淺談中央空調水冷冷水機組群控系統的實施

■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機操作及加減載冷凍機的臺數，冷凍機的開關機操作、加載減載冷凍機的臺數一般取決于值班操作人員的經驗。由于值班技術人員技術、經驗參差不齊，導致中央空調制冷系統運轉的不穩定、能耗高。以水冷式制冷機組為例，系統運行的不穩定主要表現在開關機的操作不當，導致設備故障。由于操作不當可能引起的設備故障包括相應管道閥門未打開水泵空轉，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器的損壞。系統運行的高能耗主要體現在兩方面。首先是冷水機組運行臺數的加載及減載，操作人員要根據冷水機組的類型，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下的能效比，結合配套的水泵、水塔等附屬的耗能設備綜合比較選擇加減載冷水機組的臺數。其次是水泵不能實現變流量控制，不能根據實際的負荷進行調整，很大部分能源損耗在閥門上。針對傳統冷凍站的運行管理存在的問題，引進中央空調冷凍站群控系統可以很好的提高系統運行的穩定性，通過優化設定的控制策略，降低系統能耗。

1 控制系統的選型

群控系統選用集散控制系統又稱分布式控制系統(DCS—Distributed Control System)，采用集中管理，分散控制。在中央操作站設置上位機完成集中操作、顯示與優化控制功能，對系統集中管理，實時監控設備運行狀態，顯示故障報警，實時提醒值班人員處理。在冷凍站現場設置DDC(直接數字控制器)或PLC(可編程控制器)及各類傳感器、執行機構來實現被控制設備的實時監測與控制。遠用離散系統克服了計算機集中控制帶來的危險性高度集中和常規儀表控制功能單一的局限性，避免了因常規儀表分散控制而造成的人機聯系困難，便于統一管理。

2 水冷式冷水機組群控系統的監控

(1)冷卻水系統的監控

冷卻水系統的作用是通過冷卻塔和冷卻水泵及管道系統向冷水機組冷凝器做熱交換。監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有足夠的冷卻水通過;根據室外氣候情況及冷負荷調整冷卻水運行工況，使冷卻水溫度保持在要求的范圍內。

(2)冷凍水系統的監控

冷凍水系統由冷凍水循環泵通過管道系統連接冷凍機蒸發器及用戶的各種冷水設備(如空調機和風機盤管)而組成。對其進行監控的目的主要是要保證冷凍機蒸發器通過足夠的水量以使蒸發器正常工作;向冷凍水末端設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，實現節能運行。

(3)冷水機組運行狀態監視

冷水機組通過通訊卡與上位機電腦連接，通過協議轉換，上位機實現對冷水機組運行相關數據的監視及報警。上位機能夠實現對冷水機組相關的數據的累計存儲，生成表格或圖表形式，便于分析設備狀況;能夠實現異常實時報警功能，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，設定優化群控制策略來加減載冷水機組的臺數，讓冷水機組處在最優的工況下運行。

(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，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30分鐘以上，則增加水塔運行臺數;當冷卻水低溫度低于要求溫度3℃且持續30分鐘以上，則減少水塔運行臺數;如水塔持續運行在下限頻率，且供水溫度低于要求溫度3℃且持續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定溫度。冷卻水泵運行數量根據制冷負荷比率加減載，故障時相互自動轉換。

(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定值。冷凍水泵運行數量根據制冷負荷比率加減載，故障時相互自動轉換。

4 中央空調冷凍站群控系統功能

中央空調冷凍站群控系統的實施能夠實現對系統的所有設備運行狀態、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、冷凝器蒸發器進出水溫度、壓力、冷媒溫度、壓力等狀態進行實時監視。通過上述控制流程設定合理優化的控制策略，實現對冷水機組、水泵、水塔等設備自動啟停控制、電動閥門的自動開閉、水泵水塔的變頻控制及自動加載、減載設備臺數控制。結合上位機圖形軟件的開發設計，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備的運行狀態、系統的運行狀況;也可以通過設備歷史運行數據的查找特定時間的運行狀況，對中央空調冷凍站的運行進行分析總結，提高控制系統的穩定性，進一步挖掘系統的節能。

5 結語

中央空調冷凍站群控系統的成功實施，主要是通過選用合理的控制系統、優化控制策略，成熟穩定的控制產品、控制設備，保證系統運行穩定、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》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.中央空調系統在節能中的技術分析［J］.資源節約與環保，2013(11).