CN114992729A - 一种适用于地铁车站的直膨空调***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于地铁车站的直膨空调***及其控制方法，涉及地铁车站通风空调***控制技术领域。本发明直膨空调***包括设备***和控制***。设备***包括依次连接的环境与设备监控***、直膨机组控制单元和多个集成控制的***设备。控制***包括控制边界设定模块和直膨机组控制模块。直膨机组控制模块包括机组模式选择模块、风机模式选择模块、风氟联动模块和冷源控制模块。本发明基于常规BAS***架构，重新设计针对直膨式空调***通风与制冷一体式的***架构，简化***结构、降低施工调试工作量，提升***运行稳定可靠性；同时通过对直膨空调***的优化控制，提高控制精度、提升***运行能效、增强车站舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及地铁车站通风空调***控制技术领域，特别是直膨式空调***及其控制方法。
背景技术
目前，大部分地铁车站采用常规“空气-水”的空调***，其车站环境与设备监控***（BAS***）采用如图1所示的架构，实现对通风空调***的控制。即通过BAS***实现对大、小***的模式控制和焓值控制，空调水***各设备通过冷水***群控装置进行启停连锁及逻辑控制。该***，通常由于形式复杂及接口多等特点，导致控制方式不精确，而且风***和水***各自独立运行与调节，车站舒适度不佳，***整体运行能效偏低。
现有技术中，新型直膨式空调***通过采用制冷剂直接蒸发方式，取消了冷冻水输配***，将冷源装置与风***集成设计，***形式得到充分简化。由于直膨式空调***与常规“空气-水”***相比***形式发生了较大变化，目前还没有对其很好的优化控制方式。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种适用于地铁车站的直膨空调***及其控制方法。它基于常规BAS***架构，重新设计针对直膨式空调***通风与制冷一体式的***架构，简化***结构、降低施工调试工作量，提升***运行稳定可靠性；同时通过对直膨空调***的优化控制，提高控制精度、提升***运行能效、增强车站舒适度。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种适用于地铁车站的直膨空调***，它包括设备***和控制***。其结构特点是，所述设备***包括依次连接的环境与设备监控***、直膨机组控制单元和多个集成控制的***设备。直膨机组控制单元包括Modbus TCP/IP接口、输入输出模块接口模块和多个RS-485通讯接口模块。环境与设备监控***与Modbus TCP/IP接口相连接实现对***设备的监控。各RS-485通讯接口模块分别与***设备中的磁悬浮冷机、变频风机、冷却变频泵和冷却塔变频风机连接。输入输出模块接口模块与***设备中的电动风阀、传感器、电动阀门、旁流水处理设备相连接。控制***包括控制边界设定模块和直膨机组控制模块。控制边界设定模块内置于环境与设备监控***中，直膨机组控制模块内置于直膨机组控制单元中。直膨机组控制模块包括机组模式选择模块、风机模式选择模块、风氟联动模块和冷源控制模块，控制边界设定模块连接到机组模式选择模块，机组模式选择模块分别控制风机模式选择模块、风氟联动模块和冷源控制模块。
如上所述适用于地铁车站的直膨空调***的控制方法，其步骤为：
1）控制边界设定模块预设好室内空气目标参数。
2）向直膨机组控制模块下发风机启停或频率调节指令，指令内容根据机组模式选择模块的选择决定是否生效。
3）直膨机组控制模块以上述参数为控制目标，机组模式选择模块、风机模式选择模块、风氟联动模块和冷源控制模块各自完成调节，并执行对设备的调控。
4）按照风机模式选择模块内置的控制策略执行下列操作：送风机和回排风机的送排风组合模式、各风阀的开闭及回排风机的频率调节；
5）由风氟联动模块控制送风机和磁悬浮冷机压缩机的频率根据实现不同负荷工况进行优化控制；
6）根据冷源控制模块内置的控制策略对冷源测进行联合优化控制。
在上述控制方法中，所述空气目标参数包括室内温度、湿度、压力参数。
本发明由于采用了上述直膨空调***，并基于此***，提出一套与之匹配的控制策略，具有如下有益效果：
（1）与传统“空气-水”空调***相比，本发明***采用了一体化集成设计，减少了接口数量及***复杂程度，从而降低了设计、施工调试与运营维护的工作量，使得***的运行稳定性、可靠性、易维护性及操作简洁性增加。
（2）本发明控制方法，在提升***控制精细化程度及室内环境舒适度基础上，较常规***降低能耗30%以上。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为现有技术中“空气-水”空调***的结构示意图；
图2为本发明中设备***的结构示意图；
图3为本发明中控制***的结构示意图；
图4为本发明实施例中冷源控制的流程图。
具体实施方式
参看图2和图3，本发明适用于地铁车站的直膨空调***，它包括设备***和控制***。设备***包括依次连接的环境与设备监控***1、直膨机组控制单元2和多个集成控制的***设备。直膨机组控制单元2包括Modbus TCP/IP接口3、输入输出模块接口模块5和多个RS-485通讯接口模块4。环境与设备监控***1与Modbus TCP/IP接口3相连接实现对***设备的监控。各RS-485通讯接口模块4分别与***设备中的磁悬浮冷机6、变频风机7、冷却变频泵8和冷却塔变频风机9连接。输入输出模块接口模块5与***设备中的电动风阀10、传感器11、电动阀门12、旁流水处理设备13相连接。控制***包括控制边界设定模块21和直膨机组控制模块22；控制边界设定模块21内置于环境与设备监控***1中，直膨机组控制模块22内置于直膨机组控制单元2中。直膨机组控制模块22包括机组模式选择模块23、风机模式选择模块24、风氟联动模块25和冷源控制模块26，控制边界设定模块21连接到机组模式选择模块23，机组模式选择模块23分别控制风机模式选择模块24、风氟联动模块25和冷源控制模块26。
本发明直膨机组控制模块22中各功能模块工作原理如下：
1、机组模式选择模块23
机组有两种运行模式，其一：手动运行模式；其二：自动运行模式。
1）手动运行模式：
a)空调模式：风量接收上级控制指令+冷量自动调节
该模式下，变频风机7频率接受上级控制指令，磁悬浮冷机6根据负荷自行完成变频调节。
b)通风模式：磁悬浮冷机6停止
该模式下，磁悬浮冷机6停止接受上级控制指令，***只接收上级控制单元对变频风机7的启停及调频控制。
2)自动运行模式：
a)模式一：风量自动调节+冷量自动调节
该模式下，风量及冷量由风氟联动模块自行完成变频风机7、磁悬浮冷机6频率调节。不接受上级控制指令。
b)模式二：固定风量+冷量自动调节
该模式下，风量需在上位触摸屏进行人为设定，磁悬浮冷机6根据变频风机7频率自行调节冷量输出，不接受上级控制指令。
c)模式三：固定风量+固定冷量
该模式下，风量、冷量均需在上位触摸屏进行人为设定，不接受上级控制指令。
d)模式四：通风模式，磁悬浮冷机6停止
该模式下，磁悬浮冷机6不具备启动条件，只能进行变频风机7启停及调频控制。
2、风机模式选择模块24
风机模式选择模块24包含送排风模式选择、风机风阀连锁保护和回排风机频率控制等功能段。
1）送排风模式选择：根据单风机风量和传感器采集的实时新风温度智能判断，不同工况下选择最优的风机组合。模式共有三种：只送不排模式、只排不送模式和送排结合模式。具体如下：
a. 只排不送：通风模式下，当单风机能满足新风量需求，且传感器采集的新风温度不低于模块优化确定的模式切换临界温度时，选择只排不送模式，即在该模式下，只开启回排风机，不开启送风机。新、排风阀全开，回风阀关闭，室内维持负压，新风经过车站出入口进入室内。
b. 只送不排：通风模式下，当单风机能满足新风量需求，且传感器采集的新风温度低于模块优化确定的模式切换临界温度时，选择只送不排模式，即在该模式下，只开启送风机，不开启回排风机。新、排风阀全开，回风阀关闭，室内维持正压，排风经过车站出入口排至室外。
c. 送排结合：当单风机不能满足新风量需求、出入口风速过大或者在夏季供冷时，选择送排结合模式，即在该模式下，同时开启送风机和回排风机。新、排风阀全关，回风阀全开，室内维持微正压。
2）风机风阀连锁保护：新风阀、混风阀关闭时，停止状态送风机不执行启动指令，运行状态送风机执行停止指令。同理，排风阀与混风阀关闭时，停止状态回排风机不执行启动指令，运行状态回排风机执行停止指令。
3）回排风机频率控制：回排风机运行时，根据室内新风量需求大小或室内的微正压要求，按额定送排风量比实时计算排风量大小。为了降低控制难度，认为风机风量与风机频率成正比关系，进而可以由排风量确定回排风机频率。
3、风氟联动模块25
根据传感器采集的室内湿度数据与BSA***预设的室内空气参数判断干/除湿工况。除湿工况时，需降低送风温度目标值，进行露点除湿，进而保证室内达到湿度要求。故此时送风温度目标值根据室内湿度情况进行调整，而此时送风机频率根据室内温度进行控制。干工况时，送风温度根据送风机能耗及送风温度对磁悬浮冷机6能耗的影响进行寻优控制，即建立送风机与磁悬浮冷机6能耗模型关系，通过该模型对送风状态点设定值进行优化，从而确定不同负荷工况下送风温度目标值。送风温度状态设定值确定好后，下发指令给磁悬浮冷机6。
4、冷源控制模块26
冷源控制的目标就是对冷源所需提供的冷量进行能效最优控制，保证对应冷量下***能效的最优化控制。
由于冷站内设备之间的能耗是相互耦合的，所以单独降低某类设备的能耗可能会引起整个***能耗的升高。例如，降低冷却水流量（通过变频、关小阀门等措施），可以降低冷却变频泵8电耗，却会造成磁悬浮冷机6冷凝温度上升，对磁悬浮冷机6效率有不利影响；增开冷却塔变频风机9，虽然会增加冷却塔变频风机9电耗，却会使磁悬浮冷机6冷凝温度下降，提高磁悬浮冷机6运行效率。因此，对各设备单独进行节能调节并不能实现冷源全局效率最优，节能策略应当以冷源全局能耗最低为目标。
为了降低***耦合带来的寻优难度，将能耗占比较低的冷却塔变频风机9控制做如下简化：在不同湿球温度条件下，当冷塔风水比达到1.1-1.5时，或效率达到最大值80%时，冷却塔变频风机9频率在提升，对冷却水降温作用趋于平稳。因此在调控时，为简便控制方式，尽可能提升冷却塔变频风机9频率，直到风水比或冷塔效率处于相应范围内。
去除冷却塔变频风机9后，将剩余设备建立灰箱模型，再根据建立的设备模型进行寻优控制，如图4所示。为了提升寻优的稳定性，将各设备寻优步长适当延长，如：水泵频率以3Hz为步长进行寻优。
本发明适用于地铁车站的直膨空调***的控制方法，其步骤为：
1）控制边界设定模块21预设好室内空气目标参数。
2）向直膨机组控制模块22下发风机启停或频率调节指令，指令内容根据机组模式选择模块23的选择决定是否生效。例如，当机组模式为手动运行时，风机启停和运行频率按BAS指令执行，磁悬浮冷机6根据负荷自行完成变频调节；当机组模式为自动运行模式时，只生效BAS下发的风机启停动作指令，风机运行频率和磁悬浮冷机6出力由风氟联动模块5自行调节，不接受上级控制指令。
3）直膨机组控制模块22以上述参数为控制目标，机组模式选择模块23、风机模式选择模块24、风氟联动模块25和冷源控制模块26各自完成调节，并执行对设备的调控。
4）按照风机模式选择模块24内置的控制策略执行下列操作：送风机和回排风机的送排风组合模式、各风阀的开闭及回排风机的频率调节。
5）由风氟联动模块25控制送风机和磁悬浮冷机6压缩机的频率根据实现不同负荷工况进行优化控制。例如，当模块判断为除湿工况时，磁悬浮冷机6根据室内湿负荷大小调节出力，将送风温度冷却至露点温度，送风机频率根据室内温度与预设的室内目标温度进行步进调节；当模块判断为干工况时，根据送风机功耗与蒸发温度对磁悬浮冷机6功耗的影响建立物理模型，寻找不同负荷下的送风状态点，进而实时调节磁悬浮冷机6和送风机出力。
6）根据冷源控制模块26内置的控制策略对冷源测进行联合优化控制。冷却塔变频风机9频率根据固定风水比（如1.3）或固定冷却塔变频风机9效率（如80%）控制；建立冷却变频泵8功耗与磁悬浮冷机6功耗的灰箱模型，冷却变频泵8频率和磁悬浮冷机6出力根据该模型进行寻优控制。为了提升寻优的稳定性，将各设备寻优步长适当延长，例如将冷却变频泵8调节步长设为3Hz。
此外，本发明控制方法中磁悬浮冷机6、冷却变频泵8、冷却塔变频风机9和冷却水电动蝶阀遵循基本的开机和关机连锁顺序：
开机连锁：冷却水电动蝶阀→冷却变频泵8→冷却塔变频风机9→磁悬浮冷机6；
关机连锁：磁悬浮冷机6→延迟2min关闭冷却变频泵8→冷却水电动蝶阀→冷却塔变频风机9。
Claims (3)
1.一种适用于地铁车站的直膨空调***，它包括设备***和控制***，其特征在于，所述设备***包括依次连接的环境与设备监控***（1）、直膨机组控制单元（2）和多个集成控制的***设备；所述直膨机组控制单元（2）包括Modbus TCP/IP接口（3）、输入输出模块接口模块（5）和多个RS-485通讯接口模块（4）；环境与设备监控***（1）与Modbus TCP/IP接口（3）相连接实现对***设备的监控；各RS-485通讯接口模块（4）分别与***设备中的磁悬浮冷机（6）、变频风机（7）、冷却变频泵（8）和冷却塔变频风机（9）连接；所述输入输出模块接口模块（5）与***设备中的电动风阀（10）、传感器（11）、电动阀门（12）、旁流水处理设备（13）相连接；所述控制***包括控制边界设定模块（21）和直膨机组控制模块（22）；控制边界设定模块（21）内置于环境与设备监控***（1）中，直膨机组控制模块（22）内置于直膨机组控制单元（2）中，所述直膨机组控制模块（22）包括机组模式选择模块（23）、风机模式选择模块（24）、风氟联动模块（25）和冷源控制模块（26），控制边界设定模块（21）连接到机组模式选择模块（23），机组模式选择模块（23）分别控制风机模式选择模块（24）、风氟联动模块（25）和冷源控制模块（26）。
2.如权利要求1所述适用于地铁车站的直膨空调***的控制方法，其步骤为：
1）控制边界设定模块（21）预设好室内空气目标参数；
2）向直膨机组控制模块（22）下发风机启停或频率调节指令，指令内容根据机组模式选择模块（23）的选择决定是否生效；
3）直膨机组控制模块（22）以上述参数为控制目标，机组模式选择模块（23）、风机模式选择模块（24）、风氟联动模块（25）和冷源控制模块（26）各自完成调节，并执行对设备的调控；
4）按照风机模式选择模块（24）内置的控制策略执行下列操作：送风机和回排风机的送排风组合模式、各风阀的开闭及回排风机的频率调节；
5）由风氟联动模块（25）控制送风机和冷机压缩机的频率根据实现不同负荷工况进行优化控制；
6）根据冷源控制模块（26）内置的控制策略对冷源测进行联合优化控制。
3.根据权利要求2所述适用于地铁车站的直膨空调***的控制方法，其特征在于，控制***架构采用一体化设计集成，减少了接口数；控制策略与控制***架构相匹配。
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