大型賓館、寫字樓的電耗中，中央空調(diào)系統(tǒng)佔(zhàn)據(jù)了很大的比例。如何降低電耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)成為企業(yè)負(fù)責(zé)人越來越關(guān)注的問題。作為中央空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分--製冷機(jī)組的熱端單純靠冷卻水帶走熱量，既加大了冷卻水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)又沒有充分地利用熱量，造成了能源的浪費(fèi)。餘熱中央熱水系統(tǒng)引入了熱水機(jī)，利用製冷機(jī)組熱端產(chǎn)生的熱量來生產(chǎn)生活用熱水，充分利用了熱量又減輕了冷卻水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，達(dá)到了節(jié)能的目的。同時(shí)，冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)長期恒速運(yùn)行，不能根據(jù)大廈的實(shí)際用冷量和天氣的冷暖變化來自動(dòng)調(diào)節(jié)迴圈水量，這也是一種電能的浪費(fèi)。因此，需要引入自動(dòng)控制系統(tǒng)來自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度，以消除引入熱水機(jī)給製冷系統(tǒng)可能帶來的影響，穩(wěn)定製冷機(jī)組的工作狀態(tài)，降低電耗，保證設(shè)備的正常、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

　　１ 工程概況

　　這裏介紹的工程的被控物件是中央空調(diào)製冷機(jī)組的冷凍水泵系統(tǒng)、冷卻水泵系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)和熱水機(jī)提壓泵。按照系統(tǒng)要求，要根據(jù)製冷機(jī)組的冷凍水出口壓力（或溫度）來控制冷凍水泵的流量，根據(jù)冷卻水入口（回水）水溫控制冷卻塔風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)冷卻水出口水溫（或壓力）控制冷卻水泵的流量，熱水機(jī)提壓泵的設(shè)置根據(jù)用戶系統(tǒng)是否足夠來確定。餘熱中央熱水系統(tǒng)工藝流程見圖１。

　　實(shí)現(xiàn)控制目的，其關(guān)鍵在於利用冷凍水（或冷卻水）的壓力（或溫度）來控制水泵系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。在本方案中採用壓力和溫度感測(cè)器，採集溫度和壓力信號(hào)，ＰＬＣ作為主控設(shè)備，利用電機(jī)變速節(jié)能技術(shù)，使用變頻器來控制水泵和風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。其控制系統(tǒng)網(wǎng)路圖見圖２。

　　２ 控制方案

　　２．１ 單個(gè)水泵（或風(fēng)機(jī)）的控制模式

　　根據(jù)冷凍水（或冷卻水）的壓力（或溫度）控制水泵的流量和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器裝置的控制，即利用採集的壓力和溫度信號(hào)來控制變頻器輸出的頻率。採用回饋模式實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的跟蹤控制，可以隨天氣情況、客人數(shù)量、活動(dòng)內(nèi)容等因素的變化來調(diào)節(jié)實(shí)際的負(fù)荷量?；仞伩刂瓶梢話裼脡毫仞伩刂颇Ｊ胶蜏囟然仞伩刂颇Ｊ?，具體哪種水泵採用壓力回饋控制，哪種水泵採用溫度回饋控制，要根據(jù)具體的現(xiàn)場(chǎng)情況及要求來決定。一般而言，冷凍水泵系採用壓力回饋控制，冷卻水泵系統(tǒng)、熱水機(jī)提壓泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)採用溫度回饋控制?？刂颇Ｊ揭妶D３。

　?。玻?控制邏輯與演算法

　　由於該系統(tǒng)有四組需要控制的水泵系統(tǒng)或風(fēng)機(jī)，因此每一組水泵系統(tǒng)或風(fēng)機(jī)都應(yīng)該有與其相對(duì)應(yīng)的控制部分，包括獨(dú)立的感測(cè)器、變頻器和ＰＩＤ參數(shù)，其基本結(jié)構(gòu)是相同的?，F(xiàn)以冷凍水泵系統(tǒng)為例分析其控制演算法。冷凍水泵系統(tǒng)組成如圖４所示。

　　冷凍水泵系統(tǒng)由四臺(tái)水泵組成，其中包括了三臺(tái)備用泵。當(dāng)大廈的用冷量較小時(shí)，只需要啟動(dòng)其中的一臺(tái)水泵（常用泵），並且可以對(duì)該水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。當(dāng)大廈的用冷量較大時(shí)，就可能需要同時(shí)啟用其中的兩臺(tái)或三臺(tái)水泵，一臺(tái)或兩臺(tái)全速運(yùn)行，另外一臺(tái)受控變頻調(diào)速。每一臺(tái)水泵原則上應(yīng)該對(duì)應(yīng)於一臺(tái)變頻器，但由於變頻器價(jià)格較高，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，可以一組水泵系採用一個(gè)變頻器。其控制邏輯為：

　?。ǎ保保?LABEL class=lb onclick="g('水泵');">水泵為常用泵，與變頻器相連，可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，２＃、３＃、４＃泵為備用泵；

　　（２）通常情況下，１＃泵啟動(dòng)，其流量受控；

　?。ǎ常┯美淞考哟?，１＃泵全速啟動(dòng)仍不能滿足要求時(shí)（壓力或溫度超過用戶設(shè)定的閾值１），全速啟動(dòng)２＃、３＃、４＃泵中的一臺(tái)，１＃泵的流量仍受變頻器控制。若仍不能滿足要求（壓力或溫度超過用戶設(shè)定的閾值２），則依此法再全速啟動(dòng)一臺(tái)泵，１＃泵始終受控，從而達(dá)到合理利用電能的目的；

　?。ǎ矗┟看稳賳?dòng)備用泵時(shí)，優(yōu)先啟動(dòng)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最少的備用泵（時(shí)間相等時(shí)依照用戶設(shè)定啟動(dòng)），使得３個(gè)備用泵都處於熱儲(chǔ)備狀態(tài)，延長設(shè)備的使用壽命；

　?。ǎ担┊?dāng)１＃泵檢修時(shí)，可以將２＃泵與變頻器相連（即將變頻器輸出的三相電源與２＃泵相連）。

　　上述控制邏輯表明，本控制系統(tǒng)採用了開關(guān)ＰＩＤ－ＦＣ控制，當(dāng)採樣值與設(shè)定值偏差較大時(shí)，採用開關(guān)控制（全速啟動(dòng)備用泵）；當(dāng)採樣值與設(shè)定值偏差較小時(shí)，則採用ＰＩＤ控制（變頻調(diào)速一臺(tái)泵）。

　　開關(guān)控制是由ＰＬＣ根據(jù)採樣值與閾值的比較得到的差量來決定電子開關(guān)的閉合，ＰＩＤ控制則是由ＰＬＣ根據(jù)離散型的增量式ＰＩＤ演算法得到控制量，其一般演算法為：

　　增量：Δｕ（ｋ）＝Ｋｐ｛ｅ（ｋ）－ｅ（ｋ－１）＋ｅ（ｋ）＋［ｅ（ｋ）－２ｅ（ｋ－１）＋ｅ（ｋ－２）］｝

　　控制量：ｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ－１）＋Δｕ（ｋ）

　　式中，Ｋｐ、Ｔ１、ＴＤ為ＰＩＤ係數(shù)，Ｔ為採樣週期，ｅ（ｋ）、ｅ（ｋ－１）、ｅ（ｋ－２）為連續(xù)三次採樣的值與給定值的差，Δｕ（ｋ）為第Ｋ個(gè)採樣週期的控制量增量，ｕ（ｋ）則為第Ｋ個(gè)採樣週期的控制量，也就是傳給變頻器的頻率值。ＰＩＤ係數(shù)採用模糊控制器來自行調(diào)整，即為ＰＩＤ－ＦＣ控制器，其結(jié)構(gòu)如圖５所示。其中：

　　ＫＩ（ｔ）＝ＫＩ（ｔ－１）＋ΔＫＩ；

　?。耍模ǎ簦剑耍模ǎ簦保ぃ耍?；

　?。耍穑ǎ簦剑耍穑ǎ簦保ぃ耍?；

　?。眨校模桑剑耍校澹ǎ簦耍搔玻澹ǎ簦耍摩ぃ澹ǎ簦?；

　　控制表的設(shè)計(jì)與一般模糊控制器的控制表設(shè)計(jì)一樣，經(jīng)過８?jìng)€(gè)步驟完成：確定輸入輸出的模糊子集及論域，選擇控制規(guī)則，確定各模糊子集的隸屬度函數(shù)，進(jìn)行模糊控制器關(guān)係運(yùn)算，計(jì)算採樣值的偏差和偏差變化，將偏差和偏差變化模糊化，進(jìn)行模糊決策和模糊判決，最終得到實(shí)際的控制量。

　　３ 工程實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)包括感測(cè)器、控制器和變頻器三個(gè)部分。控制部分結(jié)構(gòu)圖如圖６所示。

　　我們選用壓力變送器和溫度變送器將採樣溫度和壓力變?yōu)殡娦盘?hào)?？刂破餍枰婚g斷的給出控制量，一般的ＰＣ機(jī)難以滿足這樣的要求，因此選用ＰＬＣ完成自動(dòng)控制和故障報(bào)警功能，其內(nèi)置的ＰＩＤ控制器還可以大大減少設(shè)計(jì)工作量。採用觸摸屏提供友好的人機(jī)界面，用戶可以查看系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，各主要測(cè)溫、測(cè)壓點(diǎn)的即時(shí)監(jiān)測(cè)值，並可以更改開關(guān)閾值。

　　４ 結(jié)束語

　　在本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，靈活使用了開關(guān)控制和ＰＩＤ控制，縮短了回應(yīng)時(shí)間，提高了控制精度，同時(shí)在硬體設(shè)計(jì)上採用ＰＬＣ作為主控器，滿足工業(yè)控制簡(jiǎn)單、方便、穩(wěn)定的要求。而且，設(shè)備均處於熱儲(chǔ)備狀態(tài)，延長了機(jī)器的平均使用壽命，也保障了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。將該系統(tǒng)用於樓宇中央空調(diào)的自動(dòng)控制中，可以即時(shí)有效地控制製冷機(jī)組系統(tǒng)的水泵系統(tǒng)和冷卻風(fēng)機(jī)，根據(jù)大廈的實(shí)際用冷量合理調(diào)節(jié)冷凍水和冷卻水的流量，即合理控制水泵系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)的負(fù)載，從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。同時(shí)，在餘熱利用中，可以消除引入熱水機(jī)對(duì)原系統(tǒng)的影響，穩(wěn)定系統(tǒng)工作。

　　參考文獻(xiàn)

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