CN208025747U - 中央空调水系统变流量主动节能自控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了中央空调水系统变流量主动节能自控系统，包括整体系统控制柜，所述整体系统控制柜包括冷水机组控制柜、总控PLC柜和车间分控PLC柜，冷水机组控制柜和总控PLC柜经由缆线连接，总控PLC柜通过缆线连接各车间分控PLC柜，各车间分控PLC柜并联连接到对应车间的温控风机。通过PLC智能装置完成对整个系统的各点冷水机组水系统流量控制及对应位置的温控风机的启停控制，完成自适应温度的调整，实现智能因需供给，充分利用系统内能耗的转换，提高能耗利用率，有效降低中间环节能耗的浪费，各车间分控PLC柜并联连接到对应车间的温控风机，实现对分车间的每个温控风机的启停控制，温控效果直接高效，节省能耗。

Description

中央空调水系统变流量主动节能自控系统

技术领域

本实用新型涉及中央空调水系统变流量主动节能自控系统。

背景技术

本工程背景技术为水系统集中式中央空调或半集中式中央空调一般其系统运行结构比较大，内部水容量大，系统大而不节能，再加上系统运行时时滞性大，耦合性强等特点。要做到精准的局部使用和控制是比较困难。尤其对高大厂房所涉空调系统供冷(热)时的节能尤为困难。

本案厂房是大空间建筑物，平方面积大、垂直空间高，空调设备能量消耗几乎占整个建筑的绝大部分，特别是循环水泵、空调箱机组和空调冷冻机系统，如何使这些设备高效运行，是空调自控系统必须考虑的问题。针对本项目的实际情况，结合我们工程自控系统经验，采用最优化的控制模式来满足建筑的功能要求，为建筑物带来较大的经济效益，因此本设计方案采用了“主动节能”的控制策略：

本案可根据每个车间的生产工艺需求，对每一个车间或车间内的每一跨区域内的系统制冷(热)进行按需节能调节。整个空调系统及自动控制系统配合根据各车间内的工艺需求自动输出下游所需的能量。从而得到整个车间空调系统的节能运行。

大建筑中央空调系统的能耗主要有两部分组成，一部分为驱动制冷剂循环的制冷设备的能耗，另一部分为驱动水系统循环的输送能耗。目前，制冷设备基本上是定流量制冷设备，而水循环系统基本上也是定流量循环系统，虽然有些水循环系统配备了变频节能技术，但实际上还是按恒流量或恒压差来控制水系统循环的，还是无法避免水系统大流量、小温差运行的，从而造成水系统能耗的大量浪费。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种中央空调水系统变流量主动节能自控系统，可有效实现在使用过程中按需灵活运行，既节省了能耗，又可按生产要求来自由选择空调开启的方案，不由一开全开传统的空调模式的限制而浪费能量。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：中央空调水系统变流量主动节能自控系统，其特征在于：包括整体系统控制柜，所述整体系统控制柜包括冷水机组控制柜、总控PLC柜和车间分控PLC柜，冷水机组控制柜和总控PLC柜经由缆线连接，总控PLC柜通过缆线连接各车间分控PLC柜，各车间分控PLC柜并联连接到对应车间的温控风机。通过PLC智能装置完成对整个系统的各点冷水机组水系统流量控制及对应位置的温控风机的启停控制，完成自适应温度的调整，实现智能因需供给，充分利用系统内能耗的转换，提高能耗利用率，有效降低中间环节能耗的浪费，各车间分控PLC柜并联连接到对应车间的温控风机，实现对分车间的每个温控风机的启停控制，温控效果直接高效，节省能耗。

作为一种改进，所述冷水机组控制柜上设置有多功能多表、负荷开关、冷冻水泵变频器、冷冻水泵软起、定压补水自动控制系统、冷水机组远程操控系统，其中负荷开关、冷冻水泵变频器、冷冻水泵软起、定压补水自动控制系统串联于水管路上，并和多功能多表并联，冷水机组远程操控系统通过光缆连接冷水机组控制柜的控制模块并实现远程操作，用于控制冷水机组、冷冻水泵、补水泵的手动自动运行。采用冷冻水泵软起的结构，相对直起，是逐渐增加到额定转速，对泵的冲击较小，系统设备的使用寿命更长，运行更为稳定，高效。

作为一种改进，所述总控PLC控制柜内设置有总控S7-1200PLC、以太网交换机、信号隔离器、触摸屏，总控S7-1200PLC通过通讯线路连通至信号隔离器和触摸屏。总控PLC控制柜是整个系统的核心部分，该控制柜内PLC通过通讯协议和信号点位控制系统内的所有组成部分。

作为一种改进，所述总控PLC控制柜包括PLC中央控制系统、配电系统、水泵变频系统、自动定压补水系统、显示屏、上位机控制系统、远程控制系统、风冷螺杆冷热水机组、流量计算旁通系统和分车间PLC控制柜组，所述配电系统、水泵变频系统、自动定压补水系统、显示屏、上位机控制系统、远程控制系统、风冷螺杆冷热水机组、流量计算旁路系统和分车间PLC控制柜组分别并联至PLC中央控制系统，其中，配电系统通过网络通信或模拟量采集及控制联接PLC中央控制系统，水泵变频控制系统、风冷螺杆冷热水机组通过网络通信模式连接PLC中央控制系统，自动定压补水系统、流量计算旁通系统通过模拟量及通讯连接PLC中央控制系统，分车间PLC控制柜组通过光纤通信模式连接PLC中央控制系统，显示屏和上位机控制系统通过光纤连接至PLC中央控制系统，其中上位机控制系统通过网络通信联接远程控制系统和手机APP,此处连接，优选4G连接方式。网络通信和模拟量皆为485通信模式。

作为一种改进，所述风冷螺杆冷热水机组包括和PLC中央控制系统并联的各风冷螺杆冷热水机。分别控制，各流量段控制，能耗利用率高。

作为一种改进，所述各车间分控PLC控制柜分别和显示屏系统、室温检测装置、水量控制装置联接，所述显示屏系统同时和室温检测装置、水量控制装置连接，所述显示屏系统通过线连接模式和对应的车间PLC控制柜联接，室温检测装置、水量控制装置通过模拟量模式和对应的车间PLC控制柜联接。

作为一种改进，所述车间分控PLC柜位于每个车间内，主要包含分控S7-200 SMARTPLC、SMART LINE触摸屏、光电转换器、信号隔离器，分控S7-200SMART PLC分别和SMARTLINE触摸屏、光电转换器、信号隔离器通过通讯电缆连接。该系统主要用于控制车间内的执行机构和信号检测，并且可以与总控PLC交换数据。

主控制系统通包含控制柜和动力柜。控制柜和动力柜之间的通讯使用基于RS485网络的MODBUS通讯。控制柜内主要包括PLC、触摸屏、工业交换机、信号隔离器以及各类低压元器件。

所述系统主要硬件软件功能以集成的以太网接口连接。

本实用新型采用的技术方案，其有益效果在于：冷却水循环系统水泵增加变频器控制，同时支路上增加电动比例阀和流量、温度检测装置，实时按需进行变流量和冷却温度的控制，其结构原理如下：本系统设计为全天候无人值守机房，自控系统会根据空调系统的需求自动运行、自动调整系统的工作状态，自适应的对应外部空调负荷的变化。实现水系统的变流量主动节能，从而实现整个空调系统的最大节能。

本实用新型技术方案就是针对大建筑物的实际情况，结合我们工程自控系统经验，采用最优化的控制模式来满足建筑的功能要求，为建筑物带来较大的经济效益，因此本设计方案采用了“主动节能”的控制策略：本案可根据大建筑物的未端的实际需求，对每一个未端的系统制冷(热)进行按需全过程实时变流量节能调节。整个空调系统及自动控制系统配合根据各建筑物的实际工艺需求自动输出下游所需的能量。从而得到整个建筑物空调系统的节能运行。

本技术方案的应用可使空调的能量按需输出，在系统运行是可根据车间生产工艺来自行决定局部开启或整体开启空调，冷冻机组和水泵等设备运行不受因空调系统局部开启而受到技术限制或空调系统停机保护。系统可根据局部运行的变化自动调整能量输出，配合下流末端的需求。

应用这种方案大大减小了空调系统的建筑耗能，并在使用过程中按需灵活运行，既节省了能耗，又可按生产要求来自由选择空调开启的方案，实现各车间温控，同时相对位置的风机开启和各分段水循环系统水流量的控制，实现各车间各区域温度控制，实现具体到位，依据需求精确控制，不由一开全开传统的空调模式的限制而浪费能量。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1是本实用新型一种实施例的系统结构示意图；

图2是图1中Ⅰ的放大图；

图3是图1中Ⅱ的放大图；

图4是本实用新型一种实施例的系统运行示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示本实用新型一种实施例的结构示意图，所述在本实施例中的中央空调水系统变流量主动节能自控系统，包括整体系统控制柜，所述整体系统控制柜包括冷水机组控制柜、总控PLC柜和车间分控PLC柜，冷水机组控制柜和总控PLC柜经由缆线连接，总控PLC柜通过缆线连接各车间分控PLC柜，各车间分控PLC柜并联连接到对应车间的温控风机。通过PLC智能装置完成对整个系统的各点冷水机组水系统流量控制及对应位置的温控风机的启停控制，完成自适应温度的调整，实现智能因需供给，充分利用系统内能耗的转换，提高能耗利用率，有效降低中间环节能耗的浪费，各车间分控PLC柜并联连接到对应车间的温控风机，实现对分车间的每个温控风机的启停控制，温控效果直接高效，节省能耗。

该实施例中，所述冷水机组控制柜上设置有多功能多表、负荷开关、冷冻水泵变频器、冷冻水泵软起、定压补水自动控制系统、冷水机组远程操控系统，其中负荷开关、冷冻水泵变频器、冷冻水泵软起、定压补水自动控制系统串联于水管路上，并和多功能多表并联，冷水机组远程操控系统通过光缆连接冷水机组控制柜的控制模块并实现远程操作，控制冷水机组、冷冻水泵、补水泵的手动自动运行。采用冷冻水泵软起的结构，相对直起，是逐渐增加到额定转速，对泵的冲击较小，系统设备的使用寿命更长，运行更为稳定，高效。

该实施例中，所述总控PLC控制柜内包含总控S7-1200PLC、以太网交换机、信号隔离器、触摸屏，总控S7-1200PLC通过通讯线路连通至信号隔离器和触摸屏。总控PLC控制柜是整个系统的核心部分，该控制柜内PLC通过通讯协议和信号点位控制系统内的所有组成部分。

该实施例中，所述总控PLC控制柜包括PLC中央控制系统、配电系统、水泵变频系统、自动定压补水系统、显示屏、上位机控制系统、远程控制系统、风冷螺杆冷热水机组、流量计算旁通系统和分车间PLC控制柜组，所述配电系统、水泵变频系统、自动定压补水系统、显示屏、上位机控制系统、远程控制系统、风冷螺杆冷热水机组、流量计算旁路系统和分车间PLC控制柜组分别并联至PLC中央控制系统，其中，配电系统通过网络通信或模拟量采集及控制联接PLC中央控制系统，水泵变频控制系统、风冷螺杆冷热水机组通过网络通信模式连接PLC中央控制系统，自动定压补水系统、流量计算旁通系统通过模拟量及通讯连接PLC中央控制系统，分车间PLC控制柜组通过光纤通信模式连接PLC中央控制系统，显示屏和上位机控制系统通过光纤连接至PLC中央控制系统，其中上位机控制系统通过网络通信联接远程控制系统和手机APP,此处连接，优选4G连接方式。网络通信和模拟量皆为485通信模式。

该实施例中，所述风冷螺杆冷热水机组包括和PLC中央控制系统并联的各风冷螺杆冷热水机。

该实施例中，各车间PLC控制柜分别和显示屏系统、室温检测装置、水量控制装置联接，所述显示屏系统同时和室温检测装置、水量控制装置连接，所述显示屏系统通过线连接模式和对应的车间PLC控制柜联接，室温检测装置、水量控制装置通过模拟量模式和对应的车间PLC控制柜联接。

该实施例中，所述车间分控PLC柜位于每个车间内，主要包含分控S7-200 SMARTPLC、SMART LINE触摸屏、光电转换器、信号隔离器，分控S7-200SMART PLC分别和SMARTLINE触摸屏、光电转换器、信号隔离器通过通讯电缆连接。该系统主要用于控制车间内的执行机构和信号检测，并且可以与总控PLC交换数据。

主控制系统通包含控制柜和动力柜。控制柜和动力柜之间的通讯使用基于RS485网络的MODBUS通讯。控制柜内主要包括PLC、触摸屏、工业交换机、信号隔离器以及各类低压元器件。

该实施例中，所述系统主要硬件软件功能，集成的以太网接口。

该系统的控制关系示意图，总控制装置为PLC中央控制系统，

控制柜可以通过通讯和输入输出信号完成所有技术要求上所列的所有功能，主要功能如下：监测冷水机组的运行状态、运行参数、故障状态、手/自动模式，并进行远程启停控制，能量控制。

根据各厂房的各支路独立开机要求、冷冻供水/回水总管的供/回水温度、冷冻站的总供水流量，计算冷负荷，根据冷负荷的变化决定开启风冷螺杆模块机台数及对应的水泵，并能控制每台风冷螺杆模块机内部的台数和比例级数，使冷水机组工作在最佳状态，从而最大达到节能的目的。

根据机组运行台数启停相应水泵并进行相应的连锁和联动，同时自动调节水泵电机转速，从而达到节能的目的。

对设备进行有效地保护：显示系统运行状态和主要参数；自动记录与打印系统数据，按照使用要求保存历史运行数据；合理群控，使系统更舒适，避免过冷，更容易达到设计要求。

机组按照空调控制系统的要求按顺利启动各设备，启动顺序为：厂房内支路比例阀——冷冻水泵——冷水机组；停机顺序为：冷水机组——冷冻水泵——厂房内支路比例阀。

通过网络协议对机组的电压、总电流、总电力消耗等数据进行实时监测和保存，能随时统计每段时间内电能消耗。

启动冷冻水泵和相应电动蝶阀，并判断冷冻水流是否建立，如果没有建立，控制系统判断该冷冻水泵出现故障，将停止故障水泵的运行同时发出故障报警，并自动启动备用冷冻水泵。

该系统中的水泵按如下实施例进行操作，如三台水泵采用两用一备方式控制，只用一台冷水机组时，其余两台水泵启用，启用与备用的要按照一定时间轮流启动，两台机组同时启动时，对应的两台水泵启用，一台备用，启用与备用的水泵要按照一定的时间轮流启动，启用与备用水泵的轮换时间在界面上可自行设定。

每台冷冻水泵采用独立的变频器控制，变频器的运行和故障信号应与风冷螺杆机组连锁并联动，变频器的相关数据通过通信线路采集到控制系统上。

根据风冷螺杆机组的最小流量要求和厂房冷量需要，通过供回水干管之间的电动比例压差旁通阀自动调节水系统供回水总管的压差，使系统稳定，并达到节能目的。

室外环境温湿度采用一只温湿度传感器采集。根据采集到的温度值与厂房内温度、设定值进行比较，判断风冷螺杆机组是否启动。

厂房内分区域内各自设置一套温度传感器，数据采集到控制系统，在终端能监测各点的温度，并能根据温度值与厂房设定温度值比较，来自动控制各支路上电动比例阀的开度。

动力柜内主要包含多功能仪表、电压电流表、变频器、软启动器以及各类低压元器件。动力柜通过通信线路传输信号被控制柜控制，并且具备在控制系统失效的情况下手动启动循环水泵、冷水机组、和定压补水泵的机构，各对应部件上设置有手动调节按钮。

定压补水装置包括两台水泵一用一备，两台水泵轮流更换，设于定压补水装置上的远程压力表，通过通信线路连接到自动控制系统，信号采集到自动控制系统上，低液位开关也采集到自动控制系统上，根据采集到远程压力表信号和冷冻水回路的定压要求来自动控制水泵的启停，轮流更换时间、定压值可由触摸屏自行写入，采集到的低液位信号保护水泵不空运行。

电动比例阀处于四种模式时，都要与每条支路的相关空调未端设备联锁，即保证只有在开启电动比例阀的控制开关后才能接通空调未端设备的总电源，而每台空调未端的设备又能独立启停。

电动比例阀处于手动控制时，电动比例阀先打开至全开位置，每条支路上的中间一台空调未端风机也跟着自动启动，而其它空调未端设备由集中控制箱上的各台设备的启停开关独立手动控制启停，并有相应指示灯指示，自动启动的空调未端设备的回风口安装一只温度传感器，自动检测车间温度并上传至分控制系统，同时在独立的分控制系统的触摸屏上显示其温度值，一定时间后独立控制系统能根据检测到的温度与设定温度(独立控制器能设定)进行比较来控制其支路上的电动比例阀的开启度。

电动比例阀处于自动档时，电动比例阀先打开至全开位置，每条支路的空调未端风机的一台也跟着自动启动，而其它空调未端设备由集中控制箱上的各台设备的启停开关独立手动控制启停，并有相应指示灯指示，自动启动的空调未端设备的回风口安装一只温度传感器，自动检测车间温度并上传至总控制系统，一定时间后总控制系统根据采集到的温度与控制室设定温度进行比较来自动控制其支路上的电动比例阀的开启度。

电动比例阀处于送风栏时，此时电动比例阀不打开，处于关闭状态。而车间内的空调未端设备可以由集中控制箱的每台设备的控制按钮独立启停，并有指示灯指示。此情况适应于车间不需要冷源，而只需要送风换气。

电动比例阀处于停止栏时，电动比例阀处于关闭状态，空调未端设备也处于停止状态。

所述系统主要硬件软件功能，集成的以太网接口，连接并兼具如下性能：以宽幅AC或DC电源形式集成的电源(85-264V AC或24V DC)；集成数字量输出24V DC或继电器；集成24V DC数字量输入；集成模拟量输入0-10V；频率高达100kHz的脉冲序列输出(PTO)；频率高达100kHz的脉宽调制(PWM)输出；频率高达100kHz的高速计数器(HSC)；通过连接附加通信模块(如：RS 485或RS232)实现了模块化和可裁剪性；通过信号板直接在CPU上扩展模拟量或数字量信号实现了模块化和可裁剪性(同时保持CPU原有空间)；通过信号模块的大量模拟量和数字量输入和输出信号实现模块化和可裁剪性(CPU 1211C除外)；可选的存储器(SIMATIC存储卡)；PLCopen运动控制，用于简单的运动控制；带自整定功能的PID控制器；集成实时时钟；密码保护；时间中断；硬件中断；库功能；在线/离线诊断。且上述系统的硬件软件功能模块，所有模块上的端子都可拆卸。

上述实施例中所述的模拟量，即为水流量的比例数据作为描述水流量的量相对值，而非常规的单位L或毫升或吨等，这样更容易突破常规单位的限制，而通过最终效果来限定水流量量的需求，更直接到位，且便于检测。

上述实施例中，优选五个区域的温控区域但不限于数量的温控区域，可根据实际所需控制区域的数量进行系统数量调整，以适应控制效果为最终目的，达到控制效果即可。

除上述优选实施例外，本实用新型还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本实用新型作出各种改变和变形，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型所附权利要求所定义的范围。

Claims (7)

1.中央空调水系统变流量主动节能自控系统，其特征在于：包括整体系统控制柜，所述整体系统控制柜包括冷水机组控制柜、总控PLC柜和车间分控PLC柜，冷水机组控制柜和总控PLC柜经由缆线连接，总控PLC柜通过缆线连接各车间分控PLC柜，各车间分控PLC柜并联连接到对应车间的温控风机。

2.根据权利要求1所述的中央空调水系统变流量主动节能自控系统，其特征在于：所述冷水机组控制柜上设置有多功能多表、负荷开关、冷冻水泵变频器、冷冻水泵软起、定压补水自动控制系统、冷水机组远程操控系统，其中负荷开关、冷冻水泵变频器、冷冻水泵软起、定压补水自动控制系统串联于水管路上，并和多功能多表并联，冷水机组远程操控系统通过光缆连接冷水机组控制柜的控制模块并实现远程操作，用于控制冷水机组、冷冻水泵、补水泵的手动自动运行。

3.根据权利要求1所述的中央空调水系统变流量主动节能自控系统，其特征在于：所述总控PLC柜内设有总控S7-1200PLC、以太网交换机、信号隔离器、触摸屏，总控S7-1200PLC通过通讯线路连通至信号隔离器和触摸屏。

4.根据权利要求1所述的中央空调水系统变流量主动节能自控系统，其特征在于：所述总控PLC柜包括PLC中央控制系统、配电系统、水泵变频系统、自动定压补水系统、显示屏、上位机控制系统、远程控制系统、风冷螺杆冷热水机组、流量计算旁通系统和分车间PLC控制柜组，所述配电系统、水泵变频系统、自动定压补水系统、显示屏、上位机控制系统、远程控制系统、风冷螺杆冷热水机组、流量计算旁路系统和分车间PLC控制柜组分别并联至PLC中央控制系统，其中，配电系统通过网络通信或模拟量采集及控制联接PLC中央控制系统，水泵变频控制系统、风冷螺杆冷热水机组通过网络通信模式连接PLC中央控制系统，自动定压补水系统、流量计算旁通系统通过模拟量及通讯连接PLC中央控制系统，分车间PLC控制柜组通过光纤通信模式连接PLC中央控制系统，显示屏和上位机控制系统通过光纤连接至PLC中央控制系统，其中上位机控制系统通过网络通信联接远程控制系统和手机APP,此处连接，采用4G连接方式。

5.根据权利要求4所述的中央空调水系统变流量主动节能自控系统，其特征在于：所述风冷螺杆冷热水机组包括和PLC中央控制系统并联的各风冷螺杆冷热水机。

6.根据权利要求4所述的中央空调水系统变流量主动节能自控系统，其特征在于：各车间分控PLC控制柜分别和显示屏系统、室温检测装置、水量控制装置联接，所述显示屏系统同时和室温检测装置、水量控制装置连接，所述显示屏系统通过线连接模式和对应的车间PLC控制柜联接，室温检测装置、水量控制装置通过模拟量模式和对应的车间PLC控制柜联接。

7.根据权利要求4所述的中央空调水系统变流量主动节能自控系统，其特征在于：所述车间分控PLC柜位于每个车间内，主要设置有分控S7-200SMART PLC、SMART LINE触摸屏、光电转换器、信号隔离器，分控S7-200SMART PLC分别和SMART LINE触摸屏、光电转换器、信号隔离器通过通讯电缆连接。