监控空调

监控空调（通用9篇）

监控空调 篇1

1 某电厂中央空调系统现状

某电厂设有集中制冷机房,总装机容量为1200冷吨。空调采用风机盘管加新风的空气/水系统,对于未设新风的场所依靠建筑的外窗等进行自然通风。该中央空调系统主要由以下设备组成:螺杆式水冷冷水机组2组,冷冻水泵3台,冷却水泵3台,新风机组10台,轴流风机10台,屋顶风机22台,恒温恒湿空调机3台,风冷立柜式空调机2台,风冷壁挂式空调机1台,冷冻水阀3个,冷却水阀3个,冷却塔2个,膨胀水箱1个。其中冷冻水泵和冷却水泵均采用两用一备的方式运行。

改造前该中央空调系统中存在的主要问题有:温度和湿度的控制精度较低,设备能源浪费比较严重,巡检和维护人员任务比较繁重。

2 中央空调监控系统设计PRI

该电厂中央空调监控系统改造采用集散控制方案。集散控制系统是中央主机进行集中管理,被控对象由PLC根据相关参数进行控制。集散控制系统的可靠性较高,当中央主机发生故障时,分散在控制区域内的PLC能独立实现其控制功能,增强子系统的可靠性,减少中央主机的工作量,使整个系统的性能得到了提高。其中央空调监控系统结构图如图1所示。

中央空调监控系统主要通过对冷源系统、空调通风及新风系统等进行监控,实现温度调节、湿度调节、通风气流速度调节、空气洁净度的调节及节能。

2.1 冷源系统的监控

冷源系统包括冷冻水系统和冷却水系统。冷冻水系统是由冷冻水泵通过管道系统连接冷冻机蒸发器及用户各种冷水设备(如空调和风机盘管等)而组成的。冷冻水系统的监控任务是保证冷冻机蒸发器通过足够的水量以保证蒸发器正常工作;为用户提供足够的水量和合适的温度以满足使用要求;并尽可能减少水泵电耗。冷却水系统是通过冷却塔和冷却水泵及管道系统向制冷机提供冷却水。冷却水系统的监控任务是保证冷却塔风机和冷却水泵安全运行;确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过;以及根据室外气候情况及冷负荷,调整冷却水运行工况,使冷却水温度在要求的温度范围内。冷源系统主要监控的设备包括:冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔、自动补水泵、电动蝶阀等,主要通过压力传感器、温度传感器和流量传感器,监测供水总管和回水总管的压力、温度和流量。具体监控内容如表1。

中央空调系统是按最大负载并留一定余量设计的,而实际上在一年中,满负载下运行最多只有十几天,绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常冷冻主机可以根据温度的变化自动调节负载,但冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化做出相应的调节。这样冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行,造成了能源的极大浪费。在该中央空调系统改造的过程中,通过制冷机组提供的制冷能力与用户所需的制冷量相适应的方法降低能耗。

冷源系统的控制原理是:启动相应的冷却泵、冷却塔和一台冷水机组、冷冻水泵,调节供回水旁通阀的开度,通过供回水的温差,进行冷量计算。当供回水旁通阀开度最小时(冷冻水供水流量最大),若供回水温差比较大,说明冷量需求较大,则需要增加冷水机组的运行台数。反之,若供回水温差较小,说明冷量的需求已经较小,则在满足冷量需求的前提下,减少冷水机组的运行台数。这样不但可以减少设备的运行时间、增加设备的使用寿命,还可以实现节能。多台冷水机组启/停控制的流程图如图2所示。

冷负荷需求计算公式:Q=K×F×(C1×T1-C2×T2)

其中Q—冷负荷;K—常数41.868;F—流量;T1—回水总管温度;C1—回水温度下水的比热容;T2—供水总管温度;C2—供水温度下水的比热容。冷量需求Q的单位为冷顿,1冷顿≈(3.0～4.0)k W,其中k W为冷水机组的功率,两者之间的系数通常在3.0～4.0间,按冷水机组的大小、品牌等因素决定。

根据冷负荷需求计算公式计算出冷量需求后,再根据冷冻与冷水机组的功率换算公式,即可计算出系统冷水机组的运行台数。

当冷却水供水温度较高时,会影响冷水机组的制冷效率、寿命。为了保证冷水机组的效率,系统通过控制冷却水塔风机的运行台数来调节冷却水供水温度。当系统监控到冷却水供水温度较高时候(与设定值比较),则逐步增加冷却塔风机的运行台数,直到满足冷却水温的需求。而当监控到供水温度较低时,则在满足要求的条件下,逐步关闭冷却塔风机的运行,尽量减少设备的运行时间,增加使用寿命,并实现节能。当室外温度较低时,通过冷却水回路的自然冷却即可满足制冷机对冷却水温度的要求,这时可关掉所有冷却塔风机,仅靠冷却水循环过程的自然冷却实现冷却水降温。

2.2 空调通风及新风系统的监控

空调通风及新风系统监控的任务是将室内温度和相对湿度保持在设定值附近,同时监控空调通风及新风机组的运行情况。监控系统主要通过风道温度传感器监控空调机组的进风和送风温度;压差传感器监测过滤网的堵塞程度,超过压差极限报警等。主要监控如表2所示。

通过对中央空调系统全年运行模式进行分析,按季节可把空调系统分为冬季、过渡季、夏季;按厂房的工作时间表分为工作时段、非工作时段,并设立火灾事故运行等多种运行模式。系统根据各种不同的模式对空调通风及新风系统进行控制、调节,以保证空调系统在全年内用较经济的运行方式,满足室内温、湿度设计要求。中央空调通风及新风系统监控原理图如图3所示。

空调系统全年运行模式分析:

(1)夏季室外空气焓值大于回风空气焓值,这时为了节约能量,充分利用室内回风,空调系统采用最小新风量降温除湿模式。采用此模式时,系统按比例连锁调节新风阀和回风阀开度,使一部分回风排出室外,另一部分回风按最小新风比与新风混合,再经冷却后送风。

(2)全新风降温除湿模式。过渡季节室外空气焓值小于或等于厂房回风空气焓值,为了节约能量,空调系统采用全新风降温除湿模式。采用此模式时,系统关闭回风阀门,打开新风阀门,全部采用室外新风,经冷却后送风。

(3)通风模式。冬季室外空气温度小于或等于空调送风温度,采用通风模式。此时停止冷水机组运行,外界运行不经冷却处理直接送至使用区,排风则全部排出外界。此外,联动全热交换机组,在需要取暖的情况下,启动热交换机组,为厂房提供取暖。

(4)工作时段、非工作时段模式。无论夏季、冬季、过渡季节,工作时段均按相应季节的模式运行,在非工作时段,厂房的人员少的情况下,可将送风温度调高,冷冻水流量减少,冷却塔运行台数减少。工作时段和非工作时段由时间表控制,并能根据实际情况进行修改。

(5)紧急停车模式。该模式通常是在发生火警的情况下使用,全部停止空调通风机组和新风机组的运行,防止风机把烟雾送到厂房各处,并启动排风机组,把烟雾排出建筑物外面。紧急停车模式具有最高的优先处理级别。

通过分析结果表明,变新风量所需的供冷量比固定最小新风量所需的供冷量少将近20%,所以充分利用低温室外新风节能效果是很明显的。

3 结语

某电厂中央空调监控系统改造工程已于2006年3月底完成,系统至今运行正常并达到以下目标:有效地节约电能,通过对电厂空调设备的监控,使系统设备处于最佳运行状态,减少不必要的浪费,达到节约用电的目的;大量节约了人力。

摘要：文章结合某电厂的中央空调系统改造,在对冷源系统、空调通风及新风系统等控制原理进行深入分析的基础上,设计了监控系统的总体方案,并针对每个系统的实际情况采取相应的监控方法,以达到节能的目的。

关键词：中央空调,节能,监控

参考文献

[1]邱相武.新风利用与热回收的动态分析与研究[D].北京:中国建筑科学研究院,2001

[2]林俊森.建筑空调节能技术探讨[J].山西建筑,2007,33(20):262～264

[3]郑怀江.工业建筑空调节能技术措施浅谈[J].机械工程师,2007,39(11):156～158

[4]师奇威,胡连森,王健.有关空调节能的若干措施探讨[J].中国建设信息供热制冷,2006,7(5):34～36

监控空调 篇2

空调监控的必要性

紧急通知，严热的夏天来到了，为了节约用电，请各办公室空调温度限制在26度（含）以上制冷，空调开启期间，办公室工作人员必须关闭所有门窗，以免能源浪费。下班最后离开办公室的工作人员，必须检查落实空调关闭情况。各办公室负责人负责对管辖办公室区内的空调的使用情况进行监管。会议室空调由行政部统一安排管理。请行政部安排保安每天不定时进行巡逻检查各办公室空调使用情况，并进行违规公告！

监控解决方案：

大榕树AIRC1000智能空调控制器正式亮剑，AIRC1000具有可定时开关机、双机自动轮询工作、达到温度下限自动关机和温度自动调节功能，如客户调低空调的温度，设备可自动恢复设定的温度；可检测制冷系统存在的故障，并发出报警，如雪种不足、过滤网脏、机组脏、压缩机损坏、冷疑风机损坏等影响制冷效果的关键元器件, 可常年7x24小时连续工作，无须专人维护。

如有员工将空调温度调到23度，AIRC1000可自动纠正回26度，低碳生活，节约用电就从AIRC1000正式亮剑开始。

同时AIRC1000具有RS485接口进行组网管理，可将各个办公室、会议室里的空调集中组网统一管理，可以通过管理远程开关机，远程调节温度，远程查看空调运行状态；无需专人巡视即可检查空调的运行情况，如有违规可以通过短信、电话、Email等报警方式告之管理人员处理，杜绝保安不按规定巡查监控死角。

监控适用范围

适用于需远程和自动控制空调的环境，如机房、基站、军队、实验室、政府部门、企业、酒店等带普通空调的场所。

实施结线图

中央空调智能监控系统故障处理 篇3

CCN系统是开利公司开创的冷冻机组能源效率管理系统, 通过控制网络将冷水机组和外围设备 (冷冻水泵、冷却水泵等) 综合成一个系统, 实现多台冷水机组的集中群控, 中控计算机提供人机界面。在中控计算机安装监控软件后还要进行绑点 (设置路径, 将软件内部图标和现场设备做数据连接) , 才能对空调系统进行监控, 如对软件界面图标进行启、停控制, 现场设备会相应动作。

漳州市嘉信茂广场中央空调配置了CCN系统, 主机为两台开利公司19XR离心机组, 其中1号机组更换1块和CCN系统有关的电路板后, 在监控软件中找不到1号机组, 只能手动控制, 给现场工作人员带来不便。

开始认为是数据丢失, 维修技师对界面图标逐个重新进行绑点, 启动电脑, 故障依旧。由于更换电路板时维修工程师修改了机组的IP地址, 根据经验, 怀疑是机组的IP地址和软件设置的IP地址 (控制工程师安装软件时的设置值, 本例是0, 92) 不一致。将机组的IP地址改为0, 92后开机, 故障依旧。检查确认线路和相关配件均正常, 考虑到如果绑点的表格 (控制系统中模块的一种数据格式) 和机器里数据表格型号不同, 也将无法通信, 因此判断可能是新电路板和控制系统版本不同。进入电脑查看, 新电路板型号是07版, 旧电路板是04版, 不能用04版表格进行绑点, 在监控系统中删掉04版表格, 重新在1号冷机上传07版表格至系统。上传完毕, 重新进行绑点, 启动电脑, 进入控制系统, 在监控软件中可找到1号机组, 自动控制正常。

监控空调 篇4

实施方案

为深入贯彻落实科学发展观和节约资源的基本国策，着力推动〘国务院办公厅关于严格执行公共建筑空调温度控制标准的通知〙（国办发〔2007〕42号）和〘长沙市人民政府办公厅关于印发〖长沙市深入开展全民节能行动实施方案〗的通知〙（长政办发〔2009〕5号）精神，加快建设我市公共建筑空调温度监控系统，积极推动我市建设资源节约型和环境友好型社会步伐，实现我市“十一五”节能减排目标，特制定本实施方案。

一、建设公共建筑空调温度监控系统的重要意义

当前，长沙正处于城市化和新型工业化快速发展的关键时期，能源相对紧张，用电形势十分严峻，空调节能具有十分重要的意义。长政办发〔2009〕5号文件要求：建设公共机构中央空调温度在线监控系统，促进国家机关办公建筑和大型公共建筑提高节能运行管理水平。长沙现有公共建筑约400栋，年耗电量约8亿千瓦时，空调耗电量约2.8亿千瓦时，严格执行空调温度控制标准，预计年节电将达5600万千瓦时，相当于节省标准煤约22624吨，节能潜力巨大。

建设该系统是推动国务院空调限温节能政策在我市得以全面贯彻落实的有力手段，有利于推动我市公共建筑“十一五”节能目标任务的完成，完全符合长沙建设“资源节约、环境友好”两型社会的总体目标，是全面落实科学发展观，构建和谐社会，促进长沙经济又快又好发展的务实之举。

二、指导思想和主要目标

（一）指导思想。以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，坚持科学发展观，认真贯彻〘国务院办公厅关于严格执行公共建筑空调温度控制标准的通知〙（国办发〔2007〕42号）以及〘长沙市人民政府办公厅关于印发〖长沙市深入开展全民节能行动实施方案〗的通知〙（长政办发〔2009〕5号）精神，以全市公共建筑为实施主体，以提高公共建筑能源利用效率为核心，以加快节能新技术的应用为根本，统筹规划、创新机制，加强管理、抓好示范，充分发挥公共建筑在构建节约型社会中的表率作用。

（二）主要目标。全市公共建筑能源利用效率大幅提高，实现公共建筑中央空调系统节能20%以上的目标，营造良好的节能氛围，为全市的空调限温节能作好表率。通过建设空调限温在线监控系统，为能源监察执法提供科学的技术支撑，从而使我市能源执法技术水平达到国内领先水平。

三、建设公共建筑空调温度在线监控系统的可行性分析

（一）技术状况分析

本系统采用主流的工业自动化、现场总线和网络通信技术，实现本系统数据采集功能的节能型中央空调控制器为国家专利产品，技术先进、性能可靠，而基于互联网的应用系统开发技术也十分成熟，系统采用Window.NET平台，便于进行应用系统开发。通过市能源办与项目具体实施单位共同开发和完善，本系统可实现空调温度和运行状况的在线监控，并可进行数据分析。因此，从技术角度看，本系统的建设完全可行。

（二）经济效益和社会效益分析

本系统的建设可实现能源执法的信息化、网络化，可节省能源管理部门到现场执法所需的人力、物力和财力成本，提高能源执法的科学性和效率性。通过在线监控空调温度，可为空调系统节能20%以上，直接降低空调系统运行成本，属于投资收益很高的项目，具有良好的经济效益。同时，本系统的建设不仅节约了大量的能源，还大大减少废气排放和温室气体排放，对环境保护起到了巨大的作用，具有良好的社会效益。

综上所述，建设公共建筑空调温度在线监控系统符合国家节能政策，技术可靠，经济效益和社会效益良好，完全具备实施条件。

四、建设公共建筑空调温度监控系统的实施主体和工作步骤

（一）确定实施主体。所有的公共建筑内的单位，包括国家机关、社会团体、企事业组织和个体工商户以及医院办公区。全市现有公共建筑约400栋，为发挥国家机关在全社会节能中的导向和表率作用，拟确定湖南省委机关、长沙市委、市政府、市人大、市政协机关以及天心区、芙蓉区、雨花区、开福区、岳麓区政府机关办公楼为试点单位。

（二）工作计划。按照“先行试点、分步实施，总结经验、全面推广”的总体原则，稳妥推进。

2009年5－6月，制定实施方案，确定具体实施的试点范围，对试点单位的中央空调系统进行摸底、分析和宣传动员工作，并确定施工方案。7月份完成试点单位的设备安装并进行调试。

2009年8月，完成试点单位空调温度监控系统的调试、验收和培训。系统调试完毕后由市能源办组织专家进行验收，并对系统中存在的问题进行完善和整改。

2009年9－12月，扩大空调温度监控系统建设试点范围，逐步推广中央空调限温节能示范经验，对全市100家公共建筑进行空调温度监控，其中国家机关30家、宾馆和酒店40家、医院的办公区10家、商场和超市10家、写字楼10家。组织空调节能项目检查督促，逐步完善长沙市公共建筑空调温度在线监控系统的管理制度。

2010年上半年，全面推广中央空调节能改造示范经验和节能型中央空调控制器的使用，对全市公共建筑空调温度进行全面检查，确保市内主要公共建筑空调温度监控目标如期实现。

2010年下半年，组织长沙市公共建筑中央空调节能工作验收，初步建立以“政府引导、市场运作、公共建筑工作人员自觉参与”的公共建筑空调节能监管良性运行的长效机制。

五、主要实施内容及经费安排

（一）建设长沙市公共建筑空调温度在线监控系统。通过建设该系统，远程实时监控受控点的室内温度和空调运行状态，并进行数据分析处理，为能源执法提供有力的技术支撑，从源头上控制空调的高能耗，最终达到空调节能运行的目的。

（二）对长沙市既有公共建筑中央空调系统进行节能改造。针对不同建筑特点和能源消费类型，对既有建筑中央空调末端控制系统进行节能改造，将原有中央空调普通温控器和三速开关改造为带有空调温度夏季下限和冬季上限值的节能型中央空调控制器，并配合长沙市公共建筑空调温度在线监控系统使用。严格控制室内空调温度，夏季室内空调温度设置不低于26摄氏度，冬季室内空调温度设置不高于20摄氏度，实现中央空调系统整体优化，提高电效。

（三）系统建设经费安排。公共建筑空调温度在线监控系统的建设是一项远瞻性、根本性的建设任务，是做好公共建筑节能的基础, 是提高能源执法水平的重要措施。因此，相关部门要为该系统的建设提供必要的经费保障。

六、配套措施

（一）组织公共建筑空调温度控制的宣传教育活动。组织新闻媒体（电视、电台、报刊）开展宣传，充分发挥舆论的引导和监督作用。通过长沙市公共建筑空调温度监控系统的工作培训、现场观摩学习、宣传活动等途径，开展形式多样、内容丰富的宣传教育活动，使公共建筑管理人员增强忧患意识与节约意识，积极投身公共建筑空调节能改造项目。

（二）加强公共建筑空调节能制度建设。

根据国办发〔2007〕42号文件精神，严格执行公共建筑空调温度控制标准，加强制度建设，促进空调节能工作的标准化、制度化和法制化。不断探索新的工作机制，逐步建立和完善空调节能的长效机制。

（三）开展以中央空调节能为重要内容的节约型公共建筑创建活动。

在制定相关的评判标准的基础上，在全市组织开展节约型公共建筑创建活动，在全市公共建筑分别树立一批中央空调节能典型，推动公共建筑空调温度监控系统深入开展。

（四）加强组织领导。

长沙市公共建筑空调温度在线监控系统的建设由市能源办负责执行，长沙麦融高科有限公司负责具体实施，各试点单位、受控点单位要指定专门机构或专门人员负责系统建设的协调工作。市能源办定期监督检查项目的执行情况。

七、评估和考核

（一）组织开展公共建筑空调温度监控系统评估工作。为确保公共建筑空调温度监控系统建设成效，由市能源办牵头、长沙麦融高科有限公司、受控单位配合组织实施全市公共建筑空调温度在线监控系统的建设，并组织相关部门、专家对监控系统的监控范畴、受控点、节能率进行综合评估，评估结果以书面文字报告至市政府。

（二）建立公共建筑空调节能考核机制。

监控空调 篇5

当今世界能源日益紧张, 建筑能耗占总能耗的比例约为30%, 而空调能耗占建筑能耗的比例约为50%。由此可见, 空调系统在满足工艺性和舒适性的前提下, 如何提高运行效率, 实现能效比的最大化已成为空调系统设计和运行过程中的关键问题。文章以我校中央空调实验系统为基础, 应用现有的自控技术及产品, 设计开发操作简单、可视化强的监控系统, 为专业发展提供更完善的实训平台。

1 中央空调实验系统监控方案设计

1.1 中央空调实验系统的组成

中央空调实验系统由冷、热源系统;空调水系统;空气调节系统;空气输配系统和空调房间组成。冷源系统由压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器组成, 为风冷式系统;热源由热水器提供。水系统包括冷热媒供回水系统, 补水系统和膨胀水箱。空气调节系统为卧式空气处理机组, 包括混合段、过滤段、表冷段、加湿段、风机段等, 箱体上盖可拆卸, 便于观察箱体内部构造。空气输配系统包括送风管、消声器、回风管、新风管和排风管以及相应的风口。各个子系统的相应部位做了保温处理。整个系统规模虽小, 但五脏俱全, 并且各个子系统均采用敞开式布置, 将理论知识与实际设备直接对应, 便于观察和理清各个子系统的组成和相互联系。

1.2 中央空调实验系统监控方案设计

针对整个实验系统流程, 采用闭环控制方式, 应用现场设备实现数据采集, 应用控制器、变频器实现设备控制, 应用MCGS组态软件实现整个监控系统的运行程序编制、动画显示和远程控制。主要实现以下监控内容:制冷主机 (风冷) 的控制, 控制量为开关量输出DO;空调水泵控制, 控制量为开关量输出DO;空调机组风机启停控制, 控制量为开关量输出DO;空调机组风机PID变频控制, 控制量为模拟量输出AO (0-10V) ;空调回风温度控制 (调节阀门PID控制) , 控制量为模拟量输出AO (0-10V) ;系统多点温湿度采集, 采集系统采用单总线测量技术;空调机组初、中效过滤器堵塞报警信号采集, 采集量为开关量输入DI;空调水流量监测, 采集信号为模拟量输入AI (4-20MA) ;空调风管道风速监测, 采集信号为模拟量输入AI (4-20MA) 。

2 中央空调实验系统实时监控的实施

2.1 设备控制

2.1.1 设备启停控制

应用继电器、熔断开关、PLC等实现制冷主机、水泵、风机等设备的启动和停止, 并配备相应的启、停指示灯。

2.1.2 风机的变频控制

应用西门子MICROMASTER420型变频器, 根据对空调供、回水温差的采集, 对风机进行PID (比例积分微分) 调节, 从而根据需要改变风机工作状态, 进而改变风量, 实现空调系统的变风量控制。

2.2 数据采集与监控

2.2.1 系统多点温湿度采集

应用单总线数据采集器负责整个系统大量管道内水的温度采集, 负责空调房间各布点的温湿度采集和空调回风口温湿度采集。

2.2.2 过滤器堵塞报警信号采集与监控

应用QBM81型空气压差开关监控过滤器两侧的压差, 确定过滤器的工作状态, 并以此来确定过滤器的清洗与更换。

2.2.3 空调水流量监控

应用LWGY系列涡轮流量传感器, 采集空调水流量的数据。当空调负荷发生变化时, 根据采集数据经控制器的运算, 应用HL-2X系列电动调节阀调节冷冻水流量, 使供回水温度始终处于设定值, 以确保冷水机组工作在高转换效率的最佳状态。

2.2.4 空调风管道风量监控

应用风速测量传感器, 实时监测风管内空气流动速度, 并转换成相应的电信号传送给监测中心, 为风机的PID调节提供依据。

2.3 C9090A多功能控制器和MCGS组态软件的应用

2.3.1 C9090A多功能控制器的应用

应用C9090A多功能控制器确保空调系统按设定的程序正常工作并实现系统的现场独立运行控制。其特点是采用CRC16数据校验, 保证了数据的完整性。数字量采集采用了广电隔离设计, RS485通信电路、单总线采集电路、模拟量采集电路及模拟量输出电路采用了防静电防浪涌设计, 最大限度保证模块的安全性。C9090A内设2路PID控制回路, 可以通过软件设计设置参数, 将采单总线或者模拟量的集信号通过PID回路运算后将信号输出到模拟量输出上。内部程序同时预设了2组温度控制, 可通过设定输出到对应的DO上。

2.3.2 MCGS组态软件的应用

应用在PC机上运行的MCGS组态软件, 建立与现场传感器、控制器等监控设备连接, 实现空调系统运行参数的采集、处理、分析、计算, 构造实时数据库, 实现对整个空调系统的远程监控;应用C语言编制脚本程序, 实现系统运行策略的编制, 使整个软件部分按计划运行;应用各种画图软件对整个操作界面进行设计和布局, 并与编辑好的程序进行链接;用动画制作功能实现运行状态的动态显示;应用数据后处理及报表功能实现运行数据的曲线生成, 数据文件存档, 及报表的输出、打印等。

3 结束语

中央空调实验系统监控设计根据系统的流程和应用需求, 基于MICROMASTER 420变频器、C9090A多功能控制器和MCGS组态软件, 完成了中央空调实验系统监控系统的设计、设备安装与调试、编程、组态调试。结果显示各项控制功能达到设计要求, 技术先进、功能齐全、人机界面生动友好、操作简单、可视化强, 充分满足专业实训需要。并为空调系统的自动化设计与改造提供可行的实施参考。

参考文献

[1]羊梅, 扬婉, 罗亚虹.基于MCGS的中央空调实时监控系统设计[J].制冷与空调, 2011, 6 (3) :273-276.

[2]刘光平.中央空调监控实训系统的设计和实现析[J].自动化与仪器仪表, 2013 (5) :166-168.

[3]宁永生, 王琪辉, 张英.大型空调中央监控系统设计[J].暖通空调, 2004, 19 (3) :59-61.

浅谈中央空调节能监控系统设计 篇6

众所周知, 中央空调是现代建筑物不可缺少的重要设施之一, 然而它也是能耗大户, 其能耗约占建筑物总能耗的60%以上。目前, 进行中央空调设计时, 设计单位基本按最大负荷并留有一定余量进行设计, 而实际上, 一年中系统满负荷运行的时间最多只有十几天, 甚至十几个小时, 绝大部分时间负载率都在70%以下。传统运行模式下的中央空调系统, 虽然冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载, 但是与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵等设备却不能自动调节负载, 几乎长期在100%负载下运行, 造成了能量的极大浪费。

由以上分析可知, 中央空调系统还有巨大的节能空间, 急需采用先进的监控系统及控制策略对中央空调系统进行监控, 开展能耗数据分析, 减少不必要的能量消耗, 以达到节能的目的。

2 中央空调工艺流程分析及主要节能措施

中央空调系统的工作过程是一个不断进行能量转换以及热交换的过程。其理想运行状态是:冷冻水循环系统中, 在冷冻泵的作用下冷冻水流经冷冻主机, 在蒸发器进行热交换, 被吸热降温后 (7℃) 被送到终端盘管风机或空调风机, 经表冷器吸收空调室内空气的热量升温后 (12℃) , 再由冷冻泵送到主机蒸发器形成闭合循环。在冷却水循环系统中, 在冷却泵的作用下冷却水流经冷冻机, 在冷凝器吸热升温后 (37℃) 被送到冷却塔, 经风扇散热后 (32℃) 再由冷却泵送到主机, 形成循环。在这个过程里, 冷冻泵、冷却泵得到动能, 冷冻水、冷却水作为能量传递的载体, 不停地循环在各自的管道系统里, 不断地将室内的热量经冷冻机的作用, 由冷却塔排出[1]。其工艺结构如图1所示。

中央空调的节能措施主要有[2]:

1) 建筑节能:主要是合理设计窗, 采用环保节能型建筑材料等。

2) 制冷主机的节能运行:主机能耗占总能耗60%以上, 因此主机的节能运行是整个系统节能的重要环节。在设计时, 设计人员应对建筑不同场所的空调负荷及运行模式进行详细的调查分析, 合理确定空调主机的功率、数量及相关参数。在运行过程中应该根据空调负荷合理确定空调主机启动台数, 使空调主机在其最佳的特性曲线范围内运行, 以提高主机效率, 达到节能的目的。

3) 水泵的节能运行:水泵能耗约占总能耗的10%~30%, 主要节能措施为合理确定水泵的功率和数量, 提高水泵运行效率, 应采用变频方式调节水量, 尽量避免采用阀门调节水量。

4) 冷却塔节能运行:合理设计, 可采用变频调节。

5) 先进的智能控制技术及高效的运行管理:采用先进的控制策略, 动态调整主机及水泵的运行模式。加强对空调操作人员的培训, 定期对设备和系统进行维护, 以保证机组的正常运行和设备的使用效率。

3 监控系统架构及其实现

中央空调监控系统是一套集工艺设备、自动化控制和资源管理于一体的系统, 它不仅能够实现空调机组的最优运行控制, 而且还能够实现机组的工作状态监控、能耗分析、报表打印、运行模式自动寻优等功能。该系统能方便管理人员及时了解空调系统的运行状态及能耗趋势, 为降低运行成本和维护成本提供强有力的技术依据, 保障系统的可靠性和安全性。

监控系统采用层次化的三级控制方式, 即管理级、过程控制级、设备控制级[3]。各级功能划分明确, 可以相互独立运行, 其系统架构如图2所示。

管理级和过程控制级与楼宇自动化系统共用, 由设备控制级对其开放数据接口 (OPC或TCP/IP等) , 其任务主要是实现计划管理和运行数据统计分析, 包括空调系统 (年度) 运行成本和维护成本报表, 能耗分项分时报表, 运行管理模式设定等。此部分可以根据投资和管理模式灵活确定为实施或预留接口。

设备控制级为中央空调机组设备监控层, 主要完成空调系统现场仪表设备以及电气设备的控制, 包括各种温度、流量、压力的自动化控制, 空调主机及水泵等的自动寻优控制等, 其结构如图3所示。

由图3可知, 设备控制级是中央空调系统的核心层, 以PLC系统作为中央空调系统的主控制器, 完成空调系统运行所需的工艺参数采集, 并对数据进行处理, 通过一定的控制算法计算出优化后的控制量, 驱动相应的水泵和控制阀, 使系统处于最优工作状态, 以提高系统效率, 达到节能的目的。

该系统采用模块化集成设计, 具有如下核心功能[4]:

1) 组态功能:系统硬件及控制软件均能根据中央空调系统设备 (冷热源主机、冷冻泵、阀门等) 的配置, 以组态方式灵活添加或修改受控设备对象, 并设置其属性, 有极强的通用性和可扩展性。

2) 节能控制:采用变频技术实现冷冻水 (热水) 和冷却水变流量运行控制, 使系统始终处于经济运行状态;通过对冷冻水 (热水) 各个环路负荷的实时检测, 动态分配和控制各个环路的冷冻水 (热水) 流量, 使各个环路实现冷 (热) 量供需平衡和空调效果均衡。

3) 工作模式:供冷、供热和通风模式既可以独立工作, 也可以同时工作, 可实现不同中央空调系统使用的需求。

4) 控制模式:手动模式 (包括就地手动和远程HMI手动) 和自动模式。在自动控制模式下设有三种模式可供选择。

(1) 时序控制, 监控系统按照用户预设的时间表对设备进行启停控制和优化运行模式。

(2) 主机联动, 监控系统根据空调负荷完成水系统设备与冷热源主机的联动控制和优化运行, 此模式自动连锁控制冷冻泵、冷却水泵、冷却塔风机和阀门等设备。

(3) 主机群控, 在多台空调主机和水泵并联运行的系统中, 监控系统除实现主机联动模式的功能外, 还会根据空调负荷自动实现主机、水泵运行台数的优化控制, 使主机、水泵在高效率状态下运行。

5) HMI (人机监控画面) 在Windows系统电脑上运行, 实时监控系统运行的各种参数, 包括冷冻 (却) 水温度、流量、压力;主机及水泵的运行、停止、故障等信号;实现远程手动及自动控制的参数设定和控制操作。

6) 计量及能耗统计:实现各机组的用电量分项计量, 供热量、供冷量、补水量等计量, 可在HMI操作界面上打印分时段和实时能耗分析报表 (曲线) , 各种参数的历史趋势曲线。

7) 故障报警及连锁:系统可以实现操作连锁 (防止误操作) , 轻故障声光报警, 重故障连锁停机, 并对故障信息进行记录;同时也能实现操作记录的存档。

文中所述PLC系统既可以选用空调专用的PLC (厂家集成了部分控制算法、控制接口等, 如Excel 800控制器) , 也可以选用通用PLC (如西门子公司S7-200/300等) 。

为增加系统的灵活性, 以选用通用PLC (西门子公司S7-300) 为例, 设计时首先要分析控制系统的功能需求, 包括系统规模 (数据采集、控制点数及算法的复杂性) 、工艺流程、操作模式、设备平面布置等, 确定PLC的型号和输入输出模块的配置。完成硬件配置后, 下一步是进行软件设计, 根据操作任务书和工艺任务书, 使用Win CC软件完成空调系统HMI监控画面设计, Step7完成PLC控制程序设计, 最后联动调试, 优化系统, 使系统达到预期的设计要求。

4 结束语

中央空调节能是一个系统性的工程, 在设计初期应全面分析系统特性以及可能选用的运行管理模式, 合理确定工艺设计参数和设备选型, 并采用自动化控制的方式来节约能源。本文所述监控系统可实现空调系统的集中管理和自动化节能控制, 已经成功应用于恒温恒湿、机房空调及水冷机组等领域, 并取得了良好的经济效益。它是为企业提高工作效率、节约能源、保障设备安全的一种创新解决方案, 在空调机组新建或改造项目中均值得推广应用。

参考文献

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[3]陈曦, 常金朝, 刘俊峰.中央空调系统监控设计[J].智能建筑, 2007, 23 (6-1) .

监控空调 篇7

由于建筑物中空调系统绝大部分不会处于满负荷工作，冷水机组不用总是满载运行。末端用户如能具有很好的冷量控制，使得冷水机组的产冷量与用户的需要相匹配，就可以通过调节主机运行，提高其制冷效率，达到冷冻水泵、冷却水泵节能效果。如果末端用户采用变水量时，冷冻水系统可以根据新的运行工况提供新的水量，通过减少流量供应和调节阀的节流损失，同时控制水泵在效率最高点运行。在多台并联冷水机组运行时，尽量使机组处于满载状态运行是节能的重要措施之一。可以通过台数控制使冷水机组提供的制冷能力与用户所需的制冷量相适应。因此，在空调系统运行过程中，通过实时检测、判断用户制冷量需求来确定投入运行主机台数以实现台数控制。

进行台数控制的优化策略为:第一, 控制系统冷冻水的总流量始终保持在恰好满足系统负荷要求的水平;第二, 根据系统的负荷量和当前冷水机组供应能力的差值, 决定下一次启停的时间。原则上应该选择能够满足同时负荷需要, 且最接近系统需求值的工作方式。控制的关键在于在调试中找出最佳的启停切换点, 还要在运行台数控制的程序中, 使冷水机组处于最佳工作效率点周围。其实际负荷计算方法如下:

根据实际负荷的需要调节机组的运行, 计算方法为:设冷冻水供水温度 (t1) , 冷冻水回水温度 (t2) 和流量 (G) , 瞬时负荷为Q, Cp为水的比热。

优化设备启停时间也很重要，控制系统可以根据室外温度、系统容量、建筑物特性来优化启停时间，最大限度的减少运行时间。在首先保证机组最大效率运行的前提下，实现多台冷水机组在部分负荷条件下的最优化时间运行。

冷源系统经常性的处于部分负荷情况下，使得变流量调节变得十分重要。水泵的能耗，可占空调系统总能耗的10%～20%，采用变流量调节系统，就可使水泵能耗根据流量的增减而增减，从而达到显著的节能效益与经济效益。冷却水的设定温度如高于设定值时，控制冷却塔阀门开启，关闭旁通阀，冷却塔风机随即开始运行。如冷却水温度降到某一设定值，控制风机进入低速运行。如果冷却水温度继续下降，降到某一设定值时，就必须关闭风机，通过旁通阀调节使水温保持在可接收的限度。

由于空调系统在整个建筑中能耗巨大，所以控制设计目标放在了节能减排上。除了避免在处理空气过程中冷热量抵消还应该能提供良好的可控性。在自动控制系统中可通过采取工况分区、自动转换、烩值控制、变风量控制、变设定值与变新回风等多种节能控制手段来实现节能优化控制。同时满足控制需求和最佳节能。这样就要求系统集成设计的特点应通过集中监测与科学管理来提高效益，加强协调控制，力争全面节能。一般通过以下典型做法：

第一是通过空气的预冷和预热。通过楼宇自控系统可对空调设备设定最佳启停时间缩短不必要的空调设备运行时间。例如多数办公与商场等建筑物夜晚是不需要开空调的，可以通过提前提前对建筑进行预冷和预热来保证工作开始时室内环境的舒适。同时因为温度是惯性很大的被控参数，在下午可以通过提前关闭空调，使室内温度在一段时间内缓慢降低来达到节能减排。在预冷、预热时，一定要关闭室外新风风阀可以减少获取新风而带来的能量消耗。

第二可采用全热式交换器。室内新气为夏季供冷、冬季供暖，而排出的空气温湿度与室内空气是相同的，可以通过全热式交换器来进行排出空气与新风的热交换来减少新风的热处理量。

第三是按需供冷。在满足用户对冷量的需求的前提下，可对冷源系统实行节能控制。利用网络控制技术，对末端设备、冷水用户和冷源进行监控，发现冷需求和用冷时间请求是呈链状传递。

如图所示为一变风量空调系统的监测与自动化控制原理图。 (如图1)

在空调监控系统实际设计中，要充分考虑到建筑物的实际情况特点和大厦的空调方式以及负荷特点，来采取对应的节能措施，以实现真正意义上节能减排。

本方案中的空调设计： (1) 空调水系统：本工程为两管制变水量系统。建筑主体水系统分为两部分，第一部分为1～4层，第二部分为5～23层，均接自制冷机房分水缸，水系统定压、补水由制冷机房解决。 (2) 空调风系统：新风由各层百叶窗引入，本工程客房、办公、包间采用风机盘管加新风系统，另外大会议室、大堂采用热回收式新风处理机加风机盘管加排风，多功能厅采用吊顶式空调机组加热回收式新风处理机加排风。 (3) 消防中心设分体式空调、电梯机房设分体式空调。

本方案中自控的实现：工程中采用了美国艾顿系统，具体控制内容为：制冷系统采用一次泵变流量系统。空调机组和新风机组冷水回水管上设动态平衡电动双通调节阀，通过调节表冷器的过水量以控制室温或新风机组送风温度。风机盘管设三速开关，且由室温控制器控制回水管上的双通阀开度，以调节进入风机盘管水量。空调机组、冷水机组、风机盘管上双通水阀均与风机做联锁控制。同时冬季空调机组、新风机组停机时，双通水阀应保留5%开度，以防加热器冻裂。冷热源、空调系统、通风系统采用集散式直接数字控制系统(DDC系统) 微机控制中心设在制冷机房控制室内。

参考文献

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[2]王孟.基于现场总线的楼与自动化系统的节能设计与集成研究[D].西华大学, 2006.

[3]梁春生, 智勇等.中央空调变流量控制节能技术[M].北京:电子工业出版社, 2005.

监控空调 篇8

一、概述

随着全球社会信息化和经济国际化的发展, 一种高速、高端化的追求将对居住小区的环境美化、标准化管理、系统优化配置等各方面提出更高的标准和要求, 目前众多中高档住宅小区都开始竞相实现其楼宇设备的自动控制和智能化管理。智能建筑和一般建筑不同的地方, 是除了有一般的电力供应、给排水、空调调节、采暖、通风等设施外, 还应具有较好的信息处理及自动控制能力。现代智能建筑主要由三大系统组成:建筑物自动化系统 (Building Automation System, BAS) ;办公自动化系统 (Office Automation System, OAS) ;通信系统 (Telecommunication System, TCS) 。这三个系统中又包含各自的子系统。

BA系统实质上是一个庞大的集散型控制系统 (亦称分布式控制系统DCS) , 它是以中央计算机管理工作站为核心与其它楼宇设备 (如空调、供电、动力、照明、电梯、消防、给水、保安等) 监控子系统构成的集散系统。通过信息通讯网络, 实行分散控制和集中监控管理。现代的BA系统已发展成过程控制 (连续或离散信号) 与信息管理紧密结合的管理控制一体化的新体系。

二、小区概况及中央空调系统、智能水表冷热水系统的构成

某住宅小区由六栋、每栋六层的建筑构成, 总建筑面积3万平方米, 共有住宅户及公建户222户。小区内采用综合布线, 构成小区内信息通讯网络。以小区计算机管理工作站为控制中心, 集中管理小区内的各种信息。计算机主机房设在物业管理中心。该小区空调系统采用中央空调系统, 小区内设置专用空调主机房, 该空调系统承担了小区的冬季采暖和夏季制冷及卫生热水洗澡。智能水表用于用户冷水系统和卫生热水洗澡的热水系统中。循环冷却水系统、冷水系统、热水系统如下图:

系统有以下几部分设备组成:

1.冷水系统:由蒸气溴化锂冷水机组2台、冷水循环泵3台组成, 其中1台为备用泵;

2.冷却水系统:由方型横流式深集水盘阻燃型冷却塔2台、冷却水循环泵3台组成, 其中1台为备用泵;

3.采暖系统:由汽水热交换器2台、热水泵3台组成, 其中1台为备用泵;

4.卫生热水系统:由半容积式汽水交换器2台、热水回水泵3台组成, 其中1台为备用泵;

5.风机盘管+新风系统:在每户住宅中, 根据住户各房间面积的大小不同, 设置不同型号的风机盘管。为了保证住户房间内的空气品质, 在每户住宅中集中设一台新风机组, 为各房间提供新风。

6.智能水表每户设冷、热水表各一块, 设在住宅每层公共管井内。

三、中央空调监视系统

(一) 系统概况

中央空调监视系统, 作为小区计算机管理集散控制系统的一个子系统, 做到分散控制集中管理。该监视系统能实时监测空调系统的各种运行参数和运行状态, 实现设备故障的自动报警、自动记录、自动存档等。

(二) 系统的组成及功能

中央空调监视系统由冷却塔与冷水机组的冷却水监测子系统、汽水交换监测子系统、冷凝水箱及集水坑液位监测子系统三部分组成。系统组成及功能如下:

1. 冷却塔与冷水机组的冷却水监测子系统

主要由水温传感器、流量传感器、压力传感器、数据量采集模块、模拟量采集模块、配电装置、智能分站 (DDC) 、系统总线等硬件及软件组成。可实现实时监测;对冷水机组、冷水机组的冷水泵、冷却塔的冷却水泵等设备的运行状态及故障时的自动报警、自动记录、自动存档;对冷水、冷却水的供、回水温度、压力、流量的实时显示;对冷却塔液位的自动监测, 越限时液位的自动报警、自动记录、自动存档;自动绘制冷水机组冷水系统和冷却塔冷却水系统的运行状态曲线图。

2. 汽水交换监测子系统

主要由水管式温度传感器、水管式压力传感器、数据量采集模块、模拟量采集模块、电源装置及通信总线等硬件及软件组成。可完成:对冬季采暖和夏季卫生热水洗澡热水泵运行状态的实时监测, 故障时的自动报警, 自动记录报警时间、状态及自动存档;对热水供水温度、压力的实时监测, 越限时的自动报警、自动记录、自动存档;对汽水交换器运行状态和热水回水温度、压力的实时监测;自动绘制冬季采暖和夏季卫生热水洗澡的供水温度、回水温度、供水压力的曲线图。

3. 冷凝水箱及集水坑液位监测子系统

可完成对冷凝水箱和集水坑最高液位、最低液位的实时监测, 越限时液位的自动报警、自动记录、自动存档。

四、中央空调控制系统

目前, 直接数字控制 (DDC) 是近年来BA系统中广泛使用的控制方式, DDC控制器也就成为BA系统中大量使用的控制设备。充分发挥DDC控制器的数据采集、调整、处理, 通过预定程序完成各种控制功能以及通过数据网关 (DG) 或网络控制器 (NCU) 与上级管理计算机进行数据交换, 接收和向执行设备输出上级计算机下达的实时控制数据、指令或控制参数的设定和修改功能。

(一) 冷却塔与冷水机组的冷却水系统

由小区计算机管理控制中心通过系统通讯总线, 直接向DDC控制器下达实时控制指令或控制参数的设定与修改指令。可控制开机顺序:冷却水泵→冷却塔→冷水泵延时启动→冷水机组启动;关机与开机顺序相反。还可根据冷水机组混合后供水的温度, 决定冷水机组的启/停, 当温度高于设定值时, 第一台冷水机组启动。DDC控制器根据混合水的供水温度对冷水总流量进行热量计算, 当使用一台冷水机组不能满足系统中水温的要求, 温度高于设定值时, 第二台冷水机组启动;当温度低于设定值时, 第一台冷水机组停止运行, 从而实现冷水机组优化投入运行的台选控制和二台冷水机组的交替运行。

(二) 汽水交换系统

用DDC控制器控制蒸汽调节阀的调节量, 以保证供水的温度在设定范围内。热水压力传感器监测热水回水的压力, 由DDC控制器控制热水泵的启/停, 保持热水供水的压力在设定的范围内。压差传感器测量热水泵两端的压力, 由DDC控制器控制旁通水阀的调节, 保持所设定的压差值。系统通过DDC的优化控制, 使汽水交换系统达到节能的目的。

(三) 集水坑液位系统

根据集水坑中液位设定的数据, 由DDC控制器控制集水坑中潜水电泵的启/停, 达到最高液位时启泵, 最低液位时停泵。使水泵达到最佳运行状态, 这样可以减少事故发生率。

五、智能水表监视系统

(一) 系统的组成及功能

智能水表监视系统由智能水表流量、压力监测子系统组成。智能水表用于用户冷水系统和卫生热水洗澡的热水系统中, 每户水表设在住宅每层的公共管井内。

(二) 智能水表监测子系统

主要由流量传感器、压力传感器、数据量采集模块、模拟量采集模块、配电装置、智能分站 (DDC) 、系统总线等硬件及软件组成。可实现实时监测;对智能水表的运行状态及故障时的自动报警、自动记录、自动存档;对用户用水时流量、压力的实时显示、自动记录、自动存档;自动绘制用户用水时系统智能水表流量、压力的运行状态曲线图。

其优点:①小区物业管理人员不用去每栋楼每层抄表, 可以节省人力和时间, 达到高效的信息服务;②智能水表出现故障时可以及时发现, 便于及时更换和维修, 利于节约用水。

六、结语

监控空调 篇9

目前我国能源短缺,用电紧张,减少空调系统的能耗,缓解高峰用电压力已经成为十分紧迫的问题。所以自20世纪90年代以来,冰蓄冷技术在我国应运而生。所谓冰蓄冷空调,即在夜间电网低谷时间,制冷主机制冷并由蓄冷设备将冷量储存起来,待白天电网高峰用电时间,再将冷量释放出来以满足高峰空调负荷的需要。这样制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低谷期,而在白天用电高峰期只有辅助设备在运行,从而实现用电负荷的“移峰填谷”[5]。我国大部分地区夜间电价比白天低,采用冰蓄冷中央空调能最大限度地节省用户的运行费用。冰蓄冷中央空调系统与常规空调系统相比,运行工况多且工艺及设备配置复杂,自动化程度要求高。可编程逻辑控制器(PLC)是专为工业环境设计的工业控制计算机,特别适用于冰蓄冷中央空调控制系统。

2 冰蓄冷中央空调系统流程简述

冰蓄冷中央空调系统主要包括冷却循环水系统、冷冻循环水系统以及乙二醇循环系统三大系统。冰蓄冷中央空调原理示意图如图1所示。

(1)冷却循环水系统

由冷却泵、冷却管道、冷却塔等组成。制冷机组进行热交换,使冷冻水降温的同时,必将释放大量热量,该部分热量由冷却水吸收,冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔,使之在冷却塔中与大气进行热交换,然后将降了温的冷却水送回到制冷机组,如此反复循环。

(2)冷冻水系统

由冷冻泵与冷冻管道组成,板式换热器二次侧的7℃冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻管道,经分水器供给各空调用户,循环后经集水器回到二次侧再次进行热交换。

(3)乙二醇循环系统(制冷系统)

由制冷主机、蓄冰设备、乙二醇循环泵、板式换热器等组成。整个制冷系统的运行工况分为:制冰、制冷机单供冷、融冰单供冷、制冷机与融冰联合供冷。控制系统根据运行工况,自动开关电动阀,组成各运行工况所需的流体通道,具体见表1。

系统设备主要包括双工况制冷主机4台,三用一备,单台空调工况制冷量为7032KW,制冰工况制冷量为5029KW;蓄冰盘管13台,单台蓄冰量为712RT,板式换热器4台;各循环泵均为4台,三用一备;电动阀门等。

3 冰蓄冷中央空调系统构成方案

3.1 构成方案

根据冰蓄冷中央空调系统地域分布特点及工艺控制要求,选用基于IPC-PLC二级监控结构方案,系统的构成框图如图2所示。选用两台研华工业控制计算机作为上位机(一台为操作员站,另一台为工程师站)。上位机采用西门子的WinCC组态软件进行人机界面的编制,主要负责监视(显示流程画面、数据和报警等)、数据设定(设定值和调节参数等)、管理(实时和历史曲线、定时和及时打印数据报表等)。下位机采用两套PLC控制器(西门子的315-2DP)可编程控制器,作为冗余配置,当一台控制器失灵的情况下,另一台能自动投入运行,是冷站控制的核心。下位机通过PROFIBUS-DP现场控制总线能对现场设备、远端分布式I/O点等进行监控。现场数据的采集采用RS485总线、分布式I/O的现场网络,并通过网关与微处理器、变频器进行数据交换。控制器PLC-ET200的I/O扩展模块通过硬线连接的形式采集传感器信号和设备的开关、手自动状态,故障信息和启停控制等数据。这种控制系统能自动实时的采集所有机电设备的运行状态、故障状态和过程控制参数等运行数据,并能按预先设定的监控要求对所有机电设备进行自动控制,能够安全准确地将空调系统在各工况间切换,实现冰蓄冷中央空调的全自动运行和管理。

3.2 其它主要硬件配置

3.2.1 控制器

下位机PLC系统CPU选用S7-315-2DP。电源模块选用PS307,它提供24V、5A直流电源。数字量输入模块选用SM321。数字量输出模块选用SM322。模拟量输入模块选用SM331。模拟量输出模块选用SM332。网卡选择CP613网卡和CP343-1网卡,将以太网、PLC和IPC相连进行通信。

3.2.2 测量设备

在冰蓄冷中央空调控制系统中,我们需要对压力、流量、温度、液位等量进行检测。压力测量选用远程压力变送器(8308),液位测量选用浮子式液位计,流量测量选用电磁流量计(I F M 4 0 8 0 K),温度测量选用铂电阻(WZP-231)。上述仪表均输出4-20mADC。各电机、泵的起停信号由PLC通过中间继电器送往主电路的控制回路,故障信号取自热继电器的触点,手动/自动操作通过电器柜上的转换开关切换。

4 系统软件设计

4.1 软件系统结构

下位机PLC采用STEP7标准软件编程。它的最大优点在于符号化编程和组织分层结构,使得编制的程序可读性非常好,现场调试非常容易。

整个过程监控程序分层及调用结构如图3所示。

下面就主要功能块进行简单介绍,FC2为报警处理功能块,用于各种报警信号的处理及与上位数据块(共享)DB10的数据交换且可通过上位机确认;FC5为连续控制功能块,5次调用STEP7中标准PID功能块FB41和可通过上位机设定参数的背景数据块DB21、DB22、DB23、DB24、DB25用于实现变频控制、温度调节、压力调节等功能;FC6为主程序功能块,通过调用子程序功能块FC11、FC12、FC13实现系统的起/停机及运行工况切换控制功能;共享数据块DB10为上位数据块,用于上、下位机的数据交换;共享数据块DB11为上位设定数据块,用于各种参数的设定和调整。OB35功能块为循环中断组织块。

上位机采用WinCC组态软件开发监控程序[1],主要实现以下功能:

(1)工艺流程图及运行参数的显示:主画面模拟现场工作状况,实时显示现场各类电机、泵等设备的运行状态及各种监控数据,并能对液位、压力、流量、温度、转速等数据进行设定和控制。

(2)数据查询功能:通过实时数据曲线对采集到的各种数据进行实时观测,便于了解具体的工作情况;通过历史数据曲线对采集到的数据存放到数据库中,便于了解长时间工作的历史趋势。

(3)报警功能:对各超出设定值范围的参数及设备故障进行报警,当某一实时数据超过设定值或某一设备出现故障时,进行声光报警,并做相应的处理,报警后将所需参数存入数据库中,供日后查询。

(4)报表功能:对需要上报或对比以及长期需要保存的数据生成报表进行定时或实时打印存档。

4.2 控制策略与负荷预测算法的实现

冰蓄冷中央空调系统能否成功的经济运行,不仅取决于系统设计合理性,也取决于系统的优化控制,准确的次日逐时负荷预测是实现系统优化控制的重要前提条件。BP神经网络作为一种全新的非线性建模和预测方法,具有良好的描述非线性的能力和极高的拟合精度,适合具有多种相关影响因素的冰蓄冷中央空调系统负荷的预测。

BP神经网络模型由网络的拓扑结构、神经元特性以及学习或训练规则三个因素所决定[3]。通常,BP网络的拓扑结构为三层网络结构,包括输入层、隐含层和输出层。选用对冰蓄冷中央空调系统动态负荷有代表性影响的因素,主要包括时刻t(0-23h),大气干球温度Td,大气相对湿度RH,太阳辐射强度Ins,室内人员数Num,t-1时刻的系统冷负荷t-1CL,t-24时刻的系统冷负荷t-24CL等;隐含层的神经元数目的确定采用实际测试的方法,根据预测精度的大小和训练误差的收敛快慢程度等因素综合考虑,确定为9个;输出层神经元为1个,即预测冷负荷。负荷预测的BP神经网络结构示意图如图4所示。神经元的特性函数一般选取Sigmoid函数,即

目前人工神经网络有硬件实现和软件模拟两种方式。因条件所限,本文采用的是应用Microsoft Visual Basic 6.0编制简单模拟程序实现BP算法。图5为逐时负荷的预测值和实测值比较图。平均相对误差仅为0.71%。

在通过负荷预测方法得到第二天逐时空调负荷分布的基础上,建立相应的冰蓄冷空调最优化运行数学模型[4]:以日运行费用最低为目标函数,对冷机供冷和融冰供冷进行合理分配。

设用户每天需供冷时间为N,k时刻的负荷为qk,其中制冷机负担为qCk,其运行费用为F(q Ck);蓄冰槽负担qIk,其运行费用为F(q Ik),则全天的运行费用Fee为:

优化的目标是从经济性考虑全天的运行费用Fee最小,进一步按电价结构可给出具体优化控制的数学模型:

式中,CQ为制冷机空调工况下的额定制冷量,CP为制冷机额定功率,CE为电力高峰时刻的电价。IQ为制冷机制冰工况下的额定制冷量,IE为电力低谷时刻电价。

式中,qCk_max为制冷机k时刻的最大制冷能力;qIk_max为蓄冰槽k时刻的最大融冰供冷能力;QI_max为蓄冰槽最大蓄冰量。

对于优化控制数学模型的求解采用单纯形法即可。

利用负荷预测模型,预测某日逐时负荷,并利用本文提出的优化控制数学模型计算得到的一组优化运行结果如表2。

通过优化控制数学模型确定了每时每刻冷机供冷和融冰供冷的冷量分配后,就可以具体确定每时刻冰蓄冷系统的运行工况,就可以通过监控系统安全准确地控制每时刻制冷机和水泵等设备的开启台数、控制电动阀门的开关状态和采集传感器数据等,从而实现冰蓄冷中央空调系统的全自动运行和管理。

5 结束语

该冰蓄冷中央空调监控系统在实际工程应用中显示运行稳定,温度控制精度高。采用SIMATIC S7-300系列可编程控制器进行冰蓄冷中央空调系统控制,硬件可由软件组态,软件编程层次清楚,现场调试方便。运用B P神经网络进行冰蓄冷中央空调系统负荷的预测,能表现出较强的系统稳定性、容错性、抗干扰性等,预测过程的实现简单、快速。

参考文献

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