CN200953100Y - 带有负反馈的地铁空调控制系统 - Google Patents

Abstract

一种带有负反馈的地铁空调控制系统，包括控制器和执行装置，温湿度信号依次经过控制器、执行装置输出到站台站厅，该系统还包括温湿度采集器，该温湿度采集器安装于站台站厅内，将采集到的温湿度信号反馈回所述控制器的输入端。本实用新型实现了地铁站台站厅内温湿度的连续、实时控制，实现了地铁空调通风系统的低能耗、低噪音、低磨损、高效率。

Description

带有负反馈的地铁空调控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种空调通风控制系统，尤其涉及一种地铁空调通风控制系统。

背景技术

地铁机电设备系统是大量消耗电能的系统，深圳地铁每年约耗电1亿千瓦时以上，据不完全统计，2005年深圳市全年总耗电量3000亿千瓦时左右，而地铁车站用空调系统的平均每公里年耗电500万千瓦时以上，深圳21.8公里地铁是全市总用电量的三千分之一。地铁的直接成本近40％是电费，而其中50％以上是空调系统的消耗。从目前国内外地铁车站环控大系统的设计模式来看，大都采用开环控制系统，如图1所示，地铁空调系统的温湿度信号通过控制器3输出给执行对象1，该执行对象1的输出直接到达站台站厅2，这样的开环控制系统，会存在以下问题：

1、不节约能源：控制器3无法根据站台站厅内实际的温湿度状况来实时调整站台站厅内的实际温湿度，即便是站台站厅内的时间温湿度已经很低，所述地铁空调控制系统仍然会继续制冷、继续抽湿。浪费能源。

2、噪音高、磨损大、效率低：由于空调控制系统一直都处于制冷、抽湿或者加湿的工作状态，因此导致地铁环控空调通风系统一直处于高能耗、高噪音、高磨损、低效率的运行状态，加重了地铁运营成本，尤其在实际运行当中由于地铁近、远期客流的巨大差异，初期设备容量冗余大，加重运营成本，能源浪费严重。

发明内容

为了改善上述地铁环控空调通风系统中的不足，本实用新型提供了一种低能耗、低噪音、低磨损、高效率的带有负反馈的地铁空调控制系统。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种带有负反馈的地铁空调控制系统，包括控制器和执行装置，温湿度信号依次经过控制器、执行装置输出到站台站厅，该系统还包括温湿度采集器，该温湿度采集器安装于站台站厅内，将采集到的温湿度信号反馈回所述控制器的输入端。

作为进一步改进，所述执行装置除了包括空调机组送风机和回排风机，还包括有连接所述空调机组送风机和控制器的用于调节所述空调机组送风机的电机频率的第一变频器、连接所述回排风机和控制器的用于调节所述回排风机的电机频率的第二变频器和连接在所述站台站厅和控制器之间的用于调节湿度和温度的空调机组回水管的电动二通阀。

该系统通过安装在地铁站台站厅内的多个温湿度采集器将所得到的温湿度信号反馈给控制器，控制器根据地铁客流量、室内温湿度的变化情况以及设定的需求温湿度，分别输出温度调节信号给第一变频器和第二变频器，通过第一变频器控制空调机组送风机电机的运转频率来控制送风温度，通过第二变频器调节回排风机电机的运转频率来控制回风温度。控制器输出湿度调节信号给空调机组回水管的电动二通阀，通过控制该阀的开度来控制送风湿度。

当回风温度等于设定值时，空调机组送风机电机频率和回排风机电机频率保持不变；当回风温度高于设定值时，空调机组送风机电机频率和回排风机电机频率增大，增加冷风量，使站台站厅温度降低；当回风温度低于设定值时，空调机组送风机电机频率和回排风机电机频率减小，减少冷风量，使站台站厅温度升高。

同理，当回风湿度等于设定值时，空调机组回水管电动二通阀的开度保持不变；当回风湿度高于设定值时，空调机组回水管电动二通阀的开度增大，增加冷冻水供给量，在降低送风温度的同时降低送风湿度；当回风湿度低于设定值时，空调机组回水管电动二通阀的开度减小，减少冷冻水供给量，在提高送风温度的同时提高送风湿度。

作为更进一步改进，所述第一变频器和第二变频器为风机变频器。

作为进一步改进，所述控制器为计算机自动控制器。

本实用新型所述的第一变频器和第二变频器采用风机变频器，该风机变频器一改以往普通电机只能以定速方式运行的模式，通过改变电机工作电源频率而改变电机的转速，使得电机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照工艺要求调整转速输出，从而降低了电功消耗，保障了系统的高效运行。

可见，本实用新型通过闭环反馈，实现了地铁站台站厅内温湿度的连续、实时控制，改变了地铁现有技术的控制模式，本实用新型进一步使用了变频器，实现了地铁空调通风系统的低能耗、低噪音、低磨损、高效率。

附图说明

图1是现有技术中地铁空调控制系统方框图；

图2是本实用新型带有反馈的地铁空调控制系统示意图；

图3是本实用新型系统方框图；

图4是一实施例系统控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

地铁车站公共区包括站台和站厅，由于站台和站厅相互连通，可将整个车站公共区当作一个房间进行调节控制。

地铁车站内公共区空调通风系统包括车站两端的新风机、空调机组和回排风机，在车站的每一端设有一台新风机、两台空调机组和两台回排风机。

如图2、图3所示，在地铁站台站厅20内的不同部位安装12套温湿度采集器40，该温湿度采集器采集到的数据反馈回控制器30内进行加权平均后作为车站公共区环境温度湿度的实测值，控制器30根据该实测值、地铁客流量以及设定的需求温湿度值进行比较、运算，并将结果输出给相应的执行装置10，该执行装置执行相应的指令并按照该指令调节站台站厅内的温湿度，实现站台站厅温湿度的自动调节。所述执行装置包括：空调机组送风机11、回排风机12、用于调节空调机组送风机11电机频率的第一变频器13和用于调节回排风机12电机频率的第二变频器14以及用于调节站台站厅湿度的空调机组回水管的电动二通阀15。所述第一变频器13和第二变频器14为风机变频器。

控制器30为计算机自动控制器，该控制器分别输出温度调节信号给第一变频器13和第二变频器14，通过第一变频器13来控制空调机组送风机11电机的运转频率以控制送风温度，通过第二变频器14调节回排风机12电机的运转频率以控制回风温度；控制器30输出湿度调节信号给空调机组回水管电动二通阀15，通过控制该阀的开度来控制送风湿度。

当回风温度等于设定值时，空调机组送风机11的电机频率和回排风机12的电机频率保持不变；当回风温度高于设定值时，空调机组送风机11的电机频率和回排风机12的电机频率增大，增加冷风量，使站台站厅20的温度降低；当回风温度低于设定值时，空调机组送风机11的电机频率和回排风机12的电机频率减小，减少冷风量，使站台站厅20的温度升高。

同理，当回风湿度等于设定值时，空调机组回水管电动二通阀15的开度保持不变；当回风湿度高于设定值时，空调机组回水管电动二通阀15的开度增大，增加冷冻水供给量，在降低送风温度的同时降低送风湿度；当回风湿度低于设定值时，空调机组回水管电动二通阀15的开度减小，减少冷冻水供给量，在提高送风温度的同时提高送风湿度。

由于空调机组送风机和回排风机都带有风机变频器，同时本实用新型又采用了闭环反馈控制系统，所以本实用新型达到了节能、低功耗、降低噪音、减少器件磨损、提高系统运行效率的目的。

如图4所示为一实施例系统控制流程图，由于站厅和站台调节的空间范围很大，而且是上下分层的，不利于冷量迅速扩散，导致调节大滞后，而且，干扰因素很多，例如，调节对象是一个大开间，车站出入口对室内的扰动很大；站内人流量不定，因此人体散热也是一个很大的扰动。站台和站厅作为一个调节对象，以站台为基准进行调节；

其中，PID1频率调节回路(频率调节)；

SP1＝26站台温度设定值：PID1回路调节设定值；

PV1＝站台温度检测值；

PID1过程变量站台温度检测反馈值；

PID2送风温度调节回路(二通阀开度调节)；

SP2＝16送风温度设定值；

PID2回路调节设定值；

PV2＝送风温度检测值：过程变量送风温度检测反馈值；

PID3定风量站台温度调节回路(二通阀开度调节)；

SP3＝26站台温度设定值；

PID3回路调节设定值；

PV3＝站台温度检测值；

PID3过程变量站台温度检测反馈值；

T1＝站台温度检测值；

T2＝送风温度检测值；

F＝变频器输出频率；

V＝二通阀开度；

t1＝风机运行频率不大于25Hz的持续时间；

t3＝送风温度小于16℃的持续时间；

当PID2自动调节投入运行时：PID1和PID2自动调节停止；PID3调节输出值在PID2输出值基础上进行调节；

当PID2自动调节投入运行时：PID3自动调节停止；PID2调节输出值在PID3输出值基础上进行调节；

其中，变频器工作频率的设定：将空调机和排风机变频器最低运行频率设定为25Hz，最高运行频率设定为50Hz。

车站负荷在正常范围内变化时，正常状态下为保证送风温度达到设定值SP2，以送风温度调节回路的PID2调节冷水二通阀的开度值，来保证送风温度稳定在设定值SP2；

当车站内负荷发生变化引起车站公共区内温度升高，为满足站台公共区温度满足设定值SP1，需要频率调节回路PID1进行频率调节，增加风机运行频率加大公共区冷量的供应，从而达到降低公共区温度的目的，但随着空调风机频率的升高，风机运行速度的加快，送风风量的增大会导致送风温度的升高，需要送风温度调节回路PID2加大二通调节阀的开度加大冷水的供应量来保证送风温度的恒定；

当车站负荷变化引起车站公共区内温度降低，为满足站台公共区温度满足设定值SP1，需要频率调节回路PID1进行频率调节，降低风机运行频率减小公共区冷量的供应，从而达到降低公共区温度的目的，但随着空调风机频率的降低，风机运行速度的减慢，送风量的减少会导致送风温度的降低，需要送风温度调节回路PID2减小二通调节阀的开度减少冷水的供应量来保证送风温度的恒定。

对于车站负荷较低的情况：当车站公共区所需负荷较低时，由于送风温度保持一定，此时需频率调节回路对空调机运行频率进行调解，降低空调机运行频率，减少向车站内冷量的供应，随着空调机送风量的减少，送风温度随之降低，送风温度调节回路将减小冷水阀的开度，当空调机的运行频率降到变频器最低运行频率时，冷水阀的开度将保持恒定，此时送入车站内的冷量基本保持恒定，如此时车站公共区内所需负荷仍然较低，随着空调风机的运行公共区温度会逐渐降低，公共区温度与设定温度的差值会逐渐增加，此时频率调节回路和送风温度调节回路已处于无调节状态，不能满足车站公共区设定值的需求，针对此种工况调节方式如下：

当公共区温度检测值T1小于设定值SP1时，且频率调节回路PID1输出的频率等于空调机的最低运行频率时，停止频率调节回路PID1的调节，同时启动计时器t1，当计时器t1计时时间大于30分钟(此时间可根据实际状况进行设置)，公共区温度检测值T1仍小于设定值SP1，停止送风温度PID2的回路调节，启用公共区温度调节回路PID3。此时空调机以最低频率运行，不考虑送风温度调节，以公共区温度为调节对象，利用PID3对冷水二通调节阀进行开度调节，为使公共区温度达到设定值SP3，PID3调节回路将对二通调节阀开度进行调小来满足设定要求。在PID2停止，PID3进行调节过程中，当送风温度小于设定值时，启动计时器t3，当计时器计时时间大于30分钟(此时间可根据实际状况进行设置)，送风温度仍小于设定值时，停止公共区温度调节回路PID3，同时启动频率调节回路PID1和送温度PID2的回路调节，恢复正常频率和送风温度的调节，来满足公共区温度的设定值；

在停止送温度PID2回路调节启用PID3回路调节时，PID3回路调节的输出应跟随PID2调节的输出值，在禁止PID3回路调节启用PID2回路调节时，PID2回路调节的输出应跟随PID3回路调节的输出值，以保证二通阀在调节转换时的无扰切换。

对于车站负荷较高的情况：当车站公共区所需负荷较高时，由于送风温度保持一定，此时需频率调节回路对空调机运行频率进行调解，提高空调机运行频率，增加向车站内冷量的供应，随着空调机送风量的增加，送风温度随之升高，送风温度调节回路将增大冷水阀的开度，来保证送风温度达到设定值，当空调机的运行频率达到变频器最高运行频率时，此时送风量达到最大值，为保证车站内公共区温度达到设定值的要求，需要送风温度调节回路调节冷水阀的开度保正送风温度的设定值来满足公共区设定温度的要求。因此送风温度的设定值越低越有利于满足公共区设定值的要求，如考虑环境的舒适性，送风温度的设定值应不低于16℃。如果送风温度设定值偏高，当空调机运行频率达到最大运行频率时，为保证送风温度满足设定值的要求，冷水阀的开度将保持恒定，此时送入车站内的冷量基本保持恒定，如此时车站公共区内所需负荷仍然较大，随着空调风机的运行公共区温度会逐渐升高，公共区温度与设定温度的差值会逐渐增大，此时频率调节回路和送风温度调节回路已处于无调节状态，不能满足车站公共区设定值的需求；

当空调风机运行在最大频率时，冷水二通阀全开送风温度等于冷水所能提供的最低温度时，此时是车站空调通风系统所能提供的最大冷负荷。在空调通风系统设计时，都流有富裕的余量，一般不会出现车站所需的最大负荷等于或超过车站空调通风系统所能提供的最大冷负荷。

对于系统开始运行时的情况：地铁车站公共区空调通风系统随地铁运营的结束停止运行，在地铁运营开始时刻车站公共区空调通风系统将开始运行，由于车站空调通风系统的停止运行，车站内的温度将会上升，在系统运行后为减小超调缩短调节时间使系统快速稳定，在系统运行开始时刻，将公共区温度与设定值进行比较，当公共区温度检测反馈值大于设定值时，禁止频率PID1和送风温度PID2回路的调节，使空调风机的运行频率和二通阀的开度值达到最大值，当公共区温度检测反馈值等于设定值时，启用频率调节PID1和送风温度调节PID2，对空调风机和阀的开度进行调节，此时的频率调节PID1和送风温度调节PID2在前一天停止的基础上进行调节。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1、一种带有负反馈的地铁空调控制系统，包括控制器(30)和执行装置(10)，温湿度信号依次经过控制器(30)、执行装置(10)输出到站台站厅(20)，其特征在于，该系统还包括温湿度采集器(40)，该温湿度采集器安装于站台站厅(20)内，将采集到的温湿度信号反馈回所述控制器(30)的输入端。

2、根据权利要求1所述的带有负反馈的地铁空调控制系统，其特征在于，所述执行装置(10)除了包括空调机组送风机(11)和回排风机(12)，还包括有连接所述空调机组送风机(11)和控制器(30)的用于调节所述空调机组送风机的电机频率的第一变频器(13)、连接所述回排风机(12)和控制器(30)的用于调节所述回排风机的电机频率的第二变频器(14)和连接在所述站台站厅和控制器之间的用于调节湿度和温度的空调机组回水管的电动二通阀(15)。

3、根据权利要求2所述的带有负反馈的地铁空调控制系统，其特征在于，所述第一变频器(13)和第二变频器(14)为风机变频器。

4、根据权利要求1所述的带有负反馈的地铁空调控制系统，其特征在于，所述控制器(30)为计算机自动控制器。

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