低到最低程度，如果在相同時(shí)間尺度上控制，系統(tǒng)不免會(huì)出現(xiàn)震蕩。因此，從時(shí)間尺度上將五個(gè)控制環(huán)節(jié)表示出來，如圖2：

結(jié)語(yǔ)

隨著控制技術(shù)的發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)冷凍機(jī)房最佳節(jié)能運(yùn)行，從局部解決問題是不可能辦到的，應(yīng)需要通過群控技術(shù)，將各個(gè)控制子系統(tǒng)在物理上、邏輯上和功能上互連在一起，實(shí)現(xiàn)信息綜合，資源共享，在一個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行集中控制和統(tǒng)一管理，才能實(shí)現(xiàn)集中空調(diào)全系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行和綜合優(yōu)化。對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)（包括冷凍主機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等）統(tǒng)一考慮，全面控制，使全系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)冷凍機(jī)房能效最優(yōu)。

[1]竺和興.一種空調(diào)運(yùn)行監(jiān)控裝置.深圳市艾蘇威爾科技發(fā)展有限公司，2010-08-04.

[2]潘偉佳，沈偉華.空調(diào)維護(hù)工程節(jié)能器.上海電信工程有限公司，2011-02-09.