CN105066342B - 适用于空调一级泵系统的变流量控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供适用于空调一级泵系统的变流量控制系统，涉及制冷控制领域，为提高冷机功率和冷水输送调整时的准确性、降低能耗以及安全稳定运行而发明。该变流量控制系统包括冷机功率控制装置、一级泵变频控制装置及冷水最小流量控制装置，冷机功率控制装置根据冷水、回水温度以及冷水流量，对冷机装置进行功率控制；一级泵变频控制装置，用于根据供水管路的冷水温度、冷机装置的冷水流量以及空调系统的供回水差压，对一级泵进行变频控制，冷水最小流量控制装置，根据冷水流量对平衡管回流阀进行控制，本发明可用于空调一级泵系统中的冷机功率控制及变频控制技术。

Description

适用于空调一级泵系统的变流量控制系统

技术领域

本发明涉及冷水机组控制领域，尤其涉及一种适用于空调一级泵系统的变流量控制系统。

背景技术

目前，一部分冷水机组，特别是大型中央空调系统采用的是一级变频泵。

这是由于，如图1所示，传统的一级泵系统如下：包括冷水机组系统(即冷机装置)、一级泵组、供水管路和回水管路，其中，供水管路包括供水总管5和并联设置在供水总管5上的多个供水分管2，回水管路包括回水总管6和并联设置在回水总管6上的多个回水分管3，冷水机组系统包括并联设置的多个冷水机组1，供水总管5包括多个供水分管2，回水总管6包括多个回水分管3，一级泵组包括并联设置的多个泵4，冷水机组系统的出水管与一级泵组的进水管相连，一级泵组的出水管汇总到供水总管5与供水分管2相连，且通过用户后利用回水分管3和由回水分管3汇总的回水总管6回流至冷水机组系统循环利用。

与工频泵不同，在空调系统中采用的一级变频泵能够对水流流量进行调节，实现对空调负荷的调整。

目前，在针对适用于空调一级泵系统的变流量控制系统中，为了真正克服能耗浪费，至少需要从冷机功率调整和冷水输送二个方面入手，实现冷量供需平衡与水力平衡是最基本的要求，目前有二个方面的技术，一是基于供回水压差采用单回路反馈控制技术调节一级变频水泵的转速，实施冷水输送控制，实现冷量供应与空调负荷的有效匹配；二是恒定出水温度设定值，采用单回路反馈控制技术对冷机功率进行自动调整。

在已有冷机功率调整与冷水输送控制技术中，冷水温度、供回水差压采用单回路反馈控制，往往忽略了在低负荷时机组存在冷机最小流量限制与保护问题，而在高负荷时冷水出水温度有可能会出现超限处于失控状态而无法满足空调末端对冷水的质的要求；同时，采用单回路反馈控制，只有等到被控参数变化后控制器才会进行干预，调节存在滞后性，这种控制方法无疑会影响工艺参数的稳定性，而在冷机和中央空调系统中存在着各种干扰，如冷水流量、回水温度的变化会对冷机出水温度的变化有较大影响，系统压力的波动也会影响到冷水流量的变化进而影响供回水差压，简单靠单回路反馈控制无法有效解决工艺参数稳定性的问题，也会对系统运行的安全性带来隐患。

综上所述，在上述已有冷机功率调整与冷水输送控制技术中，上述技术均存在冷机功率和冷水输送调整准确性不佳，安全稳定性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于空调一级泵系统的变流量控制系统，用于确保冷机功率和冷水输送调整时的准确性及运行安全稳定性，进而节能降耗，使其能够适用于复杂应用场合。

为实现上述目的，本发明的第一方面，提一种适用于空调一级泵系统的变流量控制系统，包括冷机装置、连接在所述冷机装置的出水口的供水管路、连接在所述冷机装置的进水口的回水管路、设置在所述供水管路与所述回水管路之间的空调系统以及与所述空调系统并联设置的平衡管路；

其中，所述空调系统包括一个或多个并联的空调末端，空调末端为包括风机盘管在内的多种类型；所述回水管路上设有用于向冷机装置回水的一级泵；

所述控制系统还包括：

冷机功率控制装置，用于根据所述供水管路的冷水温度、所述回水管路的回水温度以及所述冷机装置的冷水流量，对所述冷机装置进行功率控制；

一级泵变频控制装置，用于根据所述供水管路的冷水温度、所述冷机装置的冷水流量以及所述空调系统的供回水差压，对所述一级泵进行变频控制；

冷水最小流量控制装置，用于根据冷水流量，对平衡管路上的回流阀进行控制。

在本发明的第一方面的第一种可能的实现方式中，所述冷机功率控制装置包括：

冷水温度测量表，设置在所述供水管路上，测量所述供水管路的冷水温度；

回水温度测量表，设置在所述回水管路上，测量所述回水管路的回水温度；

冷水流量测量表，设置在所述冷机装置处，测量所述冷机装置的冷水流量；

回水温度前馈控制器，根据所述回水温度测量表所测量的所述回水管路的回水温度，计算并输出第一功率控制信号；

冷水流量前馈控制器，根据所述冷水流量测量表所测量的所述冷机装置的冷水流量，计算并输出第二功率控制信号；

冷水温度控制器，根据所述冷水温度测量表所测量的所述供水管路的冷水温度，计算并输出第三功率控制信号；

加法器，对所述第一、第二以及第三功率控制信号进行求和，将求和后的值作为功率控制信号输出。

结合本发明的第一方面或本发明的第一方面的第一种可能，在本发明的第一方面的第二种可能的实现方式中，所述一级泵变频控制装置包括：

冷水温度测量表，设置在所述供水管路上，测量所述供水管路的冷水温度；

水流温度超限控制器，用于根据所述冷水温度测量表测量的冷水温度，计算并输出第一变频控制信号；

供回水差压测量单元，用于测量所述空调系统的供回水差压；

供回水差压控制器，根据所述供回水差压计算单元所测量的供回水差压值，计算并输出供回水差压控制信号；

冷水流量测量表，设置在所述冷机装置处，测量所述冷机装置的冷水流量；

冷水流量控制器，根据所述供回水差压控制器输出的供回水差压控制信号作为冷水流量设定值信号以及所述冷水流量测量表所测量的冷水流量，计算并输出流量控制信号；

变频分程控制器，根据所述冷水流量控制器输出的流量控制信号，计算输出第二变频控制信号；

信号低选择器，选择所述水流温度超限控制器输出的第一变频控制信号和所述变频分程控制器输出的第二变频控制信号中信号值低的信号，作为一级泵控制信号输出；

一级泵控制器，根据所述信号低选择器输出的一级泵控制信号，对所述一级泵进行变频控制。

结合本发明的第一方面的第二种可能，在本发明的第一方面的第三种可能的实现方式中，冷水最小流量控制装置包括，回流分程控制器，根据所述冷水流量控制器输出的流量控制信号，计算输出平衡管上回流阀的控制信号。

本发明实施例提供的适用于空调一级泵系统的变流量控制系统，由于冷水温度是通过调整冷机功率来实现的，只有当冷机功率与空调末端用户负荷相匹配时，冷水温度才会稳定，而冷水流量、回水温度的变化是反映空调末端负荷变化的直接变量，用冷水流量、回水温度作为负荷调整的前馈变量，大大提高了功率调整的及时性，冷水温度采用多变量前馈反馈控制策略能够有效稳定冷水温度，满足空调系统对冷水的质的要求，弥补了传统的冷水温度单回路反馈控制策略所带来的滞后影响。

供回水差压与冷水流量采用串级控制，能够消除如系统压力变化对冷水泵出力的影响，进而达到提高供回水差压稳定性的目的。

因冷水流量与冷水温度采用选择控制策略，当冷水温度超温时，会自动限制提升冷水泵变频转速，通常在高负荷下，防止冷水流量过大时冷水温度处于失控状态，无法满足空调末端对冷水的质的要求。；

而在低负荷时，空调系统所需的冷水量减少，为防止极端情况下通过冷机的流量过小导致冷机安全运行问题，冷水泵变频与平衡管回流阀采用分程控制技术，当冷水泵最低转速无法保证水流量最小值时，通过调整平衡管上回流阀以保证通过冷机的最小水流量。

因而依据本发明能够实现根据空调负荷的变化能够快速调整冷水机组功率，满足供需能量平衡；同时能够根据空调负荷的变化，通过及时调整冷水变频泵转速，实现冷水输送能耗最低，同时能够保证在高负荷时，满足空调系统对冷水温度的质的要求以及低负荷时流经冷水机组冷水最小流量的安全保证。

附图说明

图1为现有技术提供的空调一级泵系统的示意图；

图2为本发明实施例的适用于空调一级泵系统的整体框架示意图；

图3为本发明实施例的适用于空调一级泵系统的变流量控制系统的示意图；

图4为图3所示控制系统的冷机功率控制装置C10a在系统中的示意图；

图5为图3所示控制系统的一级泵变频控制装置C10b和冷水最小流量控制装置C10c在系统中的示意图；

图6为本发明实施例的控制系统的冷机功率控制装置C10a的原理说明图；

图7为本发明实施例的控制系统的一级泵变频控制装置C10b和冷水最小流量控制装置C10c的原理说明图。

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。

首先，本发明实施例提供一种适用于空调一级泵系统的变流量控制系统。以下通过具体的实施例对本发明实施例提供的适用于空调一级泵系统的变流量控制系统进行详细说明。

在如背景技术所提出的作为现有技术的一级变频水泵中，基于空调负荷的冷机功率调整技术，由于采用单回路反馈控制，冷机功率调整存在滞后性；因此如果通过背景技术中冷机功率调整技术进行控制，则控制质量难以保证。而现有的冷水泵变频控制技术，由于没有考虑空调系统在高、低负荷可能带来运行的问题，在高负荷时无法满足对冷水温度质的要求，而在低负荷时又无法满足冷机最小流量的要求所导致的安全运行问题。

本发明实施例的主要原理在于，在本发明实施例提供的适用于空调一级泵系统的变流量控制系统，根据冷水温度、回水温度及冷水流量采用多变量控制策略来实施冷机功率的及时快速调整，考虑空调系统在不同负荷下采用选择以及分程等先进控制策略达到实现安全、稳定运行与节能的目的，使之能够适应复杂应用场合的运行要求。

具体而言，针对上述背景技术所存在的问题，本发明实施例提供一种适用于空调一级泵系统的变流量控制系统，如图2及图3所示，包括冷机装置10、连接在冷机装置10的出水口的供水管路L1、连接在冷机装置10的进水口的回水管路L2、设置在供水管路L1与回水管路L2之间的空调系统20以及与所述空调系统并联设置的平衡管路L4。

其中，空调系统20可以包括一个或多个并联的空调末端，空调末端为包括风机盘管在内的多种类型；回水管路L2上设有用于向冷机装置10回水的一级泵P10。

控制系统还包括：

冷机功率控制装置C10a，用于根据供水管路L1的冷水温度、回水管路L2的回水温度以及冷机装置10的冷水流量，对冷机装置10进行功率控制。

一级泵变频控制装置C10b，用于计算根据供水管路L1的冷水温度、冷机装置10的冷水流量以及空调系统20的供回水差压，对一级泵进行P10变频控制。

冷水最小流量控制装置C10c，用于根据冷水流量，对平衡管路L4上的回流阀U进行控制。

下面对本发明上述实施例的工作过程予以简要说明。冷机装置10在一级泵P10的变频控制下，将水流供应至供水管路L1，水流流经供水管路L1并供应至空调系统的支路L3，并最终经由回水管路L2流回冷机装置10。这里，一级泵变频控制装置C10b会基于在供水及回水管路L1、L2中分别设置有冷水温度测量表T1、冷水流程测量表F所测得的水流温度、空调系统的供回水差压，对用于向冷机装置10回水的一级泵进行变频调节；冷机功率控制装置C10a则根据供水管路L1的冷水温度、回水管路L2的回水温度以及冷机装置10的冷水流量，对冷机装置10进行功率控制；并且，冷水最小流量控制装置C10c，则根据供冷水流量，对平衡管路L4上的回流阀进行控制。

这里，需要说明的是，平衡管路L4主要用于克服系统中静态水力不平衡，同时也具有保证冷机最小流量的安全保护作用。回流阀U安装在平衡管路L4上，通过确保冷水流量最小值，可对冷机运行起到保护作用。

对此，作为本发明实施例的一个具体应用场景的示例，如图4及图6所示，在该实施例中，所述冷机功率控制装置C10a包括：

冷水温度测量表T1，设置在供水管路L1上，测量供水管路L1的冷水温度T1a；

回水温度测量表T2，设置在L2回水管路上，测量回水管路L2的回水温度T2a；

冷水流量测量表F，设置在冷机装置10处，测量冷机装置10的冷水流量Fa；

回水温度前馈控制器A1，根据回水温度测量表T2所测量的回水管路L2的回水温度T2a，计算并输出第一功率控制信号TIC2；

冷水流量前馈控制器A2，根据冷水流量测量表F所测量的冷机装置的冷水流量Fa，计算并输出第二功率控制信号FIC；

冷水温度控制器A3，根据冷水温度测量表T1所测量的供水管路L1的冷水温度T1a，计算并输出第三功率控制信号TIC1；

加法器，对所述第一、第二以及第三功率控制信号TIC2、FIC、TIC1进行求和，将求和后的值作为功率控制信号输出。

根据该功率控制信号，对冷机装置10的功率进行控制。

更具体地，如图5及图7所示，所述一级泵变频控制装置C10b包括：

冷水温度测量表T1，设置在供水管路L1上，测量供水管路L1的冷水温度T1a；

水流温度超限控制器A4，用于根据冷水温度测量表T1测量的冷水温度T1a，计算并输出第一变频控制信号TIC-1；

供回水差压测量单元C2，用于测量空调系统20的供回水差压Pa；

供回水差压控制器A5，根据供回水差压计算单元C2所测量的供回水差压值Pa，计算并输出供回水差压控制信号FSP；

冷水流量测量表F，设置在冷机装置10处，测量冷机装置10的冷水流量Fa；

冷水流量控制器A6，根据供回水差压控制器C2输出的供回水差压控制信号FSP作为冷水流量设定值以及冷水流量测量表F所测量的冷水流量Fa，计算并输出冷水流量控制信号FIC-1；

变频分程控制器A7，根据所述冷水流量控制器输出的流量控制信号，计算输出第二变频控制信号；

信号低选择器S1，选择水流温度超限控制器A4输出的第一变频控制信号TIC-1和变频分程控制器A7输出的第二变频控制信号FIC-2中信号值低的信号，作为一级泵控制信号输出；

一级泵控制器B2，根据信号低选择器S1输出的一级泵控制信号，对一级泵P10进行变频控制；

所述冷水最小流量控制装置C10c包括：

回流分程控制器A8，根据所述冷水流量控制器输出的流量控制信号，计算输出平衡管上的回流阀的控制信号。

举例而言，在本发明的一个具体实施例中，如图6及图7所示，

T2a为回水温度，接入回水温度前馈控制器A1的输入端，作为测量值。Fa为冷水流量，接入冷水流量前馈控制器A2的输入端，作为测量值。T1a为冷水温度，接入冷水温度控制器A3的输入端，作为测量值。回水温度前馈控制器A1的输出信号TIC2、冷水流量前馈控制器A2的输出信号FIC、冷水温度控制器A3的输出信号TIC1之和作为冷机装置10的输入信号。

这里，需要说明的是，冷水温度控制器A3采用PID控制算法，前馈控制器算法采用超前滞后算法，形式为K*(1+T1S)/(1+T2S)，当然，本发明实施例对此仅为示例，并不特别限定。

在本发明的该实施例中，由于冷水温度是通过调整冷机功率来实现的，只有当冷机负荷与空调末端用户负荷相匹配时，冷水温度才会稳定，而冷水流量、回水温度的变化是反映空调末端负荷变化的直接变量，用冷水流量、回水温度作为负荷调整的前馈变量，大大提高了负荷调整的及时性，冷水温度采用多变量前馈反馈控制策略能够有效稳定冷水温度。

此外，Pa为空调20的供回水差压值Pa，由供回水差压计算单元C2计算获得，并输出至供回水差压控制器A5的输入端，作为测量值。Fa为冷水流量，接入冷水流量控制器A6的输入端，作为测量值。供回水差压控制器A5的输出信号FSP作为冷水流量控制器A6的设定值接入冷水流量控制器A6的输入端，供回水差压控制器A5作为主调节器，冷水流量控制器A6作为副调节器，二者构成一个串级控制系统，供回水差压控制器和冷水流量控制器采用PID控制算法。

再有，变频分程控制器A7接收流量控制器的输出流量控制信号FIC-1作为输入信号，变频分程控制器A7的输出信号按以下方式计算，即：当流量控制信号FIC-1在60％～100％变化时，变频分程控制器A7的输出信号FIC-2的数值等于FIC-1，当FIC-1低于60％时，变频分程控制器A7的输出信号FIC-2输出60％；

加之，T1a为冷水温度，接入冷水温度超限控制器A4的输入端，作为测量值。变频分程控制器A7的输出信号FIC-2与冷水温度超限控制器A4输出信号TIC-1作为信号低选择器S1的二个输入，信号低选择器S1选择输入端数值低的信号作为信号低选择器S1的输出信号，并接入冷水泵变频器B2的输入端。从而，冷机装置的一级泵P10通过冷水泵变频器B2进行变频控制；

另有，回流分程控制器A8，接收冷水流量控制器的输出流量控制信号FIC-1作为输入信号，回流分程控制器A8的输出信号按以下方式计算，即：当流量信号FIC-1在0％～60％变化时，回流分程控制器A8的输出信号U的数值在100％～0％变化，即：U＝-5/3*FIC-1+100％，从而通过对平衡管回流阀进行调节实现冷机冷水最小流量安全保护控制。

在本发明的该实施例中，根据冷水温度、回水温度及冷水流量采用多变量前馈反馈控制技术来实施冷机功率控制，能够提升冷机功率调整的准确性和及时性；供回水差压与冷水流量采用串级控制，能够消除如系统压力变化对冷水泵出力的影响，进而达到提高供回水差压稳定性的目的。所设置的最小冷水流量控制，能够避免低负荷时冷水流量低于机组允许下限所带来的安全运行隐患，而供回水差压与冷水温度采用选择控制策略，当冷水温度超温时，会自动限制提升冷水泵变频转速，通常在高负荷下，防止冷水流量过大时冷水温度处于失控状态，能够确保空调系统对冷水温度质的要求。综上所述，本发明从多个方面能够保证系统安全稳定运行，并能实现节能的目的，并使之能够适应复杂应用场合的运行要求。

最后，需要说明的是，虽然上述说明中以集成的器件为例说明各个控制器及温度测量表进行了说明，但是，它们可集成在一个综合控制器中，或者分别对应该综合控制器的各个功能模块，本发明实施例对此并不限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种适用于空调一级泵系统的变流量控制系统，包括冷机装置、连接在所述冷机装置的出水口的供水管路、连接在所述冷机装置的进水口的回水管路、设置在所述供水管路与所述回水管路之间的空调系统以及与所述空调系统并联设置的平衡管路；

其特征在于，所述空调系统包括一个或多个并联的空调末端，所述回水管路上设有用于向冷机装置回水的一级泵；

所述控制系统还包括：

冷机功率控制装置，用于根据所述供水管路的冷水温度、所述回水管路的回水温度以及所述冷机装置的冷水流量，采用多变量前馈反馈控制策略对所述冷机装置进行功率控制；

一级泵变频控制装置，用于根据所述供水管路的冷水温度、所述冷机装置的冷水流量以及所述空调系统的供回水差压，对所述一级泵进行变频控制，其中，所述供回水差压与所述冷水流量采用串级控制、所述冷水流量与所述冷水温度采用选择控制策略；

冷水最小流量控制装置，用于根据冷水流量，对平衡管路上的回流阀进行控制。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，

所述冷机功率控制装置包括：

冷水温度测量表，设置在所述供水管路上，测量所述供水管路的冷水温度；

回水温度测量表，设置在所述回水管路上，测量所述回水管路的回水温度；

冷水流量测量表，设置在所述冷机装置处，测量所述冷机装置的冷水流量；

回水温度前馈控制器，根据所述回水温度测量表所测量的所述回水管路的回水温度，计算并输出第一功率控制信号；

冷水流量前馈控制器，根据所述冷水流量测量表所测量的所述冷机装置的冷水流量，计算并输出第二功率控制信号；

冷水温度控制器，根据所述冷水温度测量表所测量的所述供水管路的冷水温度，计算并输出第三功率控制信号；

加法器，对所述第一、第二以及第三功率控制信号进行求和，将求和后的值作为功率控制信号输出。

3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，

所述一级泵变频控制装置包括：

冷水温度测量表，设置在所述供水管路上，测量所述供水管路的冷水温度；

水流温度超限控制器，用于根据所述冷水温度测量表测量的冷水温度，计算并输出第一变频控制信号；

供回水差压测量单元，用于测量所述空调系统的供回水差压；

供回水差压控制器，根据所述供回水差压计算单元所测量的供回水差压值，计算并输出供回水差压控制信号；

冷水流量测量表，设置在所述冷机装置处，测量所述冷机装置的冷水流量；

冷水流量控制器，根据所述供回水差压控制器输出的供回水差压控制信号作为冷水流量设定值信号以及所述冷水流量测量表所测量的冷水流量，计算并输出流量控制信号；

变频分程控制器，根据所述冷水流量控制器输出的流量控制信号，计算输出第二变频控制信号；

信号低选择器，选择所述水流温度超限控制器输出的第一变频控制信号和所述变频分程控制器输出的第二变频控制信号中信号值低的信号，作为一级泵控制信号输出；

一级泵控制器，根据所述信号低选择器输出的一级泵控制信号，对所述一级泵进行变频控制。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，

冷水最小流量控制装置包括，回流分程控制器，根据所述冷水流量控制器输出的流量控制信号，计算输出平衡管上回流阀的控制信号。