一种双冷源空调运行容错控制系统及方法与流程

本发明涉及一种双冷源空调运行容错控制系统及方法，属于空调运行容错控制技术领域。

背景技术：

双冷源和单冷源是空调的两种制冷模式，为了保证系统的经济性和安全性，有很多设计成双冷热源或多种冷热源结合使用的案例。

单冷机房空调又称基站空调，机组从房间吸取热量通过冷凝器传递到室外空气中。机组安装完毕后，室内机组于室外冷凝器构成闭合回路。安装方便快捷，适用于水源缺乏的地区和无冷却水系统的场所。

双冷源相比单冷源的优点是：节能，能充分利用能效比高的高温冷水机组（iplv超过9），整个系统较常规空调系统节能25%以上；空气品质高，温湿度独立调节，室内末端在干工况运行，没有冷凝水产生，不会滋生细菌，引发空调病。在酒店、医院、写字楼、电子厂、烟厂、药厂等大空间公共场所有非常好的应用前景。双冷源系统的应用特点：一是适应性强，具备灵活的冷却方式。二是双系统互为备份，安全可靠性高。

技术实现要素：

本发明针对现在单冷源存在的不足，利用双冷源的优点，提供一种双冷源空调运行容错控制方法，使得双冷源能够灵活切换和使用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双冷源空调运行容错控制系统，包括多台机组、压缩机和冷冻水系统；

所述压缩机和所述冷冻水系统以级联模式运行，所述冷冻水系统设置有可调节开度的冷冻水阀，空调内设有温度传感器，所述压缩机的线路上设有电压检测装置，所述电压检测装置、所述冷冻水阀和所述温度传感器连接着控制器；

多台所述机组使用屏蔽通信线手拉手环形接线组成一个群组，所述机组间使用can总线进行群控通信，各个所述机组分别连接着空调的所述控制器。

本发明进一步设置为，所述压缩机连接着市电和油机，所述油机连接着eps电源，本发明中的油机为柴油发电机。

本发明还提供了上述双冷源空调运行容错控制系统的控制方法，包括以下步骤：

预设定空调内特定位置的温度值；

获得特定位置处的温度传感器输出的温度检测值，并对比预设定的温度值，计算制冷需求；

根据制冷需求的大小，决定使用压缩机运行和/或冷冻水系统运行，以及，运行的开度。

本发明进一步设置为，所述容错控制方法包括：

第一层控制，为在正常情况下，压缩机正常运行即可满足负载对冷量的需求，冷冻水不需要开启；

第二层控制，为制冷需求过大，启动冷冻水补充制冷；启动时，压缩机保持满载运行，冷冻水阀从待机开度50%逐步开大，并在50~100%区间内根据制冷需求线性调节，制冷需求越大，开度越大。

本发明进一步设置为，制冷需求的计算方法为：制冷需求=设定温度+调节灵敏度；制冷需求为-50~100%，压缩机运行；制冷需求为120~200%，冷冻水运行；根据制冷需求线性计算开度，冷冻水阀开度范围为50~100%，并输出0~10v控制电压给到冷冻水阀，从而实现水阀开度调节。

本发明进一步设置为，所述容错控制方法包括第三层控制，第三层控制包括压缩机自身系统故障及故障恢复过程，以及，压缩机供电中断故障及故障恢复过程；

所述压缩机自身系统故障及故障恢复过程为：压缩机停止，无法满足制冷量，温度上升，制冷需求升高，当需求上升到120%时，冷冻水阀自动从50%开度启动运行，根据制冷需求逐步开大，并在50~100%区间内根据负载线性调节，负载越大，开度越大；

压缩机系统故障恢复后，冷冻水阀保持当前开度，并开启压缩机，由于压缩机的启动，制冷需求降低，冷冻水阀根据需求从当前较大开度逐步减小，最终维持在待机开度50%；

所述压缩机供电中断故障及故障恢复过程：市电中断并且对应的eps电源故障，导致压缩机供电中断，压缩机停止，并且系统触发电源欠压告警，由于制冷需求升高，当制冷需求上升到120%时，冷冻水阀自动从50%开度启动运行，根据制冷需求逐步开大，并在50~100%区间内根据负载线性调节，负载越大，开度越大；

压缩机供电中断恢复后，电源欠压告警解除，冷冻水阀保持当前开度，并开启压缩机，由于压缩机的启动，制冷需求降低，冷冻水阀根据需求从当前较大开度逐步减小，最终维持在待机开度50%。

本发明进一步设置为，所述容错控制方法包括第四层控制，所述第四层控制用于冷冻水系统瘫痪、市电中断的故障；

对于有eps电源保障的机组：故障时，冷冻水阀保持待机开度50%，压缩机保持运行，在eps电源带载运行过程中，油机启动，供电切换到油机，空调水阀保持待机开度50%，压缩机保持运行；整个过程空调机组均保持前一时刻正常运行状态。故障恢复时，水阀保持待机开度50%，油机带载，压缩机保持运行，市电恢复，切换到市电供电，空调水阀保持待机开度50%，压缩机保持运行；整个过程空调机组均保持前一时刻正常运行状态；

对于无eps电源保障压缩机的机组：故障时，供电中断后，压缩机停止，并且系统触发电源欠压告警，由于制冷需求升高，当制冷需求上升到120%时，冷冻水阀自动从50%开度启动运行，根据制冷需求逐步开大，并在50~100%区间内根据热负载线性调节，热负载越大，开度越大；冷冻水瘫痪，不能提供冷量，最终冷冻水阀会开到100%。故障恢复时，以压缩机供电中断恢复模式运行，即压缩机供电中断恢复后，电源欠压告警解除，冷冻水阀保持当前开度，并开启压缩机，由于压缩机的启动，制冷需求降低，制冷水阀根据需求从100%开度逐步减小，最终维持在待机开度50%。

本发明进一步设置为，多台机组共享各自的压缩机状态、冷冻水系统状态及自身运行状态，每个机组均可通过总线获取所有空调的状态，并判断自身的运行状态，从而实现协同工作；

机组分为2台以上主机和2台以上备机：

当备机检测判断到系统出现高温告警或整个系统平均温度过高时，则切换为主机运行；

当备机检测到群组内有故障机组时，则自动切换为主机运行；

当机组获取不到其他机组的总线数据一段时间后，告群控通信故障；当群控掉线时，掉线机组切换为单机模式。

本发明进一步设置为，所述容错控制方法还包括加湿除湿控制及故障检测，所述加湿除湿控制及故障检测包括：

每台机组进行湿度检测，并根据自身检测的湿度进行湿度控制：

当环境湿度>设定湿度时，关闭加湿模式，加湿模式下，关闭加湿器停止加湿；

当环境湿度>（设定湿度+设定湿度灵敏度）时，开启除湿模式，除湿模式下，压缩机开启，风机降低转速进行除湿；

当环境湿度<设定湿度时，退出除湿模式，如无制冷需求，则关闭压缩机，如有制冷需求，则按制冷模式运行，风机以制冷模式转速运行；

当环境湿度<（设定湿度-设定湿度灵敏度）时，开启加湿模式，加湿模式下，开启加湿器进行加湿；

加湿器会检测加湿电流，当检测到电流异常时则告加湿器故障；加湿器故障时，机组保持正常运行。

本发明进一步设置为，所述容错控制方法还包括冷冻水阀控制及故障检测，所述冷冻水阀控制及故障检测包括：当压缩机制冷无法满足制冷冷量时，环境温度持续升高，则开启冷冻水阀进行补充制冷，冷冻水阀开度控制根据pid算法计算开度，当将温度控制在设定点上，通过对比冷冻水阀反馈的开度信号与控制信号的对应关系，若偏离过大，则告冷冻水阀故障，备机启动辅助制冷。

本发明进一步设置为，所述容错控制方法还包括风机转速控制及故障检测，所述风机转速控制及故障检测包括：

风机可选择回风或送风温度控制，例如回风控制时，当回风温度<设定风机控制温度时下限转速，当回风温度>设定风机控制温度+灵敏度时，风机上限转。通过控制器输出0-10v电压，调节风机转速。

风机故障时，会输出一个故障信号给到控制器，控制器判断该信号从而告风机故障告警。当检测到机组风机故障，则其他正常风机提速，补充风量。若过程中触发过温或群组过热，则备机启动辅助制冷。

本发明进一步设置为，所述压缩机故障的检测过称为：检测到排气温度、系统高低压力处于异常范围时判断为制冷系统故障，告排气过温告警，高低压告警，制冷系统异常告警来指示压缩机故障。压缩机故障时，压缩机无法提供冷量输出，温度会上升，水阀启动补充制冷。若过程中触发高温告警，则备机启动辅助制冷。

本发明进一步设置为，当控制器检测到传感器电压范围超限时，告传感器故障告警。控制温度失效时，机组以最大冷量运行，避免机房高温。

本发明进一步设置为，当水浸开关遇到水时，会给控制器一个干接点信号，控制器告水浸告警。水浸告警后，机组停机。

本发明的容错控制系统和方法，通过故障检测、故障分析和修复，使得空调双冷源能够根据故障情况来压缩机和冷冻水系统的制冷进行重新分配，从而保障整个空调系统的安全性和制冷稳定性，实现对发生的故障进行主动处理，具有很高的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为正常运行下的冷冻水阀的开度调节图；

图2为出现故障时的冷冻水阀的开度调节图；

图3、图5、图7、图9为出现故障时的运行流程；

图4、图6、图8、图10为故障恢复的运行流程；

图11为进入除湿模式的运行流程；

图12为退出除湿模式的运行流程；

图13为冷冻水阀与制冷需求的关系图；

图14为风机转速与风机需求图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明的一个实施例，一种双冷源空调运行容错控制系统，包括多台机组、压缩机和冷冻水系统。压缩机和冷冻水系统以级联模式运行，冷冻水系统设置有可调节开度的冷冻水阀，空调内设有温度传感器，压缩机的线路上设有电压检测装置，电压检测装置、冷冻水阀和温度传感器连接着控制器。多台机组使用屏蔽通信线手拉手环形接线组成一个群组，机组间使用can总线进行群控通信，各个机组分别连接着空调的控制器，机房空调多个机组以标准modbus协议集成ba系统。

上述的控制器设置包括：两套群控控制器，以及，每套冷机单元设置一套单元控制器。两套群控控制器分为一个主控制器，一个从控制器，主控制器和从控制器采用热备方式进行冗余；群控控制器与其余单元控制器的信号传输方式采用tcp/ip及硬接线方式连接。所有控制器、电动阀的控制柜均需要采用双路ups供电，在控制柜中做双电源自动切换。

群控控制器设置为2台独立的网络控制器，且两台控制器之间互相热备，通过采用心跳检测；平时运行主控制器，当从控制器检测到主控制器故障后，立即采用从控制器进行冷机单元和空调水泵频率的控制，两台网络控制器的程序应完全一致。当主控制器的故障清除，心跳信号恢复后，需操作人员手动复位，重新切换至主控制器。切换前从控制器应向主控制器发送数据包来同步控制运行状态。同步完成后，主控制器应发布信息提醒操作人员开始切换。

多台机组共享各自的压缩机状态、冷冻水系统状态及自身运行状态，每个机组均可通过总线获取所有空调的状态，并判断自身的运行状态，从而实现协同工作。机组分为2台以上主机和2台以上备机，例如10主机和2备机。当备机检测判断到系统出现高温告警或整个系统平均温度过高时，则切换为主机运行；当备机检测到群组内有故障机组时，则自动切换为主机运行；当机组获取不到其他机组的总线数据一段时间后，告群控通信故障；当群控掉线时，掉线机组切换为单机模式，如原先为备机，则切换为主机运行，如原先为主机，则保持为主机运行。作为压缩机的动力输出装置，压缩机连接着市电和油机，油机连接着eps电源。

本发明还提供了上述双冷源空调运行容错控制系统的控制方法，包括以下步骤：预设定空调内特定位置的温度值；获得特定位置处的温度传感器输出的温度检测值，并对比预设定的温度值，计算制冷需求；根据制冷需求的大小，决定使用压缩机运行和/或冷冻水系统运行，以及，运行的开度。

具体的，上述的双冷源空调运行容错控制的方法包括：

第一层控制，为在正常情况下，压缩机正常运行即可满足负载对冷量的需求，冷冻水不需要开启，参见图1；

第二层控制，为制冷需求过大，启动冷冻水补充制冷；启动时，压缩机保持满载运行，冷冻水阀从待机开度50%逐步开大，并在50~100%区间内根据制冷需求线性调节，制冷需求越大，开度越大，参见图2。

制冷需求的计算方法为：制冷需求=设定温度+调节灵敏度。制冷需求为-50~100%，压缩机运行；制冷需求为120~200%，冷冻水运行；根据制冷需求线性计算开度，冷冻水阀开度范围为50~100%，并输出0~10v控制电压给到冷冻水阀，从而实现水阀开度调节。比如设定温度为20℃，调节精度为2℃；100%制冷需求点为22℃，50%制冷需求点为21℃。

作为本发明的部分实施例，容错控制方法包括第三层控制，第三层控制包括压缩机自身系统故障及故障恢复过程，以及，压缩机供电中断故障及故障恢复过程。其中，压缩机自身系统故障及故障恢复过程为：压缩机停止，无法满足制冷量，温度上升，制冷需求升高，当需求上升到120%时，冷冻水阀自动从50%开度启动运行，根据制冷需求逐步开大，并在50~100%区间内根据负载线性调节，负载越大，开度越大。压缩机系统故障恢复后，冷冻水阀保持当前开度，并开启压缩机，由于压缩机的启动，制冷需求降低，冷冻水阀根据需求从当前较大开度逐步减小，最终维持在待机开度50%；

压缩机供电中断故障及故障恢复过程：市电中断并且对应的eps电源故障，导致压缩机供电中断，压缩机停止，并且系统触发电源欠压告警，由于制冷需求升高，当制冷需求上升到120%时，冷冻水阀自动从50%开度启动运行，根据制冷需求逐步开大，并在50~100%区间内根据负载线性调节，负载越大，开度越大。压缩机供电中断恢复后，电源欠压告警解除，冷冻水阀保持当前开度，并开启压缩机，由于压缩机的启动，制冷需求降低，冷冻水阀根据需求从当前较大开度逐步减小，最终维持在待机开度50%。

上述的压缩机故障的检测过称为：检测到排气温度、系统高低压力处于异常范围时判断为制冷系统故障，告排气过温告警，高低压告警，制冷系统异常告警来指示压缩机故障。压缩机故障时，压缩机无法提供冷量输出，温度会上升，水阀启动补充制冷。若过程中触发高温告警，则备机启动辅助制冷。

对于可能出现的各种故障情况，下面进行详细的说明，例如，对于仅冷冻系统瘫痪，故障时：机组保持当前压缩机运行状态，冷冻水阀保持待机开度50%，开度调节如图1所示，运行流程如图3所示。故障恢复时：机组保持当前压缩机运行状态，冷冻水阀保持待机开度50%，开度调节如图1所示，运行流程如图4所示。

作为本发明的一个优选实施例，容错控制方法包括第四层控制，第四层控制用于冷冻水系统瘫痪、市电中断的故障，分为有eps电源保障的机组和无eps电源保障的机组。

对于有eps电源保障的机组，在故障时：参见图5，冷冻水阀保持待机开度50%，压缩机保持运行，在eps电源带载运行过程中，油机启动，供电切换到油机，空调水阀保持待机开度50%，压缩机保持运行；整个过程空调机组均保持前一时刻正常运行状态。在故障恢复时：参见图6，水阀保持待机开度50%，油机带载，压缩机保持运行，市电恢复，切换到市电供电，空调水阀保持待机开度50%，压缩机保持运行；整个过程空调机组均保持前一时刻正常运行状态；

无eps电源保障压缩机的机组，在故障时：参见图7，供电中断后，压缩机停止，并且系统触发电源欠压告警，由于制冷需求升高，当制冷需求上升到120%时，冷冻水阀自动从50%开度启动运行，根据制冷需求逐步开大，并在50~100%区间内根据热负载线性调节，热负载越大，开度越大；冷冻水瘫痪，不能提供冷量，最终冷冻水阀会开到100%。在故障恢复时：参见图8，以压缩机供电中断恢复模式运行，即压缩机供电中断恢复后，电源欠压告警解除，冷冻水阀保持当前开度，并开启压缩机，由于压缩机的启动，制冷需求降低，制冷水阀根据需求从100%开度逐步减小，最终维持在待机开度50%。

作为本发明的一个优选实施例，容错控制方法包括第五层控制，第五层控制用于市电中断的故障，分为有eps电源保障的机组和无eps电源保障的机组。

对于有eps保障压缩机的机组，在故障时：水阀保持待机开度50%，压缩机保持运行，在eps带载运行过程中，90秒油机启动，供电切换到油机，空调水阀保持待机开度50%，压缩机保持运行。整个过程空调机组均保持前一时刻正常运行状态。如图5所示。在故障恢复时：水阀保持待机开度50%，油机带载，压缩机保持运行，市电恢复，切换到市电供电，空调水阀保持待机开度50%，压缩机保持运行。整个过程空调机组均保持前一时刻正常运行状态。如图6所示。

对于无eps保障压缩机的机组，在故障时：参见图9，以压机供电中断模式运行，即供电中断后，压缩机停止，并且系统触发电源欠压告警，由于制冷需求升高，当需求上升到120%时，冷冻水自动从50%开度启动运行，根据制冷需求逐步开大，并在50~100%区间内根据负载线性调节，负载越大，开度越大。如图所示。故障恢复时：参见图10，以压缩机供电中断恢复模式运行，即压缩机供电中断恢复后，电源欠压告警解除，冷冻水阀保持当前开度，并开启压缩机，由于压缩机的启动，制冷需求降低，水阀根据需求从当前较大开度逐步减小，最终维持在待机开度50%。如图所示。

作为本发明的一个优选实施例，参见图11和图12，容错控制方法还包括加湿除湿控制及故障检测，加湿除湿控制及故障检测包括：

每台机组进行湿度检测，并根据自身检测的湿度进行湿度控制：

当环境湿度>设定湿度时，关闭加湿模式，加湿模式下，关闭加湿器停止加湿；

当环境湿度>（设定湿度+设定湿度灵敏度）时，开启除湿模式，除湿模式下，压缩机开启，风机降低转速进行除湿；

当环境湿度<设定湿度时，退出除湿模式，如无制冷需求，则关闭压缩机，如有制冷需求，则按制冷模式运行，风机以制冷模式转速运行；

当环境湿度<（设定湿度-设定湿度灵敏度）时，开启加湿模式，加湿模式下，开启加湿器进行加湿；

加湿器会检测加湿电流，当检测到电流异常时则告加湿器故障；加湿器故障时，机组保持正常运行，只是本身无法继续加湿。

容错控制方法还包括冷冻水阀控制及故障检测，参见图13，冷冻水阀控制及故障检测包括：当压缩机制冷无法满足制冷冷量时，环境温度持续升高，则开启冷冻水阀进行补充制冷，冷冻水阀开度控制根据pid算法计算开度，当将温度控制在设定点上，通过对比冷冻水阀反馈的开度信号与控制信号的对应关系，若偏离过大，则告冷冻水阀故障，备机启动辅助制冷。

本发明的机房空调以机房为单位自带控制系统单元，平时运行以风冷模式主用，除备用双冷源空调外，均以风冷系统运行；双冷源空调冷冻水系统的冷冻水阀，可选用电动二通阀开度保持在20%（可调），双冷源的控制模式见上述说明。作为本发明的一个优选实施例，参见图14，容错控制方法还包括风机转速控制及故障检测，风机转速控制及故障检测包括：

风机可选择回风或送风温度控制，例如回风控制时，当回风温度<设定风机控制温度时下限转速，当回风温度>设定风机控制温度+灵敏度时，风机上限转。通过控制器输出0-10v电压，调节风机转速。

风机故障时，会输出一个故障信号给到控制器，控制器判断该信号从而告风机故障告警。当检测到机组风机故障，则其他正常风机提速，补充风量。若过程中触发过温或群组过热，则备机启动辅助制冷。

当控制器检测到温度传感器或其他检测传感器的电压范围超限时，告传感器故障告警。控制温度失效时，机组以最大冷量运行，避免机房高温。当控制器故障时，停止该台机组运行，启动备机。

当水浸开关遇到水时，会给控制器一个干接点信号，控制器告水浸告警。水浸告警后，机组停机，也可配置为不停机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。