某汽車配件工廠冷水機組群控設(shè)計

張勝蘭 涂淑平

上海海事大學商船學院

0 引言

隨著中央空調(diào)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)節(jié)能已成為最終用戶、設(shè)計單位、空調(diào)廠商、BAS廠商所關(guān)注的焦點?？照{(diào)系統(tǒng)中能耗最大的冷水機組的高效節(jié)能，成為空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵問題。而行之有效的技術(shù)手段就是采用冷水機組群控。由于外界環(huán)境溫度和實際空調(diào)面積的變化，建筑物的空調(diào)負荷始終在變化。使用冷水機組群控不僅可以根據(jù)系統(tǒng)負荷的大小，準確控制制冷機組的運行數(shù)量和每臺制冷機組的運行工況，從而達到節(jié)能并降低運行費用的目的，使制冷站內(nèi)設(shè)備的運行達到最高效率。而且可以通過機組輪換、故障保護、負荷調(diào)節(jié)等控制程序，確保冷水機組的安全，延長機組的使用壽命，從而避免人工管理的盲目性和主觀性。

1 系統(tǒng)概況

本汽車配件工廠于江蘇省昆山市，其中設(shè)計要求冷水機組提供的冷源主要供給包括：車間工藝空調(diào)，鑄造崗位空調(diào)，辦公室空調(diào)。工藝空調(diào)用于涂裝車間的工藝冷卻送風。鑄造崗位空調(diào)用于對車間中24個崗位點進行局部送風，所送為全新風。二樓和三樓的辦公室由冷凍站提供冷源，單獨設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)，采用風機盤管加新風系統(tǒng)。

冷凍站主要設(shè)備包括：1044kW螺桿式冷水機組3臺，機組兩用一備。30kW單級單吸臥式離心冷卻水泵4臺，冷卻水泵三用一備。22kW單級單吸臥式離心冷凍水泵4臺，冷凍三用一備，同時配備方型冷卻塔一組，冷卻塔11kW風機3臺。其中冷卻水泵與冷卻塔風機均采用變頻控制，冷凍站集水器與分水器之間有壓差旁通閥。本冷凍站系統(tǒng)為典型的綜合性冷凍站。

2 方案制定

2.1 監(jiān)控內(nèi)容

機房冷凍站控制原理和冷卻塔布置圖分別如圖1和2所示，控制系統(tǒng)監(jiān)測范圍[1]包括：①冷水機組啟動（手自動啟動，運行，故障），啟停次數(shù)，累計運行時間，故障報警；②冷凍、冷卻水泵變頻控制（手自動啟動，運行，故障頻率監(jiān)測）[2]；③冷水機組的冷負荷（制冷量）；④冷凍水供，回水溫度；⑤冷凍水供回水壓差檢測和壓差旁通閥的開度；⑥冷卻水供回水溫度監(jiān)測；⑦冷卻塔風機監(jiān)測（手自動啟動，運行，故障）；⑧蝶閥開關(guān)及狀態(tài)監(jiān)測。

圖1 機房冷凍站控制原理圖

圖2 冷卻塔布置圖

2.2 控制邏輯

1）冷水機組啟停順序[3]：啟動時先冷卻塔蝶閥開啟，冷卻水蝶閥開啟，開冷卻泵，冷凍水蝶閥開啟；停止時先停冷水機組，關(guān)冷凍泵，冷凍水蝶閥，關(guān)冷卻泵，關(guān)冷卻水蝶閥，關(guān)冷卻塔風機，蝶閥。

2）冷水機組臺數(shù)控制：由于現(xiàn)在流行的空調(diào)系統(tǒng)冷負荷=供回水溫差×冷凍水流量策略存在各種問題，本文采用新型冷機群控策略，根據(jù)冷凍水回水溫度，和冷水機組的運行負荷（制冷量）大小[4]，自動調(diào)整冷水機組運行臺數(shù)，當供水或回水溫度低于或接近設(shè)定溫度時，說明已運行的冷機提供足夠的冷量來滿足建筑的需要，檢查當前冷機的冷負荷，如：3臺的冷機運行負荷為65%時，卸載一臺冷水機組，剩下的兩臺冷水機組當運行負荷為45%時，繼續(xù)再卸載一臺冷水機組。當供水或回水溫度低于設(shè)定溫度時，冷機加載，當已運行的冷機制運行負荷已經(jīng)到達100%仍然不能滿足需要時，相繼加開一臺冷水機組，直到滿足要求為止，達到節(jié)能目的。

3）冷凍水壓差控制：根據(jù)冷凍水供回水壓差，調(diào)節(jié)冷凍水泵頻率同時自動調(diào)節(jié)旁通調(diào)節(jié)閥，維持供水壓差恒定，達到節(jié)能的目的[5]。

4）冷卻水溫度控制：根據(jù)冷卻水溫度，自動控制冷卻塔風機的啟停臺數(shù)，達到節(jié)能的目的。

5）累積計算各設(shè)備的運行時間，使設(shè)備交替運行。避免一部分設(shè)備長時間運行，而另外一些設(shè)備長期閑置不用的情況，冷水機組實現(xiàn)實際工作時間累加記錄，實際工作時間最少的機組會優(yōu)先工作，達到工作時間均衡的目的。開列維修報告，及時對設(shè)備進行維修保養(yǎng)，降低設(shè)備故障率，減少因設(shè)備故障造成經(jīng)濟損失。

3 工程總說明

本工程自控系統(tǒng)包括管理層、控制層和現(xiàn)場設(shè)備三個基本組成部分，管理層設(shè)備包括監(jiān)控中心工控機服務(wù)器、UPS、打印機等，通過組態(tài)王上位機圖形界面對現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)視和控制。控制層設(shè)備是整個自動控制系統(tǒng)的核心，由于整個控制系統(tǒng)包括模擬輸入（AI）點 23個，數(shù)字輸入（DI）點 88個，模擬輸出（AO）點19個，數(shù)字輸出（DO）點34個。系統(tǒng)采用了西門子PLC-200，根據(jù)點數(shù)選擇的PLC為：CPU226，擴展模塊6*EM223DI16/AI16、1*EM221DI18對現(xiàn)場設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進行處理并按控制要求對現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出控制指令。

該系統(tǒng)的主要功能有：1）遠程操作功能；2）圖形化系統(tǒng)配置工具；3）系統(tǒng)運行記錄報告；4）管理警報和事件消息；5）監(jiān)控點歷史；6）趨勢分析；7）累積、統(tǒng)計功能；8）節(jié)能管理控制；9）時間預定功能；11）設(shè)備循環(huán)啟/停/及重大設(shè)備啟/停延時保護；12）供電恢復啟動程序；13）用電量限制/負載循環(huán)。

4 結(jié)論

本文針對某汽車零部件廠房冷凍站系統(tǒng)的實際情況和特點，設(shè)計了一套切實可行的高效節(jié)能冷凍機組群控系統(tǒng)，該項目現(xiàn)經(jīng)過一年的運行，控制系統(tǒng)能夠適時地加載和卸載，并且出水溫度也控制在很小的波動范圍。且節(jié)能效果十分明顯，而大型冷水機組的群控也必然是未來空調(diào)節(jié)能的主要發(fā)展方向之一。

[1] 尉遲斌.實用制冷空調(diào)工程手冊(第2版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010

[2] 鄒同華,馬淑媛.水泵變頻能耗的試驗研究[J].流體機械,2011,39(10):1-3

[3] 黃慧麗.機房群控系統(tǒng)機組啟停策略研究[J].低溫與特氣,2011,29(5):12-15

[4] 榮劍文.冷水機組群控策略的討論[J].暖通空調(diào),2005,35(12):9-10

[5] 宋靜,顧培強.樓宇自控系統(tǒng)中冷水系統(tǒng)群控策略[J].IB智能建筑與城市信息,2006,111(2):41-43