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楼宇自控系统:模糊控制在中央空调系统中的应用(下)

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文章附图

楼宇自控系统:模糊控制在中央空调系统中的应用(

1、模糊控制技术的应用

以某五星级酒店中央空调系统为例,空调冷源选用2台功率为564 kW的离心式冷水机组,选用3台功率为75 kW的冷冻水泵(二用一备);3台功率为90 kW的冷却水泵(二用一备);2台功率为72 kW的冷却塔。

采用模糊控制系统进行全面控制中央空调系统,以获得有效的使用和节能效果。针对该酒店中央空调系统具体配置了1台模糊控制柜、3台冷冻水泵智能控制柜、3台冷却水泵智能控制柜、2台冷却塔风机智能控制柜、若干台现场模糊控制箱、各种传感器件以及模糊控制系统软件。

2、设备监控内容

2.1检测内容:制冷主机的冷冻水供水温度,冷冻水回水温度、冷冻水供回水压差、冷冻水流量、制冷主机的冷却水出水温度、冷却水进水温度、外界环境温度等。

2.2控制内容:制冷主机启停控制;冷冻水泵节能控制;冷却水泵节能控制;冷却塔风机启停控制;主机冷冻水电动阀门控制;主机冷却水电动阀门控制等。

2.3控制模式:系统采用分区域控制和集中管理模式。制冷机房中的设备由就近控制柜(箱)进行控制,各个控制柜(箱)通过RS485总线与模糊控制柜进行通信,在模糊控制柜上实现集中控制和管理,同时模糊控制柜提供OPC(OLE for Process Control)接口,可与第三方管理系统实现集成,

3、主要设备构成及功能

3.1 模糊控制器

模糊控制器包括模糊控制柜1台,柜内配置模糊控制单元1套、工业控制计算机1台、通信协议转换单元2套、数字量接口单元2套、保护单元1套以及系统软件1套。

在中央空调控制系统中,通过传感器及变送器采集空调系统的温度、湿度、压差(或压力)、流量、液位等运行参数,并把这些非电量参数转换成标准的电量参数,传送到相应的控制器。控制器通过这些信号的大小及变化率,了解被控对象的运行状态,然后实施相应的控制。

模糊控制柜通过通信线缆与冷冻水泵智能控制柜、冷却水泵智能控制柜、冷却塔风机智能控制柜、现场模糊控制箱连接,并通过通信协议与以上各控制柜进行通信,通过对空调系统全面的参数采集,实现对空调系统运行的集中监测、控制和管理。

3.2 冷冻水泵智能控制柜

冷冻水泵智能控制柜内分别配置变频器1台,基本接口单元1套、数字量接口单元1套,用于控制冷冻水泵。

在冷冻水系统的供水总管上安装水流压差传感器,冷冻水供、回水总管上分别安装温度传感器,冷冻水回水总管上安装流量计。流量计、水温传感器及水流压差传感器均经传输导线与现场模糊控制箱连接。

模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据,计算出负荷需用制冷量及温度、温差、压差和流量值,并与检测到的实际参数作比较,根据其偏差值控制冷冻水泵的转速,改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量趋于模糊控制器给定的优值。

冷冻水泵启动频率升至设定低限频率后,按模糊控制器输出的控制参数运行,使系统在保证末端空调用户舒适度需求的同时,实现大限度的节能。冷水机组运行时,如果冷冻水出口温度、流量或供回水压差出现异常时,系统送出报警信号并采取相应的保护措施,保证制冷主机的安全正常运行。

3.3 冷却水泵智能控制柜

冷却水泵智能控制柜内配置变频器1台、基本接口单元1套、数字量接口单元1套,用于控制冷却水泵。

在冷水机组主机冷却水进、出口管上安装有水温传感器。每只水温传感器经传输导线与现场模糊控制箱连接。

冷却水泵启动后,按模糊控制器输出的控制参数值,调节各冷却水泵变频器的输出频率,控制冷却水泵的转速,动态调节冷却水的流量,使冷却水的进、出口温度趋近模糊控制器给定的优值,从而保证中央空调主机随时处于很好转换效率状态下运行。

由于模糊控制器设定了冷却水泵的低运行频率(设定低限频率值略大于中央空调主机冷却水系统容许低流量时对应的水泵运行频率),故确保了中央空调主机冷却水系统的安全运行。

冷水机组运行时如果冷却水出口温度超过高限温度,系统送出报警信号并采取相应的保护措施,保证制冷主机的安全正常运行。

3.4 冷却塔风机智能控制柜

冷却塔风机智能控制柜内分别配置数字量接口单元1套,相应控制电路1套,用于冷却塔风机的启、停控制。

在冷却水进水总管上安装有水温传感器。水温传感器经传输导线与现场模糊控制箱连接。

当接收到启动指令后,模糊控制器向对应的冷却塔风机发出控制指令,启动冷却塔风机。风机启动后按模糊控制器输出的控制参数值,动态调整风机的运行台数和运行时间,使冷却水的进口温度趋近模糊控制器给定的优值,保证制冷主机处于较好运行工况。

倘若制冷主机冷却水进口水温低于模糊控制器确定的优化值,则风机在运行10 min后,自行停止或自动减少运行台数。直到水温升至模糊控制器确定的动态优化值后再自行启动。

4、节能效果

该五星级酒店的中央空调系统采用模糊控制系统后,经过7个月的测试,在当年5、6月份综合节能率达到30. 3 %,在7、8月份综合节能率达到20 %,在9、10、11月份节能率达到32. 7 %,中央空调全年综合节能率达到25 %以上。

5、结语

时滞、时变、非线性和大惰性的复杂系统中央空调系统典型的特点,简单的PID算法难以达到理想的节能效果,模糊控制系统具有较好的自适应能力、稳定性和抗干扰能力,它通过对中央空调系统运行信息的全面采集及综合分析处理,实现对冷冻水系统和冷却水系统的匹配和协调运行,实现变负荷工况下整个系统综合性能优化,可保障中央空调系统在不同负荷条件下的有效运行,从而大限度地降低空调系统能耗,大大提高了中央空调系统运行的有效性和经济性。


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