智能群控系統在廠房空調系統的應用

摘 要

摘要：結合工程實例，對某廠房空調系統的智能群控系統設備組成、控制流程進行了探討。分析了智能群控系統的特點。關鍵詞：智能群控系統；廠房；空調系統Application of Intelligent G
摘要：結合工程實例，對某廠房空調系統的智能群控系統設備組成、控制流程進行了探討。分析了智能群控系統的特點。
關鍵詞：智能群控系統；廠房；空調系統
Application of Intelligent Group Control System to Air-conditioning System of Factory Buildings
CHEN Xi
Abstract：The composition and control process of equipment for intelligent group control system of air-conditioning system of a factory building are introduced with an engineering example. The characteristics of the intelligent group control system are analyzed.
Key words：intelligent group control system；factory building；air-conditioning system
   隨著社會的進步、科技的發展，企業在生產中越來越注重提高設備運行效率及節能。這就要求我們必須采用先進的技術手段進行日常設備的運行管理，原有基于對單臺設備進行控制管理的運行模式已經不能適應現代生產的需要。為此，我們在新廠房建設時，針對廠房的空調系統采用了智能群控系統進行運行管理，不但著眼于提高單臺設備的運行效率和節能指標，更著眼于系統，靠系統間設備的配合控制達到整體的效率與節能效果的提高。本文對智能群控系統在廠房空調系統的應用進行探討。
1 廠房空調系統概況
    我公司新建廠房總建筑面積為55438m2，設計冷負荷為8000kW。空調系統設備主要包括離心式冷水機組4臺、冷水泵5臺、冷卻水泵5臺、冷卻塔4座、組合式空調機組21臺。離心式冷水機組采用三級壓縮，單臺制冷量為3150kW，冷水進、出溫度為12、7℃，冷水流量為540m3/h。冷卻水進、出溫度為32、37℃，冷卻水流量為650m3/h。冷水泵流量為600m3/h，揚程為38m。冷卻水泵流量為720m3/h，揚程為45m。冷卻塔流量為700m3/h，風量為40×104m3/h，進出水溫差為6℃。
    組合式空調機組(帶熱回收)12臺，單臺制冷量為450kW。送風機風量為6.5×104m3/h，功率為37kW；排風機風量為5×104m3/h，功率為30kW。機組冬夏季新風量為5×104m3/h，過渡季節采用全新風運行。組合式空調機組(不帶熱回收)9臺，單臺制冷量為450kW。送風機風量為6.5×104m3/h，功率為37kW。機組冬夏季新風量為5×104m3/h，過渡季節采用全新風運行。
2 智能群控系統設備組成及控制流程
   ① 設備組成
空調系統的智能群控系統設備組成見圖1。智能群控系統包括1個主控制器、3個現場控制器。主控制器位于控制室內，可對整個空調系統設備進行控制，并監控各設備的運行狀況。3個現場控制器可分別實現對5臺冷水泵、5臺冷卻水泵、4臺冷卻塔的控制，配合主控制器實現對空調系統的群控。智能群控系統還包括8個電動調節閥，分別安裝在4臺離心式冷水機組的冷水和冷卻水管上，控制冷水、冷卻水的流量，并配有電動調節閥控制器控制電動調節閥的相對開度。4個水溫傳感器和1個室外溫濕度傳感器，用以反饋冷水、冷卻水供回水溫度以及環境溫濕度，便于智能群控系統根據實際情況調節運行狀態。壓差傳感器、壓差平衡閥用于監控冷水供回水壓力差，并進行實時調整。
② 控制流程
根據冷水總管供回水溫度、冷水機組運行電流及制冷劑壓力、溫度等參數，主控制器計算空調系統負荷，從而控制冷水機組的運行數量和運行工況。
當一臺冷水機組達到滿負荷運轉時，主控制器通過水溫傳感器反饋溫度計算空調系統實際負荷[1]，若大于該臺冷水機組滿負荷的15%，并且持續20min時，第2臺冷水機組運行。當兩臺冷水機組都達到滿負荷運轉時，主控制器再次根據水溫傳感器反饋的溫度計算空調系統實際負荷，若大于這兩臺冷水機組滿負荷的15%，并且持續20min時，第3臺冷水機組開始運行，依此類推。
這樣既保證了冷水機組能夠根據實際需求增加負荷，又避免了由于冷水機組頻繁啟停造成空調系統運行不穩定。智能群控系統有運行時間累計功能，通過主控制器累計每臺冷水機組運行時間，當空調系統再次運行時，自動比較各臺冷水機組的累計運行時間，選擇累計運行時間最短的冷水機組優先運行，使得每臺冷水機組運行時間保持基本相等，以延長設備使用壽命。
    在空調系統啟動階段，主控制器將指令傳送給3個現場控制器，現場控制器根據指令開啟相應的冷卻水泵、冷卻塔、冷水泵。主控制器根據4個水溫傳感器反饋的溫度參數調節各電動調節閥的相對開度，確定冷水機組的開啟數量及具體機組，并發出指令開啟相應的冷水機組。而后監控各冷水機組的運行狀態以及各參數點，隨時做好調節準備。
    在冷水機組進入平穩運行階段后，主控制器根據各種反饋數據，計算出空調系統實際負荷，確定是否調整冷水機組的運行數量，并相應增減冷水泵、冷卻水泵以及冷卻塔的運行數量，調整電動調節閥的相對開度，以保證各設備高效運轉。主控制器根據壓差傳感器反饋信號，與設定值進行比較后自動調節壓差平衡閥的相對開度，以滿足冷水壓力的需要[2]。
3 智能群控系統的特點
    智能群控系統在運行過程中可以對設備及空調系統運行參數進行實時監控，并根據當時情況自動做出調整，可有效保證設備處于高效運轉狀態。由于設備的啟停完全根據實際的負荷情況決定，因此可以有效節約能源。智能群控系統還配備了多種安全保護措施，可以保證空調系統及設備的安全運行。
   ① 智能化控制
   智能群控系統的參數監控點十分豐富，可以做到對設備的自動控制，監控各參數點及冷水機組的工作參數，使得以此為依據計算出的負荷更加準確。運行調節手段更加多樣，更便于空調系統運行的整體優化。
    ② 提高運行效率及節能效果
    原有的單機控制模式，由于缺乏設備之間的有效聯動，各設備的啟停全靠運行人員的經驗來判斷，不能根據實際的負荷及時做出調節。由于靠運行人員做出調節往往需要一段較長的時間，這就易造成空調系統整體的運行效率降低及大量能源的浪費。主要表現在兩個方面：a.當負荷增加時，由于不能及時增加冷水機組及相應設備的運行數量，導致設備及空調系統的運行參數不能保證在最佳的運行范圍內，使運行效率大大降低，也不能保證理想的制冷效果。b.當負荷減小時，由于不能及時減少冷水機組及相應設備的運行數量，導致設備仍然處在一個高負荷運轉狀態中，產生出多余的冷量，多消耗了能源。
    智能群控系統解決了這一問題。它可根據采集數據進行實時計算，控制設備的運行狀態以達到最佳的運行狀態，既保證了設備的高效運行又降低了能源的消耗。當冷水的供回水溫差過小時，回水中包含了大量的沒有利用的冷量，此時可以通過加大壓差平衡閥的相對開度，使這部分冷水再次回到組合式空調機組中進行熱交換，有效提高了系統的整體效率。
    ③ 系統安全運行保護控制
    a. 當空調系統中一臺設備出現故障或需要維修時，智能群控系統確認后會即刻啟動下一臺設備以維護空調系統的平衡。關閉故障設備，并發出故障報警信號。
    b. 智能群控系統對設備的啟停采取了連鎖控制，某一級設備的啟停需經智能群控系統對上一級設備啟停的確認。開機先后順序為：冷卻塔風機、冷卻水閥、冷卻水泵、冷水閥、冷水泵、冷水機組。關機先后順序為：冷水機組、延時關閉冷水泵、冷水閥、冷卻水泵、冷卻水閥、冷卻塔風機。
    c. 智能群控系統隨時監測設備運行情況，當出現異常情況(冷水機組、水泵、冷卻塔出現故障或過載等)時，智能群控系統將記錄發生故障時的運行參數、時間等數據，并發出報警信號，自動停止故障設備的運行。
   ④ 直觀的監控界面及完備的運行記錄
   a. 操作人員可以通過監控界面及時了解到各設備的運行狀態和數據，并根據實際需要發出控制指令。
    b. 可以根據運行管理的要求，對設備進行自動數據采樣。自動儲存采樣數據或進行打印，采樣間隔可設定為5min～2h。冷水機組運行過程中的即時參數顯示界面見圖2。由圖2可知，冷水機組的主要運行參數都能在界面中反映出來，包括冷卻水溫度、冷水溫度、流態、蒸發器、冷凝器溫度及壓力、壓縮機運行電流等。運行人員可通過界面了解到冷水機組的即時詳細的數據，以進行相應的數據記錄與分析。
    c. 智能群控系統是開放性的系統，采用的MODBUS協議可以通過網絡，實現與其他管理系統的數據通信，實現數據共享。
 
4 結語
    大型廠房空調系統的智能群控系統十分復雜，需要在技術上不斷完善與創新。隨著科技的發展，現代化的廠房將更加強調自動化程度，而智能群控系統必然會在此過程中獲得更大的發展空間，在越來越多的新廠房建設中得到應用。
參考文獻：
[1] 陳光明，陳國邦.制冷與低溫原理[M].北京：機械工業出版社，2000.
[2] 林錦國.過程控制系統、儀表及裝置[M].南京：東南大學出版社，2001.
 
(本文作者：陳希 天津一汽夏利汽車股份有限公司內燃機制造分公司 天津 300380)