空调系统及冷热源自动控制设计方案.docx
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空调系统及冷热源自动控制设计方案
1一次回风系统的监控2
1.1一次回风系统的简介2
1.2一次回风系统的控制任务3
1.2.1设备的启/停控制3
1.2.2温度控制4
1.2.3报警功能5
1.2.4一次回风系统自动控制的管理功能6
1.3一次回风系统的监控点表6
1.4一次回风系统的监控原理图7
2二次泵冷热源系统的监控8
2.1二次泵冷热源系统的简介8
2.2二次泵冷热源系统的控制任务8
2.2.1热泵的控制8
2.2.2二次泵的控制10
2.3二次泵冷热源系统的监控点表10
2.1二次泵冷热源系统的监控原理图12
3一次泵冷热源系统的监控13
3.1一次泵冷热源系统的简介13
3.2一次泵冷热源系统的控制任务14
3.2.1制冷机组的启/停控制14
3.2.2制冷机的台数控制15
3.2.3冷却塔的控制15
3.2.4板式换热器的控制16
3.2.5免费冷却板换的控制16
3.2.6补水定压装置的控制16
3.2.7防冻保护16
3.3一次泵冷热源系统的监控点表16
3.4一次泵冷热源系统的监控原理图19
4新风系统控制程序设计20
4.1新风系统控制点位设计20
4.2DDC连接示意图21
4.3监控界面设计23
4.3新风系统控制程序逻辑设计23
4.3.1盘管水阀调节23
4.3.2风机启停控制24
1一次回风系统的监控
1.1一次回风系统的简介
在集中处理空气过程中,室内回风和室外新风混合后,经过表冷器冷却降湿后,直接送入空调房间或者加热后再送入空调房间称为一次回风。
图1一次回风系统
如图1,新风自室外进入空调机组,首先通过送风机提供动力向服务区域输送,新风与回风混合后经过滤器过滤,将空气中得空气过滤掉,再经冷/热盘管进行冷/热交换,在夏季盘管中流动的7℃~12℃
冷水与进入的热空气进行热交换,将空气降温<温度调节);冬季相反,然后将温湿度适宜洁净的空气送入服务区域。
部分空气经门窗
缝隙排出室外,部分通过回风管道循环利用,以节省能量。
图1中包括的空气处理设备有新风阀、回风阀、过滤器、冷/热盘管和送风机等。
自控控制的任务就是当被调参数偏离给定值时,依据偏差自动调节水阀及风量调节设备等的输出量,使其与负荷状态紧密地相匹配,以满足被调参数<温度、相对湿度及空气静压等)。
除完成上述自动控制调节任务外,还应设置进行安全生产所必须的连锁保护装置及必要的检测装置。
1.2一次回风系统的控制任务
1.2.1设备的启/停控制
开始时,首先判断手/自动开关是否存在超越管理,若存在超越管理,机组按超越管理进行控制,若不存在超越管理,按照日程表对机组进行控制,日程表若为开机,则判断风机是否处在远程控制状态,若处在远程控制状态,则需要继续判断有无报警,即无防冻报警、无风机过载报警且风机能正常启动,则开启风阀,风机开启。
若压差报警,关闭风机。
风机启停控制逻辑图如下:
1.2.2温度控制
在空调机组送风出口处设置温度传感器,机组启动后,测定值与设定值比较,若有偏差,则通过PID控制算法来控制水阀执行器,从而调节室内温度。
当新风机组开启,水阀开启,冬季和夏季调节的PID算法不同。
夏季水阀允许0~100%控制,而冬季为了防冻,保证管内时时有水流动,要保证最小开度。
若新风机组未开启,则观察防冻开关是否报警。
若报警,则水阀全开。
其余时间,水阀全关。
1.2.3报警功能
1)防冻开关报警:
温度过低,盘管有冻坏的危险。
盘管防冻开关报警,风机停止工作、风阀关闭、水阀全部打开,高级别报警。
2)风机过载报警:
送风机发生故障,风机停止工作,风阀关闭,高级别报警。
3)过滤器堵塞报警:
过滤器发生堵塞时,风压差开关报警,维护报警。
4)风阀失控报警:
设置风阀开度反馈,测量值DO输出与DI反馈不一致时,应报警。
5)室内温度监控报警:
当机组运行一段时间后,室内温度仍未达到正常要求,超出设定范围,应报警
6)风机运行状态监测:
根据风压差开关,监测风机运行状态,出现异常,则表示风机出现故障,应报警。
7)CO2报警:
对室内CO2检测,当机组运行一段时间后,仍未达到正常工况将产生报警。
该一次回风系统的控制功能表如下:
控制对象
功能详细说明
传感器及相关执行机构
控制功能
送风温度控制
通过风道温度传感器确定设定值与实际值的差值,根据PID算法对水阀进行调节;冬季和夏季调节的PID算法不同。
若新风机组未开启,则观察防冻开关是否报警。
若报警,则水阀全开。
若不报警,则冬天时,要保证最小流量,防止冻坏,其余时间,水阀全关。
回风温度传感器;盘管水量调节阀
送风机运行控制
手自动开关打到自动时,按照日程表开关风机;防冻开关无报警、风机过载无报警以及风机启动正常、且风机处于自动运行状态的情况下,开启新风阀,启动风机
送风机;新风阀;防冻开关
风阀控制
根据启停指令进行调节,检测风阀是否开到位,通过风阀的反馈进行控制
新风调节阀
报警功能
送风机故障报警
送风机出现故障,如出现过载时的报警
送风机
送风机启停失控报警
送风机未按照控制要求给予反馈时报警
送风机
风阀失控报警
风阀未按照控制要求给予反馈时报警
新风阀
防冻报警
新风温度过低时,防冻开关进行报警;高级别报警
防冻开关,盘管水阀,风机,风阀
过滤器堵塞报警
过滤器堵塞时,风压差开关报警;低级别报警
过滤器,风压差开关
CO2报警
当室内CO2浓度过高时,室内新风未达到要求,发出报警
CO2浓度传感器
室内温度报警
当机组运行一段时间后,室内温度仍未达到正常工况,超出设定范围时报警
温度传感器
1.2.4一次回风系统自动控制的管理功能
一次回风系统自动控制包括如下管理功能:
1)设备的超越管理,即在某些情况下,需要超越计算机日程表、已设定参数等对机组进行控制;
2)累计运行时间管理,以安排设备维护;
3)服务质量历史趋势管理,包括送风温度、回风温度曲线等,以对机组的性能做出判断;
4)日程表管理;
5)控制参数管理,允许用户管理温湿度参数、报警参数及报警延时参数等。
1.3一次回风系统的监控点表
监控点位
监控内容
点位类型
传感器或执行机构
DI
AI
DO
AO
新风温度
1
风道式温湿度传感器
室内温度
1
室内温度传感器
回风温度
1
风道式温度传感器
室内CO2浓度
1
CO2浓度传感器
过滤器堵塞报警
1
风压差开关
防冻报警
1
防冻开关
风机运行状态
1
风机故障报警
1
风机手/自动状态
1
风机手/自动开关
风机启/停控制
1
新风阀调节控制
1
调节型风阀
回风阀调节控制
1
调节型风阀
盘管水阀调节控制
1
盘管水阀
合计
13
5
4
1
3
1.4一次回风系统的监控原理图
图2一次回风系统的监控原理图
2二次泵冷热源系统的监控
2.1二次泵冷热源系统的简介
冷热源的控制首先要有超越管理,在手/自动开关打到自动的时候根据日程表开启机组。
该二次泵冷热源系统共有5种能源工况,其中包括热泵供热、板换供热、区域供热、热泵供冷及区域供冷,对于AHU、MAU可以选择工况。
这5种工况通过阀门选择切换,运行工况的切换要等机组停下来才可以切换。
有的时候,机组供冷、供热需求不一样,供冷要通新风,此时允许强制进行通全新风,若是在冬季有通风需要则需要泄水,才允许通风。
2.2二次泵冷热源系统的控制任务
2.2.1热泵的控制
如图3中,对于1号热泵,设置了3个监控点,a制冷/制热模式输出;b报警信号;c启停控制开关
2.2.1.1热泵的启/停控制
判断手/自动开关是否存在超越管理,若存在超越管理,机组按超越管理进行控制,若不存在超越管理,按照日程表对风机进行控制,日程表若为开机,启动工况阀门,如处在热泵供热或供冷摸下试下,判断热泵是否禁用以及与热泵连锁的阀门及相应的水泵、水系统阀门是否允许正常使用,且自身无报警,阀门无报警,水泵无过载与失控报警,再判断热泵是否禁用,水泵是否允许使用,之后才可以启动。
在关机时,要先关热泵,热泵关闭后,延时关水泵,检测到水泵运行状态DI为零时关掉阀门。
延时关闭冷却泵、冷冻泵是为了把蒸发器、冷凝器侧的余热、余冷带走。
2.2.1.2热泵的群控
群控中,温度为反应运行情况的变量,当室内负荷较低时,设备可以自行调节,而负荷过高时,超过了设备额定能力,无法控制出水温度在标准内,就需要增机
根据负荷值判断减机,根据回水温度计算,每一种工况设定一个数值,保证冷机高效运行。
2.2.2二次泵的控制
二次泵主要在热泵供热、供冷,板换供热模式下工作,二次泵可以根据用户的需求调节流量,根据自用压差判断流量的增减。
当用户使用量发生改变,总压差的检测值与设定值比较进行调节,控制水泵输出频率。
如与给定自用压差比,测量值升高,水泵流量调低,降低水泵运行频率,而频率太低,电机会过热,因此要设置下限保护,即设置一个最小运行频率。
当水量增大时,压差降低,而运行的二次泵都已经达到最大频率,则需要增机。
2.3二次泵冷热源系统的监控点表
监控点位
监控内容
点位类型
AO
AI
DO
DI
1
热泵主机报警信号
4
2
热泵启停信号
4
3
自备系统热泵模式输出
1
4
热泵侧电动阀开关反馈信号
4
5
热泵侧电动阀开端输出
4
6
热泵冷水进出水管温度信号
2
7
定频泵启停输出
4
8
定频泵运行状态信号
4
9
定频泵过载报警信号
4
10
定频泵手自动状态信号
4
11
T21一次侧供热温度信号
1
12
V211#板换两侧供热阀反馈信号
1
13
V221#板换两侧供热阀反馈信号
1
14
V21-221#板换两侧供热阀开关输出
1
15
M21一次侧供热调节阀调节输出
1
16
变频泵手自动状态信号
1
17
变频泵运行状态信号
3
18
变频泵启停信号
3
19
变频泵频率调节输出
1
20
变频器频率反馈信号
1
21
变频器故障信号
1
22
T22二次侧出水温度信号
1
23
V232#板换两侧供热阀反馈信号
1
24
V242#板换两侧供热阀反馈信号
1
25
V23-242#板换两侧供热阀开关输出
1
26
T3-T4自备系统末端进出水管温度信号
2
27
V25中央/自备切换阀开关输出
1
28
V25中央/自备切换阀反馈信号
1
29
V26中央/自备切换阀开关输出
1
30
V26中央/自备切换阀反馈信号
1
31
FT11中央制冷系统末端流量计信号
1
32
T11-T12中央制冷系统末端供回水温度信号
2
33
V11-V12中央制冷系统切换电动阀开关输出
1
34
V11中央制冷系统切换电动阀反馈信号
1
35
FT1自备系统流量计信号
1
36
V12中央制冷系统切换电动阀反馈信号
1
37
V13-V14自备制冷系统切换电动阀开关输出
1
38
V13自备制冷系统切换电动阀反馈信号
1
39
V13自备制冷系统切换电动阀反馈信号
1
40
M1ChillerHP旁通电动阀调节
1
41
P1ChillerHP压差传感器信号
1
42
电流报警
1
43
T0环境温度
1
44
故障输出
1
2.4二次泵冷热源系统的监控原理图
图3二次泵系统原理图
3一次泵冷热源系统的监控
3.1一次泵冷热源系统的简介
本系统由三台螺杆机,三台冷却塔,冷水机组与冷水泵、冷却水泵、冷却塔为一对一方式运行。
冷水泵、冷却水泵均设四台,为三用一备,可根据冷水机组及冷却塔工况切换运行。
三台板式换热器。
补水系统为定压罐补水定压的方式。
夏季可以采用制冷机,冬季采用板换。
1)冷水机组
这是空调系统的制冷源,通往各个房间的循环水由冷水机组进行“内部交换”,降温为“冷却水”。
2)冷却塔
利用空气同水的接触来降低水的温度,为冷水机组提供冷却水。
3)外部热交换系统
由两个循环水系统组成——
1)冷冻水系统:
由冷冻水泵和冷冻水管道组成。
从冷水机组流出的冷冻水由冷冻水泵加压送入冷冻水管道,在各房间内进行热交换,带走房间热量,使房间的温度下降。
2)冷却水系统:
由冷却水泵和冷却水管道组成。
冷水机组进行热交换,使冷冻水温度降低的同时,释放大量的热量。
该热量被冷却水吸收,使冷却水温度升高。
冷却水泵将升温冷却水压入冷却塔,使之在冷却塔中与大气进行热交换,然后再将降温后的冷却水送回至冷却机组。
如此不断循环,带走冷水机组释放的热量。
4)定压罐及补水泵
在系统内水压轻微变化时,定压罐能保证系统的水压稳定,且设置了补水泵,在系统水量不足时进行补水。
对冷热源系统实施自动监控能够及时了解各机组、水泵、冷却塔等设备的运行状态,并对设备进行集中控制,自动控制它们的启停,并记录各自运行时间,便于维护。
如果这些工作还是由人工来进行操作,那么会浪费大量的人力资源,而且工作起来会很不方便,如果工作人员在工作上产生疏忽时,将会造成能量的极大浪费和不安全因素。
通过对冷热源系统实施自动监控,可以从整体上整合空调系统,使之运行在最佳的状态。
多台冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔、热水机组、热水循环水泵或者其他不同的冷热源设备可以按先后有序地运行,通过执行最新的优化程序和预定时间程序,达到最大限度的节能,同时可以减少人手操作可能带来的误差,并将冷热源系统的运行操作简单化。
集中监视和报警能够及时发现设备的问题,进行预防性维修,以减少停机时间和设备的损耗,通过降低维修开支而使用户的设备增值。
另外冷热源系统可以根据被调量变动的情况,给系统增减热量或者冷量,因此可以降低能耗,节省能源
3.2一次泵冷热源系统的控制任务
3.2.1制冷机组的启/停控制
3.2.1.1制冷机组的启动控制
开始时,首先判断手/自动开关是否存在超越管理,若存在超越管理,机组按超越管理进行控制,若不存在超越管理,按照日程表对机组进行控制,日程表若为开机,则判断机组是否处在远程控制状态,若处在远程控制状态,判断机组在哪种工况下工作,热泵制冷/制热还是板式换热,按日程表启动工况阀门,蒸发器、冷凝器侧及冷却塔的阀门都要打开,先启动冷冻水泵,冷冻水泵启动后延时5分启动冷却水泵,冷却水泵启动后延时10分启动冷却塔风机,运行状态都为1,则启动制冷机。
3.2.1.2制冷机组的关机控制
关机时,先关制冷机,延时5分关冷却水泵,关闭冷却水泵后,关闭相应的冷却塔,再延时关阀门,延时10分关冷冻水泵,检测到冷冻泵运行状态为0时,关闭阀门。
3.2.2制冷机的台数控制
根据回水温度计算制冷机所需冷量,即控制器根据回水温度信号控制冷水机组及冷冻水泵的起停。
低负荷时启动一台冷水机组,其相应的水泵同时运行。
当达到一定负荷时,自动启动第二台水泵和相应的冷水机组<或发出警报信号,提示操作人员启动冷水机组和水泵);如果负荷继续增加,则进一步启动第三台冷水机组。
当负荷减小时,以相反的方向进行。
3.2.3冷却塔的控制
3.2.3.1冷却塔的启停控制
判断手/自动开关是否存在超越管理,若存在超越管理,机组按超越管理进行控制,若不存在超越管理,按照日程表对风机进行控制,日程表若为开机,则判断风机是否处在远程控制状态,若处在远程控制状态,则需要继续判断有无报警,即无防冻报警、无风机过载报警且风机能正常启动,则开启风阀,风机开启。
3.2.3.2冷却塔的台数控制
冷却塔风机的启停台数根据冷冻机开启台数、室外温湿度、冷却水温度、冷却水泵开启台数来确定。
一旦冷却回水温度不能保证时,则自动起动冷却塔风机。
因此,冷却回水温度是整个冷却水系统最主要的测量参数。
原则上与制冷机一一对应,但回水温度过高,可以多开一台冷却塔,因此冷却塔开启的台数要大于等于制冷机开启的台数,如开两台冷却塔,频率达到50HZ,延时5分温度仍未降低,则须增开一台冷却塔。
当风机频率下降到30HZ,则可以减少一台冷却塔。
3.2.3.3冷却塔风机的变频控制
冷却水温度越低,制冷机组越高效,出水温度最佳要冷却到空气湿球温度,因此变频控制就是要调节风机转速使出水温度为空气湿球温度。
3.2.3.4冷却塔的电动阀控制
在冷却塔上下出水处都设置了电动阀,目的是为了防止实际运行时冷却塔之间产生液位差。
3.2.4板式换热器的控制
在冬季,可以不用开制冷机,仅利用板式换热器供冷,即采用自然冷却的方式。
在板换工作条件下,可以通过对二次侧出水温度与设定值相比较,确定一次侧阀门开度大小。
同时二次侧阀门为开关阀,只需控制接入板换的个数。
3.2.5免费冷却板换的控制
在过渡季节和冬季,可以通过免费冷却的方法对建筑的内区与外区进行供冷。
即不使用制冷机组,而直接引入室外空气进行供冷。
对于冷量通过水泵变频进行调节,这种方法相比加旁通阀更节能,当出水温度过大,一侧水量加大,则加大频率。
3.2.6补水定压装置的控制
本系统的定压方式是设置定压罐,压力变动范围为95M~105M水柱,低于95M,系统供水不足,开补水泵进行补水,高于105M,停止补水,为双位控制。
3.2.7防冻保护
在冷却水泵上加旁通阀,防止冷却水温度过低,设置冷却水最低限制温度为20度,冷却水低于20度,则自动启动旁通阀,供水与回水进行混合,防止制冷机组因为水温过低而出现损坏。
在冬季时,为了保证流经板换的水温不低于一个设定值,也设有旁通阀。
3.3一次泵冷热源系统的监控点表
监控点位
监控内容
点位类型
传感器及执行机构
AI
AO
DI
DO
1
冷却塔运行状态
6
冷却塔电控柜
2
冷却塔手自动状态
3
3
冷却塔故障状态
6
4
冷却塔启停控制
6
5
冷却塔入水口电动阀
3
电动阀
6
冷却塔出水口电动阀
3
电动阀
7
冷却水泵运行状态
4
冷却水泵电控柜
8
冷却水泵手自动状态
4
9
冷却水泵故障状态
4
10
冷却水泵启停控制
4
11
冷却水泵水流控制反馈
4
12
制冷机组运行状态
3
制冷机组控制柜
13
制冷机组手自动状态
3
14
制冷机组故障状态
3
15
制冷机组启停控制
3
16
蒸发器侧阀门
3
电动两通开关阀
17
蒸发器侧阀门反馈
3
18
冷凝器侧阀门
3
电动两通开关阀
19
冷凝器侧阀门反馈
3
20
旁通阀门
1
调节阀
21
冷却水供水温度
1
温度计
22
冷却水回水温度
1
温度计
23
冷冻水泵运行状态
4
冷冻水泵电控柜
24
冷冻水泵手自动状态
4
25
冷冻水泵故障状态
4
26
冷冻水泵启停控制
4
27
冷冻水泵水流控制反馈
4
水流开关
28
制冷系统补水泵运行状态
2
补水泵电控柜
29
制冷系统补水泵手自动状态
2
30
制冷系统补水泵故障状态
2
31
制冷系统补水泵启停控制
2
32
软化水箱液位检测
2
液位传感器
33
制冷系统定压泵压力检测
1
压力传感器
34
供热系统补水泵运行状态
2
补水泵电控柜
35
供热系统补水泵手自动状态
2
36
供热系统补水泵故障状态
2
37
供热系统补水泵启停控制
2
38
供热系统定压泵压力检测
1
压力传感器
39
冷冻水总管供水温度
1
温度传感器
40
冷冻水总管回水温度
1
温度传感器
41
供热板换用户侧温度检测
3
温度传感器
42
供热板换热源处调节阀
3
电动调节阀
43
热水泵运行状态
4
冷却水泵电控柜
44
热水泵手自动状态
4
45
热水泵故障状态
4
46
热水泵启停控制
4
47
热水泵变频控制
4
48
热水泵变频反馈
4
49
热水泵变频故障
4
50
热水泵水流控制
4
水流开关
51
热水泵水流控制反馈
4
52
免费冷却板换用户侧温度检测
1
温度传感器
53
免费冷却板换冷却塔侧调节阀
1
电动调节阀
54
免费冷却板换旁通阀门
1
两通阀
55
供回水之间压差旁通阀
1
电动两通调节阀
56
回水流量
1
流量传感器
57
用户侧供水温度
1
温度传感器
58
用户侧回水温度
1
温度传感器
总计
12
4
96
49
161
3.4一次泵冷热源系统的监控原理图
图4一次泵冷热源系统的监控原理图
4新风系统控制程序设计
4.1新风系统控制点位设计
风机运行状态
IN2
风机故障状态
IN3
风机手自动状态
IN4
温度传感器NTC10kΩ
IN0
防冻开关
IN1
电控柜继电器
BO3
风阀
BO4
水阀
AO0
4.2DDC连接示意图
4.3监控界面设计
4.3新风系统控制程序逻辑设计
4.3.1盘管水阀调节
4.3.2风机启停控制
接通电路,可以通过手操器了解传感器的运行状态以及所读取的数值。
并且可以通过手操器输入模拟信号,通过DDC将模拟信号与实测数值进行比较,对执行器进行开关与调节。
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