专利名称：中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种中央空调集中控制系统，尤其是一种针对多台冷水机组组成的中央空调系统进行节能控制和调节的集成舒适系统中的冷水主机现场控制器。
背景技术：
现有的中央空调冷水机组，就其单台冷水机组而言，其自动化程度高，使用灵活方便，机组可实现自动的负荷调节，其调节范围为10％-100％。但对于多台冷水机组如何进行有效管理，就不是一个简单的问题。
参照图1，通过安装在冷冻水系统的供水总管1、回水总管2(或分水器、集水器)上的温度传感器3和流量传感器4，冷水主机6通过水泵5与回水总管2连通，检测到供回水温差和流量，进而计算出空调系统的负荷，以此为依据来决定冷水主机6的开启台数，从而实现冷水机组根据系统负荷的变化进行台数控制。
明显地，上述控制方法是将冷水机组看成是一个“黑匣子”，仅仅靠安装在冷冻水的供水总管、回水总管(或分水器、集水器)上的温度传感器和流量传感器，检测空调系统的负荷进行多台机组的控制和管理，显然达不到理想的控制效果。
发明内容为了克服已有的中央空调冷水主机控制装置不能对各台主机优化分配负荷、能耗较大的不足，本发明提供一种能自动为每台冷水主机分配负荷，达到最佳节能的中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置，包括微处理机，所述的微处理机包括一信号采集单元，用于采集安装于中央空调上的与负荷相关的传感器的信号；一负荷计算单元，用于根据所述的中央空调上的传感器的信号，计算出中央空调的总负荷；一加机单元，用于在所述的总负荷超出现有的冷水主机的额定负荷后，向待启动的冷水主机发出启动指令信号；一减机单元，用于在所述的总负荷小于现有的冷水主机的额定负荷后，向待关闭的冷水主机发出关闭指令信号；还包括最优冷水主机负荷分配单元，该分配单元包括一存储单元，用于存储所述的冷水主机的各个运行点与能耗的对应关系，以及在设定总负荷介于n台与n+1台冷水主机额定总负荷之间时，将以该设定总负荷依次分配给n+1台冷水主机，建立设定总负荷、各冷水主机运行点、各冷水主机能耗的对应关系，并建立设定总负荷的初始索引，其中n为自然数；一再次负荷计算单元，用于在加机单元执行加机指令或者减机单元执行减机指令后，并计算当前的各个冷水主机的总负荷；一重新分配单元，用于根据再次负荷计算单元得到的总负荷，从存储单元的初始索引中，比较各冷水主机的主机能耗之和得到最小总能耗，并得到各个冷水主机的运行点；一执行单元，用于根据重新分配单元得到的各个冷水主机的运行点，向各个冷水主机发出运行指令。
进一步，所述的微处理机还包括一监控单元，用于采集冷水主机的运行状态参数，中央空调的动态节流仪对冷冻泵、冷却泵、热水泵的控制状态参数，冷源系统冷冻供回水的温度和压差，冷却总供水的温度，各分支冷冻、冷却水路的电动蝶阀状态参数，末端设备的运行状态参数，并将各参数与系统设定的标准值作比较，选择性地向微处理机的报警单元发出启动报警信号。
再进一步，与负荷相关的传感器包括安装于主机的蒸发器水侧的温度传感器，冷凝器水侧的温度传感器，蒸发器制冷剂侧的温度传感器、压力传感器，冷凝器制冷剂侧的温度传感器、压力传感器。
与负荷相关的传感器也可以是为安装于中央空调的供水、回水总管上的温度传感器、流量传感器。
所述的微处理机设有与冷水主机进行信息通讯的RS-485/232接口，多个RS-485/232接口之间以菊花链形式相互连接。
冷水机的能耗是最令人关注的，它由压缩方式、冷媒、制冷量、压缩机规格和换热器规格等因素构成，只有熟悉制冷机组的产品特性，在这个基础上开发出来，结合冷水机的不同特性，作出最优化的计算程序，获得最好的节能效果，这是一般的控制系统无法比拟的。
本发明的有益效果主要表现在1、最优冷水主机负荷分配单元对各台冷水主机进行负荷分配，各冷水主机在各自运行点工作，其总能耗为最小，达到最佳节能；2、读取冷水主机的全部参数，具备对冷水主机全面的监控和通讯能力3、通过检测冷水主机的内部参数计算负荷，冷水主机的负荷计算更加准确。
图1是现有技术的中央空调的多台冷水主机的结构示意图。
图2是本发明的控制装置的结构原理图。
图3是本发明的控制装置的流程图。
图4是实施例3的冷水主机的运行能效图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例1参照图2、图3，一种中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置，包括微处理机7，所述的微处理机7包括一信号采集单元，用于采集安装于中央空调的供水、回水总管上的温度传感器、流量传感器的信号；一负荷计算单元，用于根据中央空调的供水、回水总管上的温度传感器、流量传感器的信号，计算出中央空调的总负荷；一加机单元，用于在所述的总负荷超出现有的冷水主机6的额定负荷后，向待启动的冷水主机6发出启动指令信号；一减机单元，用于在所述的总负荷小于现有的冷水主机2的额定负荷后，向待关闭的冷水主机2发出关闭指令信号；还包括最优冷水主机负荷分配单元，该分配单元包括一存储单元，用于存储所述的冷水主机2的各个运行点与能耗的对应关系，以及在设定总负荷介于n台与n+1台冷水主机额定总负荷之间时，将以该设定总负荷依次分配给n+1台冷水主机，建立设定总负荷、各冷水主机运行点、各冷水主机能耗的对应关系，并建立设定总负荷的初始索引，其中n为自然数；一再次负荷计算单元，用于在加机单元执行加机指令或者减机单元执行减机指令后，并计算当前的各个冷水主机的总负荷；一重新分配单元，用于根据再次负荷计算单元得到的总负荷，从存储单元的初始索引中，比较各冷水主机的主机能耗之和得到最小总能耗，并得到各个冷水主机的运行点，一执行单元，用于根据重新分配单元得到的各个冷水主机的运行点，向各个冷水主机发出运行指令。
微处理机7还包括一监控单元，用于采集冷水主机6的运行状态参数，中央空调的动态节流仪8对冷冻泵、冷却泵、热水泵的控制状态参数，冷源系统冷冻供回水的温度和压差，冷却总供水的温度，各分支冷冻、冷却水路的电动蝶阀组件9状态参数，末端设备的运行状态参数，并将各参数与系统设定的标准值作比较，选择性地向微处理机的报警单元发出启动报警信号。所述的微处理机7设有与冷水主机6进行信息通讯的RS-485/232接口，多个RS-485/232接口之间以菊花链形式相互连接。
监控冷水主机的几十个状态参数如下START -Start/Stop 机组启/停LCHW-TEMP.SP-Leaving Chilled Water Temp Setpoint 设定冷冻出水温度值％CURRENT.SP-Remote Current Setpoint 远程设定电流值LCHWT. -Leaving Chilled Water Temperature冷冻出水温度ECHWT. -Entering Chilled Water Temperature 冷冻回水温度EVAPPR. -Evaporator Pressure 蒸发器压力CONDPR. -Condenser Pressure 冷凝器压力LCDWT. -Leaving Condenser Water Temperature 冷却水出水温度ECDWT. -Entering Condenser Water Temperature 冷却水回水温度EVAPST. -Evaporator Saturation Temperature蒸发器饱和温度CONDST. -Condenser Satruation Temperature 冷凝器饱和温度DISCHT. -Discharge Temperature排气温度DRN LIN.TEMP-Drain Line Thermocouple Temp.热电偶温度OILT. -Oil Temperature 油温
OILPR. -Oil Pressure 油压％CURR-ACT.SP-Current Limit Setpoint 限流设定值％CURRENT-Percent Motor Current电机电流百分比RUN.HOURS-Accounted Operating Hours运行时间LWT RST.OFF -Leaving Water Restart Offset 出水温度重启动设置参照图3，中央空调的多台冷水主机的运行过程为(1)、选定冷水主机后，启动冷却塔、冷却泵、冷冻泵，再启动冷水主机，并确定冷水主机的状态；(2)、读取冷水主机的各个参数，便于实时监控冷水主机的运行状态，如有异常情况发生，向报警单元发送启动报警信号的指令；(3)、在冷水主机开启/关停后，延时30分钟，确定该冷水主机处于稳定运行状态；(4)、根据采集到的冷水主机的内部参数进行负荷计算；(5)、在所述的总负荷超出现有的冷水主机的额定负荷后，向待启动的冷水主机发出启动指令信号；重复(1)-(4)的操作，并依据最优冷水主机负荷分配单元，即执行LC模式，对运行的各台冷数主机的负荷进行重新分配，达到各台冷水主机的总能耗最小；(6)、在所述的总负荷小于现有的冷水主机的额定负荷后，向待关闭的冷水主机发出关闭指令信号；停冷水机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔，重复操作(3)、(4)，并依据最优冷水主机负荷分配单元，对运行的各台冷数主机的负荷进行重新分配，达到各台冷水主机的总能耗最小。
实施例2参照图2、图3，本实施例的技术方案与实施例1基本相同，区别点是信号采集单元中的负荷相关的传感器包括安装于主机的蒸发器水侧的温度传感器，冷凝器水侧的温度传感器，蒸发器制冷剂侧的温度传感器、压力传感器，冷凝器制冷剂侧的温度传感器、压力传感器。所述的负荷计算单元根据采集的上述传感器的信号计算冷水主机的负荷，从冷水主机内部采集温度、压力数值，冷水主机的负荷计算更加准确。
实施例3参照图2、图3、图4，中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置的技术方案与实施例2相同。
现有一个冷水机房，有2台100万大卡螺杆式冷水主机1，根据冷负荷情况适当地确定冷冻机的运行台数使冷量满足负荷要求，使系统工作效率高，同时又不使某台冷水主机频繁启停，这对保障机组安全可靠和节能地运行有重要意义。图4是某一冷水主机的运行能效图，即部分负荷能耗曲线图，横坐标为冷水主机的运行负荷百分比，纵坐标为冷水主机运行能效比(单位千瓦/冷吨)，从中可以了解到它们的不同能耗特性。
本实施例的最优冷水主机负荷分配单元和现有的控制方法所带来的节能效果的比较从图4中我们可以看出，使用螺杆机可以在低至14％负荷下运行，但是能耗也是最大的，达到每冷吨1.282千瓦；在70％负荷下运行时，达到能耗最低点时，只有每冷吨0.604千瓦。
对于冷水机房，若系统需要的冷负荷为120万大卡，冷水机组的冷量分配方案为现有控制方法的方案1若一台100万大卡螺杆式冷水机工作在100％的负荷，另一台100万大卡螺杆式冷水机工作在20％的负荷，总能效比为1.605，则两台机组的综合能效比为0.8075。
本实施例的方案2根据最优冷水主机负荷分配单元的存储单元中的设定总负荷、各冷水主机的运行点、能耗的对应关系表格，参见表1
表1重新分配单元依据存储单元中的冷水主机能耗，得到最小总能耗为1.222，为两台冷水机均在60％的负荷运行，这时两台冷水机的综合能效比为0.611。
显然，方案2比方案1更合理，更节能，方案2比方案1节能24.3％。
权利要求
1.一种中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置，包括微处理机，所述的微处理机包括一信号采集单元，用于采集安装于中央空调上的与负荷相关的传感器的信号；一负荷计算单元，用于根据所述的中央空调上的传感器的信号，计算出中央空调的总负荷；一加机单元，用于在所述的总负荷超出现有的冷水主机的额定负荷后，向待启动的冷水主机发出启动指令信号；一减机单元，用于在所述的总负荷小于现有的冷水主机的额定负荷后，向待关闭的冷水主机发出关闭指令信号；其特征在于还包括最优冷水主机负荷分配单元，该分配单元包括一存储单元，用于存储所述的冷水主机的各个运行点与能耗的对应关系，以及在设定总负荷介于n台与n+1台冷水主机额定总负荷之间时，将以该设定总负荷依次分配给n+1台冷水主机，建立设定总负荷、各冷水主机运行点、各冷水主机能耗的对应关系，并建立设定总负荷的初始索引，其中n为自然数；一再次负荷计算单元，用于在加机单元执行加机指令或者减机单元执行减机指令后，并计算当前的各个冷水主机的总负荷；一重新分配单元，用于根据再次负荷计算单元得到的总负荷，从存储单元的初始索引中，比较各冷水主机的主机能耗之和得到最小总能耗，并得到各个冷水主机的运行点，一执行单元，用于根据重新分配单元得到的各个冷水主机的运行点，向各个冷水主机发出运行指令。
2.如权利要求1所述的中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置，其特征在于所述的微处理机还包括一监控单元，用于采集冷水主机的运行状态参数，中央空调的动态节流仪对冷冻泵、冷却泵、热水泵的控制状态参数，冷源系统冷冻供回水的温度和压差，冷却总供水的温度，各分支冷冻、冷却水路的电动蝶阀状态参数，末端设备的运行状态参数，并将各参数与系统设定的标准值作比较，选择性地向微处理机的报警单元发出启动报警信号。
3.如权利要求1或2所述的中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置，其特征在于所述的传感器包括安装于主机的蒸发器水侧的温度传感器，冷凝器水侧的温度传感器，蒸发器制冷剂侧的温度传感器、压力传感器，冷凝器制冷剂侧的温度传感器、压力传感器。
4.如权利要求1或2所述的中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置，其特征在于所述的传感器为安装于中央空调的供水、回水总管上的温度传感器、流量传感器。
5.如权利要求3所述的中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置，其特征在于所述的微处理机设有与冷水主机进行信息通讯的RS-485/232接口，多个RS-485/232接口之间以菊花链形式相互连接。
6.如权利要求4所述的中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置，其特征在于所述的微处理机设有与冷水主机通讯接口进行信息通讯的RS-485/232接口，多个RS-485/232接口之间以菊花链形式相互连接。
全文摘要
一种中央空调节能控制系统的冷水主机现场控制装置，包括微处理机，该微处理机包括用于采集安装于中央空调上与负荷相关的传感器的信号采集单元，根据传感器的信号计算负荷的负荷计算单元，在总负荷超出现有的冷水主机的额定负荷后发出加机指令的加机单元，在总负荷小于现有的冷水主机的额定负荷后发出减机指令的减机单元，最优冷水主机负荷分配单元，该分配单元包括存储单元，用于存储冷水主机的各个运行点与能耗的对应关系，建立设定总负荷、各冷水主机运行点、各冷水主机能耗的索引；再次负荷计算单元，重新分配单元，用于根据最小总能耗，分配各个冷水主机的运行点；执行单元。本发明能自动为每台冷水主机分配负荷，达到最佳节能。
文档编号F24F11/00GK1796884SQ20041008232
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者林礼听, 马群群, 徐胜强, 施先锋, 鲍献忠 申请人:杭州华碧能源科技有限公司