一种解耦式高效中央空调冷冻水控制系统及方法与流程

1.本发明涉及一种解耦式高效中央空调冷冻水控制系统及方法，属于水冷中央空调节能控制技术领域。


背景技术：

2.在大型水冷中央空调节能控制系统领域中，中央空调系统几乎所有的节能控制都采用系统集成化ba系统控制（building automation system），这种传统的中央空调ba系统控制如图1所示，这种形式控制的优点是：1、可选用ddc控制器，采用tcp/ip协议，实现以太网通信网络，通讯速率高；2、系统群控，控制回路较集中，只需1份应用程序就可满足整个系统运行；3、可由计算机现场下载控制方案，使用灵活；4、ddc内预置控制方案，方便安装调试，多种数据通信方式适合各种被控设备和实现系统集成。
3.由于以上各种优点，ba系统控制被广泛应用于各种楼宇建筑、工业控制，智能仪表等领域，但是这种ba系统控制仍有以下缺点：1、如果出现信号探头故障，会导致整个系统失控；2、如果ddc控制器出现异常，会导致整个系统无法运行，安全级别低；3、需要专业人员进行现场编程、调试，系统实现的实施周期较长。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种解耦式高效中央空调冷冻水控制系统及方法，用以解决现有技术的中央空调控制系统在信号探头故障或ddc控制器出现异常时整个系统无法正常运行的技术问题。
5.本发明的解耦式高效中央空调冷冻水控制系统采用如下技术方案：一种解耦式高效中央空调冷冻水控制系统，其包括末端空调系统组、主机群组、冷冻水泵组，末端空调系统组的集水器上的末端总回水管连接到冷冻水泵组的总进口，冷冻水泵组总出水管连接到主机组总进口，主机组总出水管连接到末端空调系统组的分水器的进口，末端总回水管与主机组总出水管之间设有a端流量补偿管，a端流量补偿管管径小于末端总回水管或主机组总出水管管径，冷冻水泵总出水管与主机组总出水管之间设有b端流量补偿管，b端流量补偿管管径小于冷冻水泵总出水管或主机组总出水管管径，a端流量补偿管和b端流量补偿管上分别设有a阀和b阀，a阀和b阀均为电动阀门；解耦式高效中央空调冷冻水控制系统还包括信号探头组、模块化冷冻水泵能效控制柜组和能效管控平台；信号探头组分为三组且有指定安装位置：第一组是安装在冷冻水泵总出水管上的压力传感器和温度传感器；第二组是安装在主机组总出水管上的压力传感器和温度传感器；第三组是安装在末端总回水管上的压力传感器和温度传感器；a端流量补偿管一端位于第一组信号探头组之后、另一端位于第二组信号探头组之前，b端流量补偿管一端位于第二
组信号探头组之前、另一端位于第三组信号探头组之后；模块化冷冻水泵能效控制柜组包括一台主机和一台以上的从机，主机和每台从机的柜体内均有电源系统单元、调速系统单元和控制系统单元，控制系统单元将运算结果送入调速系统单元，主机和从机的控制系统单元之间通过通信交互网络连接，a阀和b阀的信号端以及各信号探头组统一接入主机的控制系统单元，冷冻水泵组中的各水泵的信号端分别接入主机和从机的控制系统单元，每台主机或从机用于拖动一台水泵，主机用于获取、计算冷冻水系统的运行工况信息和对从机分配调度，通信网络正常时，主机负责分配调度运行，通信网络不正常时，从机维持当前状态运行；能效管控平台与模块化冷冻水泵能效控制柜组的主机连接，进行数据交互。
6.主机和每台从机均为强弱电一体化设计，从机最多有7台。
7.主机和从机采用rs485接口实现手拉手通信交互网络连接。
8.本发明的解耦式高效中央空调冷冻水控制方法采用如下技术方案：一种解耦式高效中央空调冷冻水控制方法，将各信号探头组及a阀和b阀的信号端接入模块化冷冻水泵能效控制柜组的主机，进行能效控制计算，通过调节a阀和b阀对冷冻水回路进行流量补偿，各信号探头组用于采集对应管路处的温度和压力值，安装在冷冻水泵总出水管上的压力传感器和温度传感器测得的压力和温度分别为p0和t1，安装在主机组总出水管上的压力传感器和温度传感器得的压力和温度分别为p1和t0，安装在末端总回水管上的压力传感器和温度传感器得的压力和温度分别为p2和t2；一、流量补偿逻辑及算法具体如下：当前总流量δppv
总
=当前主机端流量δppv
主机端
当前末端流量δppv
末端
其中：当前主机端流量δppv
主机端
=p0
‑
p1，当前末端流量δppv
末端
=p1
‑
p2总流量需求δpsv
总
=主机端流量需求δpsv
主机端
末端流量需求δpsv
末端
主机端流量需求δpsv
主机端
和末端流量需求δpsv
末端
均是人为设定；1)若δppv
主机端
=δpsv
主机端
，δppv
末端
=δpsv
末端
，则a阀或b阀不进行调控，保持当前状态；2)若δppv
主机端
＜δpsv
主机端
，δppv
末端
＞δpsv
末端
，则a阀打开且开度逐渐增大，直至δppv
主机端
=δpsv
主机端
，δppv
末端
=δpsv
末端
时，a阀停止增大并保持当前状态；3)若δppv
主机端
＞δpsv
主机端
，δppv
末端
＜δpsv
末端
，则b阀打开且开度逐渐增大，直至δppv
主机端
=δpsv
主机端
，δppv
末端
=δpsv
末端
时，b阀停止增大并保持当前状态；二、能效控制算法具体如下：1)基础算法：a.当以主机端为目标：当前总流量δppv
总
=当前主机端流量δppv
主机端
，总流量需求δpsv
总
=主机端流量需求δpsv
主机端
；b.当以末端为目标：当前总流量δppv
总
=当前末端流量δppv
末端
，总流量需求δpsv
总
=末端流量需求δpsv
末端
；c.当以双边流为目标：当前总流量δppv
总
=当前主机端流量δppv
主机端
当前末端流量δppv
末端
，总流量需求δpsv
总
=主机端流量需求δpsv
主机端
末端流量需求δpsv
末端
；2)负荷温差流量修正算法：a.主机端补偿上下限计算：
a)主机端δt修δp补偿上限值=总流量需求δpsv
总
×
主机端δt修δp补偿上限比例；b)主机端δt修δp补偿下限值=总流量需求δpsv
总
×
主机端δt修δp补偿下限比例；b.末端补偿上下限计算：a)末端δt修δp补偿上限值=总流量需求δpsv
总
×
末端δt修δp补偿上限比例；b)末端δt修δp补偿下限值=总流量需求δpsv
总
×
末端δt修δp补偿下限比例；c.如果a阀或b阀补偿打开，则开始计算，否则补偿值为0：其中，主机端采样温差=t1
‑
t0，末端采样温差=t2
‑
t1，主机端与末端的标准工况温差均采用设定的标准值；a)当主机端采样温差小于主机端标准工况温差，主机端δt修δp补偿值从0位开始，当自定义脉冲时间到后减设定的固定值，循环往复，当主机端δt修δp补偿值小于等于主机端δt修δp补偿下限值，停止减设定的固定值；b)当主机端采样温差大于主机端标准工况温差，主机端δt修δp补偿值从0位开始，当自定义脉冲时间到后加设定的固定值，循环往复，当主机端δt修δp补偿值大于等于主机端δt修δp补偿上限值，停止加设定的固定值；c)当末端端采样温差小于末端标准工况温差，末端δt修δp补偿值从0位开始，当自定义脉冲时间到后减设定的固定值，循环往复，当末端δt修δp补偿值小于等于末端δt修δp补偿下限值，停止减设定的固定值；d)当末端采样温差大于末端标准工况温差，末端δt修δp补偿值从0位开始，当自定义脉冲时间到后加设定的固定值，循环往复，当末端δt修δp补偿值大于等于末端δt修δp补偿上限值，停止加设定的固定值；a阀或b阀补偿打开运行结果：水泵实际流量大小，始终通过当前总流量δppv
总
与总流量需求δpsv
总
的对比，调节a阀或b阀的开度，以保证当前总流量δppv
总
=总流量需求δpsv
总
，若当前总流量δppv
总
=总流量需求δpsv
总
，则水泵保持当前做功不变。
9.能效控制算法还包括温度趋势预测补偿算法，具体如下：当t2采样温度小于等于起始温度，每1分钟，标准工况温差加0.1℃；当t2采样温度大于等于结束温度，每1分钟，标准工况温差减0.1℃；起始温度和结束温度均为设定值。
10.主机端与末端的标准工况温差为5℃，起始温度采用标准工况温度为7℃，结束温度为12℃。
11.所述自定义脉冲时间为60
‑
120s。
12.所述设定的固定值为1kpa。
13.a阀或b阀开度的变化范围为0~100%，每次变化的量是最大开度的0.5%。
14.温度和压力采样的周期均为1s/次。
15.本发明的有益效果是：本发明的模块化冷冻水泵能效控制柜组分为主机和从机，主机负责冷冻水系统的运行工况信息获取、计算、从机的分配调度，所有从机听从主机的调度指挥。通信网络正常时，主机负责分配调度运行；当主机与从机交互网络失联时，从机维持当前运行状态，通信交互网络恢复后仍由主机调度指挥。主机听从能效管控平台的调度
指挥，能效管控平台与主机失联时，不影响解耦式模块化高效中央空调冷冻水控制系统。
16.本发明的解耦式模块化高效中央空调冷冻水控制系统适用于总管形式冷冻水循环系统或一对一形式冷冻水循环系统。本发明将整个大型水冷中央空调系统解耦，实现冷冻水系统的模块化节能控制运行，各系统之间的过程控制模块化互不关联，通信网络不正常时，模块化设计使得从机可以维持当前状态运行，实现冷冻水系统模块化控制运行，不会因一个点的问题而影响整个系统的运行。
附图说明
17.图1是现有技术的中央空调集成化ba系统控制原理图；图2是本发明一种实施例的解耦式高效中央空调冷冻水控制系统的系统图；图3是图2中主机和从机的原理图。
18.图中：1
‑
冷冻水泵组，2
‑
末端总回水管，3
‑
冷冻水泵组总出水管，4
‑
主机组总出水管，5
‑
a端流量补偿管，6
‑
b端流量补偿管，7
‑
a阀，8
‑
b阀。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
20.如图2至图3所示，本发明一种实施例的解耦式高效中央空调冷冻水控制系统包括末端空调系统组、主机群组、冷冻水泵组1，末端空调系统组的集水器上的末端总回水管2连接到冷冻水泵组1的总进口，冷冻水泵组总出水管3连接到主机组总进口，主机组总出水管4连接到末端空调系统组的分水器的进口，末端总回水管2与主机组总出水管4之间设有a端流量补偿管5，a端流量补偿管5管径小于末端总回水管2或主机组总出水管4管径，冷冻水泵总出水管3与主机组总出水管4之间设有b端流量补偿管6，b端流量补偿6管管径小于冷冻水泵总出水管3或主机组总出水管4管径，a端流量补偿管5和b端流量补偿管5上分别设有a阀7和b阀8，a阀7和b阀8均为电动阀门；解耦式高效中央空调冷冻水控制系统解耦式高效中央空调冷冻水控制系统还包括信号探头组、模块化冷冻水泵能效控制柜组和能效管控平台；信号探头组分为三组且有指定安装位置：第一组是安装在冷冻水泵总出水管上的压力传感器和温度传感器；第二组是安装在主机组总出水管上的压力传感器和温度传感器；第三组是安装在末端总回水管上的压力传感器和温度传感器；a端流量补偿管一端位于第一组信号探头组之后、另一端位于第二组信号探头组之前，b端流量补偿管一端位于第二组信号探头组之前、另一端位于第三组信号探头组之后；模块化冷冻水泵能效控制柜组包括一台主机和一台以上的从机，主机和每台从机的柜体内均有电源系统单元、调速系统单元和控制系统单元，控制系统单元将运算结果送入调速系统单元，主机和从机的控制系统单元之间通过通信交互网络连接，a阀和b阀的信号端以及各信号探头组统一接入主机的控制系统单元，冷冻水泵组中的各水泵的信号端分别接入主机和从机的控制系统单元，每台主机或从机用于拖动一台水泵，主机用于获取、计算冷冻水系统的运行工况信息和对从机分配调度，通信网络正常时，主机负责分配调度运行，通信网络不正常时，从机维持当前状态运行。
21.主机和从机的控制柜中变频器uvw接口与水泵uvw接口连接，控制柜通过控制器计
算输出0~1000的比例调节变频器频率0~50hz变化，从而调节水泵运行大小。控制柜通过控制器计算将0~1000的比例值输出至控制器端口对应dc0
‑
10v，调控变频器频率0~50hz。
22.主机和每台从机均为强弱电一体化设计，从机最多有7台。主机和从机采用rs485接口实现手拉手通信交互网络连接。
23.能效管控平台对冷冻水泵能效控制柜组进行可视化操作，能效管控平台可显示、记录、操作冷冻水泵能效控制柜组，能效管控平台通过rs485接口，采用modbus
‑
rtu协议，与模块化冷冻水泵能效控制柜组的主机连接，进行数据交互。
24.本发明一种解耦式高效中央空调冷冻水控制系统解耦式高效中央空调冷冻水控制方法，将各信号探头组及a阀和b阀的信号端接入模块化冷冻水泵能效控制柜组的主机，进行能效控制计算，通过调节a阀和b阀对冷冻水回路进行流量补偿，各信号探头组用于采集对应管路处的温度和压力值，安装在冷冻水泵总出水管上的压力传感器和温度传感器测得的压力和温度分别为p0和t1，安装在主机组总出水管上的压力传感器和温度传感器得的压力和温度分别为p1和t0，安装在末端总回水管上的压力传感器和温度传感器得的压力和温度分别为p2和t2；一、流量补偿逻辑及算法具体如下：当前总流量δppv
总
=当前主机端流量δppv
主机端
当前末端流量δppv
末端
其中：当前主机端流量δppv
主机端
=p0
‑
p1，当前末端流量δppv
末端
=p1
‑
p2总流量需求δpsv
总
=主机端流量需求δpsv
主机端
末端流量需求δpsv
末端
主机端流量需求δpsv
主机端
和末端流量需求δpsv
末端
均是人为设定；1)若δppv
主机端
=δpsv
主机端
，δppv
末端
=δpsv
末端
，则a阀或b阀不进行调控，保持当前状态；2)若δppv
主机端
＜δpsv
主机端
，δppv
末端
＞δpsv
末端
，则a阀打开且开度逐渐增大，直至δppv
主机端
=δpsv
主机端
，δppv
末端
=δpsv
末端
时，a阀停止增大并保持当前状态；3)若δppv
主机端
＞δpsv
主机端
，δppv
末端
＜δpsv
末端
，则b阀打开且开度逐渐增大，直至δppv
主机端
=δpsv
主机端
，δppv
末端
=δpsv
末端
时，b阀停止增大并保持当前状态；二、能效控制算法具体如下：1)基础算法：a.当以主机端为目标：当前总流量δppv
总
=当前主机端流量δppv
主机端
，总流量需求δpsv
总
=主机端流量需求δpsv
主机端
；b.当以末端为目标：当前总流量δppv
总
=当前末端流量δppv
末端
，总流量需求δpsv
总
=末端流量需求δpsv
末端
；c.当以双边流为目标：当前总流量δppv
总
=当前主机端流量δppv
主机端
当前末端流量δppv
末端
，总流量需求δpsv
总
=主机端流量需求δpsv
主机端
末端流量需求δpsv
末端
；2)负荷温差流量修正算法：a.主机端补偿上下限计算：a)主机端δt修δp补偿上限值=总流量需求δpsv
总
×
主机端δt修δp补偿上限比例；b)主机端δt修δp补偿下限值=总流量需求δpsv
总
×
主机端δt修δp补偿下限比例；
b.末端补偿上下限计算：a)末端δt修δp补偿上限值=总流量需求δpsv
总
×
末端δt修δp补偿上限比例；b)末端δt修δp补偿下限值=总流量需求δpsv
总
×
末端δt修δp补偿下限比例；c.如果a阀或b阀补偿打开，则开始计算，否则补偿值为0：其中，主机端采样温差=t1
‑
t0，末端采样温差=t2
‑
t1，主机端与末端的标准工况温差均采用设定的标准值；a)当主机端采样温差小于主机端标准工况温差，主机端δt修δp补偿值从0位开始，当自定义脉冲时间到后减设定的固定值，循环往复，当主机端δt修δp补偿值小于等于主机端δt修δp补偿下限值，停止减设定的固定值；b)当主机端采样温差大于主机端标准工况温差，主机端δt修δp补偿值从0位开始，当自定义脉冲时间到后加设定的固定值，循环往复，当主机端δt修δp补偿值大于等于主机端δt修δp补偿上限值，停止加设定的固定值；c)当末端端采样温差小于末端标准工况温差，末端δt修δp补偿值从0位开始，当自定义脉冲时间到后减设定的固定值，循环往复，当末端δt修δp补偿值小于等于末端δt修δp补偿下限值，停止减设定的固定值；d)当末端采样温差大于末端标准工况温差，末端δt修δp补偿值从0位开始，当自定义脉冲时间到后加设定的固定值，循环往复，当末端δt修δp补偿值大于等于末端δt修δp补偿上限值，停止加设定的固定值；本实施例中，自定义脉冲时间为60s，设定的固定值为1kpa。
25.a阀或b阀补偿打开运行结果：水泵实际流量大小，始终通过当前总流量δppv
总
与总流量需求δpsv
总
的对比，调节a阀或b阀的开度，以保证当前总流量δppv
总
=总流量需求δpsv
总
，若当前总流量δppv
总
=总流量需求δpsv
总
，则水泵保持当前做功不变。a阀或b阀开度的变化范围为0~100%，每次变化的量是最大开度的0.5%。
26.能效控制算法还包括温度趋势预测补偿算法，具体如下：当t2采样温度小于等于起始温度，每1分钟，标准工况温差加0.1℃；当t2采样温度大于等于结束温度，每1分钟，标准工况温差减0.1℃；起始温度和结束温度均为设定值。本实施例中主机端与末端的标准工况温差为5℃，起始温度采用标准工况温度为7℃，结束温度为12℃。
27.1.流量补偿算法具体如下：主机端流量需求δpsv
主机端
为50kpa，末端流量需求δpsv
末端
为50kpa，则总流量需求δpsv
总
为100kpa；（1）若当前主机端流量δppv
主机端
为40 kpa，当前末端流量δppv
末端
为60kpa，当前总流量δppv
总
为100 kpa，a阀打开且开度逐渐增大，直至当前主机端流量δppv
主机端
为50 kpa，当前末端流量δppv
末端
为50kpa。
28.（2）若当前主机端流量δppv
主机端
为60 kpa，当前末端流量δppv
末端
为40kpa，当前总流量δppv
总
为100 kpa，b阀打开且开度逐渐增大，直至当前主机端流量δppv
主机端
为50 kpa，当前末端流量δppv
末端
为50kpa。
29.2.能效控制计算具体如下：1)基础算法：
a.当以主机端为目标：若当前主机端流量δppv
主机端
为40 kpa，小于主机端流量需求δpsv
主机端
值60 kpa，则a阀打开且开度逐渐增大，直至当前主机端流量δppv
主机端
达到60 kpa；b.当以末端为目标：若当前末端流量δppv
末端
为60 kpa，小于末端流量需求δpsv
末端
值80 kpa，则b阀打开且开度逐渐增大，直至当前主机端流量δppv
主机端
达到60 kpa；c.当以双边流为目标：若当前主机端流量δppv
主机端
为40 kpa，当前末端流量δppv
末端
为60kpa，而主机端流量需求δpsv
主机端
为50kpa，末端流量需求δpsv
末端
为50kpa，则a阀打开且开度逐渐增大，直至当前主机端流量δppv
主机端
为50 kpa，当前末端流量δppv
末端
为50kpa。
30.2)负荷温差流量修正算法：设定主机端δt修δp补偿上限比例、主机端δt修δp补偿下限比例、末端δt修δp补偿上限比例、末端δt修δp补偿下限比例均为20%，总流量需求δpsv
总
为100 kpa，则主机端δt修δp补偿上限值、主机端δt修δp补偿下限值、末端δt修δp补偿上限值、末端δt修δp补偿下限值均为20 kpa。设定主机端与末端的标准工况温差均为5℃。
31.a)当主机端采样温差为3℃，小于主机端标准工况温差5℃，主机端δt修δp补偿值从0位开始，每隔60s减1kpa，循环往复，当主机端δt修δp补偿值小于等于主机端δt修δp补偿下限值20 kpa，停止减1kpa；b)当主机端采样温差为7℃，大于主机端标准工况温差5℃，主机端δt修δp补偿值从0位开始，每隔60s加1kpa，，循环往复，当主机端δt修δp补偿值大于等于主机端δt修δp补偿上限值20 kpa，停止加1kpa；c)当末端端采样温差为3℃，小于末端标准工况温差5℃，末端δt修δp补偿值从0位开始，每隔60s减1kpa，循环往复，当末端δt修δp补偿值小于等于末端δt修δp补偿下限值20 kpa，停止减1kpa；d) 当末端端采样温差为7℃，大于末端标准工况温差5℃，末端δt修δp补偿值从0位开始，每隔60s加1kpa，循环往复，当末端δt修δp补偿值大于等于末端δt修δp补偿上限值20 kpa，停止加1kpa；（3）温度趋势预测补偿算法：起始温度和结束温度均为设定值，本实施例中起始温度采用标准工况温度为7℃，结束温度为12℃。本实施例中主机端与末端的标准工况温差均为5℃，也就是说标准工况温差为5℃。
32.当t2采样温度为6.5℃，小于起始温度7℃，每1分钟，标准工况温差加0.1℃，标准工况温差最高加至7℃，代入负荷温差流量修正算法进行计算。
33.当t2采样温度为12.5℃，大于结束温度12℃，每1分钟，标准工况温差减0.1℃，标准工况温差最低减至3℃，代入负荷温差流量修正算法进行计算。
34.标准工况温差的变化，直接影响目标压差，影响a阀或b阀的开度。如：若标准工况温差变大，则目标压差变大，则a阀或b阀开度变大。
35.上述实施例为本发明一种优选的实施例，在本发明其它的实施例中，自定义脉冲时间根据现场调试的情况确定，根据调试的情况可以把时间设置60s或120s或其它。加减设定的固定值也是根据现场调试的情况确定，加减1kpa是以最基础的变化量进行这种尝试性
的补偿，根据调试的情况加减设定的固定值也可以是2kpa或其它。
36.在本发明其它的实施例中，温度和压力采样的周期也可以根据需要灵活设定，a阀或b阀开度每次变化的量也可以根据需要灵活设定。
37.虽然上面已经对本发明的实施方式进行了详细描述，但本发明不限于上述的实施方式。所附的权利要求所限定的本发明的范围包含所有等同的替代和变化。