某汽车配件工厂冷水机组群控设计

张胜兰 涂淑平

上海海事大学商船学院

0 引言

随着中央空调系统的广泛应用，系统节能已成为最终用户、设计单位、空调厂商、BAS厂商所关注的焦点。空调系统中能耗最大的冷水机组的高效节能，成为空调系统节能的关键问题。而行之有效的技术手段就是采用冷水机组群控。由于外界环境温度和实际空调面积的变化，建筑物的空调负荷始终在变化。使用冷水机组群控不仅可以根据系统负荷的大小，准确控制制冷机组的运行数量和每台制冷机组的运行工况，从而达到节能并降低运行费用的目的，使制冷站内设备的运行达到最高效率。而且可以通过机组轮换、故障保护、负荷调节等控制程序，确保冷水机组的安全，延长机组的使用寿命，从而避免人工管理的盲目性和主观性。

1 系统概况

本汽车配件工厂于江苏省昆山市，其中设计要求冷水机组提供的冷源主要供给包括：车间工艺空调，铸造岗位空调，办公室空调。工艺空调用于涂装车间的工艺冷却送风。铸造岗位空调用于对车间中24个岗位点进行局部送风，所送为全新风。二楼和三楼的办公室由冷冻站提供冷源，单独设计空调系统，采用风机盘管加新风系统。

冷冻站主要设备包括：1044kW螺杆式冷水机组3台，机组两用一备。30kW单级单吸卧式离心冷却水泵4台，冷却水泵三用一备。22kW单级单吸卧式离心冷冻水泵4台，冷冻三用一备，同时配备方型冷却塔一组，冷却塔11kW风机3台。其中冷却水泵与冷却塔风机均采用变频控制，冷冻站集水器与分水器之间有压差旁通阀。本冷冻站系统为典型的综合性冷冻站。

2 方案制定

2.1 监控内容

机房冷冻站控制原理和冷却塔布置图分别如图1和2所示，控制系统监测范围[1]包括：①冷水机组启动（手自动启动，运行，故障），启停次数，累计运行时间，故障报警；②冷冻、冷却水泵变频控制（手自动启动，运行，故障频率监测）[2]；③冷水机组的冷负荷（制冷量）；④冷冻水供，回水温度；⑤冷冻水供回水压差检测和压差旁通阀的开度；⑥冷却水供回水温度监测；⑦冷却塔风机监测（手自动启动，运行，故障）；⑧蝶阀开关及状态监测。

图1 机房冷冻站控制原理图

图2 冷却塔布置图

2.2 控制逻辑

1）冷水机组启停顺序[3]：启动时先冷却塔蝶阀开启，冷却水蝶阀开启，开冷却泵，冷冻水蝶阀开启；停止时先停冷水机组，关冷冻泵，冷冻水蝶阀，关冷却泵，关冷却水蝶阀，关冷却塔风机，蝶阀。

2）冷水机组台数控制：由于现在流行的空调系统冷负荷=供回水温差×冷冻水流量策略存在各种问题，本文采用新型冷机群控策略，根据冷冻水回水温度，和冷水机组的运行负荷（制冷量）大小[4]，自动调整冷水机组运行台数，当供水或回水温度低于或接近设定温度时，说明已运行的冷机提供足够的冷量来满足建筑的需要，检查当前冷机的冷负荷，如：3台的冷机运行负荷为65%时，卸载一台冷水机组，剩下的两台冷水机组当运行负荷为45%时，继续再卸载一台冷水机组。当供水或回水温度低于设定温度时，冷机加载，当已运行的冷机制运行负荷已经到达100%仍然不能满足需要时，相继加开一台冷水机组，直到满足要求为止，达到节能目的。

3）冷冻水压差控制：根据冷冻水供回水压差，调节冷冻水泵频率同时自动调节旁通调节阀，维持供水压差恒定，达到节能的目的[5]。

4）冷却水温度控制：根据冷却水温度，自动控制冷却塔风机的启停台数，达到节能的目的。

5）累积计算各设备的运行时间，使设备交替运行。避免一部分设备长时间运行，而另外一些设备长期闲置不用的情况，冷水机组实现实际工作时间累加记录，实际工作时间最少的机组会优先工作，达到工作时间均衡的目的。开列维修报告，及时对设备进行维修保养，降低设备故障率，减少因设备故障造成经济损失。

3 工程总说明

本工程自控系统包括管理层、控制层和现场设备三个基本组成部分，管理层设备包括监控中心工控机服务器、UPS、打印机等，通过组态王上位机图形界面对现场设备进行监视和控制。控制层设备是整个自动控制系统的核心，由于整个控制系统包括模拟输入（AI）点 23个，数字输入（DI）点 88个，模拟输出（AO）点19个，数字输出（DO）点34个。系统采用了西门子PLC-200，根据点数选择的PLC为：CPU226，扩展模块6*EM223DI16/AI16、1*EM221DI18对现场设备采集的数据进行处理并按控制要求对现场设备发出控制指令。

该系统的主要功能有：1）远程操作功能；2）图形化系统配置工具；3）系统运行记录报告；4）管理警报和事件消息；5）监控点历史；6）趋势分析；7）累积、统计功能；8）节能管理控制；9）时间预定功能；11）设备循环启/停/及重大设备启/停延时保护；12）供电恢复启动程序；13）用电量限制/负载循环。

4 结论

本文针对某汽车零部件厂房冷冻站系统的实际情况和特点，设计了一套切实可行的高效节能冷冻机组群控系统，该项目现经过一年的运行，控制系统能够适时地加载和卸载，并且出水温度也控制在很小的波动范围。且节能效果十分明显，而大型冷水机组的群控也必然是未来空调节能的主要发展方向之一。

[1] 尉迟斌.实用制冷空调工程手册(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2010

[2] 邹同华,马淑媛.水泵变频能耗的试验研究[J].流体机械,2011,39(10):1-3

[3] 黄慧丽.机房群控系统机组启停策略研究[J].低温与特气,2011,29(5):12-15

[4] 荣剑文.冷水机组群控策略的讨论[J].暖通空调,2005,35(12):9-10

[5] 宋静,顾培强.楼宇自控系统中冷水系统群控策略[J].IB智能建筑与城市信息,2006,111(2):41-43