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)合工程實例，對某廠房空調(diào)系統(tǒng)的智能群控系統(tǒng)設(shè)備組成、控制流程進行了探討。分析了智能群控系統(tǒng)的特點。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)合工程實例，對某廠房空調(diào)系統(tǒng)的智能群控系統(tǒng)設(shè)備組成、控制流程進行了探討。分析了智能群控系統(tǒng)的特點。
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
   隨著社會的進步、科技的發(fā)展，企業(yè)在生產(chǎn)中越來越注重提高設(shè)備運行效率及節(jié)能。這就要求我們必須采用先進的技術(shù)手段進行日常設(shè)備的運行管理，原有基于對單臺設(shè)備進行控制管理的運行模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。為此，我們在新廠房建設(shè)時，針對廠房的空調(diào)系統(tǒng)采用了智能群控系統(tǒng)進行運行管理，不但著眼于提高單臺設(shè)備的運行效率和節(jié)能指標，更著眼于系統(tǒng)，靠系統(tǒng)間設(shè)備的配合控制達到整體的效率與節(jié)能效果的提高。本文對智能群控系統(tǒng)在廠房空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用進行探討。
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)計冷負荷為8000kW?？照{(diào)系統(tǒng)設(shè)備主要包括離心式冷水機組4臺、冷水泵5臺、冷卻水泵5臺、冷卻塔4座、組合式空調(diào)機組21臺。離心式冷水機組采用三級壓縮，單臺制冷量為3150kW，冷水進、出溫度為12、7℃，冷水流量為540m3/h。冷卻水進、出溫度為32、37℃，冷卻水流量為650m3/h。冷水泵流量為600m3/h，揚程為38m。冷卻水泵流量為720m3/h，揚程為45m。冷卻塔流量為700m3/h，風(fēng)量為40×104m3/h，進出水溫差為6℃。
    組合式空調(diào)機組(帶熱回收)12臺，單臺制冷量為450kW。送風(fēng)機風(fēng)量為6.5×104m3/h，功率為37kW；排風(fēng)機風(fēng)量為5×104m3/h，功率為30kW。機組冬夏季新風(fēng)量為5×104m3/h，過渡季節(jié)采用全新風(fēng)運行。組合式空調(diào)機組(不帶熱回收)9臺，單臺制冷量為450kW。送風(fēng)機風(fēng)量為6.5×104m3/h，功率為37kW。機組冬夏季新風(fēng)量為5×104m3/h，過渡季節(jié)采用全新風(fēng)運行。
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個主控制器、3個現(xiàn)場控制器。主控制器位于控制室內(nèi)，可對整個空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備進行控制，并監(jiān)控各設(shè)備的運行狀況。3個現(xiàn)場控制器可分別實現(xiàn)對5臺冷水泵、5臺冷卻水泵、4臺冷卻塔的控制，配合主控制器實現(xiàn)對空調(diào)系統(tǒng)的群控。智能群控系統(tǒng)還包括8個電動調(diào)節(jié)閥，分別安裝在4臺離心式冷水機組的冷水和冷卻水管上，控制冷水、冷卻水的流量，并配有電動調(diào)節(jié)閥控制器控制電動調(diào)節(jié)閥的相對開度。4個水溫傳感器和1個室外溫濕度傳感器，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)實際情況調(diào)節(jié)運行狀態(tài)。壓差傳感器、壓差平衡閥用于監(jiān)控冷水供回水壓力差，并進行實時調(diào)整。
② 控制流程
根據(jù)冷水總管供回水溫度、冷水機組運行電流及制冷劑壓力、溫度等參數(shù)，主控制器計算空調(diào)系統(tǒng)負荷，從而控制冷水機組的運行數(shù)量和運行工況。
當一臺冷水機組達到滿負荷運轉(zhuǎn)時，主控制器通過水溫傳感器反饋溫度計算空調(diào)系統(tǒng)實際負荷[1]，若大于該臺冷水機組滿負荷的15%，并且持續(xù)20min時，第2臺冷水機組運行。當兩臺冷水機組都達到滿負荷運轉(zhuǎn)時，主控制器再次根據(jù)水溫傳感器反饋的溫度計算空調(diào)系統(tǒng)實際負荷，若大于這兩臺冷水機組滿負荷的15%，并且持續(xù)20min時，第3臺冷水機組開始運行，依此類推。
這樣既保證了冷水機組能夠根據(jù)實際需求增加負荷，又避免了由于冷水機組頻繁啟停造成空調(diào)系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。智能群控系統(tǒng)有運行時間累計功能，通過主控制器累計每臺冷水機組運行時間，當空調(diào)系統(tǒng)再次運行時，自動比較各臺冷水機組的累計運行時間，選擇累計運行時間最短的冷水機組優(yōu)先運行，使得每臺冷水機組運行時間保持基本相等，以延長設(shè)備使用壽命。
    在空調(diào)系統(tǒng)啟動階段，主控制器將指令傳送給3個現(xiàn)場控制器，現(xiàn)場控制器根據(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個水溫傳感器反饋的溫度參數(shù)調(diào)節(jié)各電動調(diào)節(jié)閥的相對開度，確定冷水機組的開啟數(shù)量及具體機組，并發(fā)出指令開啟相應(yīng)的冷水機組。而后監(jiān)控各冷水機組的運行狀態(tài)以及各參數(shù)點，隨時做好調(diào)節(jié)準備。
    在冷水機組進入平穩(wěn)運行階段后，主控制器根據(jù)各種反饋數(shù)據(jù)，計算出空調(diào)系統(tǒng)實際負荷，確定是否調(diào)整冷水機組的運行數(shù)量，并相應(yīng)增減冷水泵、冷卻水泵以及冷卻塔的運行數(shù)量，調(diào)整電動調(diào)節(jié)閥的相對開度，以保證各設(shè)備高效運轉(zhuǎn)。主控制器根據(jù)壓差傳感器反饋信號，與設(shè)定值進行比較后自動調(diào)節(jié)壓差平衡閥的相對開度，以滿足冷水壓力的需要[2]。
3 智能群控系統(tǒng)的特點
    智能群控系統(tǒng)在運行過程中可以對設(shè)備及空調(diào)系統(tǒng)運行參數(shù)進行實時監(jiān)控，并根據(jù)當時情況自動做出調(diào)整，可有效保證設(shè)備處于高效運轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于設(shè)備的啟停完全根據(jù)實際的負荷情況決定，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措施，可以保證空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)備的安全運行。
   ① 智能化控制
   智能群控系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)控點十分豐富，可以做到對設(shè)備的自動控制，監(jiān)控各參數(shù)點及冷水機組的工作參數(shù)，使得以此為依據(jù)計算出的負荷更加準確。運行調(diào)節(jié)手段更加多樣，更便于空調(diào)系統(tǒng)運行的整體優(yōu)化。
    ② 提高運行效率及節(jié)能效果
    原有的單機控制模式，由于缺乏設(shè)備之間的有效聯(lián)動，各設(shè)備的啟停全靠運行人員的經(jīng)驗來判斷，不能根據(jù)實際的負荷及時做出調(diào)節(jié)。由于靠運行人員做出調(diào)節(jié)往往需要一段較長的時間，這就易造成空調(diào)系統(tǒng)整體的運行效率降低及大量能源的浪費。主要表現(xiàn)在兩個方面：a.當負荷增加時，由于不能及時增加冷水機組及相應(yīng)設(shè)備的運行數(shù)量，導(dǎo)致設(shè)備及空調(diào)系統(tǒng)的運行參數(shù)不能保證在最佳的運行范圍內(nèi)，使運行效率大大降低，也不能保證理想的制冷效果。b.當負荷減小時，由于不能及時減少冷水機組及相應(yīng)設(shè)備的運行數(shù)量，導(dǎo)致設(shè)備仍然處在一個高負荷運轉(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)進行實時計算，控制設(shè)備的運行狀態(tài)以達到最佳的運行狀態(tài)，既保證了設(shè)備的高效運行又降低了能源的消耗。當冷水的供回水溫差過小時，回水中包含了大量的沒有利用的冷量，此時可以通過加大壓差平衡閥的相對開度，使這部分冷水再次回到組合式空調(diào)機組中進行熱交換，有效提高了系統(tǒng)的整體效率。
    ③ 系統(tǒng)安全運行保護控制
    a. 當空調(diào)系統(tǒng)中一臺設(shè)備出現(xiàn)故障或需要維修時，智能群控系統(tǒng)確認后會即刻啟動下一臺設(shè)備以維護空調(diào)系統(tǒng)的平衡。關(guān)閉故障設(shè)備，并發(fā)出故障報警信號。
    b. 智能群控系統(tǒng)對設(shè)備的啟停采取了連鎖控制，某一級設(shè)備的啟停需經(jīng)智能群控系統(tǒng)對上一級設(shè)備啟停的確認。開機先后順序為：冷卻塔風(fēng)機、冷卻水閥、冷卻水泵、冷水閥、冷水泵、冷水機組。關(guān)機先后順序為：冷水機組、延時關(guān)閉冷水泵、冷水閥、冷卻水泵、冷卻水閥、冷卻塔風(fēng)機。
    c. 智能群控系統(tǒng)隨時監(jiān)測設(shè)備運行情況，當出現(xiàn)異常情況(冷水機組、水泵、冷卻塔出現(xiàn)故障或過載等)時，智能群控系統(tǒng)將記錄發(fā)生故障時的運行參數(shù)、時間等數(shù)據(jù)，并發(fā)出報警信號，自動停止故障設(shè)備的運行。
   ④ 直觀的監(jiān)控界面及完備的運行記錄
   a. 操作人員可以通過監(jiān)控界面及時了解到各設(shè)備的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并根據(jù)實際需要發(fā)出控制指令。
    b. 可以根據(jù)運行管理的要求，對設(shè)備進行自動數(shù)據(jù)采樣。自動儲存采樣數(shù)據(jù)或進行打印，采樣間隔可設(shè)定為5min～2h。冷水機組運行過程中的即時參數(shù)顯示界面見圖2。由圖2可知，冷水機組的主要運行參數(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、壓縮機運行電流等。運行人員可通過界面了解到冷水機組的即時詳細的數(shù)據(jù)，以進行相應(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)，實現(xiàn)與其他管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，實現(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調(diào)自動化程度，而智能群控系統(tǒng)必然會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：
[1] 陳光明，陳國邦.制冷與低溫原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.
[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)燃機制造分公司 天津 300380)