淺談中央空調(diào)水冷冷水機組群控系統(tǒng)的實施

■彭冬友，鄭 栩 ■東莞市華科凈化工程有限公司，廣東 東莞 523127

傳統(tǒng)的冷凍站運行管理一般由值班操作人員來管理冷凍機的開關(guān)機操作及加減載冷凍機的臺數(shù)，冷凍機的開關(guān)機操作、加載減載冷凍機的臺數(shù)一般取決于值班操作人員的經(jīng)驗。由于值班技術(shù)人員技術(shù)、經(jīng)驗參差不齊，導致中央空調(diào)制冷系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定、能耗高。以水冷式制冷機組為例，系統(tǒng)運行的不穩(wěn)定主要表現(xiàn)在開關(guān)機的操作不當，導致設(shè)備故障。由于操作不當可能引起的設(shè)備故障包括相應(yīng)管道閥門未打開水泵空轉(zhuǎn)，造成水泵葉輪、軸承損壞;冷卻水塔未開造成冷水機組高溫報警停機;頻繁的非正常關(guān)停冷水機組會大大降低冷水機組的壽命，甚至會造成冷水機組的蒸發(fā)器的損壞。系統(tǒng)運行的高能耗主要體現(xiàn)在兩方面。首先是冷水機組運行臺數(shù)的加載及減載，操作人員要根據(jù)冷水機組的類型，螺桿式冷水機組、離心式冷水機組自身在各種負荷工作狀態(tài)下的能效比，結(jié)合配套的水泵、水塔等附屬的耗能設(shè)備綜合比較選擇加減載冷水機組的臺數(shù)。其次是水泵不能實現(xiàn)變流量控制，不能根據(jù)實際的負荷進行調(diào)整，很大部分能源損耗在閥門上。針對傳統(tǒng)冷凍站的運行管理存在的問題，引進中央空調(diào)冷凍站群控系統(tǒng)可以很好的提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，通過優(yōu)化設(shè)定的控制策略，降低系統(tǒng)能耗。

1 控制系統(tǒng)的選型

群控系統(tǒng)選用集散控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng)(DCS—Distributed Control System)，采用集中管理，分散控制。在中央操作站設(shè)置上位機完成集中操作、顯示與優(yōu)化控制功能，對系統(tǒng)集中管理，實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，顯示故障報警，實時提醒值班人員處理。在冷凍站現(xiàn)場設(shè)置DDC(直接數(shù)字控制器)或PLC(可編程控制器)及各類傳感器、執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)被控制設(shè)備的實時監(jiān)測與控制。遠用離散系統(tǒng)克服了計算機集中控制帶來的危險性高度集中和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性，避免了因常規(guī)儀表分散控制而造成的人機聯(lián)系困難，便于統(tǒng)一管理。

2 水冷式冷水機組群控系統(tǒng)的監(jiān)控

(1)冷卻水系統(tǒng)的監(jiān)控

冷卻水系統(tǒng)的作用是通過冷卻塔和冷卻水泵及管道系統(tǒng)向冷水機組冷凝器做熱交換。監(jiān)控的目的主要是保證冷卻塔風機和冷卻水泵安全運行;確保制冷機冷凝器側(cè)有足夠的冷卻水通過;根據(jù)室外氣候情況及冷負荷調(diào)整冷卻水運行工況，使冷卻水溫度保持在要求的范圍內(nèi)。

(2)冷凍水系統(tǒng)的監(jiān)控

冷凍水系統(tǒng)由冷凍水循環(huán)泵通過管道系統(tǒng)連接冷凍機蒸發(fā)器及用戶的各種冷水設(shè)備(如空調(diào)機和風機盤管)而組成。對其進行監(jiān)控的目的主要是要保證冷凍機蒸發(fā)器通過足夠的水量以使蒸發(fā)器正常工作;向冷凍水末端設(shè)備提供足夠的水量以滿足使用要求;在滿足使用要求的前提下盡可能地減少水泵耗電，實現(xiàn)節(jié)能運行。

(3)冷水機組運行狀態(tài)監(jiān)視

冷水機組通過通訊卡與上位機電腦連接，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換，上位機實現(xiàn)對冷水機組運行相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)視及報警。上位機能夠?qū)崿F(xiàn)對冷水機組相關(guān)的數(shù)據(jù)的累計存儲，生成表格或圖表形式，便于分析設(shè)備狀況;能夠?qū)崿F(xiàn)異常實時報警功能，及時提醒值班人員檢查處理。

3 水冷式冷水機組群控的控制策略

(1)冷水機組運行臺數(shù)的選擇控制

通過測量冷凍水供回水溫度及回水總流量計算總制冷負荷:

計算公式為Q=溫差(℃)X流量(m3/h)X1000/3024=總制冷負荷(冷噸)

與所有冷水機組的額定總制冷量進行比較，選擇需要開啟的冷水機組型號。制冷負荷比率a=Q/Q1:

式中a為制冷負荷比率，Q為實時總冷負荷，Q1為額定總制冷量;

冷水機組控制流程，根據(jù)制冷負荷比率與冷水機組自身運行能效曲線，綜合考慮水泵水塔的運行功率，設(shè)定優(yōu)化群控制策略來加減載冷水機組的臺數(shù)，讓冷水機組處在最優(yōu)的工況下運行。

(2)冷卻水塔控制流程

測量室外空氣溫度、相對濕度，計算出室外空氣的濕球溫度T1，在此基礎(chǔ)上計算出冷卻水需要供水溫度T2∶T2=T1+4;如果T2≤22℃，取T2=22℃;如果T2＞30℃，取T2=30℃;根據(jù)實測供水溫度與所需供水溫度比較，通過PID運算控制水塔電機變頻運轉(zhuǎn)，保證冷卻水供水溫度趨與要求值。當冷卻水供水溫度高于要求溫度3℃且持續(xù)30分鐘以上，則增加水塔運行臺數(shù);當冷卻水低溫度低于要求溫度3℃且持續(xù)30分鐘以上，則減少水塔運行臺數(shù);如水塔持續(xù)運行在下限頻率，且供水溫度低于要求溫度3℃且持續(xù)30分鐘以上，水塔風扇可完全停止。

(3)冷卻水泵控制流程

冷卻水泵啟動方式采用1臺變頻控制，其它為軟啟動;通過測量冷卻水進出水溫差值與冷水機組冷卻水進出水溫度設(shè)定值比較，通過PID運算，控制變頻冷卻水泵冷卻水流量，保持所有冷水機組冷卻水進出水溫度差值最大值不高于設(shè)定溫度。冷卻水泵運行數(shù)量根據(jù)制冷負荷比率加減載，故障時相互自動轉(zhuǎn)換。

(4)冷凍水泵控制流程

冷凍水泵啟動方式采用1臺變頻控制，其它為軟啟動;通過測量冷凍水供回水主管道壓力值與設(shè)定壓力值比較，通過PID運算，控制變頻冷凍水泵冷凍水流量，保持所有冷水機組冷凍水供回水主管道壓力差趨于設(shè)定值。冷凍水泵運行數(shù)量根據(jù)制冷負荷比率加減載，故障時相互自動轉(zhuǎn)換。

4 中央空調(diào)冷凍站群控系統(tǒng)功能

中央空調(diào)冷凍站群控系統(tǒng)的實施能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的所有設(shè)備運行狀態(tài)、故障報警，冷凍水供回水溫度、壓力、供水流量，冷卻水供回水溫度、壓力，補水箱液位，冷水機組運行油位、油溫、油壓、電流、電壓、軸承溫度、冷凝器蒸發(fā)器進出水溫度、壓力、冷媒溫度、壓力等狀態(tài)進行實時監(jiān)視。通過上述控制流程設(shè)定合理優(yōu)化的控制策略，實現(xiàn)對冷水機組、水泵、水塔等設(shè)備自動啟停控制、電動閥門的自動開閉、水泵水塔的變頻控制及自動加載、減載設(shè)備臺數(shù)控制。結(jié)合上位機圖形軟件的開發(fā)設(shè)計，建立良好的人機界面。值班人員通過人機界面可以實時掌握設(shè)備的運行狀態(tài)、系統(tǒng)的運行狀況;也可以通過設(shè)備歷史運行數(shù)據(jù)的查找特定時間的運行狀況，對中央空調(diào)冷凍站的運行進行分析總結(jié)，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進一步挖掘系統(tǒng)的節(jié)能。

5 結(jié)語

中央空調(diào)冷凍站群控系統(tǒng)的成功實施，主要是通過選用合理的控制系統(tǒng)、優(yōu)化控制策略，成熟穩(wěn)定的控制產(chǎn)品、控制設(shè)備，保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定、降低運行能耗、提高管理效率降低管理成本。

［1］方康玲，《過程控制系統(tǒng)》武漢理工大學出版社，2002.06.01.

［2］《約克樣本》YK系列_離心式冷水機組，2008.

［3］梁潔.中央空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能中的技術(shù)分析［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2013(11).