CN112611076B - 基于iscs的地铁车站通风空调节能控制系统和方法 - Google Patents

基于iscs的地铁车站通风空调节能控制系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制方法，根据采集的室外新风温湿度、室内站厅与站台温湿度环境数据进行新风焓值、室内站厅与站台焓值计算，根据室外新风焓值、室内站厅与站台空气焓值差得到车站公共区域的空调系统控制模式，通过PLC控制器向空调风系统下发控制模式，实现模式自动切换；根据采集的站台温度与目标温度，采用模糊控制算法计算大系统空调机组、回排风机设定频率及大、小系统末端动态平衡阀设定开度，将运算结果下发到PLC，控制对应的设备；通过计算冷水机组的负荷，控制冷水机组运行台数、设定冷冻水泵、冷却水泵频率、冷水机组出水温度。本发明能够精确控制设备运行，能耗小。

Description

基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制系统和方法
技术领域
本发明涉及一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制系统和方法，属于地铁监控技术领域。
背景技术
ISCS(Integrated Supervisory Control System—城市轨道交通综合监控系统，简称“综合监控系统”)，对于地铁车站整体的节能控制方面，ISCS综合监控系统具有跨专业信息量大、监控设备全面等独特优势。
地铁供冷空调系统由冷源(冷水机组)、空气处理设备(组合式空调、表冷器)、风机、风阀、水泵、空气和水的管路系统等组成。按用途特点分类，又可分为车站设备管理用房通风空调系统(简称车站小系统)、车站公共区通风空调系统(简称车站大系统)，空调水系统等。
设备管理用房通风空调系统正常运营时，应能为地铁工作人员提供舒适的工作环境及满足设备良好的设备运行环境条件。
车站公共区通风空调系统在正常运营时为乘客提供过渡性“暂时舒适”环境。
空调水系统负责向车站公共区和设备管理用房区空调季节提供空调设备用冷冻水，能根据车站运营和非运营时段及全日负荷变化情况自动进行水系统负荷调节，实现节能运行。
节能控制系统对车站空调系统控制的主要目标是实现车站各空调系统处于设计文件规定的温度目标，保证车站大系统的舒适性以及各车站小系统房间的正常温度；同时节能控制系统应采用合理的节能控制措施，在保证车站整体舒适性的情况下，来实现整个空调系统的节能运行。
针对地铁运营中，解决空调系统耗能大的问题，目前多采用PID调节、模糊控制算法，将算法在PLC控制器中实现，这种方法能够起到一定调节作用，但是无法做到风水联动，不能存储调节过程数据，对于调节过程、调节效果相当于黑盒子，不利于后期节能算法优化升级。
发明内容
发明目的：提供了一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制系统和方法，解决了地铁运营中空调系统耗能大的问题。
技术方案：一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制方法，包括：
根据采集的室外新风温湿度、室内站厅与站台空气温湿度环境数据进行室外新风焓值、室内站厅与站台空气焓值差计算，根据室外新风焓值、室内站厅与站台空气焓值差得到车站公共区域通风空调系统的新风控制模式，通过PLC控制器向车站公共区域通风空调系统下发控制模式；
根据采集的站台温度，采用模糊控制算法计算大系统空调机组、回排风机设定频率及大、小系统末端动态平衡阀设定开度，将运算结果下发到PLC控制器，控制对应的设备；
通过计算冷水机组的负荷，控制冷水机组运行台数、设定冷冻水泵、冷却水泵频率、冷水机组出水温度；
所述大系统为：车站公共区域通风空调系统，小系统为：车站设备管理用房通风空调系统。
进一步的，根据采集的室外新风温湿度、室内站厅与站台空气温湿度环境数据进行室外新风焓值、室内站厅与站台空气焓值差计算，根据室外新风焓值、室内站厅与站台空气焓值差得到车站公共区域的新风控制模，包括：
当Iw≥63.47且Δin≤0时，得到小新风负偏差模式；
当Iw≥63.47且Δin＞0时，得到小新风正偏差模式；
当48.59≤Iw＜63.47且Δin≤0时,得到全新风负偏差模式；
当48.59≤Iw＜63.47且Δin＞0时,得到全新风正偏差模式；
当Iw＜48.59时,下发通风模式；
小新风负偏差模式表示打开小新风机及风阀，降低空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度升高接近站台温度；
小新风正偏差模式表示打开小新风机及风阀，升高空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度降低接近站台温度；
全新风负偏差模式表示关闭小新风机及风阀，降低空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度升高接近站台温度；
全新风正偏差模式关闭小新风机及风阀，升高空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度降低接近站台温度；
通风模式表示关闭小新风机及风阀，关闭动态平衡阀，空调机组、回排风机以固定频率运行。
Iw表示室外新风焓值，Δin表示室内站厅与站台空气焓值差。
进一步的，将空调大系统两端新风温湿度传感器获取的温湿度值加权平均，再利用空气焓值计算公式计算得到；
空气焓值差Δin为：
Δin＝W1*(i1-io1)+W2*(i2-io2)
式中，W1、W2分别表示计算室内站厅与站台焓差的权重；i1、i2分别表示站厅、站台公共区域的空气焓值，分别由站厅、站台公共区域两端温湿度传感器采集数据通过加权平均后，再利用空气焓值计算公式计算得到；io1表示站厅理想目标焓值；io2表示站台理想目标焓值。
进一步的，空气焓值计算公式为：
i＝1.006*t+w*(2501+1.86*t)
式中，t表示空气温度，w表示单位质量干空气含湿量；
Figure GDA0003307657100000041
式中，p表示湿空气压力，pw表示水蒸气分压力；
Figure GDA0003307657100000042
式中，
Figure GDA0003307657100000043
表示空气相对湿度，pws表示在当前温度、压力下饱和水蒸气的分压力；
Figure GDA0003307657100000044
式中，T表示绝对温度，C8＝-5.8002206*103
C9＝1.3914993
C10＝-4.8640239*10-2
C11＝4.1764768*10-5
C12＝-1.4452093*10-8
C13＝6.5459673。
进一步的，根据采集的站台温度，采用模糊控制算法计算大系统空调机组、回排风机设定频率及大、小系统末端动态平衡阀设定开度，包括步骤：
计算站台温度与目标温度偏差ef，站台温度偏差变化量ecf，确定ef、ecf隶属度：
当ef＜0时，lef1＝INT(ef)-ef,lef2＝1-lef1；
当ef≥0时，lef2＝ef-INT(ef),lef1＝1-lef2；
当ecf＜0时，lecf1＝INT(ecf)-ecf,lecf2＝1-lecf1；
当ecf≥0时，lecf2＝ecf-INT(ecf),lecf1＝1-lecf2；
其中，lef1、lef2表示隶属ef某个值程度的最大或最小值，lecf1、lecf2表示隶属ecf某个值程度的最大或最小值；
基于预先建立的模糊控制规则表通过模糊化计算大系统空调机组、回排风机设定频率、大、小系统末端动态平衡阀设定开度的模糊值U；
U＝lecf1*lef1*U(ecf_idx1,ef_idx1)+lecf1*lef2*U(ecf_idx1,ef_idx2)+lecf2*lef1*U(ecf_idx2,ef_idx1)+lecf2*lef2*U(ecf_idx2,ef_idx2)
式中，当ecf＜0时ecf_idx2＝INT(ecf)+MAX_ECF,ecf_idx1＝ecf_idx2-1；当ecf≥0时ecf_idx1＝INT(ecf)+MAX_ECF,ecf_idx2＝ecf_idx1-1；
当ef＜0时ef_idx2＝INT(ef)+MAX_EF,ef_idx1＝ef_idx2-1；当ef≥0时ef_idx1＝INT(ef)+MAX_EF,ef_idx2＝ef_idx1-1；
MAX_ECF为ecf的最大值6，MAX_EF为ef的最大值6；
U(ecf_idx1,ef_idx1)、U(ecf_idx1,ef_idx2)、U(ecf_idx2,ef_idx1)、U(ecf_idx2,ef_idx2)通过模糊控制规则表查询得到；
根据模糊值进行反模糊化计算，得到大系统空调机组、回排风机设定频率，大、小系统末端动态平衡阀设定开度精确控制值；
当U≥0且To＞Td时，fout＝U*K*50+fout-1
vout＝U*K*100+vout-1
当U＜0且To＞Td时，fout＝U*50/K+fout-1
vout＝vout-1
当U≥0且To≤Td时，fout＝U*50+fout-1
vout＝vout-1
当U＜0且To≤Td时，fout＝fout-1
vout＝U/K*100+vout-1
式中，fout表示空调机组、回排风机运行频率，fout-1表示空调机组、回排风机上一次运行频率，vout表示动态平衡阀开度，vout-1表示动态平衡阀开度上一次的值，K为常数，To是通过送风口的温湿度传感器采集得到的送风温度；Td是露点温度。
进一步的，Td计算公式为：
Td＝C14+C15α+C16α2+C17α3+C18pw 0.1984
其中，α＝lnpw，pw为水蒸气分压力；
C14＝6.54
C15＝14.526
C16＝0.7389
C17＝0.09486
C18＝0.4569。
进一步的，通过计算冷水机组的负荷，控制冷水机组运行台数、设定冷冻水泵、冷却水泵频率、冷水机组出水温度，包括：
冷水机组运行台数控制：
Q＝S*M*(T1-T2)
式中，Q为冷负荷，S为常数，M为冷冻水总管供水流量，T1为冷冻水总管回水温度，T2为冷冻水总管供水温度。
当Q＞RateLoad×90％且Nrun＜Ntotal时开始投切计时Tadd，周期性进行检测，若在设定时间内前述条件仍满足，则选择一台累计运行时间最小的冷水机组开启运行；Nrun表示当前运行的冷水机组台数，Ntotal表示冷水机组台数的总数；RateLoad表示额定制冷量；
当Q＜RateLoad×75％且Nrun＞1时开始投切计时Tdec，周期性进行检测，若在设定时间内前述条件仍满足，则选择一台累计运行时间最大的冷水机组关闭运行；
冷冻水泵、冷却水泵频率、冷水机组出水温度设定控制：
计算空调系统末端动态平衡阀最大开度Vmax、最小开度Vmin、冷冻水总管供回水温差ΔT；期望的冷冻水总管供回水最大温差ΔTmax、最小温差ΔTmin；冷水机组出水设定温度最小Tset_min、出水设定温度最大Tset_max、冷水机组的出水温度Tset；
当80％≤Vmax≤90％时，则fcool＝fcool1、fcold＝fcold1；
当Vmax＞90％，ΔT＞ΔTmax时，则fcool＝fcool1(1+0.05)、fcold＝fcold1(1+0.05)；
当Vmax＜80％，ΔT＜ΔTmin时，则fcool＝fcool1(1-0.05)、fcold＝fcold1(1-0.05)；
当Vmax＞90％，ΔT＜ΔTmin，Tout＞Tset_min时，则Tset＝Tset-0.25；
当Vmax＜80％，ΔT＞ΔTmin，Tout＜Tset_max时，则Tset＝Tset+0.25；
其中，fcool表示冷却水泵频率，fcold表示冷冻水泵频率，fcool1表示上一次冷却水泵频率，fcold1表示上一次冷冻水泵频率。
一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制系统，包括：
城市轨道交通综合监控系统ISCS、PLC控制器、空调风系统和冷水系统、数据库以及节能系统工作站，ISCS系统通过PLC控制器采集空调风系统和冷水系统中的数据或向空调风系统和冷水系统下发控制命令；
数据库用于存储节能控制中的采集和计算的数据；
节能系统工作站用于基于WEB框架显示节能系统中的数据。
进一步的，所述节能控制中的采集和计算的数据包括：环境温湿度值、设备运行状态、运行频率、阀开度、出水温度设定值、空气焓值、冷负荷和/或设备能耗。
有益效果：本发明基于综合监控平台利用丰富的数据及服务器强大的数据处理能力，采用更复杂的模糊算法对地铁车站空调风系统、水系统进行更有效、精准的节能控制。有了精准控制既能为乘客提供更舒适的候车环境，也能节约更多的能源消耗。本发明通过WEB架构对节能数据进行丰富展示，为节能系统完善升级提供了广阔的平台。
附图说明
图1是本发明节能控制系统结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示，一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制系统，包括：城市轨道交通综合监控系统(ISCS系统)、PLC控制器、空调风系统和冷水系统、数据库以及节能系统工作站，ISCS系统通过PLC控制器采集空调风系统和冷水系统中的数据或向空调风系统和冷水系统下发控制命令；
数据库中周期性地存储一个断面数据：环境温湿度值、设备运行状态、节能策略计算出的频率、开度、出水温度设定值、焓值、冷负荷、模式、设备能耗等。
节能系统工作站采用WEB框架展示节能数据，分别以15分钟、1小时、1月为周期统计存储空调机组、回排风机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、冷水机组、冷水机房、系统耗能，方便不同时间段进行耗能对比分析；通过图表、饼图、柱图、曲线、报表等多种方式提供瞬时、历史节能系统所有涉及到数据的丰富多样的分析展示。
实施例2：
一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制方法，主要针对空调季地铁车站空调风系统、冷水系统进行风水联调的节能控制，包括以下步骤：
步骤1，根据实时采集的室外新风温湿度、室内站厅与站台空气温湿度环境数据进行室外新风焓值、室内站厅与站台空气焓值差计算，根据室外新风焓值、室内站厅与站台空气焓值差得到车站公共区域的通风空调系统控制模式，通过PLC控制器向空调风系统下发控制；
通过ISCS综合监控平台的configurator配置工具配置大系统新风温湿度、回风温湿度、混合风温湿度、送风温湿度，站厅站台温湿度、空调机组运行频率、回排风机运行频率，空调小系统各个区域回风温湿度、动态平衡阀开度、冷冻水泵运行频率、冷却水泵运行频率；
1)空气焓值i计算公式为：
i＝1.006*t+w*(2501+1.86*t)
式中，t表示空气温度，w表示单位质量干空气含湿量；
Figure GDA0003307657100000091
式中，p表示湿空气压力，为常数101325，pw表示水蒸气分压力；
Figure GDA0003307657100000092
式中，
Figure GDA0003307657100000093
表示空气相对湿度，pws表示在当前温度、压力下饱和水蒸气的分压力；
Figure GDA0003307657100000094
式中，T表示绝对温度，C8＝-5.8002206*103
C9＝1.3914993
C10＝-4.8640239*10-2
C11＝4.1764768*10-5
C12＝-1.4452093*10-8
C13＝6.5459673
2)计算室内外空气焓值差Δin
Δin＝W1*(i1-io1)+W2*(i2-io2)
式中，W1、W2分别表示计算室内外焓差的权重；
W1＝0.45
W2＝0.55
式中，i1、i2分别表示站厅、站台公共区域的空气焓值，该值分别由站厅、站台公共区域两端温湿度传感器(即回风温湿度环境数据)实时采集数据，通过加权平均后分别得到站厅、站台平均温湿度值，再利用1)中公式计算得到；
式中，io1表示站厅理想目标焓值，将温度30℃，湿度55％带入1)中计算得到；
式中，io2表示站台理想目标焓值，将温度28℃，湿度55％带入1)中计算得到；
3)计算新风焓值Iw
Iw表示新风焓值，将空调大系统两端新风温湿度传感器获取的温湿度值加权平均，再利用1)中公式计算得到。
4)根据新风焓值和焓值差，结合地铁设计院出具的BAS工艺图中的各个区域进行模式判断及下发控制。
当Iw≥63.47且Δin≤0时，得到小新风负偏差模式；
当Iw≥63.47且Δin＞0时，得到小新风正偏差模式；
当48.59≤Iw＜63.47且Δin≤0时,得到全新风负偏差模式；
当48.59≤Iw＜63.47且Δin＞0时,得到全新风正偏差模式；
当Iw＜48.59时,系统下发通风模式；
小新风负偏差模式表示打开小新风机及风阀，降低空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度升高接近站台温度；
小新风正偏差模式表示打开小新风机及风阀，升高空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度降低接近站台温度；
全新风负偏差模式表示关闭小新风机及风阀，降低空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度升高接近站台温度；
全新风正偏差模式关闭小新风机及风阀，升高空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度降低接近站台温度；
通风模式表示关闭小新风机及风阀，关闭动态平衡阀，空调机组、回排风机以固定频率运行。
通过以上模式下发控制，周期检测室内外环境变化，自动改变通风空调系统运行模式，从而优化设备运行组合，粗略实现设备运行状态调节，为后面精准调节提供数据基础。
步骤2，根据实时采集的站台温度，采用模糊控制算法计算大系统空调机组、回排风机设定频率及大、小系统末端动态平衡阀设定开度，通过网络将上述运算结果下发到PLC，进而控制对应的设备。
根据实时采集的站台温度，采用模糊控制算法计算大系统空调机组、回排风机设定频率及大、小系统末端动态平衡阀设定开度，具体过程包括：
1)计算站台温度与目标温度偏差ef，站台温度偏差变化量ecf；
站台温度与目标温度偏差ef基本论域取[-6,6]，站台温度偏差变化量ecf基本论域取[-6,6]，空调频率控制量、动态平衡阀开度u基本论域分别取[-15,15]、[-50,50]。
站台温度与目标温度偏差量化后为：
{ef}＝{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6}
站台温度偏差变化量量化后为：
{ecf}＝{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6}
输出控制(空调频率控制量、动态平衡阀开度u)量化后为：
{u}＝{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6}
其对应的语言值为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。
例如，-6，-5，-4归类为负大，表示负偏差量很大，-3,-2归类为负中，表示负偏差量较大，-1归类为负小，表示负偏差量较小；1归类为正小，表示正偏差量较小，2，3归类为正中，表示正偏差较大，4，5，6归类为正大，表示正偏差很大。对应ef、ecf模糊查询规则表中的值。
其中ef＝当前温度值-目标温度设定值；ecf＝本周期ef-上周期ef。
2)确定ef、ecf隶属度
当ef＜0时，lef1＝INT(ef)-ef,lef2＝1-lef1；
当ef≥0时，lef2＝ef-INT(ef),lef1＝1-lef2；
当ecf＜0时，lecf1＝INT(ecf)-ecf,lecf2＝1-lecf1；
当ecf≥0时，lecf2＝ecf-INT(ecf),lecf1＝1-lecf2；
其中，lef1、lef2表示隶属ef某个值程度的最大或最小值，lecf1、lecf2表示隶属ecf某个值程度的最大或最小值。
3)依据经验建立模糊控制规则表，表中的值表示空调机组、回排风机运行频率、动态平衡阀开度的经验模糊值；
ef、ecf模糊查询规则表如下：
Figure GDA0003307657100000131
4)基于模糊控制规则表计算模糊值；
采用模糊控制算法如下：
U＝lecf1*lef1*U(ecf_idx1,ef_idx1)+lecf1*lef2*U(ecf_idx1,ef_idx2)+lecf2*lef1*U(ecf_idx2,ef_idx1)+lecf2*lef2*U(ecf_idx2,ef_idx2)
式中，当ecf＜0时ecf_idx2＝INT(ecf)+MAX_ECF,ecf_idx1＝ecf_idx2-1；当ecf≥0时ecf_idx1＝INT(ecf)+MAX_ECF,ecf_idx2＝ecf_idx1-1；
式中，当ef＜0时ef_idx2＝INT(ef)+MAX_EF,ef_idx1＝ef_idx2-1；当ef≥0时ef_idx1＝INT(ef)+MAX_EF,ef_idx2＝ef_idx1-1；
式中，MAX_ECF为ecf的最大值6，MAX_EF为ef的最大值6；
U为空调机组、回排风机运行频率、动态平衡阀开度通过模糊化得到的模糊值，U(ecf_idx1,ef_idx1)表示按照ecf_idx1,ef_idx1查询模糊控制规则表得到的值；
U(ecf_idx1,ef_idx1)、U(ecf_idx1,ef_idx2)、U(ecf_idx2,ef_idx1)、U(ecf_idx2,ef_idx2)通过模糊控制规则表查询得到；
5)根据模糊值进行反模糊化计算，得到空调机组、回排风机运行频率，动态平衡阀开度精确控制值，然后通过网络下发到PLC控制改变空调机组、回排风机运行频率，大、小系统末端动态平衡阀开度；
反模糊算法如下：
当U≥0且To＞Td时，fout＝U*K*50+fout-1
vout＝U*K*100+vout-1
当U＜0且To＞Td时，fout＝U*50/K+fout-1
vout＝vout-1
当U≥0且To≤Td时，fout＝U*50+fout-1
vout＝vout-1
当U＜0且To≤Td时，fout＝fout-1
vout＝U/K*100+vout-1
式中，fout表示空调机组、回排风机运行频率，fout-1表示空调机组、回排风机上一次运行频率，vout表示动态平衡阀开度，vout-1表示动态平衡阀开度上一次的值，K为0.8的常数，To是通过送风口的温湿度传感器采集得到的送风温度；Td是露点温度，表示在空气中水汽含量不变，保持气压一定的情况下，使空气冷却达到饱和时的温度，实际也是水蒸气与水达到平衡状态的温度，该温度作为是否产生结露判断依据，Td计算通过下面公式计算得到：
Td＝C14+C15α+C16α2+C17α3+C18pw 0.1984
其中，α＝lnpw，pw为水蒸气分压力；
C14＝6.54
C15＝14.526
C16＝0.7389
C17＝0.09486
C18＝0.4569
计算出的fout、vout控制量以15分钟为周期，通过modbus协议直接发送给PLC，进而控制改变空调机组、回排风机运行频率，大、小系统末端动态平衡阀开度。通过频率、开度的精准控制使得公共区域、各设备区温度稳定在各自的设定温度附近，各个设备运行在高效状态；通过频率、开度的控制还能影响冷水系统提供的冷量，进而影响冷水系统的运行，从而达到真正的风水联动，实现空调风系统和水系统都运行在高效状态。
步骤3，通过计算冷水机组的负荷，控制冷水机组运行台数、设定冷冻水泵、冷却水泵频率、冷水机组出水温度。
1)冷水机组运行台数控制
冷水机组运行台数控制：包括系统启动、增加冷水机组、减少冷水机组三种情况。
系统启动时，至少保障一台冷水机组运行，如果系统检测到没有冷水机组运行，将从多台冷水机组中选择一台运行累计时间最短的一台开启。
增加冷水机组：
Q＝S*M*(T1-T2)
式中Q为冷负荷，S为常数4.2KJ/(kg.℃)，M为冷冻水总管供水流量，T1为冷冻水总管回水温度，T2为冷冻水总管供水温度。
当Q＞RateLoad(额定制冷量)×90％且Nrun＜Ntotal时开始投切计时Tadd，然后周期性进行检测，若在设定时间内(如30分钟)前述条件仍满足，则选择一台累计运行时间最小的冷水机组开启运行。
Nrun表示当前运行的冷水机组台数，Ntotal表示冷水机组台数的总数；
减少冷水机组：
利用Q计算公式，当Q＜RateLoad(额定制冷量)×75％且Nrun＞1时开始投切计时Tdec，然后周期性进行检测，若在设定时间内(如30分钟)前述条件仍满足，则选择一台累计运行时间最大的冷水机组关闭运行。
根据调节的目标温度及冷水机组的运行负荷，自动判断冷水机组的运行台数，通过冷水机组运行台数的改变达到节能或者尽快接近目标温度。
2)冷冻水泵、冷却水泵频率、冷水机组出水温度设定控制
计算空调系统末端动态平衡阀最大开度Vmax、最小开度Vmin、冷冻水总管供回水温差ΔT；期望的冷冻水总管供回水最大温差ΔTmax、最小温差ΔTmin；冷水机组出水设定温度最小Tset_min、出水设定温度最大Tset_max、冷水机组的出水温度Tset。
由上述变量，冷冻水泵、冷却水泵频率、出水温度设定调节步骤如下：
当80％≤Vmax≤90％时，则fcool＝fcool1、fcold＝fcold1；
当Vmax＞90％，ΔT＞ΔTmax时，则冷冻水总管供水流量不足，fcool＝fcool1(1+0.05)、fcold＝fcold1(1+0.05)；
当Vmax＜80％，ΔT＜ΔTmin时，则冷冻水总管供水流量过大，fcool＝fcool1(1-0.05)、fcold＝fcold1(1-0.05)；
当Vmax＞90％，ΔT＜ΔTmin，Tout＞Tset_min时，则冷水机组的水温过高，Tset＝Tset-0.25；
当Vmax＜80％，ΔT＞ΔTmin，Tout＜Tset_max时，则冷水机组的水温过低，Tset＝Tset+0.25；
其中，fcool表示冷却水泵频率，fcold表示冷冻水泵频率，fcool1表示上一次冷却水泵频率，fcold1表示上一次冷冻水泵频率；
上述计算得到运行频率、出水温度以1分钟为周期，通过modbus协议直接下发到PLC，分别控制冷冻水泵、冷却水泵的运行频率，冷水机组的出水温度，从而改变冷水提供的冷量，进而改变空调风系统的出风温度，最终达到地铁各个控制区域温度稳定在目标温度，各个控制设备高效运行。
本发明基于综合监控平台利用其丰富的数据及服务器强大的数据处理能力，采用更复杂的模糊算法对地铁车站空调风系统、水系统进行更有效、精准的节能控制，并通过WEB架构对节能数据进行丰富展示，为节能系统完善升级提供了数据支撑，节能效果具有可量化、可视化特点。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图中一个流程或多个流程和/或方框图中一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图中一个流程或多个流程和/或方框图中一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图中一个流程或多个流程和/或方框图中一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制方法，其特征在于，包括：
根据采集的室外新风温湿度、室内站厅与站台温湿度环境数据进行室外新风焓值、室内站厅与站台空气焓值差计算；
根据室外新风焓值、室内站厅与站台空气焓值差得到车站公共区域通风空调系统的新风控制模式，通过PLC控制器向车站公共区域通风空调系统下发控制模式；
根据采集的站台温度与目标温度，计算大系统空调机组、回排风机设定频率及大、小系统末端动态平衡阀设定开度，并下发到PLC控制器，控制对应的设备；
通过计算冷水机组的负荷，控制冷水机组运行台数、设定冷冻水泵、冷却水泵频率、冷水机组出水温度；
所述大系统为：车站公共区域通风空调系统，小系统为：车站设备管理用房通风空调系统；
所述车站公共区域通风空调系统的新风控制模包括小新风负偏差模式、小新风正偏差模式、全新风负偏差模式、全新风正偏差模式以及通风模式；
所述根据室外新风焓值、室内站厅与站台空气焓值差得到车站公共区域通风空调系统的新风控制模式包括：
当Iw≥63.47且Δin≤0时，得到小新风负偏差模式；
当Iw≥63.47且Δin＞0时，得到小新风正偏差模式；
当48.59≤Iw＜63.47且Δin≤0时，得到全新风负偏差模式；
当48.59≤Iw＜63.47且Δin＞0时，得到全新风正偏差模式；
当Iw＜48.59时，得到通风模式；
小新风负偏差模式表示打开小新风机及风阀，降低空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度升高接近站台温度；
小新风正偏差模式表示打开小新风机及风阀，升高空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度降低接近站台温度；
全新风负偏差模式表示关闭小新风机及风阀，降低空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度升高接近站台温度；
全新风正偏差模式表示关闭小新风机及风阀，升高空调机组、回排风机运行频率，使得站厅温度降低接近站台温度；
通风模式表示关闭小新风机及风阀，关闭动态平衡阀，空调机组、回排风机以固定频率运行；
Iw表示室外新风焓值，Δin表示室内站厅与站台空气焓值差。
2.根据权利要求1所述的一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制方法，其特征在于，根据采集的室外新风温湿度、室内站厅与站台温湿度环境数据进行室外新风焓值、室内站厅与站台空气焓值差计算，包括：
所述室内站厅与站台空气焓值差Δin为：
Δin＝W1*(i1-io1)+W2*(i2-io2)
式中，W1、W2分别表示计算室内站厅、站台焓差的权重；i1、i2分别表示站厅、站台公共区域的空气焓值，分别由站厅、站台公共区域两端温湿度传感器采集数据通过加权平均后，再利用空气焓值计算公式计算得到；io1表示站厅理想目标焓值；io2表示站台理想目标焓值。
3.根据权利要求2所述的一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制方法，其特征在于，室外空气焓值计算公式为：
i＝1.006*t+w*(2501+1.86*t)
式中，t表示空气温度，w表示单位质量干空气含湿量；
Figure FDA0003307657090000021
式中，p表示湿空气压力，pw表示水蒸气分压力；
Figure FDA0003307657090000022
式中，
Figure FDA0003307657090000023
表示空气相对湿度，pws表示在当前温度、压力下饱和水蒸气的分压力；
Figure FDA0003307657090000024
式中，T表示绝对温度，C8＝5.8002206*103
C9＝1.3914993
C10＝-4.8640239*10-2
C11＝4.1764768*10-5
C12＝-1.4452093*10-8
C13＝6.5459673。
4.根据权利要求1所述的一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制方法，其特征在于，根据采集的站台温度，采用模糊控制算法计算大系统空调机组、回排风机设定频率及大、小系统末端动态平衡阀设定开度，包括步骤：
计算站台温度与目标温度偏差ef，站台温度偏差变化量ecf，确定ef、ecf隶属度：
当ef＜0时，lef1＝INT(ef)-ef，lef2＝1-lef1；
当ef≥0时，lef2＝ef-INT(ef)，lef1＝1-lef2；
当ecf＜0时，lecf1＝INT(ecf)-ecf，lecf2＝1-lecf1；
当ecf≥0时，lecf2＝ecf-INT(ecf)，lecf1＝1-lecf2；
其中，lef1、lef2表示隶属ef某个值程度的最大或最小值，lecf1、lecf2表示隶属ecf某个值程度的最大或最小值；
基于预先建立的模糊控制规则表通过模糊化计算大系统空调机组、回排风机设定频率、大、小系统末端动态平衡阀设定开度的模糊值U；
U＝lecf1*lef1*U(ecf_idx1，ef_idx1)+lecf1*lef2*U(ecf_idx1，ef_idx2)+lecf2*lef1*U(ecf_idx2，ef_idx1)+lecf2*lef2*U(ecf_idx2，ef_idx2)
式中，当ecf＜0时ecf_idx2＝INT(ecf)+MAX_ECF，ecf_idx1＝ecf_idx2-1；当ecf≥0时ecf_idx1＝INT(ecf)+MAX_ECF，ecf_idx2＝ecf_idx1-1；
当ef＜0时ef_idx2＝INT(ef)+MAX_EF，ef_idx1＝ef_idx2-1；当ef≥0时ef_idx1＝INT(ef)+MAX_EF，ef_idx2＝ef_idx1-1；
MAX_ECF为ecf的最大值为6，MAX_EF为ef的最大值为6；
U(ecf_idx1，ef_idx1)、U(ecf_idx1，ef_idx2)、U(ecf_idx2，ef_idx1)、U(ecf_idx2，ef_idx2)通过模糊控制规则表查询得到；
根据模糊值进行反模糊化计算，得到大系统空调机组、回排风机设定频率，大、小系统末端动态平衡阀设定开度精确控制值；
当U≥0且To＞Td时，fout＝U*K*50+fout-1
vout＝U*K*100+vout-1
当U＜0且To＞Td时，fout＝U*50/K+fout-1
vout＝vout-1
当U≥0且To≤Td时，fout＝U*50+fout-1
vout＝vout-1
当U＜0且To≤Td时，fout＝fout-1
vout＝U/K*100+vout-1
式中，fout表示大系统空调机组、回排风机设定频率，fout-1表示空调机组、回排风机上一次运行频率，vout表示大、小系统末端动态平衡阀设定开度，vout-1表示动态平衡阀开度上一次的值，K表示常数，To是通过送风口的温湿度传感器采集得到的送风温度；Td是露点温度。
5.根据权利要求4所述的一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制方法，其特征在于，露点温度Td计算公式为：
Td＝C14+C15α+C16α2+C17α3+C18pw 0.1984
其中，α＝lnpw，Pw为水蒸气分压力；
C14＝6.54
C15＝14.526
C16＝0.7389
C17＝0.09486
C18＝0.4569。
6.根据权利要求1所述的一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制方法，其特征在于，通过计算冷水机组的负荷，控制冷水机组运行台数、设定冷冻水泵、冷却水泵频率、冷水机组出水温度，包括：
冷水机组运行台数控制：
Q＝S*M*(T1-T2)
式中，Q为冷负荷，S为常数，M为冷冻水总管供水流量，T1为冷冻水总管回水温度，T2为冷冻水总管供水温度；
当Q＞RateLoad×90％且Nrun＜Ntotal时开始投切计时Tadd，周期性进行检测，若在设定时间内前述条件仍满足，则选择一台累计运行时间最小的冷水机组开启运行；Nrun表示当前运行的冷水机组台数，Ntotal表示冷水机组台数的总数；RateLoad表示额定制冷量；
当Q＜RateLoad×75％且Nrun＞1时开始投切计时Tdec，周期性进行检测，若在设定时间内前述条件仍满足，则选择一台累计运行时间最大的冷水机组关闭运行；
冷冻水泵、冷却水泵频率、冷水机组出水温度设定控制：
计算空调系统末端动态平衡阀最大开度Vmax、最小开度Vmin、冷冻水总管供回水温差ΔT；期望的冷冻水总管供回水最大温差ΔTmax、最小温差ΔTmin；冷水机组出水设定温度最小Tset_min、出水设定温度最大Tset_max、冷水机组的出水温度Tset；
当80％≤Vmax≤90％时，则fcool＝fcool1、fcold＝fcold1；
当Vmax＞90％，ΔT＞ΔTmax时，则fcool＝fcool1(1+0.05)、fcold＝fcold1(1+0.05)；
当Vmax＜80％，ΔT＜ΔTmin时，则fcool＝fcool1(1-0.05)、fcold＝fcold1(1-0.05)；
当Vmax＞90％，ΔT＜ΔTmin，Tout＞Tset_min时，则Tset＝Tset-0.25；
当Vmax＜80％，ΔT＞ΔTmin，Tout＜Tset_max时，则Tset＝Tset+0.25；
其中，fcool表示冷却水泵频率，fcold表示冷冻水泵频率，fcool1表示上一次冷却水泵频率，fcold1表示上一次冷冻水泵频率。
7.一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制系统，其特征在于，所述一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制系统采用如权利要求1～6任意一项权利要求所述的一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制方法，所述系统包括：
城市轨道交通综合监控系统ISCS、PLC控制器、空调风系统和冷水系统、数据库以及节能系统工作站，ISCS系统通过PLC控制器采集空调风系统和冷水系统中的数据或向空调风系统和冷水系统下发控制命令；
数据库用于存储节能控制中的采集和计算的数据；
节能系统工作站用于基于WEB框架显示节能系统中的数据。
8.根据权利要求7所述的一种基于ISCS的地铁车站通风空调节能控制系统，其特征在于，所述节能控制中的采集和计算的数据包括：环境温湿度值、设备运行状态、运行频率、阀开度、出水温度设定值、空气焓值、冷负荷和/或设备能耗。
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