一种中央空调系统整体优化控制装置的制作方法

专利名称：一种中央空调系统整体优化控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及中央空调节能技术领域，具体涉及一种中央空调系统整体优化控制装置。
背景技术：
大型中央空调系统普遍存在30%以上的无效能耗，在实际运行中，全年运行的空调系统最大负荷出现的时间一般不超过总运行时间的10%，由于空调设备的选择是按照设计工况确定的，而空调系统大部分时间在低于80%的负荷率下工作。中央空调系统的节能越来越得到人们的重视。目前中央空调节能技术中，包括水泵变频技术、冷冻水系统模糊控制技术、神经网络技术等技术已普遍存在于各种中央空调技术改造工程中，且取得了一定的节能效果。但是，这些技术存在的问题过分强调自控技术的权重，忽视空调系统的复杂性和非线性，只是着重于中央空调系统中某设备或局部小系统的改造节能，没有对全局进行考
^^ ο空调系统是一个由多个设备群组成的整体，冷却水泵的变频必然引起冷水机组和冷却塔冷却水出口温度的变化，进而影响到冷却塔和冷水机组的运行效率，只是单独的使用变频器而没有总体控制的策略的话，即使冷却水泵有节能效果，但因冷水机组和冷却塔没有相应的控制，造成系统的能耗反而增加。同时冷冻水泵变频也必然引起冷水机组冷冻水出水温度，末端用户的二通阀开度，旁通管流量的变化，只是单独的使用变频器而缺少总体控制的策略的话，势必影响冷水机组的运行效率及末端用户的舒适性。水泵变频一般为温差或压差控制。单纯以温差为反馈信号的变频控制，如果温差设定过小，必然引起变频器的频繁动作，造成整个空调系统的振荡；如果温差设定过大，会降低系统对负荷变化的敏感度，造成变频控制反应滞后。而单纯以压力为反馈信号的变频控制，由于压力信号变化快，同时水泵变频时必然引起末端阀门的变化，进而引起系统压力的变化，最终导致变频器的频繁动作，造成整个空调系统的振荡。因此如果水泵变频的控制策略选择不当，必然影响整个系统运行的稳定性，造成系统运行效率的降低，从而增加系统能耗，抵消掉水泵变频所带来的节能效果。因此开发运行稳定的、节能的、成本相对较低的中央空调系统整体优化控制装置是很有必要的。

实用新型内容针对中央空调系统中，为了实现系统的稳定运行和最大的节能效果，提出了一种中央空调系统整体优化控制装置，本实用新型与原中央空调控制电路完全兼容且相互并行控制。控制模式分为本地控制模式和远程控制模式，其中本地模式适用于现场按钮操作，远程控制模式适合于远端电脑遥控操作，可分为自动模式和手动模式，手动模式下可远端点动设备操作，自动模式可实现中央空调系统全自动、无故障、最佳化运行，功能包括冷水机
4组控制、冷水泵变频控制、冷却泵变频控制、冷却塔控制和电动阀门联动控制；设备运行优先级设置，分手动设置，随机设置和时序设置，合理分配设备运行时间；空调运行时段设置， 可分8个时间段以及周末时间段；设备运行参数设置，根据空调设备特性，合理设置各设备的运行参数；历史趋势，能耗比较及打印报表。一种中央空调系统整体优化控制装置，所述装置包括电脑主机、弱电控制系统、强电控制系统，其中弱电控制系统和强电控制系统均通过RS485通讯接口并联连接至电脑主机。上述的中央空调系统整体优化控制装置中，弱电控制系统包括冷水机组控制系统、冷冻泵组控制系统、冷却泵组控制系统、冷却塔组控制系统、电动阀组控制系统，其中冷水机组控制系统、冷冻泵组控制系统、冷却泵组控制系统、冷却塔组控制系统、电动阀组控制系统均通过RS485通讯接口并联连接至电脑主机。上述的中央空调系统整体优化控制装置中，冷水机组控制系统的实现的是一种机组群控与随空调负荷变化动态调整冷水出水温度相结合的控制模式，冷水机组控制系统包括温湿度传感器、第一温度传感器组、第一模拟量输入模块组、第一电量传感器组、第一交流中间继电器组、第一数字量输入模块组、第一直流中间继电器组和第一数字量输出模块组，其中第一温度传感器组、温湿度传感器、第一电量传感器组经屏蔽双绞线并联连接至第一模拟量输入模块组，第一交流中间继电器组经220VAC电缆连接至第一数字量输入模块组，第一直流中间继电器组经24VDC电缆连接至第一数字量输出模块组，第一模拟量输入模块组、第一数字量输入模块组、第一数字量输出模块组经RS485通讯接口并联连接至电脑主机。上述的中央空调系统整体优化控制装置中，所述的冷冻泵组控制系统实现的是一种“一变多定”变频或全部变频方式与泵组群控相结合的控制模式，控制信号包括冷冻供回水干管温差、冷冻供回水干管压差、空调负荷率，所述的冷冻泵组控制系统包括第一流量传感器组、第二温度传感器组、第二模拟量输入模块组、第一差压传感器、第二电量传感器组、 第二交流中间继电器组、第二数字量输入模块组、第二直流中间继电器组和第二数字量输出模块组，其中第一流量传感器组、第二温度传感器组、第一差压传感器、第二电量传感器组经屏蔽双绞线并联连接至第二模拟量输入模块组，第二交流中间继电器组经220VAC电缆连接至第二数字量输入模块组，第二直流中间继电器组经24VDC电缆连接至第二数字量输出模块组；第二模拟量输入模块组、第二数字量输入模块组、第二数字量输出模块组经 RS485通讯接口并联连接至电脑主机。上述的中央空调系统整体优化控制装置中，所述的冷却泵组控制系统实现的是一种“一变多定”变频或全部变频方式与泵组群控相结合的控制模式，控制信号包括冷却供回水干管温差、冷却供回水干管压差，所述的冷却泵组控制系统包括第三直流中间继电器组、 第三数字量输出模块组、第三交流中间继电器组、第三数字量输入模块组、第三电量传感器组、第三温度传感器组、第三模拟量输入模块组、第二差压传感器和第二流量传感器，其中第三电量传感器组、第三温度传感器组、第二差压传感器、第二流量传感器经屏蔽双绞线并联连接至第三模拟量输入模块组，第三交流中间继电器组经220VAC电缆连接至第三数字量输入模块组，第三直流中间继电器组经24VDC电缆连接至第三数字量输出模块组，第三模拟量输入模块组、第三数字量输入模块组、第三数字量输出模块组经RS485通讯接口并联连接至电脑主机。上述的中央空调系统整体优化控制装置中，所述的冷却塔组控制系统是一种台数群控，控制信号包括冷却塔组出水温度。所述的冷却塔组控制系统包括第四直流中间继电器组、第四数字量输出模块组第四交流中间继电器组、第四数字量输入模块组、第四电量传感器组和第四模拟量输入模块组，其中第四电量传感器组经屏蔽双绞线并联连接至第四模拟量输入模块组，第四交流中间继电器组经220VAC电缆连接至第四数字量输入模块组，第四直流中间继电器组经MVAC电缆连接至第四数字量输出模块组，第四模拟量输入模块组、第四数字量输入模块组、第四数字量输出模块组经RS485通讯接口并联连接至电脑主机。上述的中央空调系统整体优化控制装置中，所述的电动阀组控制系统为联动控制模式。所述的电动阀组控制系统包括第五交流中间继电器组、第五数字量输入模块组、第五直流中间继电器组和第五数字量输出模块组，其中第五交流中间继电器组经220VAC电缆连接至第五数字量输入模块组，第五直流中间继电器组经MVAC电缆连接至第五数字量输出模块组，第五数字量输入模块组、第五数字量输出模块组经RS485通讯接口并联连接至电脑主机。上述的中央空调系统整体优化控制装置中，所述强电控制系统包括冷冻泵组变频控制系统和冷却泵组变频控制系统，其中冷冻泵组变频控制系统、冷却泵组变频控制系统经RS485通讯接口并联连接至电脑主机。上述的中央空调系统整体优化控制装置中，所述的冷冻泵组变频控制系统包括第一前滤波器、第一变频器、第一后滤波器、第一交流接触器组和第一温差控制器，其中第一前滤波器、第一变频器、第一后滤波器、第一交流接触器组经三相电缆串联连接，第一变频器、第一温差控制器经屏蔽双绞线串联连接，第一变频器、第一温差控制器经RS485通讯接口并联连接至电脑主机；所述的冷却泵组变频控制系统包括第二交流接触器组、第二后滤波器、第二变频器、第二温差控制器和第二前滤波器，其中第二交流接触器组、第二后滤波器、第二变频器、第二前滤波器经三相电缆串联连接，第二变频器、第二温差控制器经屏蔽双绞线串联连接，第二变频器、第二温差控制器经RS485通讯接口并联连接至电脑主机。本实用新型的工作原理冷水机组有一个效率较高的负荷率范围，通过电脑对冷水机组运程群控，及时调整冷水机组的负荷率分布情况，使各冷水机组处于最佳效率运行状态，节约能耗、降低运行成本；同时为了保证冷水机组安全运行，对冷冻水和冷却水都有一个下限流量限制；当负荷率低、冷水机组启动台数多时，为了保证冷水机组的安全，冷冻水量和冷却水量均较大，此时通过对冷水机组的运程群控，减少冷水机组的启动台数，可以有效减小冷冻水泵和冷却水泵的水量需求，降低水泵能耗；每台冷水机组的冷冻和冷却水路的电动阀，应跟随冷水的启动而启动、停止而停止。如果冷水机组已经停止运行，而其冷冻和冷却水路的电动阀未关闭，将造成冷水机组侧大量冷冻水和冷却水的旁通，增加了水泵的无效能耗。通过对电动水阀的运程控制，能有效杜绝这部分无效能耗。带旁通阀的冷冻水系统401，当空调冷水流量需求低于1台水泵额定流量时1台泵变频的群控方式能耗最低、节能最大；空调水流量需求介于1台与2台水泵额定流量之间时，2台水泵变频的群控方式能耗最低、节能最大；空调水流量需求介于2台与3台水泵额定流量之间时，3台水泵变频的群控方式能耗最低、节能最大；空调水流量需求介于3台与4台水泵额定流量之间时，4台水泵变频的群控方式能耗最低、节能最大；随着旁通压差设定值的增大，高负荷率时4种水泵变频群控方式之间的能耗差距减小。同时“多变多定”变频方式并不会引起工频水泵能耗的剧烈变化。因此，冷冻水泵的变频控制应根据空调负荷率、负荷时间分布设置不同的变频分布区间，合理安排变频水泵的运行台数，最大限度降低水泵能耗，节约运行费用。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是所述一种中央空调系统整体优化控制装置可操作性强，可实现本地控制和远程控制的切换，远程控制操作灵活，有手动和自动两种运行模式，在远程自动控制模式下时时协调中央空调各设备的运行参数，寻找最佳控制策略，实现对中央空调各设备的最优控制，保证中央空调系统运行的安全性、稳定性和节能性。通过对冷水机组的远程智能控制，及时调整冷水机组的负荷率分布，使各冷水机组处于最佳效率运行状态，节约能耗、降低运行成本；减少冷水机组的启动台数，可以有效减小冷冻水泵和冷却水泵的水量需求，降低水泵能耗对主机运行时间自动记录，实现多机组的集中群控；最优冷冻水出水温度计算与控制；采用一台水泵变频和多台工频组合运行方式的运行效果比全部采用变频方式的投资少、运行稳定。冷却水泵的变频实现冷却水量的无级调节，配合冷却塔的台数控制，既能保证冷却水系统403的节能效果，也能保证系统的稳定运行，还能有效降低初投资；对运行数据存储，提供历史数据查询与趋势显示及打印报表。

图1是本实用新型的一种中央空调系统整体优化控制装置的监控结构图。图2是本实用新型的弱电控制系统的结构图。图3是本实用新型的强电控制系统的结构图。图4是中央空调设备结构图。图5是本实用新型的中央空调系统整体优化控制装置中央空调设备的连接图。图6是本实用新型的控制系统的逻辑结构图。图7是带旁通阀的变流量冷水系统在SOkPa设定压差下的变频效果比较图。图8是带旁通阀的变流量冷水系统在USkPa设定压差下的变频效果比较图。图9是带旁通阀的变流量冷水系统在170kPa设定压差下的变频效果比较图。图10是水泵单台变频多台工频运行时功率对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施作进一步说明，但本实用新型的实施和保护范围不限于此。本实用新型的特点是控制系统溶入了中央空调系统运行特性物理数学模型、人工智能和实际运行经验修正等思想，由计算机工作站后台程序实时运行物理数学模型自动寻优，以获取不同负荷、不同室外环境等条件下空调系统最优运行工况，根据现场调试结果和实际运行经验对计算结果进行修订以提高控制准确性，人工智能在对空调区域的负荷预测以及控制系统寻优求解中起到关键性作用。如图4，中央空调系统整体优化控制装置中所述的中央空调设备包括冷冻水系统401、冷水机组402和冷却水系统403。冷冻水系统401由冷冻水供回水管、冷冻水电动阀 512、旁通调节系统511和冷冻泵组513构成。冷却水系统403由冷却水供回水管、冷却水电动阀402、冷却塔进水电动516阀、冷却塔出水电动阀517、冷却塔组519和冷却泵组514 构成。如图1，一种中央空调系统整体优化控制装置包括电脑主机101、弱电控制系统 102、强电控制系统103，其中弱电控制系统102和强电控制系统103均通过RS485通讯接口并联连接至101。如图2，弱电控制系统102包括冷水机组控制系统201、冷冻泵组控制系统202、冷却泵组控制系统203、冷却塔组控制系统204、电动阀组控制系统205，其中冷水机组控制系统201、冷冻泵组控制系统202、冷却泵组控制系统203、冷却塔组控制系统204、电动阀组控制系统205均通过RS485通讯接口并联连接至电脑主机101。如图5所示，冷水机组控制系统201包括温湿度传感器528、第一温度传感器组 529、第一模拟量输入模块组530、第一电量传感器组531、第一交流中间继电器组532、第一数字量输入模块组533、第一直流中间继电器组534和第一数字量输出模块组535，其中第一温度传感器组529、温湿度传感器528、第一电量传感器组531经屏蔽双绞线并联连接至第一模拟量输入模块组530，第一交流中间继电器组532经220VAC电缆连接至第一数字量输入模块组533，第一直流中间继电器组534经24VDC电缆连接至第一数字量输出模块组 535，第一模拟量输入模块组530、第一数字量输入模块组533、第一数字量输出模块组535 经RS485通讯接口并联连接至电脑主机101。所述的冷冻泵组控制系统202包括第一流量传感器组519、第二温度传感器组520、第二模拟量输入模块组521、第一差压传感器522、第二电量传感器组523、第二交流中间继电器组524、第二数字量输入模块组525、第二直流中间继电器组526和第二数字量输出模块组527，其中第一流量传感器组519、第二温度传感器组520、第一差压传感器522、第二电量传感器组523经屏蔽双绞线并联连接至第二模拟量输入模块组521，第二交流中间继电器组524经220VAC电缆连接至第二数字量输入模块组525，第二直流中间继电器组526经24VDC电缆连接至第二数字量输出模块组527；第二模拟量输入模块组521、第二数字量输入模块组525、第二数字量输出模块组527经RS485 通讯接口并联连接至电脑主机101。所述的冷却泵组控制系统203包括第三直流中间继电器组536、第三数字量输出模块组537、第三交流中间继电器组538、第三数字量输入模块组 539、第三电量传感器组540、第三温度传感器组541、第三模拟量输入模块组542、第二差压传感器543和第二流量传感器544，其中第三电量传感器组540、第三温度传感器组541、第二差压传感器543、第二流量传感器544经屏蔽双绞线并联连接至第三模拟量输入模块组 542，第三交流中间继电器组538经220VAC电缆连接至第三数字量输入模块组539，第三直流中间继电器组536经24VDC电缆连接至第三数字量输出模块组537，第三模拟量输入模块组542、第三数字量输入模块组539、第三数字量输出模块组537经RS485通讯接口并联连接至电脑主机101。所述的冷却塔组控制系统204包括第四直流中间继电器组545、第四数字量输出模块组546第四交流中间继电器组547、第四数字量输入模块组548、第四电量传感器组549和第四模拟量输入模块组550，其中第四电量传感器组549经屏蔽双绞线并联连接至第四模拟量输入模块组550，第四交流中间继电器组547经220VAC电缆连接至第四数字量输入模块组548，第四直流中间继电器组545经24VAC电缆连接至第四数字量输出模块组M6，第四模拟量输入模块组550、第四数字量输入模块组M8、第四数字量输出模块组546经RS485通讯接口并联连接至电脑主机101。所述的电动阀组控制系统205包括第五交流中间继电器组553、第五数字量输入模块组554、第五直流中间继电器组551和第五数字量输出模块组阳2，其中第五交流中间继电器组553经220VAC电缆连接至第五数字量输入模块组阳4，第五直流中间继电器组551经MVAC电缆连接至第五数字量输出模块组552，第五数字量输入模块组554、第五数字量输出模块组552经RS485通讯接口并联连接至电脑主机101。如图3，所述强电控制系统103包括冷冻泵组变频控制系统301和冷却泵组变频控制系统302，其中冷冻泵组变频控制系统301、冷却泵组变频控制系统302经RS485通讯接口并联连接至电脑主机101。如图5，所述的冷冻泵组变频控制系统301包括第一前滤波器501、第一变频器502、第一后滤波器504、第一交流接触器组505和第一温差控制器503， 其中第一前滤波器501、第一变频器502、第一后滤波器504、第一交流接触器组505经三相电缆串联连接，第一变频器502、第一温差控制器503经屏蔽双绞线串联连接，第一变频器 502、第一温差控制器503经RS485通讯接口并联连接至电脑主机101 ；所述的冷却泵组变频控制系统302包括第二交流接触器组506、第二后滤波器507、第二变频器508、第二温差控制器509和第二前滤波器510，其中第二交流接触器组506、第二后滤波器507、第二变频器508、第二前滤波器510经三相电缆串联连接，第二变频器508、第二温差控制器509经屏蔽双绞线串联连接，第二变频器508、第二温差控制器509经RS485通讯接口并联连接至电脑主机101。上述各传感器采集各设备运行的物理参数并将其转化为标准电压、电流信号，所述第一温差控制器503采集冷水供、回水干管温差参数，经PID计算后输出标准电压、电流至第一变频器502，调整变频冷水泵的运行频率参数，第二温差控制器509采集冷却供、回水干管温差参数，经PID计算后输出标准电压、电流至第二变频器502，调整变频冷却泵的运行频率参数，同时电脑主机101在远程控制模式时可设定第一温差控制器503、第二温差控制器509的控制温差。温湿度传感器5 采集室外温湿度参数，第一电量传感器组531 采集各冷水机耗电参数，第一温度传感器组5 采集各冷水机的冷冻进、出水温度参数和冷却进、出水温度参数，第二电量传感器组5M采集各冷水泵耗电参数，第二温度传感器组 521采集冷水供、回水干管温度参数，第一流量传感器组520采集冷水干管水流量参数，第一差压传感器522采集冷水供、回水干管差压参数，第三电量传感器组540采集冷却水泵耗电参数，第三温度传感器组541采集冷却水供、回水干管温度参数，第二差压传感器543采集冷却水供、回水干管差压参数，由第四电量传感器组549采集各冷却塔耗电参数。上述各输入模块组采集各传感器的标准电压、电流参数，经RS485通讯接口输入至电脑主机101，各模拟量输入模块组采集各系统设备的运行状态参数，经RS485通讯接口输入至电脑主机101，电脑主机根据所述各传感器获取的运行参数信息，对用户侧冷负荷进行时时动态分析预测，根据各数字量输入模块组获取的设备运行状态信息，监控中央空调系统各设备的运行状况和运行时间，最后经电脑主机101的后台逻辑计算分析，通过数字量输出模块组控制强电控制系统103，进而控制中央空调系统的最佳运行。本实施方式中，温湿度传感器为两线制4 20mA电流输出。由MVDC电源供电。 各电量传感器组均为两线制4 20mA电流输出，具体量程根据中央空调设备而定，由MVDC电源供电。各温度传感器组均为两线制4 20mA电流输出，精度士 1%，量程为(T50°C，具体尺寸根据中央空调设备而定，由24VDC电源供电。各流量传感器组均为两线制4 20mA 电流输出，具体量程及尺寸根据中央空调设备而定，由24VDC电源供电。各差压传感器组均为两线制4 20mA电流输出，具体量程及尺寸根据中央空调设备而定，由DC24V电源供电。 各交流中间继电器组均为220VAC中间继电器。各直流中间继电器组均为24VDC中间继电
ο以下再结合附图6 10和相关控制模式对上述中央空调系统整体优化控制装置的实施进行说明。中央空调系统整体优化控制装置中，本地控制和远程控制互锁，当为本地控制时， 在本地操作系统，实现对中央空调设备104的控制，中央空调设备104的运行状况反馈到及电脑主机101 ；当为远程控制时，电脑主机101通过弱电控制系统102系统及强电控制系统 103，控制中央空调设备104，中央空调设备104的运行参数反馈到电脑主机101。远程控制又分为手动控制模式和自动控制模式，手动控制模式为操作员直接通过操作电脑主机101， 通过弱电控制系统102系统及强电控制系统103实现对中央空调设备104的控制；自动控制模式为电脑主机101通过弱电控制系统102及强电控制系统103监控中央空调设备104， 并根据采集得的中央空调设备104运行参数进行运算，自动调节中央空调设备104的启停、 水泵频率控制及加载和卸载。如图6所示控制系统的逻辑结构，对冷水机组402采用台数群控和出水温度控制策略，对冷冻泵组513和冷却泵组514采用台数控制和单台变频控制策略，对冷却塔组519采用台数群控和出水温度控制策略，根据中央空调设备104的运行参数协调控制。各传感器采集中央空调设备104运行的物理参数并将其转化为标准电压、电流信号，其中温湿度传感器528采集室外温湿度参数；第一电量传感器531组采集各冷水机耗电参数；第一温度传感器组529采集各冷水机的冷冻进、出水温度参数和冷却进、出水温度参数；第二电量传感器组524采集各冷水泵耗电参数；第二温度传感器组521采集冷水供、回水干管温度参数；第一流量传感器组520采集冷冻水干管水流量参数；第一差压传感器522 采集冷水供、回水干管差压参数；第三电量传感器组540采集冷却水泵耗电参数；第三温度传感器组541采集冷却水供、回水干管温度参数；第二差压传感器543采集冷却水供、回水干管差压参数；由第四电量传感器组549采集各冷却塔耗电参数。第一温差控制器503采集冷水供、回水干管温差参数，经PID计算后输出标准电压、电流至第一变频器502，调整变频冷水泵的运行频率参数；第二温差控制器采集冷却供、回水干管温差参数，经PID计算后输出标准电压、电流至第二变频器，调整变频冷却泵的运行频率参数。同时电脑主机101在远程控制模式时可设定第一温差控制器503、第二温差控制器的控制温差。对冷水机组冷冻水进出水温度、冷却水进出水温度、主机功率、主机负荷率、单台运行时间等主要参数的监控，具有PC接口的机组，可通过其数据通讯协议直接获取机组运行各参数，并实现远程控制；没有PC接口或未知设备数据通讯协议，则通过温度传感器、功率传感器等变送元件实现各监测参数的模拟量化，并由数据采集卡或数据采集模块将其转换为数字信号，通过数据网络与工作站计算机实现数据通讯。利用采集到的数据进行分析、 处理，自动计算分析机组负荷率、制冷量，根据室外环境、负荷率、围护结构及用户工作特性等优化启动冷水机组。在远程自动控制模式时，操作员可在人工控制模式下设定不同冷水机组不同时段的冷冻水出口温度及进出口温差，控制冷水机组的开启，也可在智能控制模式下由电脑主机101自动寻优，选择不同冷水机组的最佳冷冻水出水温度和进出水温差， 并根据不同的负荷区间调节冷水机组运行台数，确定最优节能运行和管理方案，实现冷水机组在不同负荷区间的最优组合。对冷冻水系统401的供回水温度、供回水压差、冷冻水流量、旁通流量、冷冻泵功率、冷冻泵单台运行时间等主要参数进行监控，根据室外空气温湿度、室内空调负荷以及主机的运行情况，电脑主机101实时计算最低能耗条件下实际所需最小流量，然后对冷冻水泵变频器进行远程控制，采用温差控制、压差控制、温差压差混合控制三种变频方式。在远程自动控制模式时，操作员可在人工控制模式下设定不同冷水机组不同时段的冷冻水进出口温差及压差，选用压差控制或温差控制模式，也可在智能控制模式下由电脑主机101自动寻优，选用温差控制、压差控制或温差压差混合控制，时时选择最佳控制温差或压差，采用PID加控制时间控制水泵的运行频率，对水泵进行单台水泵变频多台工频控制及台数控制；在本地控制模式时，操作员可在温差控制器上设置冷冻水供回水温差，采用PID控制水泵的运行频率，电脑主机101监控本地冷冻水泵组运行。对冷却水系统403的供回水温度、供回水压差、冷却水流量、冷却泵功率、冷却泵单台运行时间等主要参数进行监控，根据室外空气温湿度、室内空调负荷以及主机的运行情况，电脑主机101实时计算最低能耗条件下实际所需最小流量，然后对冷却水泵变频器进行远程控制，采用温差控制和压差控制两种变频方式。在远程自动控制模式时，操作员可在人工控制模式下设定不同冷水机组不同时段的冷冻水进出口温差及压差，选用压差控制或温差控制模式，也可在智能控制模式下由电脑主机101自动寻优，选用温差控制或压差控制，实时选择最佳控制温差或压差，采用PID加控制时间控制水泵的运行频率，对水泵进行单台水泵变频多台工频控制及台数控制；在本地控制模式时，操作员可在温差控制器上设置冷冻水供回水温差，采用PID控制水泵的运行频率，电脑主机101监控本地冷却水泵组运行。如图7-图9不同供回水设定压差下的变频效果比较，当水流量较低时(小于 100m3/h)，采用1台水泵变频的能耗最低；随着水流量的增大(100m7h-200m7h)，采用2台水泵变频的能耗最低；随着水流量的增大(200m7h-300m3/h)，采用3台水泵变频的能耗最低；随着水流量的增大(大于300m3/h)，采用4台水泵变频的能耗最低；同时采用4台水泵工频运行的能耗最高。水泵的变流量运行不仅仅是单纯的变频调节，还应根据系统参数协调优化水泵控制。如图10水泵单台变频多台工频并联运行时功率对比，当工频运行的水泵于变频运行的水泵并联运行时，变频泵的运行对工频泵的运行基本上不产生影响。变频泵和工频泵并联运行是可行的，系统可安全稳定运行且节约了的成本。对冷却塔组518的功率、单台运行时间、冷却水供回水温差等主要参数的监控根据室外空气温湿度、室内空调负荷以及主机的运行情况，电脑主机101对冷却塔组518实现台数群控。可见，本实用新型可操作性强，可实现对中央空调各设备的最优控制，保证中央空调系统运行的安全性、稳定性和节能性。通过对冷水机组的远程智能控制，及时调整冷水机组的负荷率分布，使各冷水机组处于最佳效率运行状态，节约能耗、降低运行成本。
权利要求1.一种中央空调系统整体优化控制装置，其特征在于所述装置包括电脑主机(101)、 弱电控制系统(102)、强电控制系统(103)，其中弱电控制系统(102)和强电控制系统(103) 均通过RS485通讯接口并联连接至电脑主机(101)。
2.根据权利要求1所述的中央空调系统整体优化控制装置，其特征在于弱电控制系统 (102)包括冷水机组控制系统(201)、冷冻泵组控制系统(202)、冷却泵组控制系统(203)、 冷却塔组控制系统(204)、电动阀组控制系统(205)，其中冷水机组控制系统(201 )、冷冻泵组控制系统(202)、冷却泵组控制系统(203)、冷却塔组控制系统(204)、电动阀组控制系统 (205 )均通过RS485通讯接口并联连接至电脑主机(101)。
3.根据权利要求2所述的中央空调系统整体优化控制装置，其特征在于冷水机组控制系统(201)包括温湿度传感器(5 )、第一温度传感器组(5 )、第一模拟量输入模块组 (530)、第一电量传感器组(531)、第一交流中间继电器组(532)、第一数字量输入模块组 (533)、第一直流中间继电器组(534)和第一数字量输出模块组(535)，其中第一温度传感器组(5四)、温湿度传感器(5 )、第一电量传感器组(531)经屏蔽双绞线并联连接至第一模拟量输入模块组(530)，第一交流中间继电器组(532)经220VAC电缆连接至第一数字量输入模块组(533)，第一直流中间继电器组(534)经MVDC电缆连接至第一数字量输出模块组(535)，第一模拟量输入模块组(530)、第一数字量输入模块组(533)、第一数字量输出模块组(535 )经RS485通讯接口并联连接至电脑主机(101)。
4.根据权利要求2所述的中央空调系统整体优化控制装置，其特征在于所述的冷冻泵组控制系统(202)包括第一流量传感器组(519)、第二温度传感器组(520)、第二模拟量输入模块组(521)、第一差压传感器(522)、第二电量传感器组(523)、第二交流中间继电器组(5 )、第二数字量输入模块组(525)、第二直流中间继电器组(526)和第二数字量输出模块组(527)，其中第一流量传感器组(519)、第二温度传感器组(520)、第一差压传感器 (522)、第二电量传感器组(523)经屏蔽双绞线并联连接至第二模拟量输入模块组(521)， 第二交流中间继电器组(524)经220VAC电缆连接至第二数字量输入模块组(525)，第二直流中间继电器组(526)经MVDC电缆连接至第二数字量输出模块组(527)；第二模拟量输入模块组(521)、第二数字量输入模块组(525)、第二数字量输出模块组(527)经RS485通讯接口并联连接至电脑主机(101)。
5.根据权利要求2所述的中央空调系统整体优化控制装置，其特征在于所述的冷却泵组控制系统(203)包括第三直流中间继电器组(536)、第三数字量输出模块组(537)、第三交流中间继电器组(538)、第三数字量输入模块组(539)、第三电量传感器组(540)、第三温度传感器组(541)、第三模拟量输入模块组(542)、第二差压传感器(543)和第二流量传感器(544)，其中第三电量传感器组(540)、第三温度传感器组(541)、第二差压传感器(543)、 第二流量传感器(544)经屏蔽双绞线并联连接至第三模拟量输入模块组(542)，第三交流中间继电器组(538)经220VAC电缆连接至第三数字量输入模块组(539)，第三直流中间继电器组(536)经MVDC电缆连接至第三数字量输出模块组(537)，第三模拟量输入模块组 (542)、第三数字量输入模块组(539)、第三数字量输出模块组(537)经RS485通讯接口并联连接至电脑主机(101)。
6.根据权利要求2所述的中央空调系统整体优化控制装置，其特征在于，所述的冷却塔组控制系统(204)包括第四直流中间继电器组(545)、第四数字量输出模块组(546)第四交流中间继电器组(547)、第四数字量输入模块组(548)、第四电量传感器组(549)和第四模拟量输入模块组(550)，其中第四电量传感器组(549)经屏蔽双绞线并联连接至第四模拟量输入模块组(550)，第四交流中间继电器组(547)经220VAC电缆连接至第四数字量输入模块组(548)，第四直流中间继电器组(545)经24VAC电缆连接至第四数字量输出模块组 (546)，第四模拟量输入模块组(550)、第四数字量输入模块组(548)、第四数字量输出模块组(546 )经RS485通讯接口并联连接至电脑主机(101)。
7.根据权利要求2所述的中央空调系统整体优化控制装置，其特征在于，所述的电动阀组控制系统(205)包括第五交流中间继电器组(553)、第五数字量输入模块组(554)、第五直流中间继电器组(551)和第五数字量输出模块组(552)，其中第五交流中间继电器组 (553)经220VAC电缆连接至第五数字量输入模块组(554)，第五直流中间继电器组(551)经 24VAC电缆连接至第五数字量输出模块组(552)，第五数字量输入模块组(554)、第五数字量输出模块组(552 )经RS485通讯接口并联连接至电脑主机(101)。
8.根据权利要求1所述的中央空调系统整体优化控制装置，其特征在于所述强电控制系统(103)包括冷冻泵组变频控制系统(301)和冷却泵组变频控制系统(302)，其中冷冻泵组变频控制系统(301)、冷却泵组变频控制系统(302 )经RS485通讯接口并联连接至电脑主机(101)。
9.根据权利要求8所述的中央空调系统整体优化控制装置，其特征在于所述的冷冻泵组变频控制系统(301)包括第一前滤波器(501)、第一变频器(502)、第一后滤波器(504)、 第一交流接触器组(505)和第一温差控制器(503)，其中第一前滤波器(501)、第一变频器 (502)、第一后滤波器(504)、第一交流接触器组(505)经三相电缆串联连接，第一变频器 (502)、第一温差控制器(503)经屏蔽双绞线串联连接，第一变频器(502)、第一温差控制器 (503 )经RS485通讯接口并联连接至电脑主机(101)。
10.根据权利要求8所述的中央空调系统整体优化控制装置，其特征在于所述的冷却泵组变频控制系统(302)包括第二交流接触器组(506)、第二后滤波器(507)、第二变频器 (508)、第二温差控制器(509)和第二前滤波器(510)，其中第二交流接触器组(506)、第二后滤波器(507)、第二变频器(508)、第二前滤波器(510)经三相电缆串联连接，第二变频器 (508)、第二温差控制器(509)经屏蔽双绞线串联连接，第二变频器(508)、第二温差控制器 (509 )经RS485通讯接口并联连接至电脑主机(101)。
专利摘要本实用新型提供一种中央空调系统整体优化控制装置,所述装置包括电脑主机(101)、弱电控制系统(102)、强电控制系统(103)，其中弱电控制系统(102)和强电控制系统(103)均通过RS485通讯并联连接至电脑主机(101)。本实用新型的控制装置实现与原中央空调控制电路完全兼容且相互并行的控制，分本地控制和远程控制2种模式，其中本地模式适用于现场按钮操作，远程模式适合于远端电脑遥控操作。运程模式有分自动模式和手动模式，手动模式下可远端点动设备操作，自动模式可实现中央空调系统全自动、无故障、最佳化运行。
文档编号F24F11/00GK201973836SQ20112009766
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月6日 优先权日2011年4月6日
发明者余荣学, 刘磊, 刘金平, 刘雪峰, 文建良, 邹伟, 麦粤帮 申请人:华南理工大学