智能群控系統(tǒng)在廠房空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)某廠房空調(diào)系統(tǒng)的智能群控系統(tǒng)設(shè)備組成、控制流程進(jìn)行了探討。分析了智能群控系統(tǒng)的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：智能群控系統(tǒng)；廠房；空調(diào)系統(tǒng)Application of Intelligent G
摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)某廠房空調(diào)系統(tǒng)的智能群控系統(tǒng)設(shè)備組成、控制流程進(jìn)行了探討。分析了智能群控系統(tǒng)的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：智能群控系統(tǒng)；廠房；空調(diào)系統(tǒng)
Application of Intelligent Group Control System to Air-conditioning System of Factory Buildings
CHEN Xi
Abstract：The composition and control process of equipment for intelligent group control system of air-conditioning system of a factory building are introduced with an engineering example. The characteristics of the intelligent group control system are analyzed.
Key words：intelligent group control system；factory building；air-conditioning system
   隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展，企業(yè)在生產(chǎn)中越來越注重提高設(shè)備運(yùn)行效率及節(jié)能。這就要求我們必須采用先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行日常設(shè)備的運(yùn)行管理，原有基于對(duì)單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行控制管理的運(yùn)行模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。為此，我們?cè)谛聫S房建設(shè)時(shí)，針對(duì)廠房的空調(diào)系統(tǒng)采用了智能群控系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行管理，不但著眼于提高單臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行效率和節(jié)能指標(biāo)，更著眼于系統(tǒng)，靠系統(tǒng)間設(shè)備的配合控制達(dá)到整體的效率與節(jié)能效果的提高。本文對(duì)智能群控系統(tǒng)在廠房空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行探討。
1 廠房空調(diào)系統(tǒng)概況
    我公司新建廠房總建筑面積為55438m2，設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為8000kW?？照{(diào)系統(tǒng)設(shè)備主要包括離心式冷水機(jī)組4臺(tái)、冷水泵5臺(tái)、冷卻水泵5臺(tái)、冷卻塔4座、組合式空調(diào)機(jī)組21臺(tái)。離心式冷水機(jī)組采用三級(jí)壓縮，單臺(tái)制冷量為3150kW，冷水進(jìn)、出溫度為12、7℃，冷水流量為540m3/h。冷卻水進(jìn)、出溫度為32、37℃，冷卻水流量為650m3/h。冷水泵流量為600m3/h，揚(yáng)程為38m。冷卻水泵流量為720m3/h，揚(yáng)程為45m。冷卻塔流量為700m3/h，風(fēng)量為40×104m3/h，進(jìn)出水溫差為6℃。
    組合式空調(diào)機(jī)組(帶熱回收)12臺(tái)，單臺(tái)制冷量為450kW。送風(fēng)機(jī)風(fēng)量為6.5×104m3/h，功率為37kW；排風(fēng)機(jī)風(fēng)量為5×104m3/h，功率為30kW。機(jī)組冬夏季新風(fēng)量為5×104m3/h，過渡季節(jié)采用全新風(fēng)運(yùn)行。組合式空調(diào)機(jī)組(不帶熱回收)9臺(tái)，單臺(tái)制冷量為450kW。送風(fēng)機(jī)風(fēng)量為6.5×104m3/h，功率為37kW。機(jī)組冬夏季新風(fēng)量為5×104m3/h，過渡季節(jié)采用全新風(fēng)運(yùn)行。
2 智能群控系統(tǒng)設(shè)備組成及控制流程
   ① 設(shè)備組成
空調(diào)系統(tǒng)的智能群控系統(tǒng)設(shè)備組成見圖1。智能群控系統(tǒng)包括1個(gè)主控制器、3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器。主控制器位于控制室內(nèi)，可對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行控制，并監(jiān)控各設(shè)備的運(yùn)行狀況。3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)5臺(tái)冷水泵、5臺(tái)冷卻水泵、4臺(tái)冷卻塔的控制，配合主控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的群控。智能群控系統(tǒng)還包括8個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，分別安裝在4臺(tái)離心式冷水機(jī)組的冷水和冷卻水管上，控制冷水、冷卻水的流量，并配有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制器控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度。4個(gè)水溫傳感器和1個(gè)室外溫濕度傳感器，用以反饋冷水、冷卻水供回水溫度以及環(huán)境溫濕度，便于智能群控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)。壓差傳感器、壓差平衡閥用于監(jiān)控冷水供回水壓力差，并進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。
② 控制流程
根據(jù)冷水總管供回水溫度、冷水機(jī)組運(yùn)行電流及制冷劑壓力、溫度等參數(shù)，主控制器計(jì)算空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷，從而控制冷水機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量和運(yùn)行工況。
當(dāng)一臺(tái)冷水機(jī)組達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主控制器通過水溫傳感器反饋溫度計(jì)算空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷[1]，若大于該臺(tái)冷水機(jī)組滿負(fù)荷的15%，并且持續(xù)20min時(shí)，第2臺(tái)冷水機(jī)組運(yùn)行。當(dāng)兩臺(tái)冷水機(jī)組都達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主控制器再次根據(jù)水溫傳感器反饋的溫度計(jì)算空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷，若大于這兩臺(tái)冷水機(jī)組滿負(fù)荷的15%，并且持續(xù)20min時(shí)，第3臺(tái)冷水機(jī)組開始運(yùn)行，依此類推。
這樣既保證了冷水機(jī)組能夠根據(jù)實(shí)際需求增加負(fù)荷，又避免了由于冷水機(jī)組頻繁啟停造成空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。智能群控系統(tǒng)有運(yùn)行時(shí)間累計(jì)功能，通過主控制器累計(jì)每臺(tái)冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)再次運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)比較各臺(tái)冷水機(jī)組的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，選擇累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的冷水機(jī)組優(yōu)先運(yùn)行，使得每臺(tái)冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)間保持基本相等，以延長設(shè)備使用壽命。
    在空調(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)階段，主控制器將指令傳送給3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器，現(xiàn)場(chǎng)控制器根據(jù)指令開啟相應(yīng)的冷卻水泵、冷卻塔、冷水泵。主控制器根據(jù)4個(gè)水溫傳感器反饋的溫度參數(shù)調(diào)節(jié)各電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度，確定冷水機(jī)組的開啟數(shù)量及具體機(jī)組，并發(fā)出指令開啟相應(yīng)的冷水機(jī)組。而后監(jiān)控各冷水機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)以及各參數(shù)點(diǎn)，隨時(shí)做好調(diào)節(jié)準(zhǔn)備。
    在冷水機(jī)組進(jìn)入平穩(wěn)運(yùn)行階段后，主控制器根據(jù)各種反饋數(shù)據(jù)，計(jì)算出空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷，確定是否調(diào)整冷水機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量，并相應(yīng)增減冷水泵、冷卻水泵以及冷卻塔的運(yùn)行數(shù)量，調(diào)整電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度，以保證各設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)。主控制器根據(jù)壓差傳感器反饋信號(hào)，與設(shè)定值進(jìn)行比較后自動(dòng)調(diào)節(jié)壓差平衡閥的相對(duì)開度，以滿足冷水壓力的需要[2]。
3 智能群控系統(tǒng)的特點(diǎn)
    智能群控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可以對(duì)設(shè)備及空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)當(dāng)時(shí)情況自動(dòng)做出調(diào)整，可有效保證設(shè)備處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于設(shè)備的啟停完全根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷情況決定，因此可以有效節(jié)約能源。智能群控系統(tǒng)還配備了多種安全保護(hù)措施，可以保證空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)備的安全運(yùn)行。
   ① 智能化控制
   智能群控系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)控點(diǎn)十分豐富，可以做到對(duì)設(shè)備的自動(dòng)控制，監(jiān)控各參數(shù)點(diǎn)及冷水機(jī)組的工作參數(shù)，使得以此為依據(jù)計(jì)算出的負(fù)荷更加準(zhǔn)確。運(yùn)行調(diào)節(jié)手段更加多樣，更便于空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的整體優(yōu)化。
    ② 提高運(yùn)行效率及節(jié)能效果
    原有的單機(jī)控制模式，由于缺乏設(shè)備之間的有效聯(lián)動(dòng)，各設(shè)備的啟停全靠運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)來判斷，不能根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷及時(shí)做出調(diào)節(jié)。由于靠運(yùn)行人員做出調(diào)節(jié)往往需要一段較長的時(shí)間，這就易造成空調(diào)系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率降低及大量能源的浪費(fèi)。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：a.當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，由于不能及時(shí)增加冷水機(jī)組及相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)量，導(dǎo)致設(shè)備及空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)不能保證在最佳的運(yùn)行范圍內(nèi)，使運(yùn)行效率大大降低，也不能保證理想的制冷效果。b.當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，由于不能及時(shí)減少冷水機(jī)組及相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)量，導(dǎo)致設(shè)備仍然處在一個(gè)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中，產(chǎn)生出多余的冷量，多消耗了能源。
    智能群控系統(tǒng)解決了這一問題。它可根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，既保證了設(shè)備的高效運(yùn)行又降低了能源的消耗。當(dāng)冷水的供回水溫差過小時(shí)，回水中包含了大量的沒有利用的冷量，此時(shí)可以通過加大壓差平衡閥的相對(duì)開度，使這部分冷水再次回到組合式空調(diào)機(jī)組中進(jìn)行熱交換，有效提高了系統(tǒng)的整體效率。
    ③ 系統(tǒng)安全運(yùn)行保護(hù)控制
    a. 當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)中一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障或需要維修時(shí)，智能群控系統(tǒng)確認(rèn)后會(huì)即刻啟動(dòng)下一臺(tái)設(shè)備以維護(hù)空調(diào)系統(tǒng)的平衡。關(guān)閉故障設(shè)備，并發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。
    b. 智能群控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的啟停采取了連鎖控制，某一級(jí)設(shè)備的啟停需經(jīng)智能群控系統(tǒng)對(duì)上一級(jí)設(shè)備啟停的確認(rèn)。開機(jī)先后順序?yàn)椋豪鋮s塔風(fēng)機(jī)、冷卻水閥、冷卻水泵、冷水閥、冷水泵、冷水機(jī)組。關(guān)機(jī)先后順序?yàn)椋豪渌畽C(jī)組、延時(shí)關(guān)閉冷水泵、冷水閥、冷卻水泵、冷卻水閥、冷卻塔風(fēng)機(jī)。
    c. 智能群控系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況，當(dāng)出現(xiàn)異常情況(冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔出現(xiàn)故障或過載等)時(shí)，智能群控系統(tǒng)將記錄發(fā)生故障時(shí)的運(yùn)行參數(shù)、時(shí)間等數(shù)據(jù)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)停止故障設(shè)備的運(yùn)行。
   ④ 直觀的監(jiān)控界面及完備的運(yùn)行記錄
   a. 操作人員可以通過監(jiān)控界面及時(shí)了解到各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際需要發(fā)出控制指令。
    b. 可以根據(jù)運(yùn)行管理的要求，對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)采樣。自動(dòng)儲(chǔ)存采樣數(shù)據(jù)或進(jìn)行打印，采樣間隔可設(shè)定為5min～2h。冷水機(jī)組運(yùn)行過程中的即時(shí)參數(shù)顯示界面見圖2。由圖2可知，冷水機(jī)組的主要運(yùn)行參數(shù)都能在界面中反映出來，包括冷卻水溫度、冷水溫度、流態(tài)、蒸發(fā)器、冷凝器溫度及壓力、壓縮機(jī)運(yùn)行電流等。運(yùn)行人員可通過界面了解到冷水機(jī)組的即時(shí)詳細(xì)的數(shù)據(jù)，以進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄與分析。
    c. 智能群控系統(tǒng)是開放性的系統(tǒng)，采用的MODBUS協(xié)議可以通過網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與其他管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
 
4 結(jié)語
    大型廠房空調(diào)系統(tǒng)的智能群控系統(tǒng)十分復(fù)雜，需要在技術(shù)上不斷完善與創(chuàng)新。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代化的廠房將更加強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化程度，而智能群控系統(tǒng)必然會(huì)在此過程中獲得更大的發(fā)展空間，在越來越多的新廠房建設(shè)中得到應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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[2] 林錦國.過程控制系統(tǒng)、儀表及裝置[M].南京：東南大學(xué)出版社，2001.
 
(本文作者：陳希 天津一汽夏利汽車股份有限公司內(nèi)燃機(jī)制造分公司 天津 300380)