冰蓄冷自动控制系统设备及功能说明讲解

第三章机房自动控制系统

一、冰蓄冷自动控制系统综述

工程的自控系统由上位机远程控制系统、PLC现场控制系统、电动阀、传感检测器件、系统配电柜、系统软件等部分组成。系统结构图如下所示：

PLC控制软件为主的控制程序，该程序为美国西门子公司与CRYOGEL公司联合开发，已经在美国的多个工程中和台湾杰美利（GEMINI）得到应用，直接输入后调整。上位机控制软件也可带采用CRYOGEL/（GEMINI）公司软件包的WinCC操作系统。

上位机远程控制设置先进的集中控制台，采用工控机配置打印机进行远程监控和打印，现场控制机采用PLC可编程控制器控制，进行系统控制、参数设置、数据显示，

确保实现系统的参数化，实现系统的智能化运行。

本系统中的核心控制部分与机电执行装置采用国际著名品牌（西门子、江森、霍尼韦尔）的产品。

蓄能系统控制具体功能如下：

⑴控制系统通过对主机、蓄热锅炉、蓄冰装置、板式换热器、泵、冷却塔、系统管路调

节阀进行控制，调整蓄冷系统各应用工况的运行模式，在最经济的情况下给末端提供稳定的供水温度。

⑵根据季节和机组运行情况，自控系统具备所有工况的转换功能。

⑶控制、监测范围：

a、制冷主机、泵、冷却塔启停、状态、故障报警；

b、总供/回水管温度显示与控制；

c、蓄冰装置及蓄热水箱进出口温度、显示与控制；

d、蓄冰量、余冰量、乙二醇流量、瞬时释冷速度、蓄冷速度等标准规定参数的

显示；

e、电动阀开关、调节显示；

f、备用水泵选择功能；

g、各时段用电量及电费自动记录；

h、空调冷负荷以及室外温湿度监测；

i、可选的功能（包括楼宇智能化系统接口及接口转换程序）。

⑷控制系统对一重要的参数进行长时间记录保存，并将空调的实际运行日负荷通过报表或曲线图的方式记录，可以查询到某一段时间内的历史数据值，供使用者进行了解、分

析，而且所有的监测数据可进行打印。

⑸控制系统配置灵活的手动/自动转换功能。现场控制柜可手动控制所有设备的启停。

⑹可根据负荷变化情况调整运行策略，进行系统的优化控制，最大限度发挥蓄冷系统转移高峰负荷的能力，以最大限度节省运行费用。

⑺具备无人值守功能、节假日特别控制功能。

⑻系统可通过电话线或局域网络，对本工程的蓄冷、蓄热与生活热水系统进行远程监控（可选的功能）。

二、蓄冷系统运转模式

蓄冷系统按空调供回水温度7℃/12℃设计，可以通过不同阀门的开、关或调节来实现以下4种不同的运行模式：

A、常规主机供冷＋双工况主机制冰模式

B、常规主机供冷＋双工况主机+蓄冰装置联合供冷模式

C、常规主机供冷＋蓄冰装置联合供冷模式

D、融冰单独供冷模式

其运行原理见冰蓄冷空调系统原理图。（见本报价书第七部分）

各个流程简化的具体控制及运行情况说明如下：

1、双工况主机制冰+(基载主机供冷)

该时段为电力低谷期，根据蓄冰系统的优化原理，双工况主机在电力低谷时段充分利用当地的低价电运行制冰。在该时段内双工况主机满负荷运行，通过低温的乙二醇溶液使蓄冰槽内的冰球蓄冰。双工况主机在蓄冰工况下运行时，制冷主机的效率有相应的降低，乙二醇溶液仅在双工况主机和蓄冰槽之间循环，随着蓄冰量的增加和时间的推移，双工况主机的出口温度逐步降低。当蓄冰槽的名义蓄冰量达到要求时，双工况主机自动停止蓄冰工况运行，过渡为常规工况运行。系统循环示意图如下：（注：相同功能设备均用一个符号表示，以便于理解，详细情况参阅系统原理图，彩色线条表示不同用途循环液体的循环，下同）

如此时基载主机停机，即为双工况主机单独制冰模式。

2、双工况主机 + 融冰联合供冷

该时段为空调冷负荷较大时段，为了满足空调负荷要求同时尽量减少系统的电力运

行费用，冷负荷由基载和双工况制冷机联合蓄冰槽供冷。在该时段内制冷主机处于空调工况，蓄冰主机出口的乙二醇溶液和冰槽融冰后的乙二醇溶液混合进入板式换热器。在非标准设计日内，空调冷负荷有相当减小，通过优化控制实现蓄冰槽的有效融冰并保证

系统内的冷负荷需求。系统运行原理示意图如下：

3、蓄冰槽单独供冷

如电价政策有利，在过渡季节，为了避免在电力高峰期内开启冷机以及冷机的低效

运行，该时段内蓄冰槽的总融冰供冷量为空调系统负荷的全部。根据优化控制原理，为了减小运行电费，该时段的冷负荷由蓄冰槽单独提供，制冷机白天停止运行，只在电力低谷段运行蓄冰。系统运行原理示意图如下：

4、制冷机单独供冷

根据当前的电价政策，根据不利于使用低谷电所蓄冷量时，空调冷负荷结构改变

时，为了将蓄冰槽的冷量尽量用于高峰时段，在平时段内的冷负荷可以适当由制冷机单

独提供。这时蓄冰槽与系统隔离开，蓄冰主机在空调工况运行，通过板式换热器向空调系统提供冷冻水。系统运行原理示意图如下：

三、下位机PLC监控方案

3.1 手动/自动选择功能

·系统可以根据用户的需要，选择手动或者自动运行模式；

·当系统选择手动运行模式时，系统还可以根据用户的需要进行硬手动和软手动的

运行方式；

·通过对触摸屏控制键操作，根据需求选择供冷或采暖及生活热水方式，在软手动

操作功能，通过触摸按钮，可手动进行制冷主机的开/停、冷冻水泵、冷却水泵、风机、乙二醇溶液泵操作；

·通过对控制柜上的相关按钮进行操作，可进入硬手动操作功能，通过按钮，可手

动进行制冷主机的开/停、冷冻水泵、冷却水泵、风机、乙二醇溶液泵控制。

·在取得相关的授权后，可以通过人机对话界面对控制系统进行自动操作，根据所

设定好的运行参数对系统的不同运行模式的自动运行及模式转换；

3.2 系统运行模式选择功能

·系统可以根据历史记录、负荷数据、用户预先设定（含日期、时间、和其它约束条件等）等自动选择系统的工作模式；

·系统也可以接受用户的手动运行模式；

·下位机中提供的主要四种运行模式为：

a.主机制冷模式

b.主机与蓄冰装置联合供冷模式

c.融冰单独供冷模式

d.主机单独供冷模式

·在双工况制冷主机单独制冰运行模式中，制冷主机为满负荷工作，系统并且能够

根据其采集的温度参数自动判断过程蓄冰的完成。

·制冷主机供冷与制冰装置联合供冷运行模式下，一方面要确保制冷主机的正常供

冷，另一方面也要确保制冰装置供冷的正常运行，以达到系统设计标准要求；

·系统单独融冰供冷模式下运行时，系统能够根据所采集的温度参数准确调节放冷

速度，并且在确保系统正常运行的前提下，尽量满足系统的负荷变化，

·制冷主机单独供冷模式运行时，与常规空调的控制完全一样。

3.3 全自动运行功能

·本系统可以通过定时功能设置，使系统完全按照用户设定的参数进行运行；

·系统可以按照设定系统参数和控制模式自动运行，从而实现系统的无人值守；

·系统在选择参数后将完全由下位机进行控制；

3.4实时数据显示以及历史趋势图形

·重要运行参数系统负荷、储冰量、融冰量可以在触摸屏上生成历史趋势图形进行

显示；

·所有的监测、控制数据可以进行打印；

·实时显示所有的当前数据。

3.5 节假日节能运行模式

·系统可以通过下位机触摸屏进行节假日、特别工作日的预先设定；

·在节假日系统可以根据时间安排，自动选择节能运行模式，以最大限度实现冰蓄

冷的优越性；

·系统也可以根据特别工作日的用冷需求，预先设计好运行模式，尽最大能力满足

系统的最大用冷要求，并且实现节能的目的；

·用户可以根据需要和安排，进行运行模式设定；

·系统可以根据气候的变化，提前或者推迟运行系统，以达到最佳的运行效果和最

经济的运行方式。

3.6 系统故障诊断与处理

·系统具备全面的故障自诊断能力；

·系统能够对出现的运行故障进行自动处理能力；

·系统的主要故障诊断功能有：

各种传感器（温度、流量、液位等）运行故障；所有电机、水泵（冷却水、冷冻水、乙二醇溶液）的运行故障；风机、冷却塔运行故障；蓄冰装置的运行故障；制冷主机的超温、超压、润滑等故障；缺相报警。

·计算机屏幕显示故障区域流程图，事故设备图形变色或闪烁，屏幕上方用汉字显

示故障性质及发生时间，该监控系统同时具有对运行过程重要参数进行声、光报警功

能。所有报警显示有关报警监控点的详细资料，包括发生的时间及日期。

3.7 蓄能系统的负荷管理

·蓄冷系统同样可以通过蓄冷罐的溶液的流量和温度变化对系统的蓄冷量、放冷量、蓄冷负荷、放冷负荷进行记录、显示；

3.8 多级安全模式

·系统为了确保安全、稳定、正常运行，控制系统设有多级安全保护，工作人员必

须具备有授权的安全密码后，才能进入相应层段进行操作；

·系统设有一般观察员、现场操作员、信息管理员、系统管理员四级安全模式；

·一般观察员只能通过上位计算机对话窗口对系统的运行状况、工作模式、故障报

警等一些完全开放性的过程进行操作与查询；

·现场可通过上位机对控制系统的相关参数进行设定、修改和手动控制操作；

·系统管理员可以对控制系统的一些非常重要的参数进行设定、修改和操作，同时

系统管理员还可以对控制程序进行修改，或者添加一些控制功能等；

* 附2：下位机触摸屏组态画面简介

整个冰蓄冷控制系统的下位机操作界面采用德国西门子公司新推出的装载了易观

察及高画质新显示器件的全中文触摸屏操作界面TP270-10（本工程未要求提供触摸屏控制，现场直接采用上位机控制），可实时地触摸屏幕上按钮，进行人机对话，并能设置、改变系统的各种参数，以适应不同的工况要求。该系统强大的中文帮助系统、专家

诊断系统和智能故障识别功能能有效地指导用户进行各种操作及故障的排除，真正地做到，一见就懂！一触即会！开机显示：

●在开机画面中，按下屏幕中央的空余部位，即可进入系统菜单画面

1、系统菜单：

●按下相应的功能按钮时，即可进入相应的系统菜单画面。

2、自动运行模式

●按下相应的功能按钮时，即实现四种运行模式功能。

3、节假日运行时间设定画面

●根据本地的电价情况，合理的选择相应的时段运行某一种工作模式。

4、参数设定画面

●触摸相应的数值输入区域，从弹出的键盘中输入所需的参数。

5、温度曲线显示画面

●通过曲线方式，可以了解系统在一段时间内的运行情况。

6、历史报警记录画面

●查看历史报警记录，可以了解系统所发生的故障情况。

四、上位机远程监控方案

1、上位机系统结构

控制系统的物理模型如下图所示，对于控制系统中上位机的具体组成以及说明如下：

2、上位机监控软件组态王6.5（监控中心）

组态王6.5是基于Windows下操作系统，采用Microsoft

技术开发，支持ANSIC，Visual Basic，

COM/DCOM

SQL，和OPC

组态王6.5用户归档功能支持组态王 6.5内置的SYBASE SQL Anywhere数据库与管理系统相集成。

利用集成的报表系统生成各种形式的报表及历史数据库编程接口和时 DDE数据交换生成Excel报表。

采用组态王 6.5作为系统组态软件和运行平台，人机界面友好，操作简单易学，

可以实现多种功能；

具有强大的先进的安全管理系统，组态王彩分级和分区的双重保护策略，应用系统中的第一个可操作元素都可以被指定级别和安全区，在系统运行时，若操作者

权限小于可操作元素的访问权限，或者工作安全区不可操作元素的安全区时，可

操作规元素是不可访问或操作的。

上位机监控软件可以脱离下位机而不会影响下位的工作，这可以保证由于通讯等干扰原因而使整个系统的安全运行；

具有PPI、MPI、Profibus等多种通讯协议，与下位机和其它系统通讯简单；

系统可以利用INTERNET实现远程监控，并且可以与调度大楼的MIS系统进行数据交换和共享，而且能够很好地进入BAS系统；

3、优化控制软件

优化控制软件是为了保证蓄冰（蓄热）系统有计划可靠的进行，根据室外温度、天气预报、天气变化趋势及以前的历史记录数据，通过优化软件计算出设计日逐时

负荷，自动选择主机优先还是融冰（水箱供热）优先。对制冷机或锅炉的供冷（热）量和蓄冷（热）量进行调节，因此它要求进行实时负荷预测和优化，根据系统分析

推算出最优化控制模式，以最大限度的节约费用。

优化控制软件它负责系统的在线预测及负荷的优化分配，把所分析出的控制结果实时的送给前台的控制程序，以决定运行模式的自动投入及开机的控制。

优化控制软件的算法

3、最优化控制组成

蓄能系统的最优化控制系统主要包括三个部分：上位机监控软件、上位机后台优化控制软件、现场级控制。它们与自动控制相连接，实现对整个蓄能系统的自动控制。实现各种工况的自动转换，达到机房运行无人值守。同时上位机的监控软件还可以实时监测系统的运行情况。其三者的关系如下图所示：

4、上位机监控系统的前台监控软件：

上位机监控软

件

现场级控制系统

上位机后台优化

控制软件

负荷预测系统的最优化控制

数学模型

室外的温、湿度

天气预报等外部数据

通过比较前面的运行数

据与预测值，逐时类推

计算出最优化控制

策略

上位机中央监控软件负责整个蓄能系统的图形界面的显示。如下图1冰蓄冷所示：该界面友好、直观、中文操作环境、方便的参数设定与控制、故障报警、打印报表、历史数据查寻等多种功能。在前台监控界面上，还能够对温度、模式、开机台数进行设定。

上位机监控系统主要有以下功能

4.1、手动/自动选择功能

·系统可以根据用户的需要，选择手动或者自动运行模式；

·在取得上位机的授权后，可以通过上位机的人机对话界面对控制系统进行软手动

操作，可手动控制制冷系统中的主机开/停、冷冻水泵、冷却水泵、风机、乙二醇溶液泵或供暖系统中的锅炉、水泵、电动阀门以及系统的不同运行模式的选择；

4.2、系统运行模式选择功能

·系统可以根据历史记录、负荷预测数据、用户预先设定（含日期、时间、和其它约束条件等）等自动选择系统的工作模式；

·同样系统也可以接受用户的手动运行模式；

·系统提供以下几种运行模式为：

蓄冷系统中：

双工况制冷主机单独制冰运行模式；

制冷主机与制冰装置联合供冷运行模式；

融冰单独供冷模式；

制冷主机单独供冷模式；

·系统可以根据实际的负荷预测进行控制制冷量或蓄热量；

·联合运行模式下工作时，系统能够根据上位机的优化软件对负荷预测数据、操作人员预先设定的相关数据、系统自动采集的参数等自动选择采用主机（锅炉）优先、或者融冰（蓄热装置）优先。

4.3、全自动运行功能

·本系统可以通过定时功能设置，使系统完全按照用户设定的参数进行运行；

·系统可以按照上位机控制中心对已设定的系统参数和控制模式自动运行，从而实现系统的完全无人值守；

·系统在选择参数后将完全由下位机进行控制；

·系统在已经设定好参数的情况下，上位机可以脱离系统而完全由下位进行全自动

运行与控制。

4.4、实时数据记录以及历史查询

·上位机可以将实时控制和监测数据进行自动保存；

·各个监测点的数据可以保存一年以上；

·所有监测数据可以根据时间的先后生成图形曲线；

·用户可以根据需要在上位机上查询系统的历史运行曲线，最长可以达到一年，部分重要数据以及查询多年的数据；

·所有的监测、控制数据可以按照用户要求进行打印、统计和报表等；

·所有数据查询可以在控制中心（上位机）进行，少量重要数据可以通过触摸屏进

行查询。

4.5、节假日节能运行模式

·系统可以通过上位机进行节假日、特别工作日等预先设定；

·同样系统也可以通过下位机的触摸屏进行节假日、特别工作日的预先设定；

·在节假日系统可以根据时间安排，自动选择节能运行模式，以最大限度实现电蓄能的优越性；

·系统也可以根据特别工作日的用负荷需求，预先设计好运行模式，尽最大能力满足系统的最大负荷要求，并且实现节能的目的；

4.6、用户定时开机运行

·用户可以根据需要和安排，进行运行模式设定；

·系统可以根据气候的变化，提前或者推迟运行系统，以达到最佳的运行效果和最经济的运行方式。

4.7、系统故障诊断与处理

·CRT屏幕显示故障区域流程图，事故设备图形变色或闪烁，屏幕上方用汉字显示故障性质及发生时间，该监控系统同时具有对运行过程重要参数进行声、光报警功能。

4.8、蓄能系统的负荷管理和能量分配

·系统可以根据冷冻水（采暖热水）的流量和温度变化，计算过程的实时负荷，以及过程的负荷分布；

·系统可以根据供水管路的压降，自动调节管路中冷冻水（采暖热水）的流量，如果用户需要可以调节各支管路系统的能量负荷（需另加配置）；

·蓄能系统同样可以流过蓄冰罐（蓄热水箱）溶液的流量和温度变化对系统的蓄能

量、放能量、蓄能负荷分布、放能负荷分布进行记录、显示和分析；

4.9、多级安全模式

·系统为了确保安全、稳定、正常运行，控制系统设有多级安全保护，工作人员必

须具备有授权的安全密码后，才能进入相应层段进行操作；

·系统设有一般观察员、现场操作员、信息管理员、系统管理员四级安全模式；

·一般观察员只能通过上位机人机对话窗口对系统的运行状况、工作模式、故障报

警等一些完全开放性的过程进行操作与查询；

·现场操作员可以通过上位机或者触摸屏对控制系统的相关参数进行设定、修改和

手动控制等操作；

·信息管理员可以对系统的重要信息数据进行管理、统计以及操作；

·系统管理员可以对控制系统的一些非常重要的参数进行设定、修改和操作，同时

系统管理员还可以对控制程序进行修改，或者添加一些控制功能等；

4.10、系统的远程监测功能

·系统设有远程监控接口和有限开放协议；

·用户在取得授权的情况下，可以通过INTERNET对系统进行监测、控制；

·远程监测功能均在上位机实现

4.11、楼宇自动化功能

·在系统的上位机设有BAS（Building automation system）系统接口和有限开放的通讯协议；

·楼宇控制系统可以根据采用RS232/485，或者其它的通讯方式与控制中心进行通讯；

·同样系统也可以根据用户的要求，在系统的下位机和触摸屏预留BAS接口和通讯协议；所有的通讯必须得到系统的授权才能进行。

4.12、冰蓄冷系统负荷预测功能

系统可以根据历史数据、系统实时采集的室外气温、湿度等参数，采用先进的

算法，自动预测未来大厦的能量需求分布，为系统优先选择合适的运行方式提供

较为可靠的参考。