[發(fā)明專利]一種分布式集中空調(diào)的冷水系統(tǒng)控制方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910478977.7
• 申請(qǐng)日: 2019-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN110195927B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉新民;董哲生;曾競
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海潤風(fēng)智能科技有限公司
• 主分類號(hào): F24F11/89
• 分類號(hào): F24F11/89;F24F11/64;F24F11/88;F24F11/58
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• 代理人: 暫無信息

1.一種分布式集中空調(diào)的冷水系統(tǒng)控制方法，其特征在于，系統(tǒng)中所有末端支路FCU控制器是由智能DDC數(shù)字控制器或智能溫控器組成，末端FCU獨(dú)立實(shí)施分布式控制，末端支路FCU控制器內(nèi)置智能PID控制器，采用反饋閉環(huán)自動(dòng)控制技術(shù)以減少不確定性，通過測量被控溫度變量的實(shí)際值，與用戶設(shè)定值相比較，計(jì)算兩者的偏差來糾正系統(tǒng)的響應(yīng)，采用對(duì)溫控調(diào)節(jié)閥開度的調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)流經(jīng)冷盤管的冷水流量q實(shí)施控制的目的；所述控制方法利用FCU分布式控制系統(tǒng)，由分布控制級(jí)和集中監(jiān)控級(jí)共同組成的以無線/有線通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)裝置實(shí)現(xiàn)；

所述末端FCU核心部分還內(nèi)置PLC智能可編程邏輯控制器，用于內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬量輸入/輸出控制末端溫度控制調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)，末端冷盤管依據(jù)房間實(shí)測溫度值與用戶設(shè)定溫度值之間的偏差實(shí)現(xiàn)變流量運(yùn)行；

所述集中控制管理級(jí)中央控制器，由一臺(tái)管理計(jì)算機(jī)作為OS中央控制器，并配有彩色顯示器，鍵盤，打印機(jī)，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)用冷側(cè)末端FCU和冷源側(cè)變頻調(diào)速冷水泵進(jìn)行集中監(jiān)測、管理和操作，其完成對(duì)過程控制級(jí)的集中監(jiān)測和管理；

所述智能主機(jī)，作為Lora無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的核心主控單元，用于現(xiàn)場無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)管理和系統(tǒng)配置，其具有現(xiàn)場網(wǎng)關(guān)、管理服務(wù)器等功能，并提供Web配置頁面；

所述控制方法包括調(diào)節(jié)型溫控閥指令信號(hào)所對(duì)應(yīng)的連續(xù)調(diào)節(jié)溫控閥系統(tǒng)控制策略、位式調(diào)節(jié)溫控閥的系統(tǒng)控制策略與冷水系統(tǒng)節(jié)能控制的策略；

(1)采用連續(xù)調(diào)節(jié)溫控閥系統(tǒng)控制策略：

當(dāng)冷水系統(tǒng)的末端支路采用連續(xù)調(diào)節(jié)溫控閥實(shí)施溫度自動(dòng)控制時(shí)，其本質(zhì)是通過提高溫控閥的相對(duì)開度，增加供冷水量，降低支路換熱器冷水側(cè)的平均溫度，加大空氣側(cè)與冷水側(cè)之間的換熱溫差，提高傳至空氣側(cè)的冷量；反之則降低溫控閥的相對(duì)開度，減少供冷水量，使得支路換熱器水側(cè)平均溫度升高，空氣側(cè)與冷水側(cè)之間的換熱溫差得以降低，減少傳至空氣側(cè)的冷量；若末端服務(wù)區(qū)內(nèi)被控溫度偏離用戶設(shè)定值，末端FCU則發(fā)出相應(yīng)的閥門開度調(diào)節(jié)指令K，若開度指令K＝100％時(shí)，可視為該末端支路的資用壓力沒有冗余，且可能出現(xiàn)欠流量工況，需要提升該用戶資用壓力，增加末端流量；

若末端FCU發(fā)出的開度指令K＜90％，表明該末端支路的資用壓力過大，具備節(jié)能空間，可降低冷水泵轉(zhuǎn)速，因此可將末端FCU對(duì)調(diào)節(jié)閥發(fā)出的開度指令K視為該末端對(duì)系統(tǒng)冷水流量需求的被控信號(hào)；

若末端開度指令K＜90％時(shí)，F(xiàn)CU將流量需求信號(hào)Q置0；若末端開度指令K＝100％時(shí)，F(xiàn)CU令流量需求信號(hào)Q為1，且通過Lora無線通信向智能主機(jī)主動(dòng)發(fā)出流量呼叫信號(hào)，提高末端支路的資用壓力；

若第j支路Q_j＝1，則說明該末端冷負(fù)荷對(duì)冷盤管供冷量的需求增加，相應(yīng)的供水流量不足，要求提高末端供水的資用壓力，保障該末端支路實(shí)際流量需求；為避免控制系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，當(dāng)90％＜K＜100％之間時(shí)維持水泵當(dāng)前轉(zhuǎn)速，保持當(dāng)前冷水系統(tǒng)壓力；若K≤90％，則視其資用壓力冗余，逐步降低水泵轉(zhuǎn)速，減少系統(tǒng)輸送能耗，即當(dāng)K從90％開始升高時(shí)，Q_j繼續(xù)維持為0，直至K＝100％時(shí)，Q_j方取值為1；當(dāng)K從100％向90％降低時(shí)，Q_j持續(xù)維持為1，直至K＝90％時(shí)，Q_j方取值為0；

充分考慮到同時(shí)滿足系統(tǒng)中所有末端用戶對(duì)冷水流量的要求，控制策略為：在設(shè)定的采樣時(shí)間周期內(nèi)，OS中央控制器對(duì)系統(tǒng)所有末端FCU有效呼叫信號(hào)Q_n值(1為有效，0為無效)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算；通過OS中央控制器內(nèi)置數(shù)學(xué)模型編制程序，計(jì)算出設(shè)定周期內(nèi)有效呼叫信號(hào)值之和∑Q_n且實(shí)施統(tǒng)計(jì)分析，并與運(yùn)行管理工程師設(shè)定的允許值Q_s相比較，當(dāng)兩者偏差值＞0時(shí)，由OS中央控制器輸出優(yōu)化后的控制信號(hào)，控制水泵變頻器同步提高水系統(tǒng)中在役冷水循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)冷水系統(tǒng)供水壓力與流量的增量調(diào)節(jié)，保障系統(tǒng)中末端冷負(fù)荷的服務(wù)質(zhì)量；當(dāng)兩者偏差值＜0時(shí)，由中央控制器輸出優(yōu)化后的控制信號(hào)，控制變頻器同步降低水系統(tǒng)中在役冷水循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的；為了有效控制系統(tǒng)供水壓力的頻繁振蕩，當(dāng)兩者偏差值＝0時(shí)，OS中央控制器輸出的控制信號(hào)維持當(dāng)前值不變，變頻器繼續(xù)以當(dāng)前頻率穩(wěn)定運(yùn)行；

(2)采用位式調(diào)節(jié)溫控閥的系統(tǒng)控制策略：

位式調(diào)節(jié)的溫控閥通過對(duì)閥體過流截面流體流通時(shí)間的通斷式脈沖調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)供冷水量調(diào)節(jié)，流體在設(shè)定時(shí)間周期內(nèi)的平均體積流量可以表示為時(shí)間的函數(shù)：

式中V為采樣周期內(nèi)流體平均體積流量，m³/s；τ為采樣時(shí)間周期，s；V_n為流體瞬時(shí)流量，m³/s；t為時(shí)間變量，s；

以夏季空調(diào)工況為例，當(dāng)空調(diào)房間的溫度高于設(shè)定值時(shí)，末端FCU向溫控閥發(fā)出開閥指令信號(hào)N＝1；反之，當(dāng)空調(diào)房間的溫度低于設(shè)定值時(shí)，溫控器則發(fā)出關(guān)閥指令信號(hào)N＝0；

在設(shè)定的采樣時(shí)間周期τ內(nèi)，末端FCU對(duì)輸出的開閥指令N采集i次(i為預(yù)設(shè)的任意整數(shù))進(jìn)行累加計(jì)算得出該支路τ時(shí)間內(nèi)的∑N_n；令i＝10，當(dāng)獲得的編號(hào)為j支路的FCU開關(guān)指令統(tǒng)計(jì)值∑N_j＝10，說明此時(shí)刻這臺(tái)空調(diào)末端所在支路資用壓力沒有冗余，且難以排除系統(tǒng)欠流量的可能，故應(yīng)增加系統(tǒng)水泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，提高末端支路的資用壓力，以保障該支路設(shè)計(jì)流量的要求；當(dāng)∑N_j＝10時(shí)則令該支路流量需求信號(hào)Q_j置1，且通過Lora無線通信向智能主機(jī)發(fā)出呼叫信號(hào)，請(qǐng)求提高末端支路的資用壓力；同理，若當(dāng)j支路∑N_j≤9時(shí)則說明該末端支路尚有冗余壓差，存在節(jié)能運(yùn)行的空間，可令流量需求信號(hào)Q_j＝0；為避免控制系統(tǒng)的頻繁振蕩，當(dāng)9＜∑N_j＜10區(qū)間，該支路流量需求信號(hào)Q_j則維持當(dāng)前狀態(tài)；

考慮到同時(shí)滿足系統(tǒng)中所有末端用戶對(duì)冷水流量的要求，控制策略為：在設(shè)定的采樣時(shí)間周期內(nèi)，OS中央控制器對(duì)系統(tǒng)所有末端FCU有效呼叫信號(hào)Q_n值(1為有效，0為無效)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算；通過OS中央控制器內(nèi)置數(shù)學(xué)模型編制程序，計(jì)算出設(shè)定周期內(nèi)有效呼叫信號(hào)值之和∑Q_n且實(shí)施統(tǒng)計(jì)分析，并與運(yùn)行管理工程師設(shè)定的允許值Q_s相比較，當(dāng)兩者偏差值＞0時(shí)，由OS中央控制器輸出優(yōu)化后的控制信號(hào)，控制變頻器同步提高水系統(tǒng)中在役冷水循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)冷水系統(tǒng)供水壓力與流量的增量調(diào)節(jié)，保障系統(tǒng)中末端冷負(fù)荷的服務(wù)質(zhì)量；當(dāng)兩者偏差值＜0時(shí)，由中央控制器輸出優(yōu)化后的控制信號(hào)，控制變頻器同步降低水系統(tǒng)中在役冷水循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的；為了有效控制系統(tǒng)供水壓力的頻繁振蕩，可將降頻運(yùn)行的偏差值設(shè)為＜0，即當(dāng)∑Q_n－Q_s＝0時(shí)，OS中央控制器輸出的控制信號(hào)維持當(dāng)前值不變，變頻器繼續(xù)以當(dāng)前頻率穩(wěn)定運(yùn)行，既不增也不減。

2.用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1方法的分布式集中空調(diào)的冷水系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于，包括末端支路FCU控制器、智能主機(jī)、集中控制管理級(jí)中央控制器，末端支路FCU控制器配置有APP軟件，兼容IOS和Android兩種系統(tǒng)；

所述末端支路FCU控制器具有Lora無線網(wǎng)絡(luò)通信功能，基于Lora遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)與智能主機(jī)的Lora網(wǎng)關(guān)之間實(shí)現(xiàn)無線通信連接，完成數(shù)據(jù)互交通訊；

所述智能主機(jī)的Lora網(wǎng)關(guān)與OS中央控制器之間可通過光纖路由器實(shí)現(xiàn)通信連接，以實(shí)現(xiàn)信息交互，智能主機(jī)集成Lora無線網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器，既可單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，亦能通過以太網(wǎng)將多臺(tái)智能主機(jī)連接成網(wǎng)并滿足大規(guī)模應(yīng)用，以及構(gòu)成云端控制，其通信接口支持RJ45以太網(wǎng)絡(luò)接口、RS485、Wi-Fi、2G/3G/4G版和光纖通訊實(shí)現(xiàn)與OS中央控制器之間的通信連接；

所述集中控制管理級(jí)中央控制器的OS中央控制器通過光纖與智能主機(jī)構(gòu)成通信，采用Modbus通訊協(xié)議工業(yè)現(xiàn)場控制總線RS485通信與冷源側(cè)冷水循環(huán)泵配置的交流變頻器完成信息互交；OS中央控制器對(duì)分布式控制系統(tǒng)末端FCU主動(dòng)輸出的呼叫信號(hào)Q_n有效值進(jìn)行簡單統(tǒng)計(jì)和分析，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。