CN211233272U - 一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及暖通空调节能控制技术领域，具体涉及一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，旨在解决由于冷冻站系统需要控制的输入变量和输出变量众多，具有非线性、时变、时滞、耦合、惯性的特点，因此实现自动化控制难度较大的问题，其技术要点在于包括数字化传感器，设置于暖通空调机组上，用于监测外部环境的多个不同参数；多个节能控制单元，分别对应于相应的冷冻站系统内部设备，用于监测冷冻站系统内部设备的运行状态参数，并控制冷冻站系统内部设备的运行；控制端，与数字化传感器、节能控制单元通信连接，将数字化传感器、节能控制单元监测所得的指标实时数据与对应的指标目标数据比对，并控制节能控制单元动作。

Description

一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统

技术领域

本实用新型涉及暖通空调节能控制技术领域，具体涉及一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统。

背景技术

传统冷冻站的节能控制是工程实施模式，每一个工程均采用近似相同的工程步骤，传统冷冻站的节能控制设备有：控制柜和启动柜。

控制柜是控制系统的枢纽，一个工厂设置一台(组)控制柜，所有传感器信号和启动柜的反馈信号输入进控制柜内，控制柜逻辑运算后发出指令，控制启动柜。控制柜内主要器件有：控制器(PLC)、低压电器、显示器等。

启动柜是中央空调冷冻站内主要设备的启动装置，一种或几种类型机房设备的启动装置设置在一个柜内(根据机房设备电功率容量决定)，启动柜接受控制柜指令，调节或启停中央空调冷冻站内主要设备。启动柜内主要器件有：变频器(软启动器或自耦变压器等)、低压电器等。

但是传统冷冻站的节能控制(控制柜)存在着安全可靠性低的问题，所有控制集中在一个控制柜内，当控制柜内的任何一个器件发生故障或与控制柜内关联的器件发生故障时整个冷冻机房所有设备的控制和调节将瘫痪，空调冷冻站将无法使用，会直接影响空调房间的生产和生活的正常进行，甚至在空调高要求的场所将可能导致生产事故的发生，造成严重的经济后果，并且由于冷冻站系统需要控制的输入变量和输出变量众多，具有非线性、时变、时滞、耦合、惯性的特点，因此难以找出一个精确的动态数据模型，从而实现自动化控制难度较大。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于传统冷冻站的节能控制(控制柜) 存在着安全可靠性低的问题。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，包括多个冷冻站系统和多个暖通空调机组，所述冷冻站系统和暖通空调机组的数量相同，还包括：

数字化传感器，设置于所述暖通空调机组上，用于监测外部环境的多个不同参数；

多个节能控制单元，分别对应于相应的所述冷冻站系统内部设备，用于监测所述冷冻站系统内部设备的运行状态参数，并控制所述冷冻站系统内部设备的运行；

控制端，与所述数字化传感器、所述节能控制单元通信连接，将所述数字化传感器、所述节能控制单元监测所得的指标实时数据与对应的指标目标数据比对，并控制所述节能控制单元动作。

可选地，所述节能控制单元包括冷却塔控制单元，将所述冷冻站系统的冷却塔运行状态参数实时输出给控制端，并接收所述控制端比对后的判断结果，根据所述判断结果变频控制冷却塔的运行；

冷却水泵控制单元，将所述冷冻站系统的冷却水泵运行状态参数实时输出给控制端，并接收所述控制端比对后的判断结果，根据所述判断结果变频控制冷却水泵的运行；

冷冻泵控制单元，将所述冷冻站系统的冷冻泵运行状态参数实时输出给控制端，并接收所述控制端比对后的判断结果，根据所述判断结果变频控制冷冻泵的运行；

冷水机控制单元，将所述冷冻站系统的冷水机运行状态参数实时输出给控制端，并接收所述控制端比对后的判断结果，根据所述判断结果变频控制冷水机的运行。

可选地，所述控制端对所述冷冻站内部设备进行启停调节控制以所述冷水机控制单元的启停为逻辑起点。

可选地，所述控制端包括至少一台个人计算机及至少一台采用堆栈算法进行数据存储的可编程逻辑控制器；

所述可编程逻辑控制器用以存储所述指标目标数据，同时，所述可编程逻辑控制器控制所述节能控制单元动作；

所述个人计算机与所述可编程逻辑控制器通信连接，用以实现数据同步。

可选地，所述控制端与所述数字化传感器通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查。

可选地，所述个人计算机与所述可编程逻辑控制器通过心跳信号的交互进行工作状态的相互检查。

可选地，所述可编程逻辑控制器中存储有所述数字化传感器的ID信息及校准数据，所述可编程逻辑控制器基于所述数字化传感器的ID信息对所述数字化传感器进行身份识别，并根据所述数字化传感器的校准数据对所述数字化传感器进行参数调节。

可选地，所述可编程逻辑控制器中还存储有所述暖通空调冷冻站单元式节能控制系统中各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息，并根据各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息判断其是否需要更换或维修，若是，则进行本地和 /或远程警示。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型的暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，将冷冻站系统中控制对象运行模式的设备分散在不同的节能控制单元进行控制，一方面有效避免单个控制器故障时整个系统无法正常运行的问题，即使作为信息中心的控制端发生故障，也可通过人工电动的方式启动其他单元装置的被控设备；另一方面通过在冷水机、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔等主要耗电设备供电线路上安装功率传感器，即凭借节能控制单元实时监测运行耗电情况，连同监测外部环境多个不同参数的数字化传感器，将监测所得的指标实时数据传输至控制端，与预设阙值进行比对，最后把各设备能耗优化后的运行参数传输至对应的节能控制单元，调节冷水机、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的控制参数，达到冷冻站整体能耗最低的目的，而不是某一设备能耗最低。

2.本实用新型的暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，节能控制单元的设置，系统信号采集部分通过A/D转化，将采集到的负荷变化信息，传输到系统控制部分，再通过D/A转化进行输出，自动对冷冻机的启/停进行调节控制，伴随着冷水机的启/停，相关的冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵也按照特定的逻辑进行启/停操作。

3.本实用新型的暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，控制端的设置，使得存储在控制端中的预设阙值并非一次性离线完成，而是反复在线进行的，即在暖通空调冷冻站运行过程中，数字化传感器、节能控制单元的测量数据经过算法优化后在线更新关联数据库，进一步获得冷冻站设备运行的优化参数，使整个暖通空调冷冻站能够适应工况的变化，始终工作在高效节能状态。

4.本实用新型的暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，在控制端与数字化传感器间通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查，提高系统的稳定性。

5.本实用新型的暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，在个人计算机与可编程逻辑控制器通过心跳信号的交互进行工作状态的相互检查，有效防止信息丢失。

6.本实用新型的暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，在可编程逻辑控制器中建立各数字化传感器的数据库，对数字化传感器进行ID识别，提高了系统的安全性，同时实现了在线校验的目的，提高了工作效率。

7.本实用新型的暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，在可编程逻辑控制器内存储数字化瓦斯提纯系统中各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息，实现了系统的预判性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种实施方式的暖通空调冷冻站单元式节能控制系统的模块连接示意图；

图2为本实用新型的一种实施方式的暖通空调冷冻站单元式节能控制系统中可编程逻辑控制器的模块连接示意图。

附图标记说明：

1、冷冻站系统；2、暖通空调机组；31、数字化传感器；32、节能控制单元；321、冷却塔控制单元；322、冷却水泵控制单元；323、冷冻泵控制单元； 324、冷水机控制单元；33、控制端；331、个人计算机；332、可编程逻辑控制器；333、数据库；334、逻辑控制单元；335、警报单元；4、冗余网络交换机； 5、远程服务器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，如图1和图2所示，包括多个冷冻站系统1和多个暖通空调机组2，冷冻站系统1和暖通空调机组2的数量相同，并且在本实用新型此实施例中，冷冻站系统1包括依次连接的冷却塔、冷却水泵、冷水机和冷冻水泵，冷冻水泵与暖通空调机组2连接。为了解决由于冷冻站系统1需要控制的输入变量和输出变量众多，具有非线性、时变、时滞、耦合、惯性的特点，因此难以找出一个精确的动态数据模型，从而实现自动化控制难度较大的问题，本节能控制系统还包括安装在暖通空调机组2上的数字化传感器31，用来监测外部环境的多个不同参数；分别对应于相应的冷却塔、冷却水泵、冷水机和冷冻水泵的多个节能控制单元32，用来监测冷冻站系统1内部设备的运行状态参数，并控制其冷冻站系统1内部设备的运行；与数字化传感器31、节能控制单元32通信连接的控制端33，用来将数字化传感器 31、节能控制单元32监测所得的指标实时数据与对应的指标目标数据比对，并控制节能控制单元32动作以对冷冻站内部设备进行启停调节。因此，将冷冻站系统1中控制对象运行模式的设备分散在不同的节能控制单元32进行控制，一方面有效避免单个控制器故障时整个系统无法正常运行的问题，即使作为信息中心的控制端33发生故障，也可通过人工电动的方式启动其他单元装置的被控设备；另一方面通过在冷水机、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔等主要耗电设备供电线路上安装功率传感器，即凭借节能控制单元32实时监测运行耗电情况，连同监测外部环境多个不同参数的数字化传感器31，将监测所得的指标实时数据传输至控制端33，与预设阙值(冷冻站系统1的基本运行参数)进行比对，最后把各设备能耗优化后的运行参数传输至对应的节能控制单元32，调节冷水机、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的控制参数，达到冷冻站整体能耗最低的目的，而不是某一设备能耗最低。

具体地，如图1和图2所示，节能控制单元32包括冷却塔控制单元321、冷却水泵控制单元322、冷冻泵控制单元323及冷水机控制单元324，其中冷却塔控制单元321将冷冻站系统1的冷却塔运行状态参数实时输出给控制端33，并接收控制端33比对后的判断结果，根据判断结果变频控制冷却塔的运行；冷却水泵控制单元322将冷冻站系统1的冷却水泵运行状态参数实时输出给控制端33，并接收控制端33比对后的判断结果，根据判断结果变频控制冷却水泵的运行；冷冻泵控制单元323将冷冻站系统1的冷冻泵运行状态参数实时输出给控制端33，并接收控制端33比对后的判断结果，根据判断结果变频控制冷冻泵的运行；冷水机控制单元324将冷冻站系统1的冷水机运行状态参数实时输出给控制端33，并接收控制端33比对后的判断结果，根据判断结果变频控制冷水机的运行。系统信号采集部分通过A/D转化，将采集到的负荷变化信息，传输到系统控制部分，再通过D/A转化进行输出，自动对冷冻机的启/停进行调节控制，伴随着冷水机的启/停，相关的冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵也按照特定的逻辑进行启/停操作。另外，控制端33对冷冻站内部设备进行启停调节控制以冷水机控制单元324的启停为逻辑起点，更贴近实际，其系统控制逻辑算法简单，实用性强。

如图2所示，控制端33与数字化传感器31及节能控制单元32连接，控制端33包括：至少一台个人计算机331及与个人计算机331对应的至少一台可编程逻辑控制器332，各数字化传感器31分别与个人计算机331及可编程逻辑控制器332连接，各节能控制单元32与可编程逻辑控制器332连接。在本实施方式中，以包括两台个人计算机331及两台可编程逻辑控制器332为例加以说明，当然，仅仅需要强调个人计算机331与可编程逻辑控制器332是一一对应的，但具体数量根据实际规模而定，不做限定。可编程逻辑控制器332中设有数据库333，个人计算机331具有可视化操作界面，个人计算机331与可编程逻辑控制器332之间通信连接，使操作人员可通过个人计算机331对可编程逻辑控制器332进行控制操作，同时，实现了个人计算机331及可编程逻辑控制器332 之间进行数据同步，但是，在本实施方式中，可编程逻辑控制器332的数据库 333其存储数据量较小,因此采用堆栈算法临时存储数据，而个人计算机331采用硬盘存储，其存储数据量较大，可编程逻辑控制器332接收新的预设信息后即同步至个人计算机331进行存储，以防止数据丢失，同时其自身实现了数据的重复覆盖，即最近的数据若有新的数据到来将覆盖替换旧，以实现数据的迭代。另外，上述存储在控制端33中的预设阙值(冷冻站系统1的基本运行参数) 并非一次性离线完成，而是反复在线进行的，即在暖通空调冷冻站运行过程中，数字化传感器31、节能控制单元32的测量数据经过算法优化后在线更新关联数据库333，进一步获得冷冻站设备运行的优化参数，使整个暖通空调冷冻站能够适应工况的变化，始终工作在高效节能状态。更具体地，可编程逻辑控制器332包括警报单元335、数据库333、逻辑控制单元334，其中数据库333以及警报单元335均连接于逻辑控制单元334，将数字化传感器31、节能控制单元32的反馈信息发送到逻辑控制单元334，并根据数据库333的存储信息进行比对，此过程中不断滚动优化关联数据库333数据，使整体设备性能参数能够随着设备性能的变化而调整，最后通过判断结果来控制节能控制单元32动作。

为了提高系统的稳定性，如图2所示，控制端33与数字化传感器31之间通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查。即在控制端33每次启动时给数字化传感器31一个信号，数字化传感器31再反馈一个信号给控制端33，该反馈信号包括各数字化传感器31的ID信息，控制端33对反馈的信号与数据库 333单元中的对应ID信息进行比对判断，若数字化传感器31存在问题，或出现某种症状需要处理但暂时不会影响正常运行时，以及传感器的变化在误差范围内时候，做出拒绝使用、警告或正常启用的指示信息。

为了防止信息丢失，如图2所示，个人计算机331与可编程逻辑控制器332 通过心跳信号的交互进行工作状态的相互检查。即设定可编程逻辑控制器332 及个人计算机331在预设时间内相互收不到对方信号时，则判断个人计算机331 或可编程逻辑控制器332宕机，在个人计算机331或可编程逻辑控制器332其中一方宕机的情况下，系统停止运行，等待处于宕机状态的个人计算机331或可编程逻辑控制器332重启，或系统继续运行，但数据直接存入正常工作的个人计算机331或可编程逻辑控制器332，待宕机方重启后，再将数据传输至宕机方。其中，判断个人计算机331或可编程逻辑控制器332是否正常的预设时间不大于1分钟。

如图2所示，每个数字化传感器31均具有固定的型号、额定载荷、允许使用负荷、极限负荷、灵敏度等ID信息，可编程逻辑控制器332通过在数据库 333中存储各数字化传感器31的各ID信息，在更换数字化传感器31或者系统重启时，数字化传感器31发送ID信息至可编程逻辑控制器332，逻辑控制单元334将系统中的每个数字化传感器31的ID信息与数据库333中存储的参考 ID信息进行对比，检测数字化传感器31是否合法或有效，若检测到系统中的数字化传感器31的ID信息与数据库333中存储的参考ID信息不符，则控制警报单元335进行本地警示，实现了对数字化传感器31进行身份识别。

如图2所示，可编程逻辑控制器332内存储有暖通空调冷冻站单元式节能控制系统中各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息，并根据各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息判断其是否需要更换或维修，若是，则控制警报单元 335进行本地警示，实现了对各部件工作状态的预警功能，提前提醒工作人员更换或维修，防止故障发生，提高工作效率。

如图1所示，本实施例披露的节能控制系统还包括至少一台冗余网络交换机4，冗余网络交换机4相互通信，并与一台远程服务器5通信，每组个人计算机331及可编程逻辑控制器332分别对应一台冗余网络交换机4，并分别与冗余网络交换机4通信。通过冗余网络交换机4及远程服务器5的设置，实现本地工作站与远程工作站的冗余控制，即实现远程参数修改、远程在线校准以及远程故障警示。另外，远程服务器5还能够实现信息的云端存储，便于后期调试，以及实现各供应商与工厂的信息共享。

本暖通空调冷冻站单元式节能控制系统的工作原理：通过节能控制单元32 实时监测冷冻站系统1中冷水机、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的运行耗电情况，连同监测外部环境多个不同参数的数字化传感器31，将监测所得的指标实时数据传输至控制端33，与预设阙值进行比对，同时此过程中的预设阙值并非一次性离线完成，而是反复在线进行的，即在暖通空调冷冻站运行过程中，数字化传感器31、节能控制单元32的测量数据经过算法优化后在线更新关联数据库333，以此不断滚动优化关联数据库333数据，最后把各设备能耗优化后的运行参数传输至对应的节能控制单元32，调节冷水机、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的控制参数，达到冷冻站整体能耗最低的目的，而不是某一设备能耗最低。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，包括多个冷冻站系统(1)和多个暖通空调机组(2)，所述冷冻站系统(1)和暖通空调机组(2)的数量相同，其特征在于，还包括：

数字化传感器(31)，设置于所述暖通空调机组(2)上，用于监测外部环境的多个不同参数；

多个节能控制单元(32)，分别对应于相应的所述冷冻站系统(1)内部设备，用于监测所述冷冻站系统(1)内部设备的运行状态参数，并控制所述冷冻站系统(1)内部设备的运行；

控制端(33)，与所述数字化传感器(31)、所述节能控制单元通信连接，将所述数字化传感器(31)、所述节能控制单元监测所得的指标实时数据与对应的指标目标数据比对，并控制所述节能控制单元动作。

2.根据权利要求1所述的一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，其特征在于，所述节能控制单元(32)包括：

冷却塔控制单元(321)，将所述冷冻站系统(1)的冷却塔运行状态参数实时输出给控制端(33)，并接收所述控制端(33)比对后的判断结果，根据所述判断结果变频控制冷却塔的运行；

冷却水泵控制单元(322)，将所述冷冻站系统(1)的冷却水泵运行状态参数实时输出给控制端(33)，并接收所述控制端(33)比对后的判断结果，根据所述判断结果变频控制冷却水泵的运行；

冷冻泵控制单元(323)，将所述冷冻站系统(1)的冷冻泵运行状态参数实时输出给控制端(33)，并接收所述控制端(33)比对后的判断结果，根据所述判断结果变频控制冷冻泵的运行；

冷水机控制单元(324)，将所述冷冻站系统(1)的冷水机运行状态参数实时输出给控制端(33)，并接收所述控制端(33)比对后的判断结果，根据所述判断结果变频控制冷水机的运行。

3.根据权利要求2所述的一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，其特征在于，所述控制端(33)对所述冷冻站内部设备进行启停调节控制以所述冷水机控制单元(324)的启停为逻辑起点。

4.根据权利要求1所述的一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，其特征在于，所述控制端(33)包括至少一台个人计算机(331)及至少一台采用堆栈算法进行数据存储的可编程逻辑控制器(332)；

所述可编程逻辑控制器(332)用以存储所述指标目标数据，同时，所述可编程逻辑控制器(332)控制所述节能控制单元动作；

所述个人计算机(331)与所述可编程逻辑控制器(332)通信连接，用以实现数据同步。

5.根据权利要求4所述的一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，其特征在于，所述控制端(33)与所述数字化传感器(31)通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查。

6.根据权利要求4所述的一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，其特征在于，所述个人计算机(331)与所述可编程逻辑控制器(332)通过心跳信号的交互进行工作状态的相互检查。

7.根据权利要求4所述的一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(332)中存储有所述数字化传感器(31)的ID信息及校准数据，所述可编程逻辑控制器(332)基于所述数字化传感器(31)的ID信息对所述数字化传感器(31)进行身份识别，并根据所述数字化传感器(31)的校准数据对所述数字化传感器(31)进行参数调节。

8.根据权利要求4所述的一种暖通空调冷冻站单元式节能控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(332)中还存储有所述暖通空调冷冻站单元式节能控制系统中各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息，并根据各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息判断其是否需要更换或维修，若是，则进行本地和/或远程警示。

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