江森自控在冷機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

本項目冷源共設置3臺冷凍主機、4臺冷凍水泵（變頻）、5臺冷卻水泵、室外屋頂設置3臺冷卻塔。熱源共設置2臺真空熱水鍋爐，3臺采暖循環泵（變頻）。空調水系統采用一次泵變流量系統，以16層為界分高低區，夏季空調一次水供回水溫度為6℃、12℃，冬季空調一次水供回水溫度為60℃、50℃。高區在16層避難層設板式熱交換器，經冷熱交換后,夏季二次水供回水溫度為7℃、13℃，冬季空調二次水供回水溫度為55℃、45℃。依據所提供冷凍、冷卻水圖紙，對冷凍主機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔及熱水鍋爐、熱水循環泵、板式換熱器等相關設備進行監控。

2 主要監控內容

本項目機房群控系統在冷凍機房設置系統主控制器及操作站。主要監控內容包括冷凍主機、冷凍水系統、空調供暖系統、冷卻水系統、冷卻塔、壓差旁通系統的監控，由群控系統按每天預先編排的時間假日程序及室外溫濕度情況來控制冷源熱系統的啟停和監視各設備的工作狀態如下：

2.1 通過冷機自帶的通訊接口，全面實現冷水機組內部參數的無縫讀取，并能夠提供功能完善的冷水機組的遠程監測、設定、控制和保護。

2.2 空調熱水、冷凍水供、回水溫度、冷凍水回水流量監測。

2.3 冷卻水供、回水溫度監測。

2.4 供、回水壓差測量及旁通閥控制。

2.5 最不利端壓差監測。

2.6 冷卻水泵、冷凍水泵、空調熱水泵：啟停控制，水泵手動/自動開關狀態監測，水泵運行狀態監測，水泵故障報警。

2.7 冷凍水泵、空調熱水泵：變頻調節控制及頻率反饋。

2.8 冷卻塔進水蝶閥的開關控制及閥位狀態反饋。

2.9 冷卻塔風機啟停控制，風機手動/自動開關狀態、運行狀態、故障狀態監測。

3 主要控制策略

3.1 時序控制，即冷源設備開機順序，關機順序：

3.1.1 冷源設備的開機順序：冷卻塔——冷卻水泵——冷凍水泵——冷水機組。

3.1.2 冷源設備的關機順序：冷水機組——冷凍水泵——冷卻水泵——冷卻塔。

3.2 均等運行時間控制

群控系統對設備的運行時間有記錄和積算功能，啟動設備時為確保設備平均使用，系統判斷使用時間數較少之設備會優先使用，防止固定使用同一臺設備，使設備使用壽命縮短。

3.3 加減機判斷控制

3.3.1 開機/停機（增機/減機）最佳時刻計算：根據計算的負荷需求表，計算出開機/關機的最佳時刻和開機數量。

冷熱負荷Q的計算：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

通過設備時間優先控制，確定開機和增機的具體機組。

初啟機時，啟動的冷機的數量和類型由對應開啟的區域疊加的冷負荷決定。

平穩運行后，首先考慮通過協議通訊調整每臺冷水機組的輸出來滿足負荷變化要求，每臺冷水機組在最佳效率一定范圍內運行，如果動態調整運行冷水機組輸出效率不能滿足要求，才使用加減機的方式。

3.3.2 加機判斷：通過讀取機組內部參數——電流負載百分比，當負載處于最高限制負荷（95%可調），且持續一定時間（30Min可調），判斷機組的冷凍水出水溫度，若高于設定溫度值（7℃可調），判斷增加一臺冷凍機組。

3.3.3 減機判斷：通過讀取機組內部參數——電流負載百分比，當機組負載低于某一設定值（40%～60%可調），且持續一定時間（30Min可調），判斷需減少一臺冷凍機組。所有增減機的運算，應盡量使每臺冷水機組處在其最高效范圍內運行。

總體流程如圖1：

3.4 旁通閥控制

本項目為一次泵變流量系統，冷凍水旁通閥僅用于保證冷水機組的最小流量控制。即：僅一臺冷水機組運行且只有一臺冷凍水泵變頻運行時，冷凍水泵在最小頻率（30Hz）下運行，供回水壓差仍大于設定值，為保證冷水機組的最小流量，開啟并調節壓差旁通閥的開度。

3.5 一次泵變頻控制

圖1

一般項目中，均采用最不利端壓差控制，進行冷凍水泵的變頻調節。壓差控制法，為了滿足最不利末端回路負荷，給定壓差往往較大，系統運行時水泵轉速偏高，不利于節能。且由于給定壓差恒定，不能隨流量的變化而改變，也不利于節能。而單純采用冷凍水供回水溫差進行變頻調節控制，存在控制滯后問題，對于負荷變化頻率快的系統控制精度不高。串級控制法，綜合了前兩種控制法的優點，克服了其缺點，具有較好的節能效果。

3.6 冷卻塔控制

冷卻塔開啟臺數控制目標是冷卻水出水溫度Tecw，根據冷卻水總管的出水溫度，與出水溫度設定值比較，當出水溫度高于設定值，持續5分鐘(可設定)，開啟冷卻塔。每2℃設置一個梯度，逐臺開啟冷卻塔風扇。冷卻塔的風扇采用輪流開啟、自動排序、自動投入方式。

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控制問題。

機房控制系統主要由以下五個個控制環節組成：

3.7.1 核心PID控制環節

3.7.2 冷機內部控制環節

3.2.3 冷卻塔開啟臺數控制環節

3.7.4 冷凍泵頻率的PID控制環節

3.7.5 冷機、冷卻泵、冷凍泵、冷卻塔的臺數控制環節

由于五個控制環節之間互相會存在影響，某環節的輸入參數受另一環節的輸出參數影響，因此需要將各環節的控制時間步長錯開，這樣在不同時間尺度內相比，互相的影響就可以降低到最低程度，如果在相同時間尺度上控制，系統不免會出現震蕩。因此，從時間尺度上將五個控制環節表示出來，如圖2：

結語

隨著控制技術的發展，要實現冷凍機房最佳節能運行，從局部解決問題是不可能辦到的，應需要通過群控技術，將各個控制子系統在物理上、邏輯上和功能上互連在一起，實現信息綜合，資源共享，在一個計算機平臺上進行集中控制和統一管理，才能實現集中空調全系統的協調運行和綜合優化。對空調系統的各環節（包括冷凍主機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機等）統一考慮，全面控制，使全系統協調運行，才能實現冷凍機房能效最優。

[1]竺和興.一種空調運行監控裝置.深圳市艾蘇威爾科技發展有限公司，2010-08-04.

[2]潘偉佳，沈偉華.空調維護工程節能器.上海電信工程有限公司，2011-02-09.