图3水冷式冷水机工作原理图
图5水冷式冷水机组流程图
2.3冷水机组的自动控制
自动控制的任务就是实时控制基本设备的输出量，使其与负荷变化相匹配，以保证被控制参数（如温度、湿度、压力、流量等）达到给定值；同时也应保证制冷装置安全运行、参数超限保护及报警、参数记录、故障显示诊断等。
调节单台机组的处理，对于不同机型的机组，其调节方法不同：
离心机可调节入口导叶；往复机可采用多缸卸载或制冷剂旁通形式；螺杆机可调节滑阀位置；吸收式可调节蒸汽、热水或气体的混合比等，对于有变频器的制冷机可调节其频率。
单台制冷机的监控与能量调节由制冷机供应商配置的人工智能控制系统完成。
231冷水机组自动控制的发展
冷水机组系统的自动化在我国经历了三个阶段：
90年代以前，冷水
机组的控制主要以启停控制为主，很少做温度控制。
此阶段主要是根据负荷计算选择相应的冷水机组进行温度调节，控制上只进行启停控制，实际运行中常因负荷变化剧烈，房间温度时高时低，无法稳定，也造成一定的能源浪费。
90年代初至90年代中期，随着现代工业化的发展，以及人们对舒适性、节约能源的要求的不断提高，冷水机组控制开始大量采用温度控制器，实行对房间温度的控制，基本上采用的是单回路控制系统。
90年代后期，随着计算机技术、信息通讯技术和自动控制技术的迅速发展，以及人们对舒适、便利、安全、高效的工作和生活环境提出了更高的要求，尤其是智能建筑的迅速发展，在冷水机组控制中开始采用直接数字控制系统（DDC）和监督控制系统（SCC），此时仍以单回路控制系统为主，但己有许多专家开始提出“采用串级控制系统”。
2.3.2冷水机组的监控内容与监控方式
单台机组的控制任务一般由安装在主机上的单元控制器完成，有些单元控制器同时还完成一部分辅助系统的监控，还有些制冷机的供应商同时提供冷冻站的集中控制器，对几台制冷机及其辅助系统实行统一的监测控制和能量调节。
制冷装置控制系统是制冷装置的组成部分，它为更好地完成冷媒循环的制冷工艺系统服务。
1■监控内容
就自动控制系统而言，主要的监控内容为：
1）对制冷工艺参数（压力、温度、流量）等，进行自动检测。
参数检测是实现控制的依据。
2）自动控制某些工艺参数，使之恒定或者按一定规律变化。
对一台自动控制的制冷装置，首先期望的维持被冷却对象在指定的恒温状态。
由此而来，还涉及到其他一系列相关参数（如蒸发压力、冷凝压力、供液量、压缩机排汽量）的调节。
3）根据编制的工艺流程和规定的操作程序，对机器、设备执行一定的顺序控制或程序控制。
实现自动保护，保证制冷设备的安全运行。
在装置工作异常、参数达到警戒值时，使装置故障性停机或执行保护性操作，并发出报警信号，以确保人机安全。
随着使用技术和功能、容量等参数的不同，实现自动控制所采用的控制规律和控制元件也不尽相同。
一般小型制冷装置系统简单、温控精度要求不高，采用较少的、简单便宜的自控元件、双位控制或比例控制便可以实现自动运行。
复杂的大型空调用制冷装置，其机器设备多，工艺流程复杂、控制点多，运行中各设备、各参数的相互影响需要更仔细考虑，所以自动控制的监控难度相对较大，所需自控元件较多，所采用的控制规律，由单一的双位控制、PID控制上升为智能控制。
2.BAS对冷水机组的监控方式
随着计算机技术的发展，目前许多冷源设备自控通常都配有十分完善的计算机监控系统，能实现对机组各部位的状态参数的监测，实现故障报警、制冷量的自动调节及机组的安全保护，并且大多数设备都留有与外界信息交换的接口。
接口形式有两种，一种为通信接口（如RS-232/RS-485）,另一种为干触点几口。
通过RS-232/RS-485接口，可以通过通信实现BAS与主机的完全通信，而干触点接口只能接受外部的起
停控制、向外输出报警信号等，功能相对简单。
对于自身已具有控制系统的制冷设备，BAS实现对其监控的方式有三种：
1）不与制冷机组的控制器通信，而是在冷媒水、冷却水管路安装水
温传感器、流量变送器、压力变送器，当计算机分析出需要开/关主机或
改变出口水温设定值时，就以某种方式显示出来，通知值班人员进行相应的操作。
此外，主机在配电箱中通过交流接触器辅助触头、热继电器触头等方式取得这些主机的工作状态参数，这种监控不能深入到主机内部，检测信号是不完整的。
特别是报警信号只能检测到电动机的过载、缺相等，对压缩机吸排气的压力、润滑油压力和油温等都无法检测。
冷站内的相关设备（风机、水泵、电动蝶阀等）的联动控制由BAS承担。
2）采用主机制造商提供的冷冻站管理系统。
这类管理系统能够把冷冻站内的设备全部监控管理起来，实现机组的起停控制、故障检测报警、参数监视、能量调节与安全保护等。
另外还可实现机组的群控。
采用这种方式可提高控制系统的可靠性和简便性，但还不能使空调水系统控制与冷冻站控制两者之间实现系统整体的理想优化控制与调节。
3）设法使主机的控制单元与BAS通信。
有三种途径：
①控制系统厂商提供专门的异型机接口设置，如图x-x所示的方式使控制单元与系统连接，通过修改其中的软件，就可以实现两种通信协议间的转换。
②DCU现场控制机带有下挂的接口（如RS-232或RS-485），可以外接控制单元。
根据控制单元的通信协议装入相应的通信处理及数据变换程序，实现与
冷源主机通信。
③采用控制系统与制冷机组统一的通信标准，如BACnet，实现互联BAS与制冷机组之间的通信。
这样可以实现整体的优化控制与调节。
2.4冷水机组的选型
目前，冷水机组常用的有活塞式、螺杆式、离心式等压缩式冷水机组及溴化锂吸收式制冷机组。
根据冷凝器的冷却介质不同，还将压缩式冷水机组分为风冷式和水冷式两种。
且活塞式、螺杆式和溴化锂吸收式制冷机尚有冷水机组和冷热水机组。
另外，随着涡旋式压缩机的广泛应用，出现了涡旋式冷水机组。
在诸多冷水机组中，选用合适的冷水机组能够达到设计方案最优，运行管理最佳。
在选用冷水机组中，应了解目前各种冷水机组的型式及特点，从各方面综合考虑。
冷水机组整个热源系统和制冷系统组装在一起，现场施工方便，对机组进行电气线路和水管的连接与隔热施工，便可投入运行。
且自动化程度较高，实现了微电脑智能化控制，并设有多种自动保护，如设有高低压保护、油压保护、电动机过载保护、冷媒水系统设有冷媒水冻结保护和断水保护，确保机组运行安全可靠。
241常用冷水机组的特点分析
（1）活塞式冷水机组
活塞式冷水机组的特点是可以根据负荷要求自动控制压缩机台数及
压力、温度、制冷量等参数。
制冷量可实现25%〜100%分级调节。
机组采用R134a或R22作制冷剂，这两种制冷剂目前均可使用。
其中，R22虽对臭氧层有一定破坏作用，但限制期在2040年。
活塞式压缩机的优点是制造工艺成熟，热力性能较好。
开启式和半封闭式压缩机使用维护方便，且造价低，易于控制。
缺点是与其它制冷压缩机相比，机器零件复杂，体积较大，检修周期短。
（2）螺杆式冷水机组
螺杆式冷水机组的特点是可设定冷媒水出水温度和控制精度，调节压力比和多台机组最佳匹配运行。
可自动检测运行参数及显示故障种类。
其制冷量在10%〜100%范围内，可实现无级的调节。
与活塞式压缩机相比其优点是体积小，重量轻，输气系数高，结构简单，适应工况范围宽。
缺点是开启式螺杆式压缩机的噪声较大，润滑系统复杂。
目前市场上使用的风冷螺杆式冷水机组，多使用半封闭式压缩机，其存在的问题得到了改善。
（3）离心式冷水机组
离心式冷水机组的特点是蒸发器和冷凝器可做在一个筒体中，作为压缩机的机座。
使用面积和空间小，对基础要求不高。
机组采用R134a
或R123作制冷剂。
其制冷量可在10%〜100%范围内无级调节（考虑到小制冷量下效率较低，制冷量一般在30%〜100%范围内调节）。
与活塞式压缩机相比其优点是转速高，尺寸小，质量轻，振动小，寿命长，制冷剂含润滑油量少等优点。
缺点是零件加工精度高，结构密封要求严。
2.4.2冷水机组选型应考虑因素
选择冷水机组应当根据当地气候条件、能源条件、水源及水质条件、冷水机组容量大小、运行经济性等情况，通过技术经济比较确定。
（1）能源条件。
对于地区电价不高，电力资源丰富的地区，采用压
缩式冷水机组，可以显出压缩式冷水机组的性能系数高，同制冷量下体积小的优点。
而对于用电紧张、电价较高，但蒸汽供应或燃气（油）供应较
充足且价格稳定的地区，特别是有废汽的地区，采用溴冷机可以显出吸
收式机组对热源温度要求不高，用电量少且环保的优点。
（2）水源和水质条件。
水源、水质条件决定了冷水机组中冷凝器的类型，若水源丰富，水价合适，则采用水冷式冷水机组，反之，采用风冷式冷水机组。
采用水冷式冷水机组的优点是制冷系统冷凝温度低，制冷系统的高压压力低，因而压缩机工作条件好，性能系数高。
缺点是需要一套冷却水系统，初期投资高。
在水源丰富但水质差的地区，一种方法进行水处理后循环使用，另一种方法就是采用风冷式冷水机组。
特别注意的是对溴冷机来讲，冷却水质差又不进行水处理会造成机组制冷量衰减很快。
这种情况下应对冷却水系统采取水处理措施。
采用风冷式冷水机组和冷热水机组的优点是冷凝器的冷却系统简单，机组冷凝器由空气冷却，省去了复杂的冷却水系统；风冷式冷热水机组可以夏季供冷、冬季供暖，达到一机两用的目的；但在冬季若采用冷热水机组采暖，机组制热运行时，蒸发器易出现结霜现象，需要定期停机除霜，影响机组运行；其次，冬季冷热水机组在温度较低的地区工作时，因制热量不足，需要采用其他辅助加热措施。
考虑到风冷冷热水机组冬季结霜及寒冷地区冬季温度低，造成制冷系统中高低压力比较大，机组性能系数低等问题，风冷式冷热水机组多用于长江流域及以南地区。
（3）冷水机组容量的大小。
活塞式冷水机组的制冷量范围为10~700kW，因此，对于冷负荷小于700kW的工程，采用活塞式冷水机组是合适的。
近年来，涡旋式压缩机因容积效率高，动力平衡好，工作范围宽，可靠性好等优点，开始广泛使用。
涡旋式冷水机组性能系数较高（达到4.3左右），由于大制冷量涡旋式压缩机制造困难，冷水机组一般由多台压缩机组合而成，制冷量范围在50~180kW，但价格比活塞式高。
从长期运行效果看，采用涡旋式冷水机组优于活塞式冷水机组。
随着涡旋式冷水机组产量的逐渐增大，在一定制冷量范围内，有可能代替活塞式机组。
螺杆式冷水机组常用于空调负荷在600~1200kW范围内。
由于
螺杆式冷水机组变工况性能较好，近年来被广泛应用在常规空调系统和冰蓄冷空调系统中。
离心式冷水机组制冷量较大，多用在制冷量大于600kW的场合。
溴冷机则用在制冷大于350kW的空调场合。
风冷式冷水机组因冷凝温度较高，制冷剂与空气之间的传热系数低，因此，同样制冷量下，冷凝器体积比水冷机组大得多，因此，单机制冷量一般在400kW以下。
但在某些用水紧张地区采用大型风冷式冷水机组也很普遍。
就空调系统运行耗能来说，压缩式冷水机组因需电能作动力进行制冷，所以耗电量较大；而溴冷机以热能为动力进行制冷，蒸汽或燃气（油）
耗量大。
就目前水平，国产冷水机组满负荷运行时，单位制冷量耗电（耗
汽量）和单位制冷量运行费用，水冷与风冷机组比较，水冷机组运行费用较低；水冷机适中，溴冷机运行费用较高，但如果在有废热的场合（如钢
铁厂、发电厂等），则采用溴冷机为佳，压缩式机组运行费用较低，随着电力系统峰谷电价的实施，采用蓄冷空调的工程会越来越多，压缩式冷水机组在夜间用电低谷蓄冷，其运行费用会更低。
当然，选择合适的冷水机组还受到机房大小、位置、初投资、人员素质等因素影响。
以所在西安建筑科技大学为例综合考虑，选用两台CW840水冷螺杆冷水机组。
3系统监测与控制方案设计
3.1冷水机组监控分析
冷水机组监控系统的作用是通过对制冷机组、冷却水泵、冷却水塔、冷媒水循环泵台数的控制，在满足室内舒适度或工艺温湿度等参数条件下，有效地、大幅度地降低冷源设备的能量消耗。
冷水机组监控系统是整个空调控制系统的主要部分之一，由机组控制、水温控制及一次泵控制等环节组成。
（1）机组控制包括每台机组自身的运行控制、机组开启的台数控制。
由自身的PLC根据机组运行的自身规律和模式以及主控制器S7-200PLC（CPU226）的指令实现。
（2）水温控制子系统由温度信号采集、流量信号采集、数据传输及控
制软件等环节组成。
在二台机组的出水管道中及输往实验室的主管道中分别设置四个温度传感器，监测四个点的温度。
在输水主管道中设置一流量计，监测主管道的水流量，转换得到的温度信号及流量信号传输至主控制单元的数据采集模块，进行数据采集。
S7-200PLC（CPU226）将数
据采集得到的温度数据、流量数据和预定的水温度值作为温度控制算法方程的参数，由软件根据算法方程确定开启机组的数量、对应的机组编号和对应开启机组的能调百分比，将能调百分比传输至机组PLC，由机
组PLC调节压缩机的能调百分比，实现主输水管道中的水温控制。
控制算法是该环节的核心，为了能够实现通过调节压缩机的能调百分比调节水温，需要明确提供机组压缩机能调百分比与机组出水温度的关系的经验数据或实验数据。
一次泵的控制。
由于一次泵为定频泵，它们的控制实际是供电与断电的切换，控制程序根据确定的冷水机组开启台数，确定相应一次水泵的开启或关闭，并控制对应阀门的开关。
控制由主控制器输出控制信号经由驱动模块控制一次水泵的供电与断电。
⑷阀门控制。
阀门由S7-200PLC（CPU226）的软件通过数字I/O或模拟量输出模块实现，电动阀门由数字I/O模块控制，比例阀由模拟量输出模块控制。
3.2监控原理图
以单组冷水机组监控为例，原理图如下:
图8单台冷水机组监控原理
图
中央空调冷水机组系统由冷媒水循环泵、通过管道系统所连接的制冷机蒸发器及用户所使用的各种冷媒水设备（如空调机和风机盘管）而组成。
空调冷水机组监测与控制系统的核心任务是：
1）保证制冷机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常工作，防止冻坏。
2）向冷媒水用户提供足够的水量以满足使用要求。
3）在满足使用要求的前提下尽可能减少循环水泵电耗。
下图为设计的一台冷却塔时冷水机组监控系统（DDC）原理图。
该冷水机组系统由一台制冷机组、两台台冷却水泵、一台冷却塔和两台冷媒水泵组成。
321监测内容
1）冷却水供、回温度
2）冷媒水、冷却水供回水管水流开关信号
3）冷媒水供、回水压差信号及回水流量信号
4）制冷机组正常运行、故障及远程/本地转换状态
5）冷却水泵、冷媒水泵、冷却塔风机工作、故障及手/自动状态。
DDC将冷却水泵、冷媒水泵、冷却塔风机电动机主电路上交流接触器的辅助触点作为开关量输入（DI信号），输出DDC监控冷媒水泵的运行状态；主电路上热继电器的辅助触点信号作为冷媒水泵过载停机报警信号。
322联锁及保护
1）根据排定的工作程序表，DDC按时起停机组。
顺序控制如图：
2）通过DDC对各设备运行时间的积累，实现同组设备的均衡运行。
当其中某台设备故障时，备用设备会自动投入运行，同时提示检修。
3）DDC对冷却水泵、冷媒水泵、冷却塔风机的起停控制时间应与制冷机组的要求一致。
4）水泵启动后，水流开关监测水流状态，发生断水故障，自动停机。
5）设置时间延时和冷量控制上下限范围，防止机组频繁起动。
3.2.3控制
1）测量冷媒水系统供、回水温度及回水流量，计算空调实际冷负荷，根据冷负荷确定制冷机组起停台数，已达到最佳节能效果。
2）根据冷却水回水温度，决定冷却塔风机的运行台数，自动起停冷却塔风机。
3）并通过控制其旁路电动调节阀的开度，调节流入冷却塔的水量。
测量冷媒水系统供、回水总管之压差，控制其旁通阀开度，以维持压差平衡。
4冷水机组起停控制过程设计
冷水机组系统是由PLC进行总体控制的，这是由于PLC能直接与冷水机组通讯获取机组所有的运行参数，而且能监视机组运行状态、故障报警点和遥控启停机等。
为了获得更多的信息参与控制逻辑，我们还必须在机组外围安装一些传感器来获得一些机组运行的外部参数，并将所有的信号连接到PLC控制器上。
4.1起停控制过程分析
在空调冷媒水系统的起动或停止过程中，冷水机组与相应的辅助设备进行电气联锁。
只有当所有的附属设备及附件都正常运行之后，冷水机组才能起动，停车过程则顺序相反。
起停顺序及联锁控制如下图所示：
图10单台冷水机组顺序控制步骤
当有多台制冷机组并联，并且在水管路中泵与制冷机组不是一一对应连接
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