中央空調(diào)節(jié)能改造方案

一、前言
       中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50%。由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負(fù)載并增加一定余量設(shè)計(jì)，而實(shí)際上在一年中，滿負(fù)載下運(yùn)行最多只有十多天，甚至十多個(gè)小時(shí)，幾乎絕大部分時(shí)間負(fù)載都在70%以下運(yùn)行。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機(jī)的負(fù)荷能隨季節(jié)氣溫變化自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載，而與冷凍主機(jī)相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載，幾乎長(zhǎng)期在100%負(fù)載下運(yùn)行，造成了能量的極大浪費(fèi)，也惡化了中央空調(diào)的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行質(zhì)量。

二、項(xiàng)目概況
        該建筑為辦公樓，使用面積11萬(wàn)平方米，半圓形、分為A、B、C三個(gè)區(qū)其中A、B兩區(qū)在南向的弧形面，C區(qū)在北面，冬夏區(qū)分別區(qū)最不利房間。
        本建筑設(shè)計(jì)未變流量系統(tǒng)，末端有浮點(diǎn)閥，集分水器之間有壓差傳感變送器和電動(dòng)旁通閥，循環(huán)水和冷卻水管路都有電動(dòng)閥門和水流開(kāi)關(guān)，小冷卻塔也有電動(dòng)閥。
       在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件選型中，我們考慮到操作員的方便和大容量采集數(shù)據(jù)和靈活通訊、編程方便等綜合問(wèn)題選用了碩人STEC2000一體化可編程控制器，該控制器是基于實(shí)時(shí)嵌入式LINUX操作系統(tǒng)和32位高速CPU，高度集成控制、遠(yuǎn)程采集、故障上傳、存儲(chǔ)和人機(jī)界面功能，具有強(qiáng)大通訊能力的多功能通用控制器。

三、控制器簡(jiǎn)介
       STEC2000嵌入式控制器主要由兩部分組成：主控制器、彩色液晶顯示操作終端。其中主控制器在調(diào)試完畢投入運(yùn)行后，禁止運(yùn)行人員進(jìn)行任何操作，出現(xiàn)故障時(shí)必須由我公司技術(shù)人員或經(jīng)過(guò)我公司培訓(xùn)的系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行故障排除。換熱站或換熱機(jī)組的運(yùn)行人員對(duì)STEC2000控制器的所有操作只能通過(guò)液晶顯示操作終端進(jìn)行。其主要功能是對(duì)熱網(wǎng)各運(yùn)行參數(shù)（溫度、壓力、流量等）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及采集，并根據(jù)氣象環(huán)境和負(fù)荷的變化按預(yù)先設(shè)定的控制策略對(duì)網(wǎng)中的泵和調(diào)節(jié)閥進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)換熱機(jī)組或熱力站的完全自動(dòng)控制，同時(shí)通過(guò)VPDN、PSTN、ADSL等多種通訊方式與監(jiān)控中心進(jìn)行通訊。
       STEC2000控制器以嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ)，采用Motorola 32位高速CPU和嵌入式實(shí)時(shí)LINUX操作系統(tǒng)，集現(xiàn)場(chǎng)采集、顯示操作、控制、通訊為一體，可廣泛應(yīng)用于市政（熱力、自來(lái)水、煤氣等）、樓宇自動(dòng)化（空調(diào)、安防等）等領(lǐng)域。STEC2000控制器采用模塊化體系結(jié)構(gòu)，根據(jù)控制規(guī)模選配相應(yīng)的I/O模塊，可以組建幾個(gè)點(diǎn)到上百個(gè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，主要技術(shù)性能如下：
 32位CPU，主頻66M，嵌入式實(shí)時(shí)LINUX操作系統(tǒng)
 8M FLASH 內(nèi)存，16M 外存DOC，512K EEPROM
 一個(gè)10M以太網(wǎng)接口（RJ45），支持DDN、ADSL連接
 一個(gè)嵌入式MODEM接口，可接電話線
 一個(gè)RS232/485接口，可接GPRS通訊模塊
 支持彩色液晶和鍵盤的復(fù)合接口
 8路16位分辨率差分模擬量輸入模塊
 4路16位分辨率模擬量輸出模塊
 12路數(shù)字量輸入模塊，含3路16位計(jì)數(shù)器輸入
 8路繼電器輸出模塊
 I/O模塊隔離電壓2500V
STEC2000控制器基本控制功能如下：
采集功能
      STEC2000控制器采集溫度、壓力、熱量等一次儀表參數(shù)并進(jìn)行壞數(shù)過(guò)濾。本控制器支持按用戶定義的方式將采集的電流電壓數(shù)據(jù)變換為相應(yīng)物理量。數(shù)據(jù)掃描周期可以在0.05-2秒之間進(jìn)行設(shè)定。
存儲(chǔ)功能
       物理量數(shù)據(jù)每隔一段時(shí)間如1分鐘（存儲(chǔ)時(shí)間間隔可組態(tài)設(shè)定）保存一次，掉電后不會(huì)丟失。具有不小于8M的存儲(chǔ)空間，可以保存長(zhǎng)達(dá)一個(gè)采暖季的運(yùn)行參數(shù)。
顯示功能
       STEC2000控制器支持一個(gè)5寸的彩色液晶屏。用戶可以其對(duì)顯示畫(huà)面和參數(shù)進(jìn)行自由組態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行需要完成參數(shù)的設(shè)定。
通訊功能
      STEC2000控制器內(nèi)置Socket Server, 標(biāo)準(zhǔn)串口（9針）、RJ45以太網(wǎng)接口、RJ11電話接口等硬件設(shè)施?？刂破髦С諸CP/IP、ModBus、PPP等協(xié)議，Soket連接，232/484通訊，以太網(wǎng)通訊，電話撥號(hào)通訊及無(wú)線通訊連接（GSM、GPRS等）。
自檢功能
STEC2000控制器上電后，自動(dòng)檢查主板、外圍設(shè)備和I/O設(shè)備是否正常，如有異常給出報(bào)警。
控制功能
       STEC2000控制器支持PID控制、邏輯控制、模糊控制等多種控制方式，可通過(guò)簡(jiǎn)單的組態(tài)進(jìn)行選擇?？刂破鬟€支持用戶以腳本語(yǔ)言方式進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
控制掃描周期小于200ms（可定義掃描周期）。
故障報(bào)警
       發(fā)生報(bào)警事件時(shí)，STEC2000控制器會(huì)通過(guò)相應(yīng)的通訊方式向上位機(jī)報(bào)警直至收到上位機(jī)的確認(rèn)信息，報(bào)警內(nèi)容包括：故障發(fā)生時(shí)間、故障內(nèi)容、故障參數(shù)值（或狀態(tài)）等信息。同時(shí)會(huì)在液晶的報(bào)警信息欄顯示此故障信息，當(dāng)多個(gè)報(bào)警存在時(shí)，報(bào)警信息會(huì)滾動(dòng)顯示。
人機(jī)交互
用戶可以通過(guò)STEC2000控制器的鍵盤進(jìn)行人機(jī)交互：選擇控制方式，設(shè)定參數(shù)值，取消報(bào)警等。
Web訪問(wèn)
       STEC2000控制器內(nèi)置Web Server對(duì)控制器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)發(fā)布，用戶可從任何地方通過(guò)電話線或以太網(wǎng)等方式登陸瀏瀏覽網(wǎng)頁(yè)以了解控制器運(yùn)行情況。本功能受用戶密碼保護(hù)。
遠(yuǎn)程配置
       STEC2000控制器支持遠(yuǎn)程配置更新和程序控制。例如，用戶可以通過(guò)電話、以太網(wǎng)等方式與控制器建立連接，然后就如同本地一樣對(duì)控制器進(jìn)行組態(tài)。本功能受用戶密碼保護(hù)。
靈活配置
       1個(gè)CPU主控模塊最多可以支持8個(gè)擴(kuò)展模塊。用戶可以根據(jù)所要采集數(shù)據(jù)的類型自由配置I/O模塊。
完善的組態(tài)功能
       STEC2000控制器提供Windows操作平臺(tái)下運(yùn)行的可視化圖形組態(tài)環(huán)境以支持?jǐn)?shù)據(jù)、控制程序、顯示操作、報(bào)警、通訊管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等各種功能的組態(tài)。
時(shí)鐘功能
STEC2000控制器內(nèi)置日歷和時(shí)鐘，且不會(huì)受系統(tǒng)停電影響。

四、控制方案
      由于該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)點(diǎn)多，單臺(tái)控制器數(shù)據(jù)點(diǎn)容量不足，選用三臺(tái)控制器并聯(lián)運(yùn)行，分別編號(hào)為STEC2000_1、STEC2000_2、STEC2000_3。在控制網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)直接進(jìn)行通訊。STEC2000_1和STEC2000_2負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)包括18路閥位狀態(tài)（模擬信號(hào)），通過(guò)485轉(zhuǎn)接控制器主機(jī)。并負(fù)責(zé)把采集到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成0-100%之間變化的數(shù)字物理量信號(hào)。STEC2000_3是一個(gè)控制主站，帶有彩色液晶顯示屏，液晶屏合理設(shè)計(jì)和友好人機(jī)界面給操作帶來(lái)了很大方便，用戶可通過(guò)液晶面板設(shè)定每路的控制方式、輸出上下限、制冷制熱模式、節(jié)能模式的啟用與禁止等一系列控制功能。針對(duì)本系統(tǒng)主要控制功能如下：
      在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，冷凍泵、冷卻泵的裝機(jī)容量是取系統(tǒng)最大負(fù)荷再增加10%—20%余量作為設(shè)計(jì)系數(shù)。因此，實(shí)施對(duì)冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及冷卻塔的能量自動(dòng)控制是中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造及自動(dòng)控制的重要組成部分。
      在該項(xiàng)目中受控設(shè)備包含：空調(diào)主機(jī)4臺(tái)，冷媒水循環(huán)泵4臺(tái)（2用2備90KW和55KW），冷卻水循環(huán)泵4臺(tái)（2用2備110KW和55KW）、熱水循環(huán)泵9臺(tái)（4用5備18.5KW）。
主機(jī)、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔分別并聯(lián)，開(kāi)哪臺(tái)主機(jī)或水泵對(duì)水系統(tǒng)循環(huán)無(wú)影響。
1、 主機(jī)：使用季開(kāi)始使用小主機(jī)，負(fù)荷增大到一定程度后用大主機(jī)，負(fù)荷最大時(shí)用一大一小兩臺(tái)。一臺(tái)大主機(jī)使用超過(guò)200小時(shí)后停止使用，啟動(dòng)備用主機(jī)。
2、 冷凍泵：平時(shí)使用一臺(tái)90KW和一臺(tái)55KW，最熱天使用兩臺(tái)90KW。
        STEC2000控制器通過(guò)溫度傳感器將冷凍機(jī)的回水溫度和出水溫度讀入控制器內(nèi)存，并計(jì)算出溫差值；然后根據(jù)冷凍機(jī)的回水與出水的溫差值來(lái)控制變頻器的頻率，以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出水的流量，控制熱交換的速度；溫差大，說(shuō)明室內(nèi)溫度高系統(tǒng)負(fù)荷大，應(yīng)提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度和流量，加快熱交換的速度；反之溫差小，則說(shuō)明室內(nèi)溫度低，系統(tǒng)負(fù)荷小，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度和流量，減緩熱交換的速度以節(jié)約電能。

3、 冷卻泵：平時(shí)使用一臺(tái)110KW和一臺(tái)55KW，最熱天使用兩臺(tái)110KW。
       由于冷凍機(jī)組運(yùn)行時(shí)，其冷凝器的熱交換量是由冷卻水帶到冷卻塔散熱降溫，再由冷卻泵送到冷凝器進(jìn)行不斷循環(huán)的。冷卻水進(jìn)水出水溫差大，說(shuō)明冷凍機(jī)負(fù)荷大，需冷卻水帶走的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，加大冷卻水的循環(huán)量；溫差小，則說(shuō)明，冷凍機(jī)負(fù)荷小，需帶走的熱量小，可降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減小冷卻水的循環(huán)量，以節(jié)約電能。
4、 熱水泵：共三組每組三臺(tái)，平時(shí)以1+1+2的形式使用四臺(tái)。
5、 冷卻塔：四個(gè)塔，三大一小共7臺(tái)風(fēng)機(jī)。使用其中兩臺(tái)大的。
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