CN1375665A

CN1375665A - 一种中央空调智能节能系统

Info

Publication number: CN1375665A
Application number: CN 01107645
Authority: CN
Inventors: 郁滨; 张昊; 段鑫
Original assignee: AUTOMATION ENGINEERING R&M CENTER GUANGDONG ACADEMY OF SCIENCES
Current assignee: AUTOMATION ENGINEERING R&M CENTER GUANGDONG ACADEMY OF SCIENCES
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2002-10-23
Anticipated expiration: 2021-03-20
Also published as: CN1117951C

Abstract

一种中央空调智能节能控制系统,以具有可编程特性的可编程控制器为核心,通过各传感器检测中央空调系统中的水温和空气温湿度的变化,由存放在可编程控制器中的中央空调专家经验知识库及控制程序,通过对环境参数和系统状态进行分析、判断、处理,无级调节冷冻水量、冷却水量和冷却塔风机的转速,使整个中央空调系统在高效率状态下运行,实现最大限度的节能。

Description

一种中央空调智能节能系统

本发明涉及一种中央空调节能控制系统。

中央空调节能系统已有大量研究、应用，但目前均处于对硬件控制线路的修改，即使是应用变频器，也仅仅是实现了风机、水泵的软启、停控制，没有实现全系统的整体配合运行和无级调节，CN2331900Y所公开的就是这种装置。

本发明的目的是提供一种能使中央空调系统中的水泵、风机、冷冻机组处于最佳组合运行状态，以实现整个中央空调系统最大限度的节能的智能系统。

本发明所采用技术方案：包括中央空调系统各相关设备：压缩主机组(8)、冷冻泵组(71)、冷却泵组(72)、冷却塔组(73)，其特征在于还包括：

1)、一个可编程控制器(1)；

2)、检测环境参数的输入设备(11)，该输入设备通过模拟量输入模块(2)与可编程控制器(1)连通；

3)、检测系统参数的输入设备(12)，该输入设备通过模拟量输入模块(3)与可编程控制器(1)连通；

4)、分别控制冷冻泵组、冷却泵组和冷却塔组(71、72、73)的电动机组转速的变频器(51、52、53)，所说的各变频器的输入端通过模拟量输出模块(10)与可编程控制器(1)连通，各变频器的输出端通过各对应的切换装置(61、62、63)连接到所控制的冷冻泵组、冷却泵组和冷却塔组；

所说的切换装置(61、62、63)的控制端通过开关量输出模块(13)与可编程控制器(1)连通；

所说的可编程控制器(1)还通过开关量输入模块(4)与压缩主机(8)、冷冻泵组(71)、冷却泵组(72)、冷却塔组(73)的开关量输出触点连通以检测各相关设备的系统工作状态；

所说的压缩主机(8)的输入端通过开关量输出模块(9)与可编程控制器(1)连通；

所说的可编程控制器(1)内部存储有中央空调系统运行的专家经验知识库和控制程序，该控制程序执行如下步骤：

1)初始化系统，实时采集环境参数与系统参数；

2)开/关主机：

a、如需要开主机，则执行开压缩机子程序；

b、如需要关主机，则执行关压缩机子程序；

3)如果不需要开主机或关主机，则执行计算冷冻、冷却变频器输出频率

的子程序，变频器输出频率的计算采用基于专家知识的模糊推理、运

算过程；

4)执行开/关冷冻、冷却泵子程序：当变频器频率超过规定上限，则加开

一台泵，如果泵已全开，则告警；当变频器频率低于规定下限时，则

在运行泵台数多于一台或无运行主机的条件下关闭一台泵，否则返回

主程序；当变频器频率介于规定上下限频率之间时，输出频率并返回

主程序。

本发明以具有可编程特性的可编程控制器为核心，通过各传感器捡测中央空调系统中的水温和空气温湿度的变化，由存放在可编程控制器中的中央空调专家经验知识库及控制程序，对环境参数和系统状态进行分析、判断、处理，对冷冻水量、冷却水量和冷却塔风机的转速进行无级调节，使整个系统协调工作，能有效地自动适应系统冷负荷的变化，使空调系统提供的冷煤与建筑物的冷负荷达到动态的、实时的平衡，使系统在高效率状态下运行，实现最大限度的节能。

图1为本发明的主要硬件连接示意图；

图2为本发明主控程序流程图；

图3为本发明开压缩机子程序流程图；

图4为本发明关压缩机子程序流程图；

图5为本发明计算变频器频率子程序流程图；

图6为本发明开/关泵子程序流程图。

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步的详细说明：

本发明是以中央空调控制系统的可编程控制进行构思的，通过计算机编程，实现智能控制策略与算法。

根据中央空调系统的功能和本发明节能的要求，本实施例要完成以下任务：

1)根据环境温湿度及冷冻出回水温度，确定压缩机开机台数；

2)根据冷冻进出水温度决定冷冻水流量，确定冷冻泵开机台数及变频运行

的冷冻泵的运行频率；

3)根据冷却进出水温度，决定冷却水流量，进而确定冷却泵、冷却塔开机

台数及冷却变频器输出频率。

上述三个任务是相互关联的。例如：开压缩机的前提条件就是至少有一台冷冻泵在运行，而压缩机、冷冻泵的运行条件为冷却泵至少有一台在运行，相应地，冷却塔也要运行等。

本实施例的主要电路结构框图如图1所示。图中：可编程控制器1为本系统实现智能控制的核心设备，检测室内温度、湿度，室外温度、湿度等环境参数的输入设备11通过模拟量输入模块2与可编程控制器1连通；检测冷冻出、回水水温，冷却出、回水水温，冷冻出水水压等系统参数的输入设备12通过模拟量输入模块3与可编程控制器1连通；检测压缩主机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔起、停状态，变频状态等系统状态通过开关量输入模块4与可编程控制器1连通；分别控制冷冻泵、冷却泵和冷却塔的变频器51、52、53通过模拟量输出模块10与可编程控制器1连通；切换装置61、62、63通过开关量输出模块13与可编程控制器1连通，用于实现一台变频器控制一组电动机组的功能，71、72、73分别为冷冻泵组、冷却泵组、冷却塔组的电动机组。压缩主机组8经由开关量输出模块9与可编程控制器1连通实现开关控制。

图2为本实施例的主控程序流程图，用以实现本发明的算法控制策略。该控制策略可在无人干预的情况下，通过采集环境参数和系统运行状态，运用基于专家经验知识的模糊推理技术，自动实现中央空调系统的最佳运行。具体描述如下：启动系统后，将整个系统进行初始化(例如步骤100)，然后开始采集环境及系统状态和参数，根据采集的参数，判断是否需要开主机或关主机。若需开或关主机，则执行加开/关闭一台主机子程序(例如步骤104)，然后返回主程序；若不需开或关主机，则执行计算冷冻、冷却变频率子程序(例如步骤105)，变频器输出频率的计算采用模糊推理方法。当输入的频率大于频率上限或小于低限频率时，就需要加开或减少一台泵，进入开/关冷冻、冷却泵子程序(例如步骤106)。若需要开或关泵，则执行开关冷冻、冷却泵子程序，否则返回主程序。

基于上述的控制策略、控制算法和三个基本任务，其子程序可以采用如下方法实现：

在启动步骤100之后，步骤101将整个系统初始化，初始化包括①将压缩主机、冷冻水泵、冷却水泵，冷却塔排队，以实现轮流开机，延长机器使用寿命，本发明采取先开先关策略，②启动一台冷却泵变频运行在40Hz，一台冷冻泵变频运行在40Hz，使整个系统水流动起来，均匀管内水温。③延时10分钟，准备采集环境及系统参数。④至此初始化完毕。

步骤104的详细流程如图(3)，(4)。图(3)为开主机的流程图，描述如下：201如果主机已经全开仍需开主机，表明建筑物负荷过大，系统过载，则告警202，一个潜在的问题是可能有一台压缩主机损坏；否则到203判断前一台主机投入运行时间是否超过20分钟，减少系统过冲，如果超过预定时间，则表明建筑物冷负荷很大，运行步骤204。图(4)是关主机的流程图，描述如下：关机的顺序是在运行的压缩主机中，先关闭最早运行的那一台主机，或者说先关闭运行时间最长的那一台主机，其操作过程与开机正好相反。

步骤105的内容非常丰富，是本发明的重要组成部分。将冷煤通过冷冻水的流动最大效率的送出去是节能的关键问题之一，根据理论指导，功率与电机频率的平方成正比，即如果由工频下降到40Hz，则电机功率将下降36％。本发明应用专家经验及模糊控制方法，无级调节器节变频器的输出频率以控制水泵的输出功率，使达到冷煤与建筑冷负荷的平衡，从而实现最大限度的节能。

步骤105的详细框图如图(5)所示。

步骤401是实现对实时数据的模糊化过程，由于专家经验规则在描述上是模糊的，并不是一个非常明确的结果，例如规则“如果当前冷冻回水温度偏高，且，上次冷冻回水温度很高，则适当减少变频器输出频率”。其中，“偏高”，“很高”，“适当”均为模糊语言，为了应用这类人类专家的经验知识，必须将所用的实时数据进行模糊化，本发明中的实时数据为冷冻进、出水温，冷却进出水温。因为冷冻循环与冷却循环几乎是相同的过程，故以冷冻为例进行说明。

步骤401中的模糊化方法采用成熟，简单的三角型模糊化方法，步骤402的模糊推理采用滤波能力较强的重心法，步骤403是根据中央空调领域专家的经验，咨询及现场数据的统计而总结得出的、表达在计算机内部的一组可用于模糊推理更换规则。

步骤404根据步骤402推出的模糊结论，采用棒型反模糊化方法，得出最终需要的当前冷冻泵的频率，由模拟量输出设备输出给冷冻变频器，也就是冷冻变频器的输出，从而控制冷冻泵的转速，从而控制冷冻水的流量。

步骤105中关于冷却变频器的频率输出控制与冷冻变频器类同。

当推理输出的频率大于频率上限(本发明为工频)或小于低限频率(本发明设为30Hz)时，就需要加开或减少一台泵，从而进入步骤106。

步骤106的描述仍以冷冻泵组为例描述，如图6所示。

当步骤105计算出的冷冻变频器的输出频率超过上限或低于下限时，进入步骤500，如果冷冻变频器频率超过频率上限，则应加开一台冷冻泵508，如果冷冻泵已经全开还要加开，则报警509，说明系统有故障。加开一台冷冻泵的条件之一是启动最先停止的那一台以实现轮流并将变频在40Hz运行，或者是停止时间最长的一台，以达到延长设备寿命。

反之，当计算出的频率低于下限502时，则要停止一台冷冻泵505，停止逻辑可以简单处理为将最早开启的冷冻泵关闭时，一定要首先判断压缩机是否运行504，根据工艺条件，如果有压缩主机处于工作状态504，则至少要保证一台冷冻泵在运行503，否则将发生事故。因此，在压缩主机，冷冻泵，冷却塔之间的联锁关系上，一定要参照中央空调系统之详细说明，从中得到逻辑关系，这也可以作为规则放入规则库，但这条规则是明晰的，强制性的，必须无条件服从。

步骤107是一步简单的开关量输出控制。

总之，所说明和显示的是一个可编程控制器为核心，配合相应的外图电路及设备，该系统适用于中央空调系统的节能运行控制。根据本发明所述的专家经验及模糊推理，实现中央空调系统的最佳运行，本发明的最佳实例已被阐明。由本领域的普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims

1.一种中央空调智能节能控制系统，包括中央空调系统各相关设备：压缩主机组(8)、冷冻泵组(71)、冷却泵组(72)、冷却塔组(73)，其特征在于还包括：

1)、一个可编程控制器(1)；

1)、初始化系统，实时采集环境参数与系统参数；

2)、开/关主机：

a、如需要开主机，则执行开压缩机子程序；

b、如需要关主机，则执行关压缩机子程序；

3)、如果不需要开主机或关主机，则执行计算冷冻、冷却变频器输出频率的子程序，变频器输出频率的计算采用基于专家知识的模糊推理、运算过程；

4)、执行开/关冷冻、冷却泵子程序：当变频器频率超过规定上限，则加开一台泵，如果泵已全开，则告警；当变频器频率低于规定下限时，则在运行泵台数多于一台或无运行主机的条件下关闭一台泵，否则返回主程序；当变频器频率介于规定上下限频率之间时，输出频率并返回主程序。

2.根据权利要求1所述的中央空调智能节能控制系统，其特征在于所说的可编程控制器(1)包括一个微处理器和E²PROM存储器，该微处理器及E²PROM存储着所说的中央空调系统运行的专家经验知识库和控制程序。

3.根据权利要求1所述的中央空调智能节能控制系统，其特征在于所说的中央空调系统运行的专家经验知识库为表达在计算机内部的一组可用于模糊推理更换的规则。