制冷站自动监测与控制：BACnet标准与楼宇自控系统技术

2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：5）对冷水机组运行状态和故障进行监测。冷水机组的起动、停止与辅助设备的起停控制需满足工艺流程要求的逻辑联锁关系。冷水机组的起动与停机流程正好相反。冷水机组具有自锁保护功能。利用冷却水进水温度控制冷却塔风机运行台数，这一控制过程和冷水机组的控制过程彼此独立。

BAS对制冷系统的一些主要运行参数进行监控，这些参数有：

1）冷水机组的进水口和出水口冷冻水温度。

2）集水器回水温度与分水器供水温度（一般与冷水机组的进水口和出水口温度相同），这个温度反映末端冷水负荷的变化情况。

3）冷冻水供／回水流量检测。通过对冷冻水（供／回水）流量及供／回水温度检测，可确定空调系统的冷负荷量，并以此数据计算能耗和系统效率。

4）分水器和集水器压力差值（压差）测量。使用压力传感器测量分水器进水口和集水器出水口的压力，或直接使用压差传感器测量这两个水口的压力差。以供回水压差数据作为控制调节压差旁通阀开度的依据。

5）对冷水机组运行状态和故障进行监测。

6）对冷冻水循环泵运行状态进行监测。

1.制冷站水系统运行控制

（1）冷水机组的连锁控制

为使冷水机组能正常运行和系统安全，通过编制程序，严格按照各设备起停顺序的工艺流程要求运行。冷水机组的起动、停止与辅助设备的起停控制需满足工艺流程要求的逻辑联锁关系。

冷水机组的起动流程为：冷却塔风机起动→冷却水泵起动→冷冻水泵起动→冷水机组起动。

冷水机组的停机流程为：冷水机组停机→冷冻水泵停机→冷却水泵停机→冷却塔风机停机。

冷水机组的起动与停机流程正好相反。冷水机组具有自锁保护功能。冷水机组通过水流开关监测冷却水和冷冻水回路的水流状态，如果正常，则解除自锁，允许冷水机组正常起停。

（2）备用切换与均衡运行控制

制冷站水系统中的若干设备采用互为备用方式运行，如果正在工作的设备出现故障，首先将故障设备切离，再将备用设备接入运行。

为使设备和系统处于高效率的工作状态，并有较长的使用寿命，就要使设备做到均衡运行，即互为备用的设备实际运行累积时间要保持基本均衡，每次起动系统时，应先起动累计运行小时数少的设备，并能为均衡运行进行自动切换，这就要求控制系统对互为备用的设备有累计运行时间统计、记录和存储的功能，并能进行均衡运行的自动调节。

（3）冷水机组恒流量与空调末端设备变流量运行的差压旁路调节控制

冷水机组设有自动保护装置，当流量过小时，自动停止运行。在冷水机组不适宜采用变流量方式，但对于两管制的空调系统，通过调节空调末端的二通调节阀，系统末端负荷侧的水流量产生变化。在冷冻水供水、回水总管之间设置旁路，在末端流量发生变化时，调节旁通流量来抵消末端流量的改变对冷水机组侧冷冻水流量的影响。旁路主要由旁路电动两通阀及压差控制器组成。通过测量冷冻水供回水间的压力差来控制冷冻水供水、回水之间旁路电动二通阀的开度，使冷冻水供／回水之间的压力差保持常量，来达到冷水机组侧的恒流量方式，这种方式叫差压旁路控制。差压旁路调节是两管制空调水系统必须配备的环节。

（4）两级冷冰水泵协调控制

如果冷冻水回路是采用一级循环泵的系统，一般使用差压旁路调节控制方案来实现冷冻水回路冷水机组一侧的恒流量与空调末端一侧的变流量控制。当空调系统负荷很大、空调末端设备数量较多，且设备分布位置分散，冷冻水管路长、管路阻力大时，冷冻水回路就必须采用两级泵才能满足空调末端对冷冻水的压力要求。

采用两级冷冻水泵工作的情况如图10-18所示。一级冷冻泵在冷冻站的回水一侧（集水器一侧），二级冷冻水泵在冷冻站的送水一侧（分水器一侧），为降低电耗，对于一、二级冷冻水泵群组也要进行协调控制。

（5）冷水机组的群控节能

制冷系统由多台冷水机组及辅助设备组成，在设计制冷系统时，一般按最大负荷情况设计冷水机组的总冷量和冷水机组台数，但实际情况运行一般都与最大负荷情况有较大偏差，对应于不同的以及变化的负荷，通过冷水机组的群控实现节能运行。

1）冷冻水回水温度控制法。冷水机组输出冷冻水温度一般为7℃，冷冻水在空调末端负载进行能量交换后，水温上升。回水温度基本反映了系统冷负荷的大小，根据回水温度控制调节冷水机组和冷冻水泵运行台数，实现节能运行。

2）冷量控制法。使用一定的计量手段根据回水温度与流量求出空调系统的实际冷负荷，再选择匹配的制冷机台数和冷冻水泵运行台数投入运行实现冷水机组的群控和节能。

在根据实际的冷负荷对投入运行的冷水机组与冷冻水循环水泵的台数进行调节时还要同时兼顾设备的均衡运行。

图10-18 两级冷冻水泵协调控制的系统原理图

（6）膨胀水箱与水箱状态监控

膨胀水箱作为制冷系统中的辅助设备发挥着这样的作用：当冷冻水管路内的水随温度改变相应的体积也产生改变，膨胀水箱与冷冻水管路直接相连，当水体膨胀体积增大时，一部分水排入膨胀水箱；当水体积减小时，膨胀水箱中的水可对管路中的水进行补充。

补水箱用来存放经过除盐、除氧处理的冷冻用水，当冷冻水管路中的冷冻水需要补充时，补水泵将补水箱中的存储水泵入管路。补水箱中设置液位开关对其运行控制，当水位低于下限水位时进行补充，达到上限水位时停止补充防止渗流。

（7）冷却塔的节能运行控制内容

冷水机组的冷却用水由于带走了冷凝器的热量温度升高至设计温度37℃（从冷水机组出口），送出的高温回水（37℃）在送至冷却塔上部经过喷淋降温冷却，又重新循环送至冷水机组，这个过程循环往复进行。

来自冷却塔的冷却水进水，设计温度为32℃，经冷却泵加压送入冷水机组，与冷凝器进行热交换。

为保证冷却水进水和冷却回水具有设计温度，就要通过装置对此进行控制。冷却水进水温度的高低基本反映了冷却塔的冷却效果，用冷却进水温度来控制冷却塔风机（风机工作台数控制或变速控制）以及控制冷却水泵的运行台数，使冷却塔节能运行。

利用冷却水进水温度控制冷却塔风机运行台数，这一控制过程和冷水机组的控制过程彼此独立。如果室外温度较低，从冷却塔流往冷水机组的冷却水经过管道自然冷却，即可满足水温要求，此时就无需起动冷却塔风机，也能达到节能效果。

2.制冷系统监测点

（1）设备运行状态监控

设备运行状态监控主要包括以下一些内容：

1）冷水机组运行状态。运行状态信号取自冷水机组控制器（柜）对应运行状态输出触点（或主接触器辅助触点）。

2）冷冻水泵起停状态。该运行状态信号取自冷冻水循环泵配电箱接触器辅助触点。

3）冷却水泵起停状态。此信号从冷却水循环泵配电箱接触器辅助触点取出。

4）冷却塔风机起停状态监控。监控信号从冷却塔风机起停状态监控配电箱接触器辅助触点取出。

5）水流开关状态监测。取自水流开关状态输出点。

（2）参数监控点和故障监控

这些参数可以是水位、流量、温度和压力等。

1）膨胀水箱高低水位监测。信号取自补水箱高低水位监测传感器输出，如使用液位开关、水位高限、低限、溢流位设置等。

2）冷却塔高低水位监测。信号取自冷却塔高低水位监测输出点，如使用液位开关、设置水位高／低限。

3）冷冻水供、回水温度检测。信号取自安装在冷冻水管路上的供、回水温度传感器输出。

4）冷冻水流量检测。信号从安装在冷冻水管路上的流量传感器输出，如使用电磁流量计。

5）冷冻水供、回水压力（或压差）检测。信号取自安装在冷冻水管路上供、回水压力传感器或压差传感器输出，如采用水管或液压传感器，并安装在集水器入口、分水器出口、冷冻水管道附近。

6）冷却水供、回水温度检测。检测信号从安装在冷冻水管路上的供、回水温度传感器的输出。

7）冷水机组起停控制。从DDC数字输出口（DO口），到冷水机组控制器起停远程控制输入点。

8）冷冻水泵起停控制。从DDC DO口输出到冷冻水配电箱接触器的控制回路。

9）冷却水泵的起停控制。可从DDC的DO口（数字输出口）控制冷却水泵配电箱接触器控制电路。

10）冷却水塔水风机起停控制。由DDC的DO口接入冷却水塔风机配电箱接触器控制回路。

11）冷水机组冷冻水进水电动碟阀。从DDC的DO口输出到冷水机组冷冻水入口电动碟阀开关控制输入回路。

12）冷水机组冷却水进水电动碟阀。从DDC的DO口输出到冷水机组冷却水入口电动碟阀开关控制输入回路。

13）冷却塔进水电动碟阀。从DDC的DO口输出到冷却塔冷却水入口电动碟阀开关控制回路。

14）压差旁路两通阀调节控制。从DDC的AO口（模拟输出口）输出到压差旁路两通阀驱动器的控制回路。

在系统设计中还包含：手动和自动控制的切换线路设计；设备故障维修／更换等退出自动控制状态的线路设计。

3.制冷系统设备控制

通过对制冷系统中各相关设备运行状态参数检测传感器对相关物理量的检测，BAS通过中央监控管理系统和控制现场设备DDC，对制冷系统的运行进行全面的监控和管理。

在BAS对制冷系统进行监控管理的软硬件系统设计、设置时，要解决好以下问题：冷水机组与辅助设备的联锁控制；设备故障报警／手动／自动切换控制，均衡策略运行控制；冷水机组侧的恒流量与空调末端设备变流量运行的控制策略、规律与具体实现方式。

（1）冷水机组与辅助设备的自锁、互锁控制

制冷系统的起停顺序有严格的对应关系。

起动顺序：冷却塔风机→冷却水泵→冷冻水泵→冷水机组。

停机顺序：冷水机组→冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机。

这种逻辑顺序关系借助于控制软件，并依靠电器开关触点自锁、互锁来实现。

（2）设备故障报警

设备运行或工作状态出现故障后，监控系统给出报警，并自动停止相关设备的运行，同时对报警信号进行处理与记录。

（3）备用设备的切换投入

在系统中的设备出现故障，除了报警外，控制系统将故障设备切离，同时将备用设备投入运行，使整个制冷系统正常运行。

（4）均衡运行的实现

为实现制冷系统中的均衡运行，可通过起停设备的给定策略实施起动来实现。选择起动设备的策略有：

1）累计运行时间最少的设备优先起动。

2）当前停止运行时间最长的设备优先起动。

3）轮流排队起动。

选择停止运行设备的监控策略有：

1）累计运行时间最长的设备优先停止运行。

2）当前运行时间最长的设备优先停止运行。

3）轮流排队停止运行。

在工程实际当中，可采用单一策略，也可采用多种策略的组合。

（5）制冷系统的节能运行

现代建筑中的空调系统能耗在建筑能耗中占有相当高的比例，高达50～60％，其中冷热源设备和水系统的能耗又在空调系统总能耗中占有80％～90％的比重，因此对于冷热源设备及水系统的节能运行控制，意义重大。制冷系统中的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机都是主要耗能设备，制冷系统的运行节能控制的内容主要是以上这些设备的单项节能及协调运行中的系统节能。

制冷系统的节能运行控制主要采用以下一些措施：

1）根据具体的热负荷变化规律制定科学合理的设备运行时间表。由于建筑物内企业的工作时间、不同季节时间段、气候的变化等多种因素，制冷系统的热负荷呈现规律性的变化，根据这些变化规律制定制冷设备运行时间表，能起到很好的节能效果。

2）制冷机组的节能群控。在有多台机型的制冷系统中，对机组进行策略合理的群控，使空调末端设备通过的冷冻水流量与实际的热负荷进行动态匹配，实现节能运行。

对于单台冷水机组，可以使用调节主机运行状态、调节冷水机组冷却水入口温度来调节冷冻水泵、冷却水泵的能耗。

如上所述，根据空调系统实际的冷负荷来调节制冷机组运行的台数，同时调整制冷机冷却水的温度，使制冷量与实际冷负荷匹配，实现空调系统的节能运行。

3）冷冻水循环泵的节能控制运行。空调冷冻水系统采用一级冷冻水泵和差压旁路调节控制构成冷冻水回路结构时，冷冻水泵为冷冻水提供压力来克服冷冻水传输管路中的阻力，并保证末端设备侧获得足够的压力；通过调节差压旁路的流量，保证末端及空调设备的正常工作。可根据实际空调系统的冷负荷，在满足工作压力、冷冻水流量的情况下调节冷冻水泵运行台数和差压旁路的设定值，使之节能运行。

在冷负荷大的空调系统中，末端空调设备分布范围广，水系统管路长，此时冷冻水系统采用二级冷冻水泵来为系统提供正常工作所需的冷冻水压力。对于这种系统的节能运行，是通过调节二级冷冻水压力和冷冻水泵运行台数来控制的。

4）冷却塔和冷却水泵的经济运行控制。冷水机组的冷却水进口处，由冷却塔循环输入的冷却水温度需满足特定要求。根据冷冻机对冷却水温的要求，通过对冷却塔运行台数的控制，来实现冷却塔出水温度与设定值的匹配。还可以使用调节电动机的转速来实现这种控制。当冷却塔出水温度高于设定值时，可增开一台冷却塔或将冷却塔中风扇的驱动电动机转速提高；如果冷却塔出水温度低于设定值，则将一台冷却塔从运行中切离出来，同时对运行的冷却塔运行参数作适当调节。

在对冷却塔台数的调节控制中，一个重要的因素是室外环境温度。总的来讲，合理地调节投入运行的冷却塔台数、调节冷却塔中风机和冷却水泵的运行台数（或通过调速控制）并辅以转速调节，可较好地实现冷却塔、冷却水泵的节能运行。

4.制冷站经济运行中的协调控制

制冷机组有较复杂的结构，一般配置有功能很强的监控系统。实现对机组的起停控制、运行参数监测、故障报警、按照一定的控制策略进行经济运行控制，制冷机组还配置有较完善的安全保护设置。

新的制冷机组的控制监测系统一般设置了标准的通信接口，并且支持BACnet（Building Au-tomation and Control Network，楼宇自控网标准通信）协议和LonTalk通信协议。从发展趋势上讲，通过统一的通信协议，使制冷机组通过标准通信接口与BAS实现有效的数据通信并进而实现无缝互联，BAS就可以对制冷机组进行高水平的运行状态控制、运行参数控制、经济运行控制及安全防护。BACnet、LonWorks网络都是开放性很好的网络系统，而且两者与Internet、以太网通过网关或中间件技术都能实现良好的互联。

制冷站自动监测与控制：BACnet标准与楼宇自控系统技术

相关推荐