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中央空调余热利用控制系统

大型宾馆、写字楼的电耗中，中央空调系统占据了很大的比例。如何降低电耗，提高经济效益，已经成为企业负责人越来越关注的问题。作为中央空调系统的重要组成部分——制冷机组的热端单纯靠冷却水带走热量，既加大了冷却水系统的负担又没有充分地利用热量，造成了能源的浪费。余热中央热水系统引入了热水机，利用制冷机组热端产生的热量来生产生活用热水，充分利用了热量又减轻了冷却水系统的负担，达到了节能的目的。同时，冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机长期恒速运行，不能根据大厦的实际用冷量和天气的冷暖变化来自动调节循环水量，这也是一种电能的浪费。因此，需要引入自动控制系统来自动调节水泵和风机的运行速度，

以消除引入热水机给制冷系统可能带来的影响，稳定制冷机组的工作状态，降低电耗，保证设备的正常、经济运行。

１被套 工程概况

这里介绍的工程的被控对象是中央空调制冷机组的冷冻水泵系统、冷却水泵系统、陈昌杰指出冷却塔风机和热水机提压泵。按照系统要求，要根据制冷机组的冷冻水出口压力（或温度）来控制冷冻水泵的流量，根据冷却水入口（回水）水温控制冷却塔风机的转速，根据冷却水出口水温（或压力）控制冷却水泵的流量，热水机提压泵的设置根据用户系统是否足够来确定。余热中央热水系统工艺流程见图１。

实现控制目的，其关键在于利用冷冻水（或冷却水）的压力（或温度）来控制水泵系统和风机的电机转速。在本方案中采用压力和温度传感器，采集温度和压力信号，ＰＬＣ作为主控设备，利用电机变速节能技术，使用变频器来控制水泵和风机的电机转速。其控制系统络图见图２。

２ 控制方案

２．１ 单个水泵（或风机）的控制模式

根据冷冻水（或冷却水）的压力（或温度）控制水泵的流量和风机的转速，就是要实现对变频器装置的控制，即利用采集的压力和温度信号来控制变频器输出的频率。采用反馈模式实现闭环的跟踪控制，可以随天气情况、客人数量、活动内容等因素的变化来调节实际的负荷量。反馈控制可以采用压力反馈控制模式和温度反馈控制模式，具体哪种水泵采用压力反馈控制，哪种水泵采电动牙刷用温度反馈控制，要根据具体的现场情况及要求来决定。一般而言，冷冻水泵系采用压力反馈控制，冷却水泵系统、热水机提压泵和冷却塔风机采用温度反馈控制。控制模式见图３。

２．２ 控制逻辑与算法

由于该系统有四组需要控制的水泵系统或风机，因此每一组水泵系统或风机都应该有与其相对应的控制部分，包括独立的传感器、变频器和ＰＩＤ参数，其基本结构是相同的。现以冷冻水泵系统为例分析其控制算法。冷冻水泵系统组成如图４所示。

冷冻水泵系统由四台水泵组成，其中包括了三台备用泵。当大厦的用冷量较小时，只需要启动其中的一台水泵（常用泵），并且可以对该水泵的转速进行变频调节以达到最经济的运行。当大厦的用冷量较大时，就可能需要同时启用其中的两台或三台水泵，一台或两台全速运行，另外一台受控变频调速。每一台水泵原则上应该对应于一台变频器，但由于变频器价格较高，从经济的角度考虑，可以一组水泵系采用一个变频器。其控制逻辑为：

（１）１＃水泵为常用泵，与变频器相连，可实现变频调速，２＃、３＃、４＃泵为备用泵；

（２）通常情况下，１＃泵启动，其流量受控；

（３）用冷量加大，１＃泵全速启动仍不能满足要求时（压力或温度超过用户设定的阈值１），全速启动２＃、３＃、４＃泵中的一台，１图：3D打印TPU细胞支架上的阳性细胞增殖＃调剂弹簧的振幅和频率泵的流量仍受变频器控制。若仍不能满足要求（压力或温度超过用户设定的阈值２），则依此法再全速启动一台泵，１＃泵始终受控，从而达到合理利用电能的目的；

（４）每次全速启动备用泵时，优先启动累计运行时间最少扭转弹簧的备用泵（时间相等时依照用户设定启动），使得３个备用泵印刷耗材都处于热储备状态，延长设备的使用寿命；

（５）当１＃泵检修时，可以将２＃泵与变频器相连（即将变频器输出的三相电源与２＃泵相连）。

上述控制逻辑表明，本控制系统采用了开关ＰＩＤ－ＦＣ控制，当采样值与设定值偏差较大时，采用开关控制（全速启动备用泵）；当采样值与设定值偏差较小时，则采用ＰＩＤ控制（变频调速一台泵）。

开关控制是由ＰＬＣ根据采样值与阈值的比较得到的差量来决定电子开关的闭合，ＰＩＤ控制则是由ＰＬＣ根据离散型的增量式ＰＩＤ算法得到控制量，其一般算法为：

增量：Δｕ（ｋ）＝Ｋｐ｛ｅ（ｋ）－ｅ（ｋ－１）＋ｅ（ｋ）＋［ｅ（ｋ）－２ｅ（ｋ－１）＋ｅ（ｋ－２）］｝

控制量：ｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ－１）＋Δｕ（ｋ）

式中，Ｋｐ、Ｔ１、ＴＤ为ＰＩＤ系数，Ｔ为采样周期，ｅ（ｋ）、ｅ（ｋ－１）、ｅ（ｋ－２）为连续三次采样的值与给定值的差，Δｕ（ｋ）为第Ｋ个采样周期的控制量增量，ｕ（ｋ）则为第Ｋ个采样周期的控制量，也就是传给变频器的频率值。ＰＩＤ系数采用模糊控制器来自行调整，即为ＰＩＤ－ＦＣ控

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