廣州地鐵某線供冷空調(diào)系統(tǒng)的控制策略方案設(shè)計

1、廣州地鐵XX號線供冷空調(diào)系統(tǒng)的控制策略方案設(shè)計 NARI文檔編號： 廣州地鐵某線供冷空調(diào)系統(tǒng)控制策略方案設(shè)計 (版本A01)編制單位：編 制 ：審 核 ：批 準(zhǔn) ：編制時間： 年 月 日廣州地鐵XX號線供冷空調(diào)系統(tǒng)的控制策略方案設(shè)計本方案設(shè)計討論稿由AA嘻嘻提出，經(jīng)業(yè)主和設(shè)計院討論修改通過，共同遵照執(zhí)行。1 前言1.1 概述地鐵XX號線供冷空調(diào)系統(tǒng)不同于一般的商用系統(tǒng)，而是具有工業(yè)系統(tǒng)的特性。現(xiàn)按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和方式考慮其工藝要求和控制方法。供冷空調(diào)系統(tǒng)由包括冷源、空氣處理設(shè)備、空氣和水的管路系統(tǒng)、冷量的分配系統(tǒng)等組成。按用途特點分類，又可分為車站大系統(tǒng)、小系統(tǒng)，車站水系統(tǒng)，冷站系統(tǒng)等。監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)

2、對上述全系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，并對各類工藝設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和對工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。其中集中供冷系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)是難點。本設(shè)計以溫度調(diào)節(jié)控制為主要內(nèi)容，工況和模式控制按相關(guān)環(huán)控工藝圖紙要求進(jìn)行。1.2 設(shè)計依據(jù)1.2.1 廣州市軌道交通XX號線大學(xué)城專線段機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備采購項目招標(biāo)文件第四部分用戶需求書1.2.2 廣州市軌道交通XX號線某段機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備采購項目合同書1.2.3 廣州市地下鐵道設(shè)計研究院會議紀(jì)要穗鐵院機電會字2011第號（2011年4月3日）地鐵XX號線環(huán)控系統(tǒng)控制策略討論會會議紀(jì)要1.2.4 有關(guān)設(shè)計院的有關(guān)圖紙2 車站大系統(tǒng)2.1 監(jiān)控對象：組合式空調(diào)機、新風(fēng)機、回、排風(fēng)機

3、、排煙風(fēng)機、相關(guān)風(fēng)閥等。2.2 監(jiān)控策略：2.2.1 正常運行工況2.2.1.1 對每一個車站的同一個空調(diào)對象空間，作為一個監(jiān)控對象進(jìn)行環(huán)境溫度控制，即對車站大系統(tǒng)按照同時控制車站兩端的空調(diào)系統(tǒng)處理，作為一個控制對象，見圖所示。2.2.1.2 控制回路基本按串級控制方式對車站大廳和站臺的室溫進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，使室溫穩(wěn)定在舒適水平上。調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本方框圖如下：將回風(fēng)溫度作為外環(huán)的反饋，與設(shè)定值比較經(jīng)PID1輸出，作為內(nèi)環(huán)的設(shè)定，與空調(diào)機的出風(fēng)溫度比較后，由PID2輸出，作用于執(zhí)行器（電動二通調(diào)節(jié)閥），調(diào)節(jié)冷水量，從而及時控制站廳（臺）的室溫達(dá)到規(guī)定值。上述方案對干擾響應(yīng)速度快，又能反映室內(nèi)外的較多干

4、擾因素，是比較先進(jìn)的控制方式。2.2.1.3 溫度調(diào)節(jié)控制目標(biāo)在空調(diào)季節(jié)，車站的大廳和站臺都能穩(wěn)定地實現(xiàn)需要的溫度與相對濕度。1) 確定與上述溫度對應(yīng)的回風(fēng)溫度設(shè)定值待計算和調(diào)試后確定。2) 設(shè)定溫度可在上位機上修改。2.2.1.4 傳感器的配置1) 為完成溫度調(diào)節(jié)控制的任務(wù)，每個車站大系統(tǒng)必須配置如下傳感器以供調(diào)節(jié)使用：l 新風(fēng)溫濕度傳感器l 每一臺組合式空調(diào)機的送風(fēng)溫濕度傳感器l 每一臺組合式空調(diào)機的回風(fēng)溫濕度傳感器。2) 另外在車站大廳和站臺空間內(nèi)配置若干溫度傳感器，以便監(jiān)視其實際溫度控制效果（并用來判斷是否要對設(shè)定值進(jìn)行修正。）2.2.1.5 工況轉(zhuǎn)換1) 空調(diào)季節(jié)（Tw>To）

5、a， 小新風(fēng)工況當(dāng)ir<iw進(jìn)入小新風(fēng)空調(diào)運行工況。采用小新風(fēng)空調(diào)工況運行，用小新風(fēng)加一次回風(fēng)運行。b， 全新風(fēng)工況當(dāng)iriw 進(jìn)入全新風(fēng)空調(diào)運行工況。采用全新風(fēng)空調(diào)運行，空調(diào)器處理室外新風(fēng)后送至站廳和站臺，回風(fēng)則全部排至車站外。2) 非空調(diào)季節(jié)（Tw To）工況進(jìn)入全新風(fēng)非空調(diào)運行工況，冷機停運、冷凍水系統(tǒng)停運。上述式中：iw 車站室外空氣焓值ir車站回風(fēng)空氣焓值To車站空調(diào)送風(fēng)溫度Tw車站室外空氣溫度。小新風(fēng)/全新風(fēng)工況的自由模式下的切換由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)焓值參數(shù)判定并控制相應(yīng)的風(fēng)機、風(fēng)閥進(jìn)行。為防止工況在一天內(nèi)頻繁轉(zhuǎn)換，每0.5小時對焓值進(jìn)行平均值計算，并依據(jù)此平均值進(jìn)行模式控制和工況

6、轉(zhuǎn)換控制。空調(diào)季節(jié)與非空調(diào)季節(jié)轉(zhuǎn)換在自由模式下，每0.5小時對Tw的平均值計算并與To進(jìn)行比較，作為進(jìn)行模式的控制和工況的轉(zhuǎn)換控制的依據(jù)。在空調(diào)季節(jié)內(nèi)，不管是什么工況，都要按前述原則對回風(fēng)溫度進(jìn)行定值控制，實現(xiàn)站廳和站臺的溫濕度滿足人體舒適度的要求。2.2.2 其他運行工況火災(zāi)情況下轉(zhuǎn)入相應(yīng)的火災(zāi)模式。3 車站小系統(tǒng)3.1 監(jiān)控對象：空調(diào)器、設(shè)備用戶的送風(fēng)機、排風(fēng)機、排煙風(fēng)機、相關(guān)風(fēng)閥等。3.2 監(jiān)控策略3.2.1 監(jiān)控系統(tǒng)對風(fēng)機盤管不監(jiān)視、不控制。3.2.2 對柜式空調(diào)器的監(jiān)控。一個柜式空調(diào)器及其風(fēng)路就是一個控制回路。結(jié)其所供冷的各類房間，根據(jù)設(shè)計和調(diào)試情況，結(jié)合房間工作性質(zhì)及重要程度，確定

7、溫度控制方案，未確定時默認(rèn)為根據(jù)風(fēng)路末端參數(shù)控制。3.2.3 傳感器的配置對每個有要求的房間配置溫、濕度傳感器或溫度傳感器。4 車站水系統(tǒng)水系統(tǒng)承擔(dān)著將冷源制造的冷介質(zhì)冷凍水輸送分配至各處用戶，平衡地滿足各個末端的空調(diào)器對冷凍水量大小的不同需求。4.1 集中供冷方式廣州地鐵XX號線集中供冷水系統(tǒng)采用二次泵可調(diào)速系統(tǒng)。4.1.1 監(jiān)控對象冷凍水二級泵、變頻器、二通調(diào)節(jié)閥、相關(guān)閥門、傳感器（壓力、壓差等。）廣州地鐵XX號線小谷圍集中冷站的輸水系統(tǒng)按泵組劃分共有二條支路：1號支路：水泵：5臺，其中調(diào)整泵4臺（同型規(guī)格），定速泵1臺用戶：小谷圍車站、官洲車站型式：二個車站的水管均從冷站接出。2號支路：

8、水泵：3臺，其中調(diào)整泵2臺（同型規(guī)格），定速泵1臺用戶：大學(xué)城車站型式：異程。上述二條支路分別由二組水泵供水，構(gòu)成兩個水管網(wǎng)系統(tǒng)。這二個管網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)用戶車站的不同需求，完成冷凍水的輸送任務(wù)。4.1.2 監(jiān)控任務(wù)1) 在工藝條件允許的范圍內(nèi)，穩(wěn)定管網(wǎng)壓力場，防止壓力波動大而影響末端空調(diào)的自動調(diào)節(jié)品質(zhì)。2) 實施變流量配水，滿足用戶部分負(fù)荷下對冷凍水量需求的波動。3) 減少不必要的揚程損失，用調(diào)速節(jié)流實現(xiàn)節(jié)能。4) 保障安全供水4.1.3 工藝條件4.1.3.1 白天最大負(fù)荷（滿負(fù)荷）條件1) 上述二個管網(wǎng)系統(tǒng)，在用戶最大負(fù)荷時，其各個空調(diào)器管路的二端（含二通流量調(diào)節(jié)閥）、車站出入端、支路端口等重

9、要節(jié)點的壓差以及流量均能滿足管網(wǎng)水力平差要求，滿足用戶對冷凍水最大水量的要求。2) 最大負(fù)荷時二通閥全開4.1.3.2 白天最小負(fù)荷條件上述二個管網(wǎng)系統(tǒng)的最小供水量不小于各自1臺變速泵的最小供水量。4.1.3.3 一條支路內(nèi)部運行泵組合數(shù)量不同時的參數(shù)。工藝上如果需要出現(xiàn)一條支路內(nèi)投運的水泵增一臺或減一臺時，則前述重要節(jié)點的壓力、流量也有相應(yīng)的對應(yīng)值：增（減）一臺泵之前的滿負(fù)荷值，增（減）一臺泵之后的滿負(fù)荷值。每條支路上的運行的變頻泵運行頻率要相同。4.1.3.4 夜間僅有定速泵向小系統(tǒng)供水時，定速泵運行，監(jiān)控系統(tǒng)不調(diào)節(jié)流量。當(dāng)定速泵故障不能運行時，監(jiān)控系統(tǒng)控制變頻泵按工藝要求運行。4.1.4

10、 車站與集中冷站網(wǎng)絡(luò)通信正常時的監(jiān)控策略4.1.4.1 原則采用“恒壓”控制原則對冷凍水輸配系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。下面敘述的監(jiān)控策略是作為調(diào)節(jié)控制方案的基礎(chǔ)，今后在具體實施中根據(jù)實際的多因素復(fù)雜情況加在充實豐富。4.1.4.2 1控制回路1) 控制基點：圖中的A1點，即二個車站母管匯合點的壓差。2) 控制范圍：各個車站的壓差在合理范圍內(nèi)變動3) 調(diào)節(jié)手段：壓差變頻器頻率PID調(diào)節(jié)。4.1.4.3 2控制回路1) 控制基點：圖中的A2點，即大學(xué)城站的沿供水管路的第一個組合空調(diào)器的按水點壓差。其它組合空調(diào)器的壓差點作輔助（如果已配置壓差傳感器）。2) 控制范圍：車站內(nèi)各組合空調(diào)器的各管路壓差在合理范圍

11、內(nèi)變動。3) 調(diào)節(jié)手段：壓差變頻器頻率PID調(diào)節(jié)4.1.4.4 控制值的設(shè)定。1) 原則：壓差“恒定”的初始控制值為管網(wǎng)系統(tǒng)最大負(fù)荷條件下的相應(yīng)壓差設(shè)計值。在調(diào)試過程中對控制值進(jìn)行修正。2) 如果遇到水泵臺數(shù)增減情況，則以臺數(shù)增減前的滿負(fù)荷相應(yīng)壓差設(shè)計值和增減后的滿負(fù)荷相應(yīng)壓差設(shè)計值為準(zhǔn)。在調(diào)試過程中對控制值進(jìn)行修正。3) 控制值的設(shè)定可以人工調(diào)整。4.1.5 傳感器的配置4.1.5.1 為完成輸水系統(tǒng)調(diào)速配流穩(wěn)壓任務(wù)，必須配置以下傳感器供調(diào)節(jié)使用：l 上述控制基點的壓差傳感器l 每條支路的總流量傳感器（可與各車站配的統(tǒng)籌考慮）。l 其中1支路可用控制基點A1代。l 管網(wǎng)中最遠(yuǎn)的組合空調(diào)器壓差

12、、流量傳感器。4.1.5.2 另外，對管網(wǎng)各處的組合空調(diào)器，可以選擇部分配置壓差、流量、溫度傳感器，以便監(jiān)視系統(tǒng)運行狀況。4.1.5.3 二級泵的壓差、流量。4.1.6 車站與集中冷站網(wǎng)絡(luò)通信故障時的監(jiān)控策略（僅指1支路）4.1.6.1 原則壓力控制基點全部采用每條支路泵出口母管的壓差測點。4.1.6.2 調(diào)節(jié)手段：泵口壓差定值控制，壓差變頻器頻率PID調(diào)節(jié)。4.1.6.3 故障切換控制模式時，做到無擾銜接。4.1.7 發(fā)生爆管，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)人工確認(rèn)的爆管信號，執(zhí)行爆管模式。4.2 分站供冷方式廣州地鐵XX號線分站供冷的車站水系統(tǒng)采用一次泵旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)4.2.1 監(jiān)控對象制冷、供冷系統(tǒng)以及傳感

13、器4.2.2 監(jiān)控策略4.2.2.1 對冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔不做單獨控制，而是與相應(yīng)的冷水機組聯(lián)運聯(lián)鎖控制，此由主機供貨商提供的控制設(shè)備根據(jù)開/關(guān)指令順序完成。EMCS系統(tǒng)與其保持通訊及監(jiān)視。4.2.2.2 冷水機組根據(jù)冷負(fù)荷需求進(jìn)行群控，由EMCS完成開/停指令的發(fā)出，并監(jiān)視開/停任務(wù)實施完成。群控策略見后文敘述。4.2.2.3 冷水機組的冷量調(diào)節(jié)是由冷水機組自身所攜帶的控制裝置完成，冷凍水泵的流量不隨機組負(fù)荷的變化而改變。4.2.2.4 經(jīng)過空調(diào)器用戶的水量是根據(jù)用戶冷負(fù)荷的需求波動而通過二通閥進(jìn)行調(diào)節(jié)的。水系統(tǒng)在進(jìn)行輸水分配過程中，由壓差旁通控制器DPCV根據(jù)壓差變化進(jìn)行水量控制，

14、EMCS對其不監(jiān)控。5 冷源系統(tǒng)的監(jiān)控冷源系統(tǒng)負(fù)責(zé)按照用戶的需求，制造符合溫度規(guī)范的一定水量的冷凍水。本文重在對集中冷站的制冷輸送設(shè)備群控進(jìn)行方案設(shè)計。5.1 監(jiān)控對象和任務(wù)如圖所示，監(jiān)控冷機和一、二級水泵及相關(guān)設(shè)備。任務(wù)：使得制冷與送冷之間互相協(xié)調(diào)，既要保證制冷側(cè)（冷機側(cè)）的定水量供應(yīng)，又要滿足用冷側(cè)（送冷側(cè)）的變水量需要，并且供應(yīng)的冷凍水水溫達(dá)到規(guī)定的值。同時最大可能地節(jié)約能源。廣州地鐵XX號線冷站主要設(shè)備有：冷機側(cè)：3臺冷水機組3臺一次水泵（定速）送水側(cè)：共8臺水泵，其中變速泵6臺（4用2備）（分二組：4+2）定速泵2臺（分二組：1+2）5.2 工藝條件以分、集水器為界，兩側(cè)設(shè)備的容量是

15、匹配的。5.2.1 白天設(shè)備滿負(fù)荷條件白天系統(tǒng)負(fù)責(zé)向車站大、小系統(tǒng)供冷，其主設(shè)備冷水機和二級水泵存在容量匹配關(guān)系，經(jīng)過環(huán)控工藝專業(yè)設(shè)計，在水力平衡計算和設(shè)計基礎(chǔ)上有：l 車站某日最大用冷需要3臺冷機滿負(fù)荷投運時則3臺冷機4臺變頻水泵都滿負(fù)荷時其產(chǎn)供水量平衡。l 車站某日最大用冷需要2臺冷機滿負(fù)荷投運時，則2臺冷機3臺變頻水泵都滿足負(fù)荷時其產(chǎn)供水量基本平衡。5.2.2 夜間設(shè)備負(fù)荷條件夜間一臺冷機2臺定速來滿足夜間最大負(fù)荷需求。5.2.3 冷凍水水溫條件：在正常使用時，冷凍水水溫符合設(shè)計規(guī)范，在廣州地鐵XX號線的集中冷站系統(tǒng)中，為供水7，回水16。5.3 監(jiān)控策略5.3.1 冷負(fù)荷原則1) 集中

16、冷站供冷的所有車站，冷負(fù)荷小于總冷負(fù)荷的30%時，投運一臺冷機；2) 集中冷站供冷的所有車站，冷負(fù)荷大于等于總冷負(fù)荷30%且小于總冷負(fù)荷70%時，投運兩臺冷機；3) 集中冷站供冷的所有車站，冷負(fù)荷大于等于總冷負(fù)荷的70%時，投運三臺冷機；4) 每臺冷機兩次啟動的間隔時間不小于冷機的保護時間。5.3.2 旁通流量原則在制冷側(cè)（冷機側(cè)）與送冷側(cè)（二級泵側(cè)）容量匹配的條件下，分水器和集水器之間的連通管中水流動方向為：l 水流量為零，即水不流動，則冷機制造的冷凍水全部用于向用戶供水。l 水流從分水器流向集水器，。則用戶用冷量為部分工況，冷機自身帶的控制裝置會自動使冷機按部分負(fù)荷制冷。l 水流從集水器向

17、分水器流動，則用戶用冷量超出制冷機的最大制冷能力。結(jié)果造成冷凍水供水水溫升高，使末端空調(diào)器工作在非正常工況條件下，也使監(jiān)控系統(tǒng)在非正常工況條件下，影響大、小系統(tǒng)的空調(diào)效果，則必須增加一臺冷機的投運。判斷旁通管的水流動方向，通過設(shè)在管段兩端的壓差傳感器測量的壓力差值實現(xiàn)。5.3.3 冷負(fù)荷測量與計算5.3.3.1 冷負(fù)荷的測量依靠車站或冷站出入口配置的流量、溫度傳感器來實現(xiàn)。5.3.3.2 每個車站的冷負(fù)荷為：Wi = 41.868×Fi×(CP Ti× Ti-CP Ti ×Ti)則全部用戶的總冷負(fù)荷為：Wii=1W= n5.3.3.3 從冷站角度統(tǒng)計的冷

18、負(fù)荷計算公式類似于上。當(dāng)車站與冷站之間的網(wǎng)絡(luò)通訊發(fā)生故障時，則用冷站的參數(shù)計算總冷負(fù)荷。5.3.3.4 冷負(fù)荷日統(tǒng)計曲線中的時間因素涉及流量測量的時間單位。暫以小時為單位。在調(diào)試系統(tǒng)時，根據(jù)調(diào)試分析需要可以若干“分”或“半小時”為單位。5.4 傳感器的配置5.4.1 為完成負(fù)荷的監(jiān)控任務(wù)，必須配置以下傳感器：1) 每個車站出入口的溫度、車站流量2) 分水器后每條支路的溫度、流量（可與車站統(tǒng)籌考慮）3) 分、集水器之間旁通管二端壓差4) 集水器前每條支路的溫度5) 集水器后向冷機回水的溫度。6) 分水器前冷機供水溫度、流量。5.4.2 另外為觀測系統(tǒng)運行狀況，可配置以下傳感器：1) 冷機出水溫度、流量2) 一次泵的壓差、流量。6 二通流量調(diào)節(jié)閥6.1 作用和流量特性二通流量調(diào)節(jié)閥是末端空調(diào)系統(tǒng)控制回路的調(diào)節(jié)執(zhí)行器，用來調(diào)節(jié)冷量的供應(yīng)量與用戶的冷負(fù)荷需求相平衡。同時它還是水系統(tǒng)控制回路的變量之一。采用等百分比的