CN102338448A - 大型超市中央空调高效节能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电气技术领域，具体地说是一种大型超市中央空调高效节能控制系统，包括含有冷凝器和蒸发器的冷水机组，含有冷却塔、冷却水泵、冷却塔控制器、温度传感器、露点温度传感器和湿度传感器连接的冷却水系统，含有冷冻水泵、冷冻机、冷冻机房控制器、压力传感器、温度传感器和流量传感器的冷冻水系统，含有空调箱、送风机、冷水盘管阀门、新风阀、空调箱控制器、温度传感器和二氧化碳传感器的空调箱系统，交换机和工业可编程控制器。本发明同现有技术相比，以工业可编程控制器为控制核心，通过分析传感器传回的实时监控数据，调节冷水机组、冷冻水系统、冷却水系统及空调箱系统的元器件频率，实现整个系统保持最高效率的运行模式。
Description
技术领域
本发明涉及电气技术领域，具体地说是一种大型超市中央空调高效节能控制系统。
背景技术
在现代大型超市中，中央空调的能耗比重是很大的，约占总用电量的30%左右。如何提高电能的利用率，是目前急需解决的问题。
对于中央空调的一般设计原则是：冷冻水设计温差为5-7度，冷却水设计温差为4-6度，在系统流量固定的情况下，供回水温差为1-3度，这样系统能耗有50%左右是消耗在水泵的高频运行上的。根据水泵的运行特性，即水泵的流量与转速成正比、扬程与转速的平方成正比、轴功率与转速的三次方成正比，水泵频率从50Hz降到40Hz，理论上就能节约50%的电能。
因此，设计一种能够调节频率的大型超市中央空调高效节能控制系统。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种能够调节频率的大型超市中央空调高效节能控制系统。
为了达到上述目的，本发明包括含有冷凝器和蒸发器的冷水机组，含有冷却塔、冷却水泵、冷却塔控制器、温度传感器、露点温度传感器和湿度传感器连接的冷却水系统，含有冷冻水泵、冷冻机、冷冻机房控制器、压力传感器、温度传感器和流量传感器的冷冻水系统，含有空调箱、送风机、冷水盘管阀门、新风阀、空调箱控制器、温度传感器和二氧化碳传感器的空调箱系统，交换机和工业可编程控制器，其特征在于：交换机分别与控制中心计算机、冷冻机房控制器、冷却塔控制器和若干个空调箱控制器连接，冷冻机房控制器分别与冷冻水系统内的压力传感器、温度传感器和流量传感器连接，冷却塔控制器分别与冷却水系统内的温度传感器、露点温度传感器和湿度传感器连接，每个空调箱控制器分别与该空调箱系统内的温度传感器和二氧化碳传感器连接；冷却塔的输出端与冷凝器的输入端连接，冷凝器的输出端与冷却水泵的输入端连接，冷却水泵的输出端与冷却塔的输入端连接，蒸发器的输出端与冷冻水泵的输入端连接，冷冻水泵的输出端与空调箱的输入端连接，空调箱的输出端与蒸发器的输入端连接。
所述的冷水机组、冷却水系统和冷冻水系统由工业可编程控制器控制并在开始运行后，同时执行下述程序：程序1依序完成下述步骤：步骤a1：冷却塔风机自动运行；步骤b1：判断冷却塔温度传感器获取的出水温度加三度后的数值是否大于露点温度传感器获取的露点温度，如果是，则继续进行步骤c1，如果不是，则继续进行步骤d1；步骤c1：延时十分钟后，自动减载一台冷却塔风机；步骤d1：延时十分钟后，自动加载一台冷却塔风机；程序2依序完成下述步骤：步骤a2：冷却水泵自动运行；步骤b2：开启冷却水泵；步骤c2：进行PID控制算法；步骤d2：给定冷却水总管出水温度并调节冷却水泵频率，完成后返回步骤c2；程序3依序完成下述步骤：步骤a3：判断是否有水流信号，如果有，则继续进行步骤b3，如果没有，则继续进行步骤a3；步骤b3：冷冻机自动运行；步骤c3：开启冷冻机；步骤d3：进行PID控制算法；步骤e3：给定冷冻机出水温度和力控空调节能算法并根据程序调节冷冻机负载及判断加载冷冻机或减载冷冻机，完成后返回步骤d3；程序4依序完成下述步骤：步骤a4：冷冻水泵自动运行；步骤b4：开启冷冻水泵；步骤c4：进行PID控制算法；步骤d4：给定冷冻水总管出水温度和冷冻系统最小流量并调节冷冻水泵频率，完成后返回步骤c4。
所述的步骤e3中调节冷冻机负载及判断加载冷冻机的程序如下：当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于3.5℃且冷冻机负载输出小于等于90%时，延时十分钟后，调节冷冻机负载输出至65%；当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于3.5℃且冷冻机负载输出大于90%时，延时十分钟后，加载一台冷冻机并调节原有的一台冷冻机的负载输出至65%。
所述的步骤e3中调节冷冻机负载及判断减载冷冻机的程序如下：当两台冷冻机运行且冷冻水供回水温差大于等于2.5℃且小于3.5℃时，延时五分钟后，调节冷冻机负载输出至65%；当两台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于等于2℃且小于3℃且两台冷冻机负载输出均为65%时，延时五分钟后，减载其中一台冷冻机；当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于等于1℃且小于3℃时，延时五分钟后，调节冷冻机负载输出至65%；当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差小于1℃时，延时五分钟后，减载一台冷冻机。
所述的空调箱系统由工业可编程控制器控制并依序完成下述步骤：步骤1：检查送风机是否正常，如果正常，则继续进行步骤2，如果运行不正常，则送风机故障报警；步骤2：选择送风机运行模式，如果选择手动模式，则手动调节送风机频率；如果选择自动模式，则继续同时进行步骤3.1和步骤3.2；步骤3.1：判断温度传感器获取的区域温度值是否大于设定温度值，如果是，则继续进行步骤4.1a，如果不是，则继续进行步骤4.1b；步骤4.1a：判断温度传感器获取的区域温度值是否大于设定的报警温度值，如果是，则区域温度超标报警，如果不是，则继续进行步骤5.1a；步骤5.1a：判断冷水盘管阀门开启度是否大于95%，如果是，则继续进行步骤6.1a，如果不是，则继续进行步骤6.1b；步骤6.1a：进行PI控制算法；步骤7.1a：给定回风温度并调节送风机频率，完成后返回步骤6.1a；步骤6.1b：开启冷水盘管阀门，送风机按最低频率运行；步骤7.1b：进行PI控制算法；步骤8.1：给定回风温度并调节冷水盘管阀门开启度，完成后返回步骤7.1b；步骤4.1b：判断送风机频率是否为最低频率，如果是，则继续进行步骤5.1b，如果不是，则继续进行步骤5.1c；步骤5.1b：送风机按最低频率运行；步骤6.1c：进行PI控制算法；步骤7.1c：给定回风温度并调节冷水盘管阀门开启度，完成后返回步骤6.1c；步骤5.1c：进行PI控制算法；步骤6.1d：给定回风温度并调节送风机频率至最低频率，完成后返回步骤4.1b；步骤3.2：判断二氧化碳传感器获取的二氧化碳浓度值是否大于设定浓度值，如果是，则继续进行步骤4.2，如果不是，则继续进行步骤3.2；步骤4.2：判断二氧化碳传感器获取的二氧化碳浓度值是否大于设定的报警浓度值，如果是，则空气混浊报警，如果不是则，继续进行步骤5.2；步骤5.2：新风阀开启；步骤6.2：进行PID控制算法；步骤6.1d：给定二氧化碳浓度并调节新风阀开度，完成后返回步骤6.2。
所述的交换机、冷却水系统、冷冻水系统和空调箱系统之间的通信采用标准的TCP/IP协议。
本发明同现有技术相比，以工业可编程控制器为控制核心，通过分析传感器传回的实时监控数据，调节冷水机组、冷冻水系统、冷却水系统及空调箱系统的元器件频率，实现整个系统保持最高效率的运行模式，从而实现节能的效果。
附图说明
图1为本发明的电路连接示意图。
图2为本发明的水系统连接示意图。
图3为本发明的冷水机组、冷冻水系统和冷却水系统的控制流程图。
图4为本发明的空调箱系统的控制流程图1。
图5为本发明的空调箱系统的控制流程图2。
具体实施方式
现结合附图对本发明做进一步描述。
参见图1和图2，本发明包括包括含有冷凝器和蒸发器的冷水机组，含有冷却塔、冷却水泵、冷却塔控制器、温度传感器、露点温度传感器和湿度传感器连接的冷却水系统，含有冷冻水泵、冷冻机、冷冻机房控制器、压力传感器、温度传感器和流量传感器的冷冻水系统，含有空调箱、送风机、冷水盘管阀门、新风阀、空调箱控制器、温度传感器和二氧化碳传感器的空调箱系统，交换机和工业可编程控制器。交换机分别与控制中心计算机、冷冻机房控制器、冷却塔控制器和若干个空调箱控制器连接，冷冻机房控制器分别与冷冻水系统内的压力传感器、温度传感器和流量传感器连接，冷却塔控制器分别与冷却水系统内的温度传感器、露点温度传感器和湿度传感器连接，每个空调箱控制器分别与该空调箱系统内的温度传感器和二氧化碳传感器连接；冷却塔的输出端与冷凝器的输入端连接，冷凝器的输出端与冷却水泵的输入端连接，冷却水泵的输出端与冷却塔的输入端连接，蒸发器的输出端与冷冻水泵的输入端连接，冷冻水泵的输出端与空调箱的输入端连接，空调箱的输出端与蒸发器的输入端连接。交换机、冷却水系统、冷冻水系统和空调箱系统之间的通信采用标准的TCP/IP协议。
本发明在工作时，冷却水系统由工业可编程控制器控制并实现自动加载冷却塔风机或减载冷却塔风机，具体如下：步骤a1：冷却塔风机自动运行；步骤b1：判断冷却塔温度传感器获取的出水温度加三度后的数值是否大于露点温度传感器获取的露点温度，如果是，则继续进行步骤c1，如果不是，则继续进行步骤d1；步骤c1：延时十分钟后，自动减载一台冷却塔风机；步骤d1：延时十分钟后，自动加载一台冷却塔风机。
冷却水系统由工业可编程控制器控制并实现调节冷却水泵频率，具体如下：步骤a2：冷却水泵自动运行；步骤b2：开启冷却水泵；步骤c2：进行PID控制算法；步骤d2：给定冷却水总管出水温度并调节冷却水泵频率，完成后返回步骤c2。
冷冻水系统由工业可编程控制器控制并实现自动加载冷冻机或减载冷冻机，具体如下：步骤a3：判断是否有水流信号，如果有，则继续进行步骤b3，如果没有，则继续进行步骤a3；步骤b3：冷冻机自动运行；步骤c3：开启冷冻机；步骤d3：进行PID控制算法；步骤e3：给定冷冻机出水温度和力控空调节能算法并根据程序调节冷冻机负载及判断加载冷冻机或减载冷冻机，完成后返回步骤d3。其中，步骤e3的加载冷冻机判断过程，具体如下：当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于3.5℃且冷冻机负载输出小于等于90%时，延时十分钟后，调节冷冻机负载输出至65%；当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于3.5℃且冷冻机负载输出大于90%时，延时十分钟后，加载一台冷冻机并调节原有的一台冷冻机的负载输出至65%；步骤e3的减载冷冻机判断过程，具体如下：当两台冷冻机运行且冷冻水供回水温差大于等于2.5℃且小于3.5℃时，延时五分钟后，调节冷冻机负载输出至65%；当两台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于等于2℃且小于3℃且两台冷冻机负载输出均为65%时，延时五分钟后，减载其中一台冷冻机；当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于等于1℃且小于3℃时，延时五分钟后，调节冷冻机负载输出至65%；当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差小于1℃时，延时五分钟后，减载一台冷冻机。
冷冻水系统由工业可编程控制器控制并实现调节冷冻水泵频率，具体如下：步骤a4：冷冻水泵自动运行；步骤b4：开启冷冻水泵；步骤c4：进行PID控制算法；步骤d4：给定冷冻水总管出水温度和冷冻系统最小流量并调节冷冻水泵频率，完成后返回步骤c4。
空调箱系统由工业可编程控制器控制并实现送风机的频率调节、新风阀开度调节和冷水盘管阀门开度调节，具体如下：步骤1：检查送风机是否正常，如果正常，则继续进行步骤2，如果运行不正常，则送风机故障报警；步骤2：选择送风机运行模式，如果选择手动模式，则手动调节送风机频率；如果选择自动模式，则继续同时进行步骤3.1和步骤3.2；步骤3.1：判断温度传感器获取的区域温度值是否大于设定温度值，如果是，则继续进行步骤4.1a，如果不是，则继续进行步骤4.1b；步骤4.1a：判断温度传感器获取的区域温度值是否大于设定的报警温度值，如果是，则区域温度超标报警，如果不是，则继续进行步骤5.1a；步骤5.1a：判断冷水盘管阀门开启度是否大于95%，如果是，则继续进行步骤6.1a，如果不是，则继续进行步骤6.1b；步骤6.1a：进行PI控制算法；步骤7.1a：给定回风温度并调节送风机频率，完成后返回步骤6.1a；步骤6.1b：开启冷水盘管阀门，送风机按最低频率运行，通过测速仪测量风倒末端的风速为1.5-2m/s时，送风机的频率为最低频率；步骤7.1b：进行PI控制算法；步骤8.1：给定回风温度并调节冷水盘管阀门开启度，完成后返回步骤7.1b；步骤4.1b：判断送风机频率是否为最低频率，如果是，则继续进行步骤5.1b，如果不是，则继续进行步骤5.1c；步骤5.1b：送风机按最低频率运行；步骤6.1c：进行PI控制算法；步骤7.1c：给定回风温度并调节冷水盘管阀门开启度，完成后返回步骤6.1c；步骤5.1c：进行PI控制算法；步骤6.1d：给定回风温度并调节送风机频率至最低频率，完成后返回步骤4.1b；步骤3.2：判断二氧化碳传感器获取的二氧化碳浓度值是否大于设定浓度值，如果是，则继续进行步骤4.2，如果不是，则继续进行步骤3.2；步骤4.2：判断二氧化碳传感器获取的二氧化碳浓度值是否大于设定的报警浓度值，如果是，则空气混浊报警，如果不是则，继续进行步骤5.2；步骤5.2：新风阀开启；步骤6.2：进行PID控制算法；步骤6.1d：给定二氧化碳浓度并调节新风阀开度，完成后返回步骤6.2。
Claims (6)
1.一种大型超市中央空调高效节能控制系统，包括含有冷凝器和蒸发器的冷水机组，含有冷却塔、冷却水泵、冷却塔控制器、温度传感器、露点温度传感器和湿度传感器连接的冷却水系统，含有冷冻水泵、冷冻机、冷冻机房控制器、压力传感器、温度传感器和流量传感器的冷冻水系统，含有空调箱、送风机、冷水盘管阀门、新风阀、空调箱控制器、温度传感器和二氧化碳传感器的空调箱系统，交换机和工业可编程控制器，其特征在于：交换机分别与控制中心计算机、冷冻机房控制器、冷却塔控制器和若干个空调箱控制器连接，冷冻机房控制器分别与冷冻水系统内的压力传感器、温度传感器和流量传感器连接，冷却塔控制器分别与冷却水系统内的温度传感器、露点温度传感器和湿度传感器连接，每个空调箱控制器分别与该空调箱系统内的温度传感器和二氧化碳传感器连接；冷却塔的输出端与冷凝器的输入端连接，冷凝器的输出端与冷却水泵的输入端连接，冷却水泵的输出端与冷却塔的输入端连接，蒸发器的输出端与冷冻水泵的输入端连接，冷冻水泵的输出端与空调箱的输入端连接，空调箱的输出端与蒸发器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种大型超市中央空调高效节能控制系统，其特征在于：所述的冷水机组、冷却水系统和冷冻水系统由工业可编程控制器控制并在开始运行后，同时执行下述程序：程序1依序完成下述步骤：步骤a1：冷却塔风机自动运行；步骤b1：判断冷却塔温度传感器获取的出水温度加三度后的数值是否大于露点温度传感器获取的露点温度，如果是，则继续进行步骤c1，如果不是，则继续进行步骤d1；步骤c1：延时十分钟后，自动减载一台冷却塔风机；步骤d1：延时十分钟后，自动加载一台冷却塔风机；程序2依序完成下述步骤：步骤a2：冷却水泵自动运行；步骤b2：开启冷却水泵；步骤c2：进行PID控制算法；步骤d2：给定冷却水总管出水温度并调节冷却水泵频率，完成后返回步骤c2；程序3依序完成下述步骤：步骤a3：判断是否有水流信号，如果有，则继续进行步骤b3，如果没有，则继续进行步骤a3；步骤b3：冷冻机自动运行；步骤c3：开启冷冻机；步骤d3：进行PID控制算法；步骤e3：给定冷冻机出水温度和力控空调节能算法并根据程序调节冷冻机负载及判断加载冷冻机或减载冷冻机，完成后返回步骤d3；程序4依序完成下述步骤：步骤a4：冷冻水泵自动运行；步骤b4：开启冷冻水泵；步骤c4：进行PID控制算法；步骤d4：给定冷冻水总管出水温度和冷冻系统最小流量并调节冷冻水泵频率，完成后返回步骤c4。
3.根据权利要求2所述的一种工业可编程控制器控制程序，其特征在于：所述的步骤e3中调节冷冻机负载及判断加载冷冻机的程序如下：当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于3.5℃且冷冻机负载输出小于等于90%时，延时十分钟后，调节冷冻机负载输出至65%；当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于3.5℃且冷冻机负载输出大于90%时，延时十分钟后，加载一台冷冻机并调节原有的一台冷冻机的负载输出至65%。
4.根据权利要求2所述的一种工业可编程控制器控制程序，其特征在于：所述的步骤e3中调节冷冻机负载及判断减载冷冻机的程序如下：当两台冷冻机运行且冷冻水供回水温差大于等于2.5℃且小于3.5℃时，延时五分钟后，调节冷冻机负载输出至65%；当两台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于等于2℃且小于3℃且两台冷冻机负载输出均为65%时，延时五分钟后，减载其中一台冷冻机；当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差大于等于1℃且小于3℃时，延时五分钟后，调节冷冻机负载输出至65%；当一台冷冻机运行、冷冻水供回水温差小于1℃时，延时五分钟后，减载一台冷冻机。
5.根据权利要求1所述的一种大型超市中央空调高效节能控制系统，其特征在于：所述的空调箱系统由工业可编程控制器控制并依序完成下述步骤：步骤1：检查送风机是否正常，如果正常，则继续进行步骤2，如果运行不正常，则送风机故障报警；步骤2：选择送风机运行模式，如果选择手动模式，则手动调节送风机频率；如果选择自动模式，则继续同时进行步骤3.1和步骤3.2；步骤3.1：判断温度传感器获取的区域温度值是否大于设定温度值，如果是，则继续进行步骤4.1a，如果不是，则继续进行步骤4.1b；步骤4.1a：判断温度传感器获取的区域温度值是否大于设定的报警温度值，如果是，则区域温度超标报警，如果不是，则继续进行步骤5.1a；步骤5.1a：判断冷水盘管阀门开启度是否大于95%，如果是，则继续进行步骤6.1a，如果不是，则继续进行步骤6.1b；步骤6.1a：进行PI控制算法；步骤7.1a：给定回风温度并调节送风机频率，完成后返回步骤6.1a；步骤6.1b：开启冷水盘管阀门，送风机按最低频率运行；步骤7.1b：进行PI控制算法；步骤8.1：给定回风温度并调节冷水盘管阀门开启度，完成后返回步骤7.1b；步骤4.1b：判断送风机频率是否为最低频率，如果是，则继续进行步骤5.1b，如果不是，则继续进行步骤5.1c；步骤5.1b：送风机按最低频率运行；步骤6.1c：进行PI控制算法；步骤7.1c：给定回风温度并调节冷水盘管阀门开启度，完成后返回步骤6.1c；步骤5.1c：进行PI控制算法；步骤6.1d：给定回风温度并调节送风机频率至最低频率，完成后返回步骤4.1b；步骤3.2：判断二氧化碳传感器获取的二氧化碳浓度值是否大于设定浓度值，如果是，则继续进行步骤4.2，如果不是，则继续进行步骤3.2；步骤4.2：判断二氧化碳传感器获取的二氧化碳浓度值是否大于设定的报警浓度值，如果是，则空气混浊报警，如果不是则，继续进行步骤5.2；步骤5.2：新风阀开启；步骤6.2：进行PID控制算法；步骤6.1d：给定二氧化碳浓度并调节新风阀开度，完成后返回步骤6.2。
6.根据权利要求1所述的一种大型超市中央空调高效节能控制系统，其特征在于：所述的交换机、冷却水系统、冷冻水系统和空调箱系统之间的通信采用标准的TCP/IP协议。
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Denomination of invention: Efficient and energy-saving control system for central air conditioning in large supermarkets Effective date of registration: 20230426 Granted publication date: 20130501 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Branch Pledgor: SHANGHAI DIPU AUTOMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023310000150 |
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Denomination of invention: Efficient and energy-saving control system for central air conditioning in large supermarkets Granted publication date: 20130501 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Nanhui Branch Pledgor: SHANGHAI DIPU AUTOMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024310000393 |
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