基于分布式中央空調冷水機組控制系統的優化設計

[摘要]我國建筑工程呈現多樣化趨勢，現代建筑設計中的空調系統也成為建筑工程中的必備項目。中央空調是現代化樓宇建筑的必需設備，同時也是自動化系統中耗能最多的設備，其能耗組成部分中約有一半以上的電負荷消耗于中央空調的冷水機組，因此，對于冷水機組能耗的控制效果直接關系到自動化系統的節能水平。本文就以中央空調設備為研究對象，并結合DCS（分布式控制系統Distributed Control System，在國內自控行業又稱之為集散控制系統）理論分析如何進行冷水機組控制系統的優化設計。

[關鍵詞]中央空調；冷水機組；控制系統；優化設計 文章編號：2095-4085（2016）03-0032-02

在現代化建筑中的耗能設備中，中央空調是耗能較高的一種自動化設備，且其大部分能量都通過冷水機組消耗掉。目前對中央空調冷水機組的控制主要從調度啟停、運行監測等幾個方面著手，很少涉及整體協調性的優化控制。基于此，本文將從DCS（分布式控制系統Distributed Control System）基本理論出發，詳細闡述如何進行系統的優化設計，以提高中央空調冷水機組的實際優化效果，提高能源利用率，提高自動化系統的節能水平。

1 DCS理論概述

集散控制系統又稱分布式控制系統，是一種新型計算機控制系統，其發展前身為集中式控制系統。DCS的核心是微處理器，其系統運行過程包含過程控制和監控兩個方面，具有配置靈活、可分級管理和控制的特點。DCS之所以被廣泛應用，因其與模擬電動儀表相比，不僅連接方便，且控制策略更改難度小，可以靈活、清晰的顯示控制結果，與集中式控制系統相比，其功能分散的特點也可以有效分散危險因素，更好的實現對于中央空調冷水機組控制系統的優化設計。

2冷水機組控制系統優化設計

2.1控制系統功能需求分析

進行控制系統優化設計的第一步是分析中央空調冷水機組的功能需求。中央空調冷水機組的功能需求可以分為兩個方面，一是監控要求，二是節能控制要求，下面就對這兩方面的內容進行重點分析。

（1）監控要求。冷水機組的運行狀況直接關系到整個中央空調的制冷效果，因此，需要對其工況進行24 h監控。冷水機組由制冷機組、冷卻水系統和冷凍水系統組成，每個系統的監控要求都不同，制冷機組需要采用傳感器對出口溫度、壓力進行有效監控。冷卻水系統可以為制冷劑提供冷量，其監控要求是保證冷卻水泵的穩定運行，從而保證制冷劑冷卻有足夠冷量；冷凍水系統的功能是通過將熱量傳遞給制冷劑帶走熱量，其監控要求是保證系統內有足夠的冷凍水，并保證蒸發器的穩定運行。

（2）節能控制要求。制冷機組的節能控制首先需要進行冷量計算，根據Q=4.18868×L（cpt₂×T₂-cpt₂×T₁）（T₁：冷凍水供水溫度；T₂：冷凍水回水溫度；L：冷凍水流量；cpt₁：T₁溫度下水的比熱容；cpt₂：T₂溫度下水的比熱容）計算出當前所需制冷量，并據此調節變頻壓縮機運行參數實現節能控制。冷卻水系統的節能控制目標為冷卻水輸送能耗降低，從而保證其經濟運行狀態；冷凍水的節能控制目標為動態調整冷凍水流量以適應負荷變化。

2.2控制系統架構設計

對冷水機組控制系統的架構設計分為兩個環節，一是配置中央控制器；二是配置I/O模件。控制系統的架構設計需要根據冷水機組的控制要求采集相關控制參數；在確定控制信號類型后進行DCS選型，控制器選定后需要選擇與之相匹配的I/O設備。需要注意的是，在DCS控制系統選型過程中，需要注意其電源容量是否滿足設計要求。本次系統優化設計所選用的控制器型號為AC700F，具有多個端口，其不僅可以根據實際情況配置相應的電源模塊，還可以與工程師的電腦端口相連，實現遠程控制，從而提高系統運行控制水平。控制器選定完成后，下一步就是配置I/O模件，模件是進行模擬量信號輸入和輸出的平臺，在AC700F控制器的控制下，I/O模件的數字量模塊為DC732，該模塊的優點是具有智能化CPU的特點，可以實現不同控制信號之問的傳輸和轉換，還可以對各種數據進行智能化預處理。

2.3冷水機組軟件設計

硬件配置完成后，下一步就是基于DCS進行冷水機組的軟件設計。在軟件設計中，首先需要確定控制算法，并結合中央空調冷水機組控制系統的特點和功能需求，決定采用PID控制策略，PID控制策略不僅算法簡單、可靠性高，且理論研究也較為成熟，其可以根據控制對象的不同實現不同調節方式的有效組合。確定控制算法后，下一步需要進行DCS編程軟件設計。DCS可以將運行控制和監控整合在一個系統平臺上，通過AC800F 9.1軟件來完成軟件環境的配置。工程師可以創建新的項目，進入軟件編輯界面之后，可以根據冷水機組的控制過程進行編輯組態，高品質實現對冷水機組軟件系統的高效設計。

3結語

綜上所述，科學技術的迅速發展不僅為現代建筑設計提供了有力支持，同時也為人們創造了更加舒適及現代化的便利生活方式。基于此，隨著我國建筑工程對中央空調需求量的不斷增加，勢必會增加其運行耗能，對能源的需求量也會越來越多，因此對冷水機組控制系統進行優化設計，對于減少整個中央空調的耗能具有重要意義，對實現建筑設計的可持續發展及能源的節約提供了強有力的技術支持，其對于我國建筑住宅的未來發展意義非凡。