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1、冰蓄冷中央空调计算机控制系统邢水泉(浙江巨才天信智能工程有限公司 杭州 310006)摘要: 本文针对冰蓄冷中央空调系统的特点, 提出了详细的控制方案, 并叙述了用于实 现该方案的一套先进的计算机控制系统。该控制系统具有功能强、 可靠性好、 界面直观、 操作简单方便等优点, 经过近半年的运行, 效果很好。关键词: 冰蓄冷空调 控制系统A Com puter Con tro l Sy stem of Cen tra l A ir Con d it ion W ith Ice Stora geA bstract: T h e a r t ic le p ro v ide s a p a r t i
2、cu la r co n t ro l sra tegy acco rd ing to th e ch a rac te r is2 t ic s o f th e cen t ra l a ir co nd it io n w ith ice sto rage, and it de sc r ibe s an advanced com p u te r co n t ro l sy stem w h ich h a s a lo t o f advan tage s, such a s pow e rfu l func t ion, p e rfec t re liab li2 ty, w
3、e ll in te rface and si m p le op e ra t ion. T h e sy stem h a s been w o rk ing w e ll fo r h a lf ayea r.Key words: a ir co nd it io n w ith ice sto rageco n t ro l sy stem备的数量; 冷却速度快、 空调品质好等等。 因此推广冰蓄冷中央空调技术, 将会带 来极大经济效益和社会效益。 在国外冰蓄冷中央空调技术发展比较 早, 在国内则刚刚起步, 成功应用的例子很 少, 除了冰蓄冷本身还有一些问题以外, 主 要原因是控制系统不
4、够完善, 尤其是在复 杂的工况条件下, 如果没有先进的控制系 统控制, 冰蓄冷中央空调的正常运行是很 难保证的。 为此我们研制了一套先进的冰 蓄冷中央空调计算机控制系统, 它选用了 美国 HON E YW EL L 公司的 XL 5000 系列 控制硬件和软件操作平台, 采用分布式集 散型体系结构, 由主计算机完成系统的管 理工作并动态显示整个系统的运行情况, 由就地控制计算机完成系统的监测输入和一、概述随着国民经济的不断发展, 中央空调 已在全国各地得到了迅速推广, 然而国内 的电力资源依然十分紧张, 尤其在用电高 峰, 作为用电大户的中央空调常常被限制 使用, 使中央空调的优越性能得不到充
5、分 发挥。 为了克服这个困难, 采用冰蓄冷中央 空调技术就成了国内中央空调发展的重大 趋势。 冰蓄冷中央空调技术是通过冷水机 组利用夜间的低谷电能, 将水制成冰并储 存在冰罐里, 到了白天再通过融冰供冷。 采 用这种技术具有许多显著优点: 能降低 装机容量, 减少设备费和容量费; 能避开 用电高峰, 减轻电网压力; 利用峰谷电力 差价, 大大降低运行费用; 能减少辅助设2/1998 制冷学报5控制输出, 两者通过一条系统总线相连接。该控制系统已在杭州某大楼的冰蓄冷系统 中投入使用, 效果十分理想。二、工作机理 (一) 原理框图本控制系统监控的冰蓄冷中央空调的 原理框图如下所示:( 4) 机组供
6、冷结束时, 先停冷水机组,再关闭初级泵、 次级泵、 空调水泵、 冷却水 泵、 冷却塔风机。21 机组制冰工况该 工 况 下, 冷 媒 水 的 流 通 管 路 是ab efa, 通过 b e 间的蓄冷罐管路。具体的控 制策略如下: ( 1) 关闭 V 1 阀; 三通合流阀 FV 直通 管关; V 2 阀开, 同时开启 V 3、V 4、V 5 阀; 启 动冷却水泵、 冷却塔风机; 启动初级泵。( 2) 当水流指示器确认上述水泵正确 运行后, 启动冷水机组。( 3) 冷水机组通过自身调节来完成制 冰蓄冷。 (4) 对 V 2 阀进行调节, 使其中的流量 稳定在一设定值置。 (5) 当 T E 101
7、 = - 5时, 机组制冰结 束, 关闭冷水机组; 冷水机组关闭后, 再关 闭初级泵、 冷却水泵、 冷却塔风机。 31 蓄冷罐融冰供冷工况该 工 况 下, 冷 媒 水 的 流 通 管 路 是b cdeb , 冷水机组不开。 具体的控制策略如 下:(1 ) 关 闭 V 1、V 2、V 3 阀; 开 启 V 4、V 5 阀; 同时启动空调水泵、 次级泵。 ( 2) 温度传感器 T E 201 感测空调水总 管的出水温度, 根据 T E 201 的测量值和设 定值, 对 FV 三通合流阀进行 P I D 调节, 使 供冷量随负荷变化而变化, 最终达到空调 水恒温输出。(3) 融冰结束时, 依本工况开
8、机模式反 顺序关机。41 机组和蓄冷罐同时供冷工况该 工 况 下, 冷 媒 水 的 流 通 管 路 是ab cdefa 和 b cdeb。 具体的控制策略如下: (1) 先投入蓄冷罐供冷, 此时运行方式与蓄冷罐供冷工况相同, 即关闭V 1、V 2、V 3 阀; 开启V 4、V 5 阀; 启动空调水泵、 次级泵; 三通合流阀 FV 根据 T E 201 的测量值与图 1 其中: FA N 冷却塔风机; C P 冷却水泵; F P 初 级水泵; SP 次级水泵; CH P 空调水泵; R 1、R 2冷水 机组; V 1、V 2、V 3、V 4、V 5 二通控制阀门; FV 三通合 流控制阀门; X
9、L G蓄冷罐。(二) 控制方案冰蓄冷中央空调根据不同条件采用五 种不同工况运行, 即机组供冷, 机组制 冰, 蓄冷罐融冰供冷, 机组和蓄冷罐同 时供冷, 机组制冰和供冷。11 机组供冷工况 该 工 况 下, 冷 媒 水 的 流 通 管 路 是 ab cdefa, b e 间的蓄冷罐管路不通。 具体的 控制策略如下: ( 1) 关闭 V 1、V 3、V 4、V 5 阀, V 2 阀开, 三通合流阀 FV 直通管开至最大; 启动冷 却水泵, 1 分钟后根据冷却水出水温度决 定冷却塔风机的启停; 同时启动空调水泵,15 秒后启动初级泵和次级泵。 ( 其它工况 中水泵、 风机的开机顺序和时间与此相 同
10、。)( 2) 当水流指示器确认以上述水泵正 确动作后, 启动冷水机组。(3) 对 V 2 阀进行调节, 使其中的流量 稳定在一设定值。6制冷学报 2/1998设定值进行 P I D 调节。(2) 当蓄冷罐冷量释放到一定值 ( 该值 可设定) 时, 启动冷水机组一起供冷。( 3) 启动冷却水泵、 冷却塔风机; 启动 初级泵和第二台次级泵; 当水流指示器确 认上述水泵正确运转后, 启动冷水机组。(4) 对 V 2 阀进行调节, 使其中的流量 稳定在一设定值。主计算机部分: 完成系统管理、 联网通讯、 动态图形和动态数据显示以及报表 打印等功能, 故选用了性能优越的 D IG2TA L 5133 微
11、机、 内存 8 M 、 硬盘 1000M , 并 配置高分辨率显示器和 24 针打印机。 就地计算机部分: 完成系统监测输入、 参数计算、 控制输出以及和主计算机的 联网通讯等功能, 该计算机采用了 H o n ey2w e ll 的 XL 500 大型控制器 DD C , 内有 16 位的 C PU 、RAM 128K、ROM 512K 和先进 的 F la sh 存储器 128K。 所有的D I、DO 、A I、A O 模块和传感器均采用 H o n eyw e ll 公司 产品, 阀门执行器采用B ray 公司和L an d is 公司产品。 系统总线: 该总线为 H o n eyw e
12、 ll 公 司的 C - BU S 总线, 采用点对点无主式通 讯方式, 最多可联 30 台控制设备。21 软件 主 机 软 件: 采 用 H o n eyw e ll 公 司 EXC EL 5000 系列 XB S 软件作为系统支撑 软件, 该软件要求在W in dow s311 上运行; 系统应用软件自行开发, 以满足冰蓄冷中 央空调系统控制的具体要求。 DD C 控制软件: 包括现场参数的输 入和标定、P I D 控制、 设备联动控制、 联网 通讯以及蓄冷量计算等功能模块, 根据不 同工况调用相应的功能模块, 以实现前面 提到的控制方案。 31 联动控制本系统中, 为了保证设备安全和系统
13、 可靠运行, 在具体控制环节中要求有多种 联动控制。 冷却水泵与初级水泵的联动 该联动控制要求冷却水泵先启动, 待 冷却水泵正常运行后再启动初级水泵, 以保证冷水机组不结冻。 反过来, 只要初级水 泵在运行, 冷却水泵必须运行。 初级水泵与冷水机组的联动 该联动控制要求初级水泵先启动, 水( 5) 当 FV中的流量小于设定值时, 切换到机组制冷工况, 并进入机组制冷工况 运行, 工况结束时也按该工况关机。51 机组制冰和供冷工况该 工 况 下, 冷 媒 水 的 流 通 管 路 是ab cdefa 和 ab efa。 具体的控制策略如下:( 1) 关闭V 1 阀; 开启V 3、V 4、V 5 阀
14、; V 2阀开; 启动冷却水泵、 冷却塔风机; 启动空 调水泵; 启动初级泵、 次级泵; 当水流指示器确认上述水泵已正常运转后, 启动冷水 机组。( 2) 三通合流阀 FV 根据 T E 201 的测 量值与设定值进行 P I D 调节。(3) 对 V 2 阀进行调节, 使其中的流量 稳定在一设定值。( 4) 当工况结束时, 依开机反顺序关 机。 三、计算机控制系统本计算机控制系统采用先进的集散型 分布式体系结构, 它具有控制灵活、 管理方 便、 风险分散及扩展容易等优点。 11 硬件系统硬件框图如图 2 所示:图 22/1998 制冷学报7显示器主计算机打印机就 地 计 算 机D I 模块D
15、O 模块A I 模块A O 模块现 场 各 种 传 感 器 和 执 行 器泵正常运行后才能启动冷水机组, 以保证 冷水机组正常工作。 同样, 只要机组没停, 初级水泵就不能停。 二次水泵与次级水泵的联动 该联动控制要求二次水泵先启动, 待其正常运行后再启动次级水泵, 以保证板 式换热器不被冻结。 同样, 只要次级水泵在 运行, 二次水泵必须运行。冷却水泵和二次水泵备用泵的自动 启用 一旦冷却水泵或二次水泵发生故障, 控制系统立刻启动相应的备用水泵, 以保 证系统其它部分不受影响。41 参数计算蓄冷量的计算 DD C 实时检测到流过 V 2 阀的流量 f1 和流过 FV 阀直通管的流量 f2 (
16、 见图 1) , 同 时还测量了蓄冷罐的两端口温度 t1、t2 , 则 每分钟蓄冷量的计算公式如下:q= k ( t2 - t1 ) (f1 - f2 ) /60 从而累计蓄冷量为: Q = 2 q 用百分比表示为: Q /Q 0 = 2 q /Q 0 100% (Q 0 为蓄冷罐蓄满时的总冷量)。P I D 调节本系统中, 对三通合流阀进行 P I D 调 节, 以维持空调水供水温度的恒定。 理想的P I D 常用的表达式为:U (S) = K c(1+ 1/T iS+ T dS) E (S) 把 P I D 控制算式进行离散化处理, 就得到 了计算机控制用的离散 P I D 算法:u ( k ) = K c e ( k ) +
