[发明专利]一种分布式集中空调的冷水系统控制方法与装置

摘要

本发明公开了一种分布式集中空调的冷水系统控制方法与装置，控制方法基于对事物本质的基本判断，系统中所有末端支路FCU控制器是由智能DDC数字控制器或智能温控器组成，末端FCU独立实施分布式控制，该末端FCU控制器内置智能PID控制器，采用反馈闭环自动控制技术以减少不确定性，通过测量被控温度变量的实际值，与用户设定值相比较，计算两者的偏差来纠正系统的响应，采用对温控调节阀开度的调节控制，实现对流经冷盘管的冷水流量q实施控制的目的。本发明在满足用户空调服务质量的前提下，实现经济运行管理，获取节能运行收益，同时控制系统更为简单明朗，迅速可靠，具有显著的节能效果和实际应用意义。

主权项

1.一种分布式集中空调的冷水系统控制方法，其特征在于，基于对事物本质的基本判断，系统中所有末端支路FCU控制器是由智能DDC数字控制器或智能温控器组成，末端FCU独立实施分布式控制，该末端FCU控制器内置智能PID控制器，采用反馈闭环自动控制技术以减少不确定性，通过测量被控温度变量的实际值，与用户设定值相比较，计算两者的偏差来纠正系统的响应，采用对温控调节阀开度的调节控制，实现对流经冷盘管的冷水流量q实施控制的目的；所述控制方法利用FCU分布式控制系统，由分布控制级和集中监控级共同组成的以无线/有线通信网络为纽带的多级计算机系统装置实现，所述控制装置包括末端支路FCU控制器、智能主机、集中控制管理级中央控制器；所述末端支路FCU控制器是由智能DDC数字控制器或智能温控器组成，末端FCU核心部分内置PLC智能可编程逻辑控制器，用于内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟量输入/输出控制末端温度控制调节阀的开度调节，末端冷盘管依据房间实测温度值与用户设定温度值之间的偏差实现变流量运行；所述集中控制管理级中央控制器，由一台管理计算机作为OS操作站主机，并配有彩色显示器，键盘，打印机等，对空调系统用冷侧末端FCU和冷源侧变频调速冷水泵进行集中监测、管理和操作，其完成对过程控制级的集中监测和管理；所述智能主机，作为Lora无线网络通信系统的核心主控单元，用于现场无线通信网络覆盖、网络管理和系统配置，其具有现场网关、管理服务器等功能，并提供Web配置页面；所述控制方法包括调节型温控阀指令信号所对应的连续调节温控阀系统控制策略、位式调节温控阀的系统控制策略与冷水系统节能控制的策略；(1)采用连续调节温控阀系统控制策略：当冷水系统的末端支路采用连续调节温控阀实施温度自动控制时，其本质是通过提高温控阀的相对开度，增加供冷水量，降低支路换热器冷水侧的平均温度，加大空气侧与冷水侧之间的换热温差，提高传至空气侧的冷量；反之则降低温控阀的相对开度，减少供冷水量，使得支路换热器水侧平均温度升高，空气侧与冷水侧之间的换热温差得以降低，减少传至空气侧的冷量；若末端服务区内被控温度偏离用户设定值，末端FCU则发出相应的阀门开度调节指令K，若开度指令K＝100％时，可视为该末端支路的资用压力没有冗余，且可能出现欠流量工况，需要提升该用户资用压力，增加末端流量；若末端FCU发出的开度指令K＜90％，表明该末端支路的资用压力过大，具备节能空间，可降低冷水泵转速，因此可将末端FCU对调节阀发出的开度指令K视为该末端对系统冷水流量需求的被控信号；若末端开度指令K＜90％时，FCU将流量需求信号Q置0；若末端开度指令K＝100％时，FCU令流量需求信号Q为1，且通过Lora无线通信向OS主动发出流量呼叫信号，请求提高末端支路的资用压力；若第j支路Q_j＝1，则说明该末端冷负荷对冷盘管供冷量的需求增加，相应的供水流量不足，要求提高末端供水的资用压力，保障该末端支路实际流量需求；为避免控制系统出现振荡，当90％＜K＜100％之间时维持水泵当前转速，保持当前冷水系统压力；若K≤90％，则视其资用压力冗余，逐步降低水泵转速，减少系统输送能耗，即当K从90％开始升高时，Q_j继续维持为0，直至K＝100％时，Q_j方取值为1；当K从100％向90％降低时，Q_j持续维持为1，直至K＝90％时，Q_j方取值为0；充分考虑到同时满足系统中所有末端用户对冷水流量的要求，控制策略为：在设定的采样时间周期内，OS中央控制器对系统所有末端FCU有效呼叫信号Q_n值(1为有效，0为无效)进行统计计算；通过OS中央控制器内置数学模型编制程序，计算出设定周期内有效呼叫信号值之和∑Q_n且实施统计分析，并与运行管理工程师设定的允许值Q_s相比较，当两者偏差值＞0时，由OS中央控制器输出优化后的控制信号，控制水泵变频器同步提高水系统中在役冷水循环泵的转速，进而实现对冷水系统供水压力与流量的增量调节，保障系统中末端冷负荷的服务质量；当两者偏差值＜0时，由中央控制器输出优化后的控制信号，控制变频器同步降低水系统中在役冷水循环泵的转速，实现节能经济运行的目的；为了有效控制系统供水压力的频繁振荡，当两者偏差值＝0时，OS中央控制器输出的控制信号维持当前值不变，变频器继续以当前频率稳定运行；(2)采用位式调节温控阀的系统控制策略：位式调节的温控阀通过对阀体过流截面流体流通时间的通断式脉冲调节，实现供冷水量调节，流体在设定时间周期内的平均体积流量可以表示为时间的函数：式中V为采样周期内流体平均体积流量，m³/s；τ为采样时间周期，s；V_n为流体瞬时流量，m³/s；t为时间变量，s；以夏季空调工况为例，当空调房间的温度高于设定值时，末端FCU向温控阀发出开阀指令信号N＝1；反之，当空调房间的温度低于设定值时，温控器则发出关阀指令信号N＝0；在设定的采样时间周期τ内，末端FCU对输出的开阀指令N采集i次(i为预设的任意整数)进行累加计算得出该支路τ时间内的∑N_n；例如令i＝10，当获得的编号为j支路的FCU开关指令统计值∑N_j＝10，说明此时刻这台空调末端所在支路资用压力没有冗余，且难以排除系统欠流量的可能，故应增加系统水泵的运行转速，提高末端支路的资用压力，以保障该支路设计流量的要求；当∑N_j＝10时则令该支路流量需求信号Q_j置1，且通过Lora无线通信向智能主机发出呼叫信号，请求提高末端支路的资用压力；同理，若当j支路∑N_j≤9时则说明该末端支路尚有冗余压差，存在节能运行的空间，可令流量需求信号Q_j＝0；为避免控制系统的频繁振荡，当9＜∑N_j＜10区间，该支路流量需求信号Q_j则维持当前状态；考虑到同时满足系统中所有末端用户对冷水流量的要求，控制策略为：在设定的采样时间周期内，OS中央控制器对系统所有末端FCU有效呼叫信号Q_n值(1为有效，0为无效)进行统计计算；通过OS中央控制器内置数学模型编制程序，计算出设定周期内有效呼叫信号值之和∑Q_n且实施统计分析，并与运行管理工程师设定的允许值Q_s相比较，当两者偏差值＞0时，由OS中央控制器输出优化后的控制信号，控制变频器同步提高水系统中在役冷水循环泵的转速，进而实现对冷水系统供水压力与流量的增量调节，保障系统中末端冷负荷的服务质量；当两者偏差值＜0时，由中央控制器输出优化后的控制信号，控制变频器同步降低水系统中在役冷水循环泵的转速，实现节能经济运行的目的；为了有效控制系统供水压力的频繁振荡，可将降频运行的偏差值设为＜0，即当∑Q_n－Q_s＝0时，OS中央控制器输出的控制信号维持当前值不变，变频器继续以当前频率稳定运行，既不增也不减；实际工程应用数据显示：运行管理对系统中可容忍的不保障末端数量越多，系统服务质量就越差，客户满意度则越低，可获取的节能收益率越高；满足系统中所有末端服务质量工况下的经济运行指标相对要低一些；其控制指标取决于现场运行管理工程师对允许值Q_s设定值的取舍；(3)采用冷水系统节能控制的策略：考虑到同时满足系统中所有末端用户对冷水流量的要求，控制策略为：在设定的采样时间周期内，中央控制计算机对冷水系统中所有末端现场控制单元输出的有效信号Q_n值(1为有效，0为无效)进行统计计算，Q_n值与末端冷盘管和调节阀的规格型号、流量特性无关；中央控制计算机通过内置数学模型控制程序，计算出设定周期内有效信号Q_n值之和Q_t＝∑Q_n，且实施统计分析，并与运行管理工程师设定的允许值Q_s相比较求得两者偏差值e＝Q_t－Q_s，当e＞0时，由中央控制计算机输出优化后的控制信号，控制变频器同步提高水系统中在役冷水循环泵的转速，进而实现对冷水系统供水压力与流量的增量调节，保障系统中末端冷负荷的服务质量；当偏差值e＜0时，由中央控制计算机输出优化后的控制信号，控制变频器同步降低水系统中在役冷水循环泵的转速，实现节能经济运行的目的；为了有效控制系统供水压力的频繁振荡，当偏差值e＝0时，中央控制计算机输出的控制信号维持当前值不变，变频器继续以当前频率稳定运行。