一种纺丝空调系统高精度稳控型四恒空气处理方法和系统与流程

本发明涉及空气调节与自动控制，尤其涉及一种用于工业厂房、纺丝车间、恒温恒湿生产环境、洁净空调系统或多支路送风管网的纺丝空调系统高精度稳控型四恒空气处理方法和系统。

背景技术：

1、在纺丝、精密制造、电子装配、医药洁净生产以及其他对空气环境稳定性要求较高的工业场景中，空气处理系统通常需要同时满足恒温、恒湿、恒压和恒风量要求。所谓恒温，是指送入工艺区或生产区的空气温度需要稳定在设定范围内；所谓恒湿，是指送风相对湿度或含湿量需要维持在工艺允许范围内；所谓恒压，是指送风主管或末端静压需要稳定，以避免送风不足或局部过压；所谓恒风量，是指各送风支路应按照工艺需求获得稳定送风量，避免不同区域之间出现风量分配失衡。对于大风量、多支路和全年连续运行的空气处理系统，上述多个控制目标之间并非相互独立，而是存在明显耦合关系。

2、现有空气处理系统通常采用温度、湿度或送风压力的单回路控制方式。例如，送风温度偏高时，通过增大新风比例、开启冷水阀或提高冷冻水流量进行降温；送风温度偏低时，通过提高回风比例或开启加热阀进行升温；送风压力不足时，通过提高送风机变频器频率增加送风能力；湿度不足时，通过喷淋、蒸汽或其他加湿装置补湿。该类控制方式结构简单，便于工程实施，但在新风焓值变化较快、回风热湿负荷波动较大、过滤段阻力变化、支路风阀开度变化或者生产线开停切换时，容易产生控制目标之间的相互干扰。例如，单纯为了降低送风温度而快速增大新风比例，会改变混合风状态和机组内部阻力，使送风主管静压发生波动；送风主管静压波动又会进一步引起各支路送风量变化，从而导致局部工艺区出现风量偏高或偏低的问题。相反，若仅以送风静压为目标提高风机频率，又可能在短时间内改变通过表冷段、加热段或喷淋段的空气流速，使温湿度调节出现滞后、超调或振荡。

3、现有技术中，中国专利cn106765684a公开了一种纺丝空调系统及其调控方法。该方案通过中央控制器计算室外和室内焓值，并根据焓值比较结果控制新风、回风、排风以及冷冻水或蒸汽加热，以利用自然能源并降低冷热源消耗。该方案对纺丝空调的新回风焓值节能控制具有参考意义，其核心思想是根据室外焓值与室内焓值的大小关系选择新风、回风和冷热源的运行方式。然而，该方案主要关注焓值比较和冷热源节能调节，并未针对新回风风阀动作对送风主管静压及各支路风量的扰动进行动作前预测，也未公开在预测静压或支路风量将越限时削减风阀动作幅度，更未公开在风阀动作被削减后将未消除的送风温度偏差转移给冷水阀或加热阀进行接管控制。因此，在多支路恒压恒风量场景中，该类方案仍可能出现温度调节与压力、风量稳定性相互冲突的问题。

4、另有中国专利cn113110651b公开了一种基于ahu回风机组的温湿度串级控制方法。该方案以回风温湿度和送风温湿度的测量值及设定值作为输入，建立温湿度串级控制模型，并输出热水阀、冷水阀和加湿阀开度，以提高温湿度控制精度和系统响应速度。该方案能够改善温度控制和湿度控制之间的协调关系，减少冷热阀或加湿阀的不合理同开时间，但其控制重点仍在温湿度串级调节本身，并未将新回风风阀动作、送风主管静压、支路风量以及冷热源接管控制纳入同一动作许可逻辑中。换言之，该方案没有解决风阀调节引起的送风压力和支路风量扰动问题，也没有形成候选风阀动作生成、静压和支路风量越限预测、风阀动作削减、风机频率前馈补偿、温度残差冷热接管的四恒协同控制链。

5、因此，现有技术虽然分别公开了焓值节能控制、温湿度串级控制、送风静压变频控制以及常规风量平衡控制，但多数方案仍属于单目标或弱耦合控制。当系统在冬季小新风、夏季最小新风、过渡季全新风以及生产负荷频繁变化等不同工况之间切换时，新回风风阀、冷水阀、加热阀、喷淋装置和送风机变频器往往分别根据各自偏差动作，容易造成风阀频繁调节、送风静压波动、支路风量偏差扩大、冷热源接管滞后以及温湿度控制超调等问题。尤其在多支路送风系统中，某一支路风量裕量较小或末端阻力较大时，若继续执行较大的新风比例调整，可能首先导致该支路风量越限，而传统控制方法通常在越限发生后才通过风机频率或支路风阀进行修正，难以在扰动发生前进行约束和削减。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纺丝空调系统高精度稳控型四恒空气处理方法和系统，用于解决现有空气处理系统在新回风焓值调节、温湿度调节、送风静压控制和多支路风量分配之间相互耦合时，容易出现送风温度波动、湿度调节滞后、主管静压扰动和支路风量失衡的问题；通过在风阀动作前预测其对主管静压和各支路风量的影响，并在存在越限风险时对风阀动作进行削减和前馈补偿，使空气处理系统能够在全年不同工况下同时保持恒温、恒湿、恒压和恒风量运行。

2、为了实现本发明的目的，本发明采用了以下的技术方案：

3、一种纺丝空调系统高精度稳控型四恒空气处理方法，包括以下步骤：s1，采集新风温湿度、回风温湿度、送风温湿度、送风主管静压和各支路送风量，计算新风焓值、回风焓值、混合风预测温度和空气密度；s2，按送风温度偏差和新回风焓值差生成候选新风比例变化量，并由风阀、静压和支路风量之间的灵敏度关系，预测所述候选新风比例变化量引起的主管静压变化量和各支路风量变化量；s3，当预测结果显示主管静压或任一支路风量将越出允许范围时，按最小剩余裕量削减候选新风比例变化量，并基于削减后的新风比例变化量生成送风机频率前馈补偿量；s4，当削减后的新风比例变化量达到风阀动作边界且送风温度偏差仍未消除时，将未消除温度偏差转移为冷水阀或加热阀接管控制量，并按送风相对湿度偏差生成喷淋或除湿控制量；s5，将新风阀、回风阀、必要时的支路风阀、送风机、冷水阀、加热阀和喷淋装置的控制量，按送风温度、送风相对湿度、主管静压和各支路风量均不越限的规则输出。

4、作为进一步改进，在步骤s1中，空气含湿量、空气焓值和混合风预测温度按照湿空气热力学关系计算；其中，空气含湿量根据空气相对湿度、空气干球温度、对应温度下的饱和水蒸气分压力和当地大气压力确定；空气焓值根据空气干球温度和空气含湿量确定；混合风预测温度根据新风比例、新风温度和回风温度加权确定；所述新风比例为新风量占新风量与回风量之和的比例，取值为0至1，所述新回风焓值差为新风焓值减去回风焓值所得差值。

5、作为进一步改进，在步骤s2中，所述风阀、静压和支路风量之间的灵敏度关系由历史运行数据或小步长风阀试探数据确定；具体为：在多个样本周期内记录新风比例变化量、主管静压变化量和各支路风量变化量，并分别计算新风比例变化对主管静压的灵敏度以及新风比例变化对各支路送风量的灵敏度；当存在异常波动样本时，采用多个样本周期计算结果的中位值作为对应灵敏度。

6、作为进一步改进，在步骤s3中，候选新风比例变化量的削减方式为：分别确定主管静压剩余裕量与预测主管静压变化量之间的比值，以及每一支路风量剩余裕量与对应预测支路风量变化量之间的比值；对具有越限方向的主管静压预测变化量和各支路风量预测变化量，分别确定对应剩余裕量与预测变化量绝对值之间的比值；在各有效比值和1之间选取最小值作为削减系数，并以所述削减系数对候选新风比例变化量进行削减；当削减系数小于1时，表示候选新风比例变化量会导致主管静压或至少一个支路风量越限，需要削减风阀动作幅度。

7、作为进一步改进，在步骤s3中，主管静压剩余裕量和支路风量剩余裕量分别根据当前实测值与允许范围边界确定；当预测主管静压升高时，主管静压剩余裕量为主管静压上限与当前主管静压实测值之差；当预测主管静压降低时，主管静压剩余裕量为当前主管静压实测值与主管静压下限之差；当预测支路风量升高时，支路风量剩余裕量为对应支路风量上限与当前支路风量实测值之差；当预测支路风量降低时，支路风量剩余裕量为当前支路风量实测值与对应支路风量下限之差。

8、作为进一步改进，在步骤s3中，送风机频率前馈补偿量根据主管静压前馈补偿系数、支路风量前馈补偿系数、风阀动作对主管静压的灵敏度、风阀动作对各支路风量的灵敏度、削减后的新风比例变化量、各支路风量权重以及混合风空气密度相对于基准空气密度的偏差共同生成；其中，各支路风量权重用于表征不同支路对送风稳定性的影响程度，基准空气密度为预设标准工况下的空气密度。

9、作为进一步改进，在步骤s4中，未消除温度偏差根据送风温度偏差、削减后的新风比例变化量以及新风比例变化对送风温度的等效调节增益确定；当未消除温度偏差对应降温需求时，生成冷水阀接管控制量；当未消除温度偏差对应升温需求时，生成加热阀接管控制量；所述送风温度偏差为送风温度设定值与送风温度实测值之间的差值。

10、作为进一步改进，在步骤s4中，所述喷淋或除湿控制量按照送风相对湿度偏差、送风温度偏差和冷水阀接管状态共同确定；当送风相对湿度低于湿度设定下限时，提高喷淋泵频率或喷淋阀开度；当送风相对湿度高于湿度设定上限且冷水阀处于允许开启状态时，优先通过冷水阀执行除湿，并限制喷淋输出；当冷水阀同时受温度偏差和湿度偏差驱动时，仅允许冷水阀沿同时减小送风温度偏差和送风相对湿度偏差的方向变化。

11、本发明的另一方面提供了一种纺丝空调系统高精度稳控型四恒空气处理系统，该系统用于实现所述的方法，包括组合式空气处理机组、传感器组、执行器组和控制器；所述组合式空气处理机组包括混风段、过滤段、表冷段、加热段、喷淋段、送风机段和送风管网；所述传感器组包括新风温湿度传感器、回风温湿度传感器、送风温湿度传感器、送风主管静压传感器和支路风量传感器；所述执行器组包括新风阀、回风阀、冷水阀、加热阀、喷淋调节装置和送风机变频器；所述控制器分别与传感器组和执行器组连接。

12、作为进一步改进，所述控制器包括数据采集模块、焓值计算模块、候选风阀动作生成模块、越限预测模块、风阀动作削减模块、风机前馈补偿模块、冷热接管模块、湿度接管模块和联锁输出模块；所述越限预测模块用于在新风阀和回风阀动作前预测送风主管静压和各支路送风量是否越限，所述风阀动作削减模块用于在预测越限时削减风阀动作幅度，所述冷热接管模块用于将削减风阀动作后仍未消除的送风温度偏差转移为冷水阀或加热阀控制量，所述联锁输出模块用于在送风机未启动、主管静压低于安全静压阈值或任一执行器故障时限制对应执行器输出。

13、本发明通过先生成候选新风比例变化量，再预测该变化量对送风主管静压和各支路送风量的影响，使新风阀和回风阀不再仅依据焓值差或温度偏差直接动作，而是在动作前受到主管静压裕量和支路风量裕量的共同约束，从而减少因新回风比例快速变化造成的送风压力突变和局部支路风量越限；通过按照最小剩余裕量削减候选新风比例变化量，可优先保护最易越限的主管静压或支路风量，使多支路送风系统在温度调节过程中仍保持较好的风量平衡；通过基于削减后的新风比例变化量生成送风机频率前馈补偿量，可在风阀扰动形成之前提前修正送风机运行状态，降低单纯依赖静压反馈控制所产生的滞后和超调；通过将风阀动作受限后仍未消除的送风温度偏差转移为冷水阀或加热阀接管控制量，可避免风阀在边界工况下反复调节，并提高送风温度恢复速度；通过结合送风相对湿度偏差控制喷淋或除湿输出，可减少温度控制与湿度控制之间的冲突。由此，本发明能够在冬季小新风、夏季最小新风、过渡季全新风以及生产负荷波动等工况下，提高送风温度、送风相对湿度、送风主管静压和各支路风量的协同稳定性，降低风阀频繁动作、冷热源无效接管和风机频率大幅波动的发生概率，并有利于提高空气处理系统的运行稳定性和节能控制水平。