空调系统及冷热源自动控制设计方案.docx

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空调系统及冷热源自动控制设计方案

1一次回风系统的监控2

1.1一次回风系统的简介2

1.2一次回风系统的控制任务3

1.2.1设备的启/停控制3

1.2.2温度控制4

1.2.3报警功能5

1.2.4一次回风系统自动控制的管理功能6

1.3一次回风系统的监控点表6

1.4一次回风系统的监控原理图7

2二次泵冷热源系统的监控8

2.1二次泵冷热源系统的简介8

2.2二次泵冷热源系统的控制任务8

2.2.1热泵的控制8

2.2.2二次泵的控制10

2.3二次泵冷热源系统的监控点表10

2.1二次泵冷热源系统的监控原理图12

3一次泵冷热源系统的监控13

3.1一次泵冷热源系统的简介13

3.2一次泵冷热源系统的控制任务14

3.2.1制冷机组的启/停控制14

3.2.2制冷机的台数控制15

3.2.3冷却塔的控制15

3.2.4板式换热器的控制16

3.2.5免费冷却板换的控制16

3.2.6补水定压装置的控制16

3.2.7防冻保护16

3.3一次泵冷热源系统的监控点表16

3.4一次泵冷热源系统的监控原理图19

4新风系统控制程序设计20

4.1新风系统控制点位设计20

4.2DDC连接示意图21

4.3监控界面设计23

4.3新风系统控制程序逻辑设计23

4.3.1盘管水阀调节23

4.3.2风机启停控制24

1一次回风系统的监控

1.1一次回风系统的简介

在集中处理空气过程中，室内回风和室外新风混合后，经过表冷器冷却降湿后，直接送入空调房间或者加热后再送入空调房间称为一次回风。

图1一次回风系统

如图1，新风自室外进入空调机组，首先通过送风机提供动力向服务区域输送，新风与回风混合后经过滤器过滤，将空气中得空气过滤掉，再经冷/热盘管进行冷/热交换，在夏季盘管中流动的7℃～12℃

冷水与进入的热空气进行热交换，将空气降温<温度调节）；冬季相反，然后将温湿度适宜洁净的空气送入服务区域。

部分空气经门窗

缝隙排出室外，部分通过回风管道循环利用，以节省能量。

图1中包括的空气处理设备有新风阀、回风阀、过滤器、冷/热盘管和送风机等。

自控控制的任务就是当被调参数偏离给定值时，依据偏差自动调节水阀及风量调节设备等的输出量，使其与负荷状态紧密地相匹配，以满足被调参数<温度、相对湿度及空气静压等）。

除完成上述自动控制调节任务外，还应设置进行安全生产所必须的连锁保护装置及必要的检测装置。

1.2一次回风系统的控制任务

1.2.1设备的启/停控制

开始时，首先判断手/自动开关是否存在超越管理，若存在超越管理，机组按超越管理进行控制，若不存在超越管理，按照日程表对机组进行控制，日程表若为开机，则判断风机是否处在远程控制状态，若处在远程控制状态，则需要继续判断有无报警，即无防冻报警、无风机过载报警且风机能正常启动，则开启风阀，风机开启。

若压差报警，关闭风机。

风机启停控制逻辑图如下：

1.2.2温度控制

在空调机组送风出口处设置温度传感器，机组启动后，测定值与设定值比较，若有偏差，则通过PID控制算法来控制水阀执行器，从而调节室内温度。

当新风机组开启，水阀开启，冬季和夏季调节的PID算法不同。

夏季水阀允许0~100%控制，而冬季为了防冻，保证管内时时有水流动，要保证最小开度。

若新风机组未开启，则观察防冻开关是否报警。

若报警，则水阀全开。

其余时间，水阀全关。

1.2.3报警功能

1）防冻开关报警：

温度过低，盘管有冻坏的危险。

盘管防冻开关报警，风机停止工作、风阀关闭、水阀全部打开，高级别报警。

2）风机过载报警：

送风机发生故障，风机停止工作，风阀关闭，高级别报警。

3）过滤器堵塞报警：

过滤器发生堵塞时，风压差开关报警，维护报警。

4）风阀失控报警：

设置风阀开度反馈，测量值DO输出与DI反馈不一致时，应报警。

5）室内温度监控报警：

当机组运行一段时间后，室内温度仍未达到正常要求，超出设定范围，应报警

6）风机运行状态监测：

根据风压差开关，监测风机运行状态，出现异常，则表示风机出现故障，应报警。

7）CO2报警：

对室内CO2检测，当机组运行一段时间后，仍未达到正常工况将产生报警。

该一次回风系统的控制功能表如下：

控制对象

功能详细说明

传感器及相关执行机构

控制功能

送风温度控制

通过风道温度传感器确定设定值与实际值的差值，根据PID算法对水阀进行调节；冬季和夏季调节的PID算法不同。

若新风机组未开启，则观察防冻开关是否报警。

若报警，则水阀全开。

若不报警，则冬天时，要保证最小流量，防止冻坏，其余时间，水阀全关。

回风温度传感器；盘管水量调节阀

送风机运行控制

手自动开关打到自动时，按照日程表开关风机；防冻开关无报警、风机过载无报警以及风机启动正常、且风机处于自动运行状态的情况下，开启新风阀，启动风机

送风机；新风阀；防冻开关

风阀控制

根据启停指令进行调节，检测风阀是否开到位，通过风阀的反馈进行控制

新风调节阀

报警功能

送风机故障报警

送风机出现故障，如出现过载时的报警

送风机

送风机启停失控报警

送风机未按照控制要求给予反馈时报警

送风机

风阀失控报警

风阀未按照控制要求给予反馈时报警

新风阀

防冻报警

新风温度过低时，防冻开关进行报警；高级别报警

防冻开关，盘管水阀，风机，风阀

过滤器堵塞报警

过滤器堵塞时，风压差开关报警；低级别报警

过滤器，风压差开关

CO2报警

当室内CO2浓度过高时，室内新风未达到要求，发出报警

CO2浓度传感器

室内温度报警

当机组运行一段时间后，室内温度仍未达到正常工况，超出设定范围时报警

温度传感器

1.2.4一次回风系统自动控制的管理功能

一次回风系统自动控制包括如下管理功能：

1）设备的超越管理，即在某些情况下，需要超越计算机日程表、已设定参数等对机组进行控制；

2）累计运行时间管理，以安排设备维护；

3）服务质量历史趋势管理，包括送风温度、回风温度曲线等，以对机组的性能做出判断；

4）日程表管理；

5）控制参数管理，允许用户管理温湿度参数、报警参数及报警延时参数等。

1.3一次回风系统的监控点表

监控点位

监控内容

点位类型

传感器或执行机构

DI

AI

DO

AO

新风温度

1

风道式温湿度传感器

室内温度

1

室内温度传感器

回风温度

1

风道式温度传感器

室内CO2浓度

1

CO2浓度传感器

过滤器堵塞报警

1

风压差开关

防冻报警

1

防冻开关

风机运行状态

1

风机故障报警

1

风机手/自动状态

1

风机手/自动开关

风机启/停控制

1

新风阀调节控制

1

调节型风阀

回风阀调节控制

1

调节型风阀

盘管水阀调节控制

1

盘管水阀

合计

13

5

4

1

3

1.4一次回风系统的监控原理图

图2一次回风系统的监控原理图

2二次泵冷热源系统的监控

2.1二次泵冷热源系统的简介

冷热源的控制首先要有超越管理，在手/自动开关打到自动的时候根据日程表开启机组。

该二次泵冷热源系统共有5种能源工况，其中包括热泵供热、板换供热、区域供热、热泵供冷及区域供冷，对于AHU、MAU可以选择工况。

这5种工况通过阀门选择切换，运行工况的切换要等机组停下来才可以切换。

有的时候，机组供冷、供热需求不一样，供冷要通新风，此时允许强制进行通全新风，若是在冬季有通风需要则需要泄水，才允许通风。

2.2二次泵冷热源系统的控制任务

2.2.1热泵的控制

如图3中，对于1号热泵，设置了3个监控点，a制冷/制热模式输出；b报警信号；c启停控制开关

2.2.1.1热泵的启/停控制

判断手/自动开关是否存在超越管理，若存在超越管理，机组按超越管理进行控制，若不存在超越管理，按照日程表对风机进行控制，日程表若为开机，启动工况阀门，如处在热泵供热或供冷摸下试下，判断热泵是否禁用以及与热泵连锁的阀门及相应的水泵、水系统阀门是否允许正常使用，且自身无报警，阀门无报警，水泵无过载与失控报警，再判断热泵是否禁用，水泵是否允许使用，之后才可以启动。

在关机时，要先关热泵，热泵关闭后，延时关水泵，检测到水泵运行状态DI为零时关掉阀门。

延时关闭冷却泵、冷冻泵是为了把蒸发器、冷凝器侧的余热、余冷带走。

2.2.1.2热泵的群控

群控中，温度为反应运行情况的变量，当室内负荷较低时，设备可以自行调节，而负荷过高时，超过了设备额定能力，无法控制出水温度在标准内，就需要增机

根据负荷值判断减机，根据回水温度计算，每一种工况设定一个数值，保证冷机高效运行。

2.2.2二次泵的控制

二次泵主要在热泵供热、供冷，板换供热模式下工作，二次泵可以根据用户的需求调节流量，根据自用压差判断流量的增减。

当用户使用量发生改变，总压差的检测值与设定值比较进行调节，控制水泵输出频率。

如与给定自用压差比，测量值升高，水泵流量调低，降低水泵运行频率，而频率太低，电机会过热，因此要设置下限保护，即设置一个最小运行频率。

当水量增大时，压差降低，而运行的二次泵都已经达到最大频率，则需要增机。

2.3二次泵冷热源系统的监控点表

监控点位

监控内容

点位类型

AO

AI

DO

DI

1

热泵主机报警信号

4

2

热泵启停信号

4

3

自备系统热泵模式输出

1

4

热泵侧电动阀开关反馈信号

4

5

热泵侧电动阀开端输出

4

6

热泵冷水进出水管温度信号

2

7

定频泵启停输出

4

8

定频泵运行状态信号

4

9

定频泵过载报警信号

4

10

定频泵手自动状态信号

4

11

T21一次侧供热温度信号

1

12

V211#板换两侧供热阀反馈信号

1

13

V221#板换两侧供热阀反馈信号

1

14

V21-221#板换两侧供热阀开关输出

1

15

M21一次侧供热调节阀调节输出

1

16

变频泵手自动状态信号

1

17

变频泵运行状态信号

3

18

变频泵启停信号

3

19

变频泵频率调节输出

1

20

变频器频率反馈信号

1

21

变频器故障信号

1

22

T22二次侧出水温度信号

1

23

V232#板换两侧供热阀反馈信号

1

24

V242#板换两侧供热阀反馈信号

1

25

V23-242#板换两侧供热阀开关输出

1

26

T3-T4自备系统末端进出水管温度信号

2

27

V25中央/自备切换阀开关输出

1

28

V25中央/自备切换阀反馈信号

1

29

V26中央/自备切换阀开关输出

1

30

V26中央/自备切换阀反馈信号

1

31

FT11中央制冷系统末端流量计信号

1

32

T11-T12中央制冷系统末端供回水温度信号

2

33

V11-V12中央制冷系统切换电动阀开关输出

1

34

V11中央制冷系统切换电动阀反馈信号

1

35

FT1自备系统流量计信号

1

36

V12中央制冷系统切换电动阀反馈信号

1

37

V13-V14自备制冷系统切换电动阀开关输出

1

38

V13自备制冷系统切换电动阀反馈信号

1

39

V13自备制冷系统切换电动阀反馈信号

1

40

M1ChillerHP旁通电动阀调节

1

41

P1ChillerHP压差传感器信号

1

42

电流报警

1

43

T0环境温度

1

44

故障输出

1

2.4二次泵冷热源系统的监控原理图

图3二次泵系统原理图

3一次泵冷热源系统的监控

3.1一次泵冷热源系统的简介

本系统由三台螺杆机，三台冷却塔，冷水机组与冷水泵、冷却水泵、冷却塔为一对一方式运行。

冷水泵、冷却水泵均设四台，为三用一备，可根据冷水机组及冷却塔工况切换运行。

三台板式换热器。

补水系统为定压罐补水定压的方式。

夏季可以采用制冷机，冬季采用板换。

1）冷水机组

这是空调系统的制冷源，通往各个房间的循环水由冷水机组进行“内部交换”，降温为“冷却水”。

2）冷却塔

利用空气同水的接触来降低水的温度，为冷水机组提供冷却水。

3）外部热交换系统

由两个循环水系统组成——

1）冷冻水系统：

由冷冻水泵和冷冻水管道组成。

从冷水机组流出的冷冻水由冷冻水泵加压送入冷冻水管道，在各房间内进行热交换，带走房间热量，使房间的温度下降。

2）冷却水系统：

由冷却水泵和冷却水管道组成。

冷水机组进行热交换，使冷冻水温度降低的同时，释放大量的热量。

该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。

冷却水泵将升温冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降温后的冷却水送回至冷却机组。

如此不断循环，带走冷水机组释放的热量。

4）定压罐及补水泵

在系统内水压轻微变化时，定压罐能保证系统的水压稳定，且设置了补水泵，在系统水量不足时进行补水。

对冷热源系统实施自动监控能够及时了解各机组、水泵、冷却塔等设备的运行状态，并对设备进行集中控制，自动控制它们的启停，并记录各自运行时间，便于维护。

如果这些工作还是由人工来进行操作，那么会浪费大量的人力资源，而且工作起来会很不方便，如果工作人员在工作上产生疏忽时，将会造成能量的极大浪费和不安全因素。

通过对冷热源系统实施自动监控，可以从整体上整合空调系统，使之运行在最佳的状态。

多台冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔、热水机组、热水循环水泵或者其他不同的冷热源设备可以按先后有序地运行，通过执行最新的优化程序和预定时间程序，达到最大限度的节能，同时可以减少人手操作可能带来的误差，并将冷热源系统的运行操作简单化。

集中监视和报警能够及时发现设备的问题，进行预防性维修，以减少停机时间和设备的损耗，通过降低维修开支而使用户的设备增值。

另外冷热源系统可以根据被调量变动的情况，给系统增减热量或者冷量，因此可以降低能耗，节省能源

3.2一次泵冷热源系统的控制任务

3.2.1制冷机组的启/停控制

3.2.1.1制冷机组的启动控制

开始时，首先判断手/自动开关是否存在超越管理，若存在超越管理，机组按超越管理进行控制，若不存在超越管理，按照日程表对机组进行控制，日程表若为开机，则判断机组是否处在远程控制状态，若处在远程控制状态，判断机组在哪种工况下工作，热泵制冷/制热还是板式换热，按日程表启动工况阀门，蒸发器、冷凝器侧及冷却塔的阀门都要打开，先启动冷冻水泵，冷冻水泵启动后延时5分启动冷却水泵，冷却水泵启动后延时10分启动冷却塔风机，运行状态都为1，则启动制冷机。

3.2.1.2制冷机组的关机控制

关机时，先关制冷机，延时5分关冷却水泵，关闭冷却水泵后，关闭相应的冷却塔，再延时关阀门，延时10分关冷冻水泵，检测到冷冻泵运行状态为0时，关闭阀门。

3.2.2制冷机的台数控制

根据回水温度计算制冷机所需冷量，即控制器根据回水温度信号控制冷水机组及冷冻水泵的起停。

低负荷时启动一台冷水机组，其相应的水泵同时运行。

当达到一定负荷时，自动启动第二台水泵和相应的冷水机组<或发出警报信号，提示操作人员启动冷水机组和水泵）；如果负荷继续增加，则进一步启动第三台冷水机组。

当负荷减小时，以相反的方向进行。

3.2.3冷却塔的控制

3.2.3.1冷却塔的启停控制

判断手/自动开关是否存在超越管理，若存在超越管理，机组按超越管理进行控制，若不存在超越管理，按照日程表对风机进行控制，日程表若为开机，则判断风机是否处在远程控制状态，若处在远程控制状态，则需要继续判断有无报警，即无防冻报警、无风机过载报警且风机能正常启动，则开启风阀，风机开启。

3.2.3.2冷却塔的台数控制

冷却塔风机的启停台数根据冷冻机开启台数、室外温湿度、冷却水温度、冷却水泵开启台数来确定。

一旦冷却回水温度不能保证时，则自动起动冷却塔风机。

因此，冷却回水温度是整个冷却水系统最主要的测量参数。

原则上与制冷机一一对应，但回水温度过高，可以多开一台冷却塔，因此冷却塔开启的台数要大于等于制冷机开启的台数，如开两台冷却塔，频率达到50HZ，延时5分温度仍未降低，则须增开一台冷却塔。

当风机频率下降到30HZ，则可以减少一台冷却塔。

3.2.3.3冷却塔风机的变频控制

冷却水温度越低，制冷机组越高效，出水温度最佳要冷却到空气湿球温度，因此变频控制就是要调节风机转速使出水温度为空气湿球温度。

3.2.3.4冷却塔的电动阀控制

在冷却塔上下出水处都设置了电动阀，目的是为了防止实际运行时冷却塔之间产生液位差。

3.2.4板式换热器的控制

在冬季，可以不用开制冷机，仅利用板式换热器供冷，即采用自然冷却的方式。

在板换工作条件下，可以通过对二次侧出水温度与设定值相比较，确定一次侧阀门开度大小。

同时二次侧阀门为开关阀，只需控制接入板换的个数。

3.2.5免费冷却板换的控制

在过渡季节和冬季，可以通过免费冷却的方法对建筑的内区与外区进行供冷。

即不使用制冷机组，而直接引入室外空气进行供冷。

对于冷量通过水泵变频进行调节，这种方法相比加旁通阀更节能，当出水温度过大，一侧水量加大，则加大频率。

3.2.6补水定压装置的控制

本系统的定压方式是设置定压罐，压力变动范围为95M~105M水柱，低于95M，系统供水不足，开补水泵进行补水，高于105M，停止补水，为双位控制。

3.2.7防冻保护

在冷却水泵上加旁通阀，防止冷却水温度过低，设置冷却水最低限制温度为20度，冷却水低于20度，则自动启动旁通阀，供水与回水进行混合，防止制冷机组因为水温过低而出现损坏。

在冬季时，为了保证流经板换的水温不低于一个设定值，也设有旁通阀。

3.3一次泵冷热源系统的监控点表

监控点位

监控内容

点位类型

传感器及执行机构

AI

AO

DI

DO

1

冷却塔运行状态

6

冷却塔电控柜

2

冷却塔手自动状态

3

3

冷却塔故障状态

6

4

冷却塔启停控制

6

5

冷却塔入水口电动阀

3

电动阀

6

冷却塔出水口电动阀

3

电动阀

7

冷却水泵运行状态

4

冷却水泵电控柜

8

冷却水泵手自动状态

4

9

冷却水泵故障状态

4

10

冷却水泵启停控制

4

11

冷却水泵水流控制反馈

4

12

制冷机组运行状态

3

制冷机组控制柜

13

制冷机组手自动状态

3

14

制冷机组故障状态

3

15

制冷机组启停控制

3

16

蒸发器侧阀门

3

电动两通开关阀

17

蒸发器侧阀门反馈

3

18

冷凝器侧阀门

3

电动两通开关阀

19

冷凝器侧阀门反馈

3

20

旁通阀门

1

调节阀

21

冷却水供水温度

1

温度计

22

冷却水回水温度

1

温度计

23

冷冻水泵运行状态

4

冷冻水泵电控柜

24

冷冻水泵手自动状态

4

25

冷冻水泵故障状态

4

26

冷冻水泵启停控制

4

27

冷冻水泵水流控制反馈

4

水流开关

28

制冷系统补水泵运行状态

2

补水泵电控柜

29

制冷系统补水泵手自动状态

2

30

制冷系统补水泵故障状态

2

31

制冷系统补水泵启停控制

2

32

软化水箱液位检测

2

液位传感器

33

制冷系统定压泵压力检测

1

压力传感器

34

供热系统补水泵运行状态

2

补水泵电控柜

35

供热系统补水泵手自动状态

2

36

供热系统补水泵故障状态

2

37

供热系统补水泵启停控制

2

38

供热系统定压泵压力检测

1

压力传感器

39

冷冻水总管供水温度

1

温度传感器

40

冷冻水总管回水温度

1

温度传感器

41

供热板换用户侧温度检测

3

温度传感器

42

供热板换热源处调节阀

3

电动调节阀

43

热水泵运行状态

4

冷却水泵电控柜

44

热水泵手自动状态

4

45

热水泵故障状态

4

46

热水泵启停控制

4

47

热水泵变频控制

4

48

热水泵变频反馈

4

49

热水泵变频故障

4

50

热水泵水流控制

4

水流开关

51

热水泵水流控制反馈

4

52

免费冷却板换用户侧温度检测

1

温度传感器

53

免费冷却板换冷却塔侧调节阀

1

电动调节阀

54

免费冷却板换旁通阀门

1

两通阀

55

供回水之间压差旁通阀

1

电动两通调节阀

56

回水流量

1

流量传感器

57

用户侧供水温度

1

温度传感器

58

用户侧回水温度

1

温度传感器

总计

12

4

96

49

161

3.4一次泵冷热源系统的监控原理图

图4一次泵冷热源系统的监控原理图

4新风系统控制程序设计

4.1新风系统控制点位设计

风机运行状态

IN2

风机故障状态

IN3

风机手自动状态

IN4

温度传感器NTC10kΩ

IN0

防冻开关

IN1

电控柜继电器

BO3

风阀

BO4

水阀

AO0

4.2DDC连接示意图

4.3监控界面设计

4.3新风系统控制程序逻辑设计

4.3.1盘管水阀调节

4.3.2风机启停控制

接通电路，可以通过手操器了解传感器的运行状态以及所读取的数值。

并且可以通过手操器输入模拟信号，通过DDC将模拟信号与实测数值进行比较，对执行器进行开关与调节。