山东省电视台冷机群控方案

山东省电视台机房群控

节能自控系统介绍

1、节能系统设计原则

我们通过配置系统的硬件和软件，实现测量各类工艺、设备状态的参数、设置并控制设备启停、提供设备运行报告等功能，运用节能计算以及先进的控制技术，达到节能的效果。主要从以下几方面入手：

?需求侧管理

?冷量计算以及冷量匹配运行

?最优化设备运行点设定

?实现节能自控系统与其他系统数据交换；

?对受控设备实现远程操作；

?系统方便、友好的修改、扩展、检测工具；

?通过密码保护，实现数据安全功能。

冷水机组监控原理图

2、系统方案

方案说明

根据Honeywell CP系统的特点，一个搭配组中，冷冻机和相关蝶阀为一个程序组；冷冻泵冷却泵分别为一个程序组；冷却塔和相关蝶阀为一个程序组；各程序组独立运行，分别由1个DDC控制器完成其控制逻辑。每个DDC独立完成该组设备的启停和故障切换控制，通过总线进行DDC之间点对点的数据交换，以实现启停过程的顺序控制和负荷控制。

冷源系统

冷源系统主要由制冷冻组，冷冻水泵，冷却水泵，冷却塔、等组成。

冷源系统的控制即夏季的控制。冬季主要是供暖，夏季主要是制冷。夏季的制冷有两种工况：小冷量工况和大冷量工况，在小冷量工况下只需要把已制冷的冷冻水，用冷冻泵打循环而不开启冷冻机。大冷量的工况是需要开启冷却塔来进行冷却水调节。

一、夏季制冷控制

?冷源机组的节能控制：

监控内容

?启停顺序控制

一、无需冷却塔的调峰制冷

冷冻水系统启动顺序：冷冻机进出口蝶阀→冷冻水泵→冷冻机。

冷冻水系统关机顺序：冷冻机→冷冻水泵→冷冻机进出口蝶阀（这样的关机顺序能最大限度利用剩余的冷源）。

二、需要冷却塔调峰制冷

冷冻水系统启动顺序：冷却塔进出口蝶阀→冷却水泵→冷却塔风机→冷冻机进出口蝶阀→冷冻水泵→冷冻机

冷冻水系统关机顺序：冷冻机→冷冻水泵→冷冻机进出口蝶阀→冷却塔风机→冷却水泵→冷却塔进出口蝶阀（这样的关机顺序能最大限度利用剩余的冷源）。

注：不参与运行的冷冻机进出水阀处于关闭状态。

?冷量匹配：

自控系统根据冷冻水总供、回水温度和总回水流量，计算整个空调系统的冷负荷，根据所需的冷负荷，决定冷冻机组的投运台数，进行冷量匹配。

然后采用冷冻主机的压缩机运行的电流RLA％为依据；加机时，若机组运行电流与额定电流的百分比大于设定值90％，并且持续10～15分钟，则开启另一台机组。这种控制方式的好处是供水温度控制精度高，在系统供水温度尚未偏离设定温度时，已加机了。减机时，每台机组的运行电流与额定电流的百分比之和除以运行机组台数减1，如果得到的商小于设定值80％，那么一台机组就会关闭。例如3台机组运行电流为满负荷电流50%，80%≥75%，可以关闭一台机组。

通过冷负荷的计算来决定冷冻机组投运台数，比手动控制最少可节省电能15-20%。

?轮换次序

“先进的先退，后进的后退”

“运行时间少的优先启动”

“故障、手动状态的设备跳过运行”

冷水机组群控算法关键

1）搭配判断程序

该系统共有4种类型主设备，冷冻机组、冷却泵、冷冻泵、冷却塔，按其水系统结构，他们之可任意搭配而非一一对应关系，如任何一台冷水机组可以和任何一台冷却泵、冷冻泵及冷却塔搭配。搭配判断程序按照最小运行时间、故障判别原则和负荷计算完成主设备之间的搭配。每台主设备都有一个启动和关机子程序，子程序执行完全由搭配判断程序控制。假如冷冻机组、冷冻泵、冷却塔、冷却泵编号分别为A、B、C、D, 群控启动命令发出后搭配判断程序自动找出A （Tmin）、B( Tmin)、C( Tmin)、D( Tmin)设备（Tmin为运行时间最少设备），然后按照预定顺序分别激活其子程序D-C-B-A。

PID调节

P比例（P）控制

比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。

采样期（sample Period:）：输出值不会改变直到当前采样周期结束下一个采样开始。

当只有比例作用，I=D=0（作为对置的积分，微分常只是使用在采样周期的误差的一部分。

输出值=P+I+D+DB=P+DB

比例值设置过小：比例设定值输入改变一点，都可以使得输出值从０～１００％往复循环，形成摆震。

比例值设置过大：导致偏差变大，比例设定值改变很多，输出值才改变一点，使得变频器反应变慢。

积分（I）控制

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。如果在进

入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error，Error=[（Input-Set Point）/10]*100）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例(P)+积分(I)，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

I=积分作用

S=采样周期

P=总周期

P=I*S

每个采样周期里的输出值的改变=（1/I）/Error

微分（D）控制

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例(P)+积分(I)+微分(D)能改善系统在调节过程中的动态特性。

PID控制器的参数整定

对于压差控制PID回路，一般采用PI调节。由于压差是一个响应比较快的测量参数，预设一个经验值，比例带=50,积分时间=0.5分，改变设定值，人为给出一个扰动，观察压差参数的过渡过程曲线衰减比，根据曲线变化不断修正PI 值，反复该过程，直至衰减比接近1/4位置。

?冷冻水泵节能控制：

通过压差压力控制冷冻水泵的运行台数，当系统启动时，一台冷冻水泵先启动，如果不能满足压力设定值，则自动变频（高频率运行）。如果还是不能满足冷却水进出水温差设定值，则第二台水泵加入运行，以此类推。如此时压力仍然未到设定值，4台水泵启动来加大流量，直到压力设定值得以保证为止。当末端负荷减少，流量过剩，也就是末端的压差高于设定值时，减少台数来维持压差设定值。如果还有减少流量的需求，则自动变频（低频率运行）或关闭其中一台水泵。

?冷却水泵节能控制：

通过冷却水的供回水温差控制水泵的启停台数，当系统启动时，一台冷却水泵先启动，如果不能满足冷却水进出水温差设定值，则自动变频（高频率运行）。如果还是不能满足冷却水进出水温差设定值，第二台水泵加入运行。当末端负荷减少，供回水温差变小，也就是供回水温差小于设定值时，如果还有减少流量的需求，则自动变频（低频率运行）或关闭其中一台水泵。

?冷却塔风机节能控制：

当冷却塔的出水温度高于设定点温度时，一台冷却塔风机启动。但出水温度低于设定点要求时，一台维持出水温度设定值，直至关闭所有风机。

冷却塔的出水温度越低越好，这样可以提高冷冻机组的COP值，提高冷水机组的运行效率，一般设定是28~30℃。

在不同的室外温湿度情况下，设定不同的冷却塔出水温度，来调节冷却塔风机运行，以提高节能效果。

在水泵以及风机增加台数了减少台数时，有以下原则：

“先进的先退，后进的后退”

“运行时间少的优先启动”

“故障、手动状态的设备逃过运行”

?图形控制软件

冷冻机组启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况，冷冻机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示设备发生故障时，自动切换到备用设备或另一个同类设备程序控制系统，目的是达到最低的能耗，最低的主机折旧根据程序或日程安排自动开关机组根据使用的要求自动切换机组的运行时间，累积每台机组运行时间最短的机组，使每台机组运行时间基本相等，目的是延长冷冻机组使用寿命，节能自控系统通过接口把冷冻机组的内部参数如电压、电流、油压、油温、效率、制冷剂温度等，在工作站上显示出来，在需要时，可通过打印机打印出来，就这大大减轻管理人员的抄表劳动强度，也便于集中管理。

当系统某个部件发生故障，计算机系统即发出声、光报警，通知检修人员，提示检修人员进行检修。

通讯接口要求

1、为满足楼宇自控要求，制冷机系统需提供相关接口。

注：每组的接口均以上描述为准。

2、冷却塔风机

注：每组的接口均以上描述为准。