ECS中央调调适系统.doc

ECS中央空调调适系统 一．概述 中央空调系统的建设(设备的投入、电网的设计等)都是按照最大负荷来设计的，因此中央空调大部分时问都处于部分负荷状态下，在实际运行中，中央空调负荷减少时并没有减少多少消耗的能量，显然这是不合理的。随着技术的进步，促进了变频器的小型化和实用化，为了降低中央空调系统的能源浪费，人们开始采用变频器来控制空调系统的水泵和风机实现节能的效果。 传统的中央空调控制方法通过采集水循环系统的压差和温度，采用可编程序控制器（PLC），对水泵进行PI（比例、积分）调节控制或者PID（比例、微分、积分）调节控制，以实现节能。PLC能实现简单的逻辑功能，最常见的节能控制方法有恒温差控制和恒压差控制，PLC控制方法可以达到一定的节能效果，而且PID控制原理简单、使用方便，价格也比较便宜，但其也存在一些不足： PI或者PID调节器最重要调节系数Kp(比例系数)、Ti（积分时间常数）、Td （微分时间常数）只能是一个固定值，通常是在设备调试阶段，由经验丰富的调试人员手工整定的，数据一旦整定后，它就是固定不变的了，不能随着受控环境的变化而自动调整。而实际上，中央空调系统是一个时变的动态系统，其运行工况是和气候条件、建筑物材料、建筑内人流量等多种因素密不可分的，是随时变化的。因此，静态参数的控制方法并不适合于中央空调系统的节能控制。此外，PLC只能实现单参量的简单控制功能，当用于控制中央空调系统这样多参量、非线性时变高耦合复杂系统时，容易引起系统震荡，使得控制温度在较大范围内变化，及影响了系统的稳定性、又降低了空调系统的舒适性。 针对PID控制方法的不足，有些厂家提出了一些基于人工智能技术的控制方法，其中比较有代表性的是中央空调节能模糊控制方法。该控制方法主要是模拟人类的思维模式，当一个熟练的操作工人，遇到工况变化的情况，经过自身大脑的思维判断，给出控制量来控制系统。例如当工人发现冷冻水供回水温差小于某个设定值（系统负荷降低），可以选择降低冷冻泵的控制频率，达到节能的效果。而当冷冻水供回水温差大于某个设定值（系统负荷增加），则必须增加冷冻泵的控制频率，保证空调系统制冷效果。 中央空调节能模糊控制方法主要是模拟人类的思维模式来对中央空调系统进行控制，包括了温差偏差变量模糊化、温差偏差变化率模糊化、模糊推理、模糊量清晰化处理和清晰量输出等几个主要过程。和传统PID方法相比，更加符合中央空调的复杂性、动态性和模糊性，能够实现比PID更加精准的控制效果，实现更大的节能效果。但是它也同样存在着一些不足： 首先模糊控制方法是根据专家的丰富实践经验和思维过程构建的模糊规则，然后依此规则作为控制控制的基础，因此规则库制定方法对控制效率有着决定性作用，但是规则库的建立需要依赖大量的实践数据，从大量的应用环境中收集最有效的控制规则，但是如何评价采用的规则是最有效的，现在并没有定论。而且规则库考虑的是大多数应用的普遍性，但是每个具体应用的工况也是有所区别，因此并不能达到最优化的控制。最终要一点，采用模糊控制方法主要只是针对了中央空调系统中的水泵系统进行节能控制，而水泵变频对制冷主机效率和冷却塔效率的影响并没有考虑，例如冷却水泵降低频率可以节省水泵电量，但是主机的耗电量有可能会上升，因此这种方法并不能体现系统整体节能的最优化控制。 综上所述，通过检测和控制技术发现建筑物中合理能耗，按照需求供给能量，则就能够实现中央空调系统的节能。当前的中央空调节能控制策略主要针对系统中的单个设备和局部环节，事实已经证明这种控制策略并不能很好的实现节能的要求。由于中央空调本身是一个热交换过程，具有大滞后、多干扰特点，是一个多输入多输出的高度耦合系统，所以为了提高控制的效果，必须从整体上和以负荷为对象来考虑系统的设计。 为了解决中央空调节能优化控制问题，上海信业智能科技股份有限公司和清华大学自控系联合开发了ECS中央空调调适系统，该系统通过全面的参数采集，实时监控中央空调系统的运行，将冷冻站系统中各电气设备耗能情况实时计量分析，建立运行专家系统数据库，对冷冻站设备的能耗模型进行辨识。冷冻水采用动态规则模糊控制算法，根据运行状况在线更新规则库；冷却水采用启发式有哪些信誉好的足球投注网站算法对系统总能耗进行实时优化，在保证制冷量的前提下使系统的总能耗最低。 二．ECS系统结构 如图1所示，ECS中央空调调试系统由数据采集柜、冷冻水泵控制柜、冷却水泵控制柜、冷却塔控制柜和电脑主控制柜组成。控制柜之间采用数字线路连接，可进行实时通讯。各个控制柜实现的功能如下： 图1 ECS系统结构图 ? 数据采集柜的主要功能是实时采集现场环境参数，包括制冷主机进出口温度、冷冻水流量、冷却水流量、冷冻供回水压差、室外温度和室外湿度等参数。数据采集柜将现场传感器将采集到的模拟信号转换成数据信息，采用标准的格式规范传输到电