CN112178804B - 一种地下厂房温湿度的控制方法 - Google Patents

一种地下厂房温湿度的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下厂房温湿度的控制方法，包括以下步骤：采集地下厂房不同区域的温度、湿度数据；对采集到的温度、湿度数据进行分区域汇总传输至上位机；上位机对接收到的温度数据与温度目标值进行比较，采用温度离线控制或温度自动控制方法，对下位机进行控制，从而控制厂房的温度；上位机对接收到的湿度数据与湿度目标值进行比较，采用湿度离线控制或湿度自动控制方法，对下位机进行控制，从而控制厂房的湿度。本发明可使地下厂房的温度和湿度在扰动下快速恢复，从而保持地下厂房温度和湿度的恒定。

Description

一种地下厂房温湿度的控制方法
技术领域
本发明涉及一种地下厂房温湿度控制方法，属于地下厂房通风技术领域。
背景技术
抽水蓄能电站通常建在地下，地下厂房通过交通洞与外界通风，厂房内部工况变化影响着地下厂房内部空气温度和湿度分布情况。由于抽蓄电站厂房规模较大，且主体部分位于地下，通风空调系统至关重要，需要满足设备健康运行、人员舒适等要求，同样也需要根据当前实际环境情况做出变化，这就需要对厂房内各个位置的具体环境情况有及时的了解，得到具体的风速、温度、湿度以及壁温情况，加以分析之后，对相关空调、除湿机、风机等环境调节设备给出指令进行实施。然而现有技术中，多采用人工控制，无法快速对外界扰动做出响应。
发明内容
本发明是提供一种地下厂房温湿度控制方法，使得地下厂房的温度和湿度在扰动下能快速恢复，从而保持地下厂房温度和湿度的恒定。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种地下厂房温湿度的控制方法，包括以下步骤：采集地下厂房不同区域的温度、湿度数据；对采集到的温度、湿度数据进行分区域汇总传输至上位机；上位机对接收到的温度数据与温度目标值进行比较，采用温度离线控制或温度自动控制方法，对下位机进行控制，从而控制厂房的温度；所述温度离线控制包括：根据关闭或开启厂房降温设备的温度实测传递函数，计算得到下位机离线控制关闭或开启厂房降温设备的时间；上位机对接收到的湿度数据与湿度目标值进行比较，采用湿度离线控制或湿度自动控制方法，对下位机进行控制，从而控制厂房的湿度；所述湿度离线控制包括：根据关闭或开启厂房除湿设备的湿度实测传递函数，计算得到下位机离线控制关闭或开启厂房除湿设备的时间。
进一步地，通过温湿度测量仪、壁温仪和风速仪分布在地下厂房不同区域的测点位置进行数据采集。
进一步地，所述区域包括主厂房内、副厂房、主变厂房和交通洞；所述主厂房内包括发电机层、中间层及母线洞内、水轮机层及油处理室、蜗壳层；副厂房包括通风兼安全洞、排风竖井、厂顶空调层、进风竖井以及蓄电池室、电缆层、5LCU室；主变厂房包括主变厂变室、SFC输入输出室、10kV厂用电室、照明配电室；交通洞包括交通洞以及各施工支洞。
进一步地，所述温度离线控制具体包括以下步骤：当T≤Tref时，根据关闭空调或冷冻机组或变速风机的温度实测传递函数T(s)，计算得到下位机离线控制关闭空调或冷冻机组或变速风机的时间6-s，s是下位机离线控制关闭空调或冷冻机组或变速风机对应的温度传递函数的启动时间点；当T＞Tref时，根据开启空调或冷冻机组或变速风机的温度实测传递函数T(t)，计算得到下位机离线控制开启空调或冷冻机组或变速风机的时间6-t，t是下位机离线控制开启空调或冷冻机组或变速风机对应的温度传递函数的启动时间点。
进一步地，所述关闭空调或冷冻机组或变速风机的温度实测传递函数T(s)，开启空调或冷冻机组或变速风机的温度实测传递函数T(t)分别为：
Figure GDA0003102814920000031
Figure GDA0003102814920000032
进一步地，所述温度自动控制包括以下步骤：根据实时温度数据与温度目标值计算得到温度偏差值；根据所述温度偏差值计算得到空调或冷冻机组或变速风机达到温度目标值所需的温度变动值，由上位机将所述温度变动值下达给相应的下位机，由下位机控制空调或冷冻机组或变速风机直到完成温度变动值。
进一步地，所述湿度离线控制具体包括以下步骤；当RH≤RHreff时，根据关闭除湿机或变速风机时湿度实测传递函数RH(m)，计算下位机控制关闭除湿机或变速风机的时间4-m，m是下位机离线控制关闭除湿机或冷冻机组或变速风机对应的湿度传递函数的启动时间点；当RH＞RHreff时，根据开启除湿机或变速风机时的湿度实测传递函数RH(n)，计算下位机控制打开除湿机或变速风机的时间4-n，n是下位机离线控制开启除湿机或冷冻机组或变速风机对应的湿度传递函数的启动时间点。
进一步地，所述关闭除湿机或变速风机时湿度实测传递函数RH(m)，开启除湿机或变速风机时湿度实测传递函数RH(n)分别为：
Figure GDA0003102814920000041
Figure GDA0003102814920000042
进一步地，所述湿度的自动控制包括以下步骤：根据实时湿度数据与湿度目标值计算得到湿度偏差值；根据所述湿度偏差值计算得到除湿机或者变速风机达到湿度目标值所需的湿度变动值，由上位机将所述湿度变动值下达给相应的下位机，由下位机控制除湿机或者变速风机直到完成湿度变动值。
本发明通过分区域采集数据，并分区域汇总传输至上位机，由上位机采用温度离线控制或温度自动控制方法，对下位机进行控制，由下位机对相应设备进行控制，以控制厂房的温度；由上位机采用湿度离线控制或湿度自动控制方法，对下位机进行控制，由下位机对相应设备进行控制，以控制厂房的湿度。从而保证厂房内的温湿度，在扰动下能尽快恢复，设备健康稳定运行和人员安全舒适。本发明相对于传统手动调节控制方法结果更为可靠，操作简单，通风效果良好，节能效果明显。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种地下厂房的温湿度控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中厂房通风系统空气流程图；
图3为空调关闭后在5％阶跃下的温度变化图；
图4为空调打开后在5％阶跃下的温度变化图；
图5为除湿机打开后在5％阶跃下的湿度变化图；
图6为除湿机关闭后在5％阶跃下的湿度变化图；
图7为下位机进行温度自动控制框图；
图8为下位机进行湿度自动控制框图；
图9地下厂房温度自动控制结果；
图10地下厂房湿度自动控制结果。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的实质，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的阐述。
本发明适用于地下厂房通风技术领域，尤其适用于抽水蓄能电站地下厂房的温湿度控制，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤一，采集地下厂房不同区域的温度、湿度数据。通过温湿度测量仪和壁温仪、风速仪等分布在地下厂房不同区域的测点位置进行数据采集。
测量设备的选型需要满足环境的要求，量程应完全包含环境的可能温度及湿度，同时需要抗干扰性能好、传输距离远、施工安装简便，测量精度与间隔需满足系统要求，体积容量小，有一定的离线存储能力和续航能力。温度、湿度和风速测量精度分别满足±0.05℃，±3％，±5％的系统要求。
步骤二，对采集到的温度、湿度数据进行分区域汇总传输至上位机。
将厂房内划分为4个区域：1、主厂房内：包括发电机层、中间层及母线洞内、水轮机层及油处理室、蜗壳层；2、副厂房：包括通风兼安全洞、排风竖井、厂顶空调层、进风竖井以及蓄电池室、电缆层、5LCU室等；3、主变厂房：包括主变厂变室、SFC输入输出室、10kV厂用电室、照明配电室等；4、交通洞：包括交通洞以及各施工支洞。
采用数据采集器对采集到的温度、湿度数据进行分区域汇总并传输。数据采集器可采用“DSP+FPGA”结构。数据采集器汇总的数据流通过总线进行传输，传输方式采用以太局域网传输，依靠通信电缆实现。
步骤三，上位机对接收到的温度数据与温度目标值进行比较，并根据预设响应方式，对下位机进行控制，从而控制厂房的温度。
一般可通过三种方式对厂房的温度进行控制：1、空调的启停与变频；2、空调内供应冷冻水的流量改变；3、室内通风量改变。由此温度控制预设响应方式包括：
1、温度离线控制方法：设定温度变化目标值为5％的阶跃变化，对接收到的温度数据T与温度目标值Tref进行比较。变频空调系统可以与冷冻机组系统与变速风机系统相耦合使用。
当T≤Tref时，则关闭空调或冷冻机组或变速风机。通过地下厂房实际控制得到的温度实测传递函数为：
Figure GDA0003102814920000071
其中，T(s)是关闭空调或冷冻机组或变速风机的温度实测传递函数，s是下位机离线控制关闭空调或冷冻机组或变速风机对应的温度传递函数的启动时间点。
实测温度函数中空调或变速风机工作6小时后温度变化很小，可认为空气环境温度达到稳定，当T(s)＝Tref-T，带入公式(1)，求得对应时间s，则空调或者冷冻机组需要关闭时间为6-s。
在控制系统离线控制情况下，下位机控制电机关闭空调或冷冻机组或变速风机至6-s，此时地下厂房就完成T≤Tref时温度的离线动控制。
当T＞Tref时，则开启空调系统或冷冻机组系统或变速风机系统，得到温度的传递函数为：
Figure GDA0003102814920000072
其中，T(t)是开启空调系统或冷冻机组系统或变速风机系统的温度实测传递函数，t是下位机离线控制开启空调或冷冻机组或变速风机对应的温度传递函数的启动时间点。
实测温度函数中空调或变速风机工作6小时后温度变化很小，可认为空气环境温度达到稳定，当T(s)＝Tref-T，带入公式(2)，求得对应时间t，则空调或者冷冻机组需要开启时间为6-t。
在控制系统离线控制情况下，下位机控制打开空调或者变速风机系统至6-t，以完成T＞Tref时温度的离线控制。
2、温度自动控制方法：计算达到温度目标值所需的变动值。如图7所示，根据温度数据T与温度目标值Tref计算得到温度偏差值e，由所述温度偏差值e计算得到该空调达到温度目标值Tref所需的变动值Δy，Δy＝y-y0。上位机经过数字信号转化将变动值Δy下达给相应的下位机，由该下位机控制变频空调系统，下位机在此过程中将变频空调系统当前状态值y与变动前状态值y0比较，直到完成Δy趋近于0，此时，地下厂房就完成温度恒定的自动控制。
步骤四，上位机对接收到的湿度数据与温度目标值进行比较，并根据预设湿度响应方式，对下位机进行控制，从而控制厂房的湿度。
一般可通过两种方式进行控制：1、除湿机的启停与阈值变化；2、室内通风量的改变。由此湿度控制预设响应方式包括：
1、湿度离线控制方法：设定湿度变化目标值为5％的阶跃变化，对接收到的湿度数据RH与湿度目标值RHref进行比较，当RH≤RHreff时，则关闭除湿机或变速风机，得到湿度的传递函数为：
Figure GDA0003102814920000081
其中，RH(m)是关闭除湿机或变速风机时湿度实测传递函数，m是下位机离线控制关闭除湿机或冷冻机组或变速风机对应的湿度传递函数的启动时间点。
实测湿度传递函数中除湿机或变速风机工作4小时后湿度变化很小，可认为空气环境湿度达到稳定，当RH(m)＝RHref-RH，带入公式(3)，求得对应时间m，则除湿机或者冷冻机组需要关闭时间为4-m。
控制系统离线控制情况下，下位机控制电机关闭除湿机或者变速风机至4-m，此时地下厂房就完成RH≤RHreff时的湿度离线控制。
当RH＞RHreff时，则开启除湿机或变速风机，得到湿度的传递函数为：
Figure GDA0003102814920000091
其中，RH(n)是开启除湿机或变速风机时湿度实测传递函数，n是下位机离线控制开启除湿机或冷冻机组或变速风机对应的湿度传递函数的启动时间点。
实测湿度传递函数中除湿机或变速风机工作4小时后湿度变化很小，可认为空气环境湿度达到稳定，当RH(n)＝RHref-RH，带入公式(4)，求得对应时间n，则除湿机或者冷冻机组需要开启时间为4-n。
控制系统离线控制情况下，下位机控制电机关闭除湿机或者变速风机至4-n，此时地下厂房就完成RH＞RHreff时的湿度离线控制。
2、湿度的自动控制：计算达到湿度目标值所需的变动值。如图8所示，根据湿度数据RH与湿度目标值RHreff计算得到湿度偏差值e’，由所述湿度偏差值e’计算得到该除湿机达到湿度目标值RHreff所需的变动值Δy’，Δy’＝y’-y0’。上位机经过数字信号转化将变动值Δy’下达给相应的下位机，由该下位机控制除湿机或者变速风机，下位机在此过程中将除湿机或者变速风机的当前状态值y’与变动前状态值y0’比较，直到完成Δy’趋近于零。此时，地下厂房就完成湿度恒定的自动控制。
以计算例对本发明进行说明：
将温湿度测量仪和壁温仪、风速仪分布在地下厂房不同区域洞室，如图1位置进行数据采集。其安装的位置如表1、2、3。
表1温湿度测量仪器测点位置分布
Figure GDA0003102814920000101
Figure GDA0003102814920000111
表2温湿度测量仪器测点位置分布
Figure GDA0003102814920000112
Figure GDA0003102814920000121
表3风速测量仪器测点位置分布
Figure GDA0003102814920000122
同时应考虑对空调以及除湿机组的状态值的监测，相关空调系统的位置分布如表4、5、6。
表4中间层空调位置分布
Figure GDA0003102814920000123
表5水轮机层空调位置分布
Figure GDA0003102814920000131
表6除湿机位置分布
Figure GDA0003102814920000132
依次测量采集传输4个区域各洞室的温度和湿度等数据，相应的运行状态参数传送到全厂通风空调监控系统上位机，并进行显示；上位机计算各洞室的温度和湿度实测传递函数，并下达指令给各下位控制机，由下控制机控制各自管辖的风机、空调、除湿机或冷冻机组，从而保证抽水蓄能电站地下厂房环境温度和湿度达到控制目标值Tref和RHref。
定义上位机中显示各设备的运行状态如表7：
表7通风空调监控系统设备参数
Figure GDA0003102814920000133
对水轮机层进行恒温控制：
1.温度离线控制：
实测温度函数中空调或变速风机工作6小时后温度变化很小，可认为空气环境温度达到稳定。如温度控制目标Tref＝26℃，实际温度T＝25.1℃，求得T(s)＝Tref-T＝0.9℃，通过实测的关闭空调或冷冻机组或变速风机的温度传递函数公式(1)，求得对应时间s＝0.8h，则空调或者冷冻机组需要关闭时间为5.2小时，此时，地下厂房就完成T≤Tref时温度的离线动控制。
2、温度自动控制方法：
在收到环境温度扰动时，空调或风机开启，对水轮机层进行降温，恒温自动控制结果如图9所示，以一天为周期，温度目标值恒定为1，现设定2时启动一台机组使环境温度产生5％的阶跃变化，10时室外温度上升产生2％的阶跃，17时关闭一台机组使环境温度产生-5％的阶跃变化情况。恒温自动控制结果如图9所示，由图可知，自动控制方法控制空调、风机均能准确快速响应目标值，温度变化恢复稳定。
湿度控制方式：
1、湿度离线控制方法：
如湿度控制目标RHref＝60(％)，实际湿度RH＝58.4(％)，求得RH(m)＝RHref-RH＝1.6(％)，带入公式(3)，求得对应时间m＝0.3h，则除湿机或者冷冻机组需要关闭时间为3.7小时。此时，地下厂房就完成RH＞RHreff时的湿度离线控制。
2、湿度的自动控制：在环境湿度受到扰动时，湿度产生阶跃变化，为保证湿度自动控制。如图10所示，湿度目标值(换算成了标幺值)恒定为1，现假设2时环境湿度上升产生5％的阶跃变化，10时环境变化湿度上升产生2％的阶跃，17时湿度下降使环境湿度产生-5％的阶跃变化，自动控制方法控制除湿机和风机均能准确快速响应目标值，符合控制要求。可见，离线控制和自动控制都能满足地下厂房温湿度调控，而自动控制能快速对外界扰动做出响应。
应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可有其它多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种地下厂房温湿度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集地下厂房不同区域的温度、湿度数据；
对采集到的温度、湿度数据进行分区域汇总传输至上位机；
上位机对接收到的温度数据与温度目标值进行比较，采用温度离线控制或温度自动控制方法，对下位机进行控制，从而控制厂房的温度；
上位机对接收到的湿度数据与湿度目标值进行比较，采用湿度离线控制或湿度自动控制方法，对下位机进行控制，从而控制厂房的湿度；
所述温度离线控制包括以下步骤：
当T≤Tref时，根据关闭空调或冷冻机组或变速风机的温度实测传递函数T(s)，计算得到下位机离线控制关闭空调或冷冻机组或变速风机的时间6-s，s是下位机离线控制关闭空调或冷冻机组或变速风机对应的温度传递函数的启动时间点；
当T＞Tref时，根据开启空调或冷冻机组或变速风机的温度实测传递函数T(t)，计算得到下位机离线控制开启空调或冷冻机组或变速风机的时间6-t，t是下位机离线控制开启空调或冷冻机组或变速风机对应的温度传递函数的启动时间点。
2.根据权利要求1所述地下厂房温湿度的控制方法，其特征在于：通过温湿度测量仪、壁温仪和风速仪分布在地下厂房不同区域的测点位置进行数据采集。
3.根据权利要求2所述地下厂房温湿度的控制方法，其特征在于：所述区域包括主厂房内、副厂房、主变厂房和交通洞；所述主厂房内包括发电机层、中间层及母线洞内、水轮机层及油处理室、蜗壳层；副厂房包括通风兼安全洞、排风竖井、厂顶空调层、进风竖井以及蓄电池室、电缆层、5LCU室；主变厂房包括主变厂变室、SFC输入输出室、10kV厂用电室、照明配电室；交通洞包括交通洞以及各施工支洞。
4.根据权利要求1所述地下厂房温湿度的控制方法，其特征在于：所述关闭空调或冷冻机组或变速风机的温度实测传递函数T(s)，开启空调或冷冻机组或变速风机的温度实测传递函数T(t)分别为：
Figure FDA0003170683470000021
Figure FDA0003170683470000022
5.根据权利要求1所述地下厂房温湿度的控制方法，其特征在于：所述温度自动控制包括以下步骤：
根据实时温度数据与温度目标值计算得到温度偏差值；
根据所述温度偏差值计算得到空调或冷冻机组或变速风机达到温度目标值所需的温度变动值，由上位机将所述温度变动值下达给相应的下位机，由下位机控制空调或冷冻机组或变速风机直到完成温度变动值。
6.根据权利要求1所述地下厂房温湿度的控制方法，其特征在于：所述湿度离线控制包括以下步骤；
当RH≤RHreff时，根据关闭除湿机或变速风机时湿度实测传递函数RH(m)，计算下位机控制关闭除湿机或变速风机的时间4-m，m是下位机离线控制关闭除湿机或冷冻机组或变速风机对应的湿度传递函数的启动时间点；
当RH＞RHreff时，根据开启除湿机或变速风机时的湿度实测传递函数RH(n)，计算下位机控制打开除湿机或变速风机的时间4-n，n是下位机离线控制开启除湿机或冷冻机组或变速风机对应的湿度传递函数的启动时间点。
7.根据权利要求1所述地下厂房温湿度的控制方法，其特征在于：关闭除湿机或变速风机时湿度实测传递函数RH(m)，开启除湿机或变速风机时湿度实测传递函数RH(n)分别为：
Figure FDA0003170683470000031
Figure FDA0003170683470000032
8.根据权利要求1所述地下厂房温湿度的控制方法，其特征在于：所述湿度的自动控制包括以下步骤：
根据实时湿度数据与湿度目标值计算得到湿度偏差值；
根据所述湿度偏差值计算得到除湿机或者变速风机达到湿度目标值所需的湿度变动值，由上位机将所述湿度变动值下达给相应的下位机，由下位机控制除湿机或者变速风机直到完成湿度变动值。
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