一種中央空調冷凍站節能控制系統的制作方法
【專利摘要】一種中央空調冷凍站節能控制系統，涉及冷凍站控制系統，它包括中央節能控制器、冷凍水系統控制器、冷卻水系統控制器、冷凍水傳感器組、冷卻水傳感器組、蒸發器入口電動隔離閥、旁通電動調節閥、冷凍水泵變頻器、冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器、冷凝器入口電動隔離閥、冷卻塔進出口電動隔離閥；中央節能控制器分別與冷凍水系統控制器和冷卻水系統控制器連接。冷凍水系統控制器分別與冷凍水傳感器組、冷凍水泵變頻器和受控的冷水機組連接。冷卻水系統控制器分別與冷卻水傳感器組、冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器連接。通過對中央空調冷凍站內各主要耗電設備進行整體優化控制，使整個中央空調冷凍站始終工作在高效節能狀態。
【專利說明】一種中央空調冷凍站節能控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及冷凍站控制系統，特別是涉及中央空調冷凍站節能控制系統。
【背景技術】
[0002]近年來低碳經濟發展已經成為一個社會熱點，建筑節能受到了前所未有的重視，而中央空調能耗又占據了整個建筑能耗的很大比例，因此，如何降低中央空調系統的能量消耗成為一個重要研究課題。在中央空調冷凍站系統中，水泵的變頻節能技術目前已被較多地應用，作為一種離心設備，水泵的功耗與轉速的三次方成正比，因此通過變頻器來調節水泵轉速對降低水系統的能耗意義重大。傳統中央空調冷凍站控制方法多為單點控制，例如，恒壓差控制對水系統供回水壓差進行控制；恒溫差控制對水系統供回水溫差進行控制。所使用的典型單變量控制模式是PID控制模式，作為最早發展起來的控制策略之一，由于其具有控制算法簡單、通用性好和可靠性高等優點，被廣泛應用于工業過程控制。針對PID控制存在容易發生振蕩、穩定性較差的問題，一些改進的PID控制方法、模糊控制等也被應用到中央空調冷凍站控制中。但是，這些控制技術存在的一個主要問題是只著重中央空調冷凍站內某個單獨設備或局部小系統的節能，沒有對系統整體節能進行考慮，因此節能效果受限，有時還會出現某種設備節能，而影響另外設備耗能增加，最終可能出現整體負效益結果。例如，僅關注水泵節電，忽略了可能出現的冷機能耗上升造成的系統能耗上升；冷凍水循環和冷卻水循環控制相對獨立，不能實現系統效率的綜合優化控制。
實用新型內容
[0003]本實用新型的技術解決問題是:克服現有技術的不足，提供了一種中央空調冷凍站節能控制系統，通過對中央空調冷凍站內各主要耗電設備進行整體優化控制，使整個中央空調冷凍站始終工作在高效節能狀態。
[0004]本實用新型的技術解決方案是:一種中央空調冷凍站節能控制系統，包括中央節能控制器、冷凍水系統控制器、冷卻水系統控制器、冷凍水傳感器組、冷卻水傳感器組、蒸發器入口電動隔離閥、旁通電動調節閥、冷凍水泵變頻器、冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器、冷凝器入口電動隔離閥、冷卻塔進出口電動隔離閥；所述中央節能控制器分別與冷凍水系統控制器和冷卻水系統控制器連接；所述冷凍水系統控制器分別與冷凍水傳感器組、蒸發器入口電動隔離閥、旁通電動調節閥、冷凍水泵變頻器和受控的冷水機組連接；冷卻水系統控制器分別與冷卻水傳感器組、冷凝器入口電動隔離閥、冷卻塔進出口電動隔離閥、冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器連接。
[0005]中央節能控制器向冷凍水系統控制器發送初始的冷凍水控制指令，向冷卻水系統控制器發送初始的冷卻水控制指令；冷凍水系統控制器分別向冷凍水泵變頻器、受控的冷水機組、蒸發器入口電動隔離閥、旁通電動調節閥發送冷凍水系統初始運行指令，實現對冷凍水系統的初始控制；冷卻水系統控制器分別向冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器、冷凝器入口電動隔離閥、冷卻塔進出口電動隔離閥發送冷卻水初始運行指令，實現對冷卻水系統的初始控制。
[0006]冷凍水泵變頻器、冷水機組、蒸發器入口電動隔離閥、旁通電動隔離閥、冷凍水傳感器組向冷凍水系統控制器反饋冷凍水狀態，冷凍水系統控制器將冷凍水狀態進行數字化處理后，得到冷凍水狀態參數并發送到中央節能控制器；冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器、冷凝器入口電動隔離閥、冷卻塔進出口電動隔離閥、冷卻水傳感器組向冷卻水系統控制器反饋冷卻水狀態，冷卻水系統控制器將冷卻水狀態進行數字化處理，得到冷卻水狀態參數并發送到中央節能控制器；中央節能控制器接收冷凍水狀態參數和冷卻水狀態參數，進行能效計算，分別得到新的冷凍水控制指令和冷卻水控制指令，分別發送給冷凍水系統控制器和冷卻水系統控制器，用于實現對冷凍水系統和冷卻水系統的閉環控制。
[0007]所述冷凍水傳感器組包括冷水機組功率傳感器、蒸發器出水溫度傳感器、蒸發器回水溫度傳感器、冷凍水一次流量傳感器、區域壓差傳感器；冷凍水傳感器組中的每個傳感器分別向冷凍水系統控制器發送電信號。
[0008]所述冷卻水傳感器組包括冷凝器出水溫度傳感器、冷凝器回水溫度傳感器、室外溫度傳感器、室外濕度傳感器；冷卻水傳感器組中的每個傳感器分別向冷卻水系統控制器發送電信號。
[0009]所述中央節能控制器還與外部的樓宇自控系統進行總線通信，接收樓宇自控系統發出的開關機指令，并將冷凍水狀態參數和冷卻水狀態參數發送到樓宇自控系統。
[0010]所述中央節能控制器還與互聯網連接，以TCP/IP網絡通訊方式與互聯網內的計算機進行全球通信，進行遠程監控。
[0011]本實用新型與現有技術相比有益效果為:
[0012](I)本實用新型節能控制裝置通過冷凍水系統控制器對冷凍水系統進行自動控制，通過冷卻水系統控制器對冷凍站冷卻水系統進行自動控制，并通過中央節能控制單元協調兩部分的運行，實現最優化的綜合節能；
[0013](2)本實用新型通過中央節能控制系統發出控制指令，并將冷凍水狀態參數和冷卻水狀態參數進行綜合的能效計算，使整個中央空調冷凍站能夠適應工況的變化，始終工作在高效節能狀態，提高中央空調冷凍站系統的整體運行效率；
[0014](3)本實用新型節能控制裝置實現了中央空調冷凍站系統的全自動運行，架構可靠穩定，具有較強的實用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1本實用新型的系統結構圖。
【具體實施方式】
[0016]中央空調冷凍站的受控系統主要為冷凍水系統和冷卻水系統，主要受控設備為四種:冷凍水泵、冷水機組、冷卻水泵和冷卻塔風機。冷凍水系統包括若干級冷凍水泵、冷水機組和冷凍水供回水管路；冷卻水系統包括若干級冷卻水泵、冷卻塔風機和冷卻水供回水管路。本實用新型通過設計綜合化的節能控制系統，解決了現有技術中無法對冷凍水系統和冷卻水系統進行整體節能控制的問題。
[0017]如圖1所示，本實用新型包括中央節能控制器、冷凍水系統控制器、冷卻水系統控制器、冷凍水傳感器組、冷卻水傳感器組、蒸發器入口電動隔離閥、旁通電動調節閥、冷凍水泵變頻器、冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器、冷凝器入口電動隔離閥、冷卻塔進出口電動隔離閥。中央節能控制器分別與冷凍水系統控制器和冷卻水系統控制器連接。冷凍水系統控制器分別與冷凍水傳感器組、蒸發器入口電動隔離閥、旁通電動調節閥、冷凍水泵變頻器和受控的冷水機組連接，冷凍水泵變頻器驅動受控的冷凍水泵運轉。冷卻水系統控制器分別與冷卻水傳感器組、冷凝器入口電動隔離閥、冷卻塔進出口電動隔離閥、冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器連接。冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器分別驅動冷卻水泵的運轉和冷卻塔風機的運轉。
[0018]冷凍水傳感器組實時向冷凍水系統控制器發送傳感器測得的電信號冷凍水傳感器組包括冷水機組功率傳感器、蒸發器出水溫度傳感器、蒸發器回水溫度傳感器、冷凍水一次流量傳感器、區域壓差傳感器；冷凍水傳感器組中的每個傳感器分別向冷凍水系統控制器發送電信號。具體來說，冷水機組功率傳感器發送冷水機組的功率；蒸發器出水溫度傳感器發送冷水機組上的蒸發器的出水功率；蒸發器回水溫度傳感器發送冷水機組上的蒸發器的回水溫度；冷凍水一次流量傳感器發送冷凍水系統中通過一級冷凍水泵的水流量；區域壓差傳感器發送的是冷凍水輸送到末端設備區域的供回水管路水壓差。在冷凍水系統中的冷凍水泵和冷水機組沒有運轉時，冷凍水一次流量為0，區域壓差也為O。
[0019]冷卻水傳感器組實時向冷卻水系統控制器發送傳感器測得的電信號，冷卻水傳感器組包括冷凝器出水溫度傳感器、冷凝器回水溫度傳感器、室外溫度傳感器、室外濕度傳感器；冷卻水傳感器組中的每個傳感器分別向冷卻水系統控制器發送電信號。具體來說，冷凝器出水溫度傳感器發送冷卻塔風機上的冷凝器出水溫度，冷凝器回水溫度傳感器發送冷卻塔風機上的冷凝器的回水溫度，室外溫度傳感器發送室外溫度，室外濕度傳感器發送室外溫度。
[0020]中央節能控制器通過CPU實現，中央節能控制器內部有局域網接口和通信總線接口。系統最初運行時，中央節能控制器通過局域網接口向冷凍水系統控制器發送初始的冷凍水控制指令，初始的冷凍水控制指令的內容包括:冷水機組的蒸發器的壓力、冷凝器的壓力、壓縮機的轉速；冷凍水泵的轉速、電壓和電流；冷水機組蒸發器入口電動隔離閥的開關、旁通電動調節閥的開度。同時，中央節能控制系統也向冷卻水系統控制器發送初始的冷卻水控制指令，初始的冷卻水控制指令的內容包括:冷卻水泵的轉速、電壓和電流；冷卻塔風機的轉速、電壓和電流；冷凝器入口電動隔離閥的開關；冷卻塔進出口電動隔離閥的開關。通過初始的冷凍水控制指令和冷卻水控制指令，中央節能控制器分別實現對冷凍水系統和冷卻水系統的初始控制。如果向實現節能控制系統與樓宇自控系統進行通信，中央節能控制器還可以通過通信總線接口局域網接口與外部的樓宇自控系統進行總線通信，接收樓宇自控系統發出的開關機指令，并將冷凍水狀態參數和冷卻水狀態參數發送到樓宇自控系統。樓宇自動系統也簡稱為BAS。如果想實現子在互聯網上對冷凍站進行遠程監控，本實用新型中的中央節能控制器還可以與互聯網連接，以TCP/IP網絡通訊方式與互聯網內的計算機進行全球通信。
[0021]冷凍水泵、冷水機組、冷卻水泵和冷卻塔風機四大受控設備運轉起來以后，冷凍水泵變頻器、冷水機組、蒸發器入口電動隔離閥、旁通電動隔離閥、冷凍水傳感器組分別向冷凍水系統控制器反饋冷凍水狀態，冷凍水狀態是包含以下信息的電信號:冷凍水泵的轉速、電壓和電流；冷水機組的蒸發器入口電動隔離閥的開關、旁通電動調節閥的開度以及冷凍水傳感器組的電信號。其中，冷凍水泵將包含自身設備運轉速度、電壓和電流信息的電信號發送給冷凍水泵變頻器，冷凍水泵變頻器發送電信號給冷凍水系統控制器；冷水機組向冷凍水控制系統發送其設備自身運轉速度、電壓和電流信息的電信號；蒸發器入口電動隔離閥向冷凍水系統控制器發送冷水機組的蒸發器入口電動隔離閥的開關狀態；旁通電動調節閥向冷凍水系統控制器發送旁通電動調節閥的開度。
[0022]冷凍水系統控制器通過CPU、FPGA等處理器實現，冷凍水系統控制器內部有局域網接口、通信總線接口、Al接口、DI/D0接口。其中，Al接口為模擬量輸入接口 ；DI/D0接口為數字量輸入或輸出接口 ；AI/A0接口為模擬量輸入或輸出接口。冷凍水傳感器組與Al接口連接；蒸發器入口電動隔離閥通過DI/D0接口連接；旁通電動調節閥通過AI/A0接口連接；冷凍水泵變頻器和冷水機組與通信總線接口連接，實現與冷凍水控制系統之間的總線通信。冷凍水系統控制器接收冷凍水狀態后進行數字化處理后，得到冷凍水狀態參數并發送到中央節能控制器。
[0023]冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器、冷凝器入口電動隔離閥、冷卻塔進出口電動隔離閥、冷卻水傳感器組向冷卻水系統控制器反饋冷卻水狀態。冷卻水狀態時包含以下信息的電信號:冷卻水泵變頻器發送的冷卻水泵自身的轉速、電壓和電流；冷卻塔風機變頻器發出的冷卻塔風機自身的轉速、電壓和電流；冷凝器入口電動隔離閥發出的其自身的開關狀態；冷卻塔進出口電動隔離閥發送的其自身的開關狀態；冷卻水傳感器組發送的電信號。
[0024]冷卻水系統控制器由CPU、FPGA等處理器實現，冷卻水系統控制器內部有局域網接口、Al接口、DI/DO接口、通信總線接口。冷卻水泵變頻器和冷卻塔風機變頻器與通信總線接口連接，實現與冷卻時系統控制器之間的總線通信，冷卻塔進出口電動隔離閥和冷凝器入口電動隔離閥與DI/D0接口連接；冷卻水傳感器組與Al接口連接。冷卻水系統控制器接收冷卻水狀態后，進行數字化處理，得到冷卻水狀態參數并發送到中央節能控制器。
[0025]中央節能控制器接收冷凍水狀態參數和冷卻水狀態參數，進行能效計算，分別得到新的冷凍水控制指令和冷卻水控制指令，分別發送給冷凍水系統控制器和冷卻水系統控制器，用于實現對冷凍水系統和冷卻水系統的閉環控制。
[0026]本實用新型說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種中央空調冷凍站節能控制系統，其特征在于:包括中央節能控制器、冷凍水系統控制器、冷卻水系統控制器、冷凍水傳感器組、冷卻水傳感器組、蒸發器入口電動隔離閥、旁通電動調節閥、冷凍水泵變頻器、冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器、冷凝器入口電動隔離閥、冷卻塔進出口電動隔離閥；所述中央節能控制器分別與冷凍水系統控制器和冷卻水系統控制器連接；所述冷凍水系統控制器分別與冷凍水傳感器組、蒸發器入口電動隔離閥、旁通電動調節閥、冷凍水泵變頻器和受控的冷水機組連接；冷卻水系統控制器分別與冷卻水傳感器組、冷凝器入口電動隔離閥、冷卻塔進出口電動隔離閥、冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器連接； 中央節能控制器向冷凍水系統控制器發送初始的冷凍水控制指令，向冷卻水系統控制器發送初始的冷卻水控制指令；冷凍水系統控制器分別向冷凍水泵變頻器、受控的冷水機組、蒸發器入口電動隔離閥、旁通電動調節閥發送冷凍水系統初始運行指令，實現對冷凍水系統的初始控制；冷卻水系統控制器分別向冷卻水泵變頻器、冷卻塔風機變頻器、冷凝器入口電動隔離閥、冷卻塔進出口電動隔離閥發送冷卻水初始運行指令，實現對冷卻水系統的初始控制。
2.根據權利要求1所述的一種中央空調冷凍站節能控制系統，其特征在于:所述冷凍水傳感器組包括冷水機組功率傳感器、蒸發器出水溫度傳感器、蒸發器回水溫度傳感器、冷凍水一次流量傳感器、區域壓差傳感器；冷凍水傳感器組中的每個傳感器分別向冷凍水系統控制器發送電信號。
3.根據權利要求1所述的一種中央空調冷凍站節能控制系統，其特征在于:所述冷卻水傳感器組包括冷凝器出水溫度傳感器、冷凝器回水溫度傳感器、室外溫度傳感器、室外濕度傳感器；冷卻水傳感器組中的每個傳感器分別向冷卻水系統控制器發送電信號。
4.根據權利要求1所述的一種中央空調冷凍站節能控制系統，其特征在于:所述中央節能控制器還與外部的樓宇自控系統進行總線通信，接收樓宇自控系統發出的開關機指令，并將冷凍水狀態參數和冷卻水狀態參數發送到樓宇自控系統。
5.根據權利要求1所述的一種中央空調冷凍站節能控制系統，其特征在于:所述中央節能控制器還與互聯網連接，以TCP/IP網絡通訊方式與互聯網內的計算機進行全球通信，進行遠程監控。
【文檔編號】F24F11/00GK203518120SQ201320452455
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】楊謙, 宗文波, 楊丹, 范志遠, 柴容 申請人:北京星達科技發展有限公司, 北京衛星制造廠