大功率冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的控制
1引言
摩爾春天廣場是遂寧市一大型購物中心，使用大功率冰蓄冷中央空調(diào)，冰蓄冷中央空調(diào)將電網(wǎng)夜間谷荷多余電力以冰的冷量形式儲存起來，在白天用電高峰時將冰融化提供空調(diào)服務(wù)。由于我國大部分地區(qū)夜間電價比白天低得多，所以采用冰儲冷中央空調(diào)能大大減少用戶的運(yùn)行費(fèi)用。
冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)配置的設(shè)備比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要增加一些，自動化程度要求較高，但它能自動實現(xiàn)在滿足建筑物全天空調(diào)要求的條件下將每天所蓄的能量全部用完，最大限度地節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。
2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)由下位機(jī)（現(xiàn)場控制工作站）與上位機(jī)（中央管理工作站）組成，下位機(jī)采用可編程序控制器（PLC）與觸摸屏，上位機(jī)采用工業(yè)級計算機(jī)與打印機(jī)，系統(tǒng)配置必要的附件如通信設(shè)備接口、網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等，實現(xiàn)蓄冷系統(tǒng)的參數(shù)化與全自動智能化運(yùn)行。
下位機(jī)和觸摸屏在現(xiàn)場可以進(jìn)行系統(tǒng)控制、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)顯示。上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和打印，它包含下位機(jī)和觸摸屏的所有功能。整個系統(tǒng)以下位機(jī)的工業(yè)級可編程序控制器為核心，實現(xiàn)自動化控制?？刂圃O(shè)備與器件包括：傳感檢測元件、電動閥、變頻器等。
2.1下位機(jī)系統(tǒng)（區(qū)域工作站）
2.1.1觸摸屏 暖通空調(diào)（在線）
采用MT5000彩色觸摸屏作為操作面板，完全取代常規(guī)的開關(guān)按鈕、指示燈等器件，使控制柜面談得更整潔。并且，MT500觸摸屏在現(xiàn)場可實現(xiàn)狀態(tài)顯示、系統(tǒng)設(shè)置、模式選擇、參數(shù)設(shè)置、故障記錄、負(fù)荷記錄、時間日期、實時數(shù)據(jù)顯示、負(fù)荷曲線與報表統(tǒng)計等功能，中文操作界面直觀友好。
2.1.2SIEMENS可編程序控制器
SIMATICS7-300系列PLC適用于各行各業(yè)、各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化，其強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。
該產(chǎn)品具有光電隔離，高電磁兼容；具有很高的工業(yè)適用性，允許的環(huán)境溫度達(dá)60℃；具有很強(qiáng)的抗干擾、抗振動與抗沖擊性能，因此在嚴(yán)酷的工作環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用。
自由通訊口方式也是S7-300型PLC的一個很有特色的功能，它使S7-300型PLC可以與任何通訊協(xié)議公開的其它設(shè)備、控制器進(jìn)行通訊，即S7-300型PLC可以由用戶自己定義通訊協(xié)議（例ASCII協(xié)議），波特率為1.5Mbit/s（可調(diào)整）。因此使可通訊的范圍大大增加，使控制系統(tǒng)配置更加靈活、方便。任何具有串行接口的外設(shè)，例如：打印機(jī)或條形碼閱讀器、變頻器、調(diào)制解調(diào)器（Modem）、上位PC機(jī)等都可連接使用。用戶可通過編程來編制通訊協(xié)議、交換數(shù)據(jù)（例如：ASCII碼字符），具有RS232接口的設(shè)備也可用PC/PPI電纜連接起來進(jìn)行自由通訊方式通訊。
當(dāng)上位機(jī)脫機(jī)時，在下位機(jī)控制下，整個系統(tǒng)能正常運(yùn)行。
2.2上位機(jī)系統(tǒng)（中央管理工作站）
2.2.1上位機(jī) 暖通空調(diào)在線
上位機(jī)即圖文控制中心，主要由HP原裝多媒體計算機(jī)，和激光打印機(jī)組成，采用SIMATICWINCC5.1軟件平臺，采用全中文操作界面，人機(jī)對話友好。管理人員和操作者，可以通過觀察PC機(jī)所顯示的各種信息來了解當(dāng)前和以往整個冰蓄冷自控系統(tǒng)的運(yùn)行情況和所有參數(shù)，并且通過鼠標(biāo)進(jìn)行設(shè)備管理和執(zhí)行打印任務(wù)。
2.2.2WINCC5.1軟件平臺
WINCC軟件在自動化領(lǐng)域中可用于所有的操作員控制和監(jiān)控任務(wù)?？蓪⑦^程控制中發(fā)生的事件清楚地顯示出來，可顯示當(dāng)前狀態(tài)并按順序記錄，所記錄的數(shù)據(jù)可以全部顯示或選擇簡要形式顯示，可連續(xù)或按要求編輯，并可輸出打印報表和趨勢圖。
WINCC能夠在控制過程中危急情況的初發(fā)階段進(jìn)行報告，發(fā)出的信號既可以在屏幕上顯示出來，也可以用聲音表現(xiàn)出來。它支持用在線幫助和操作指南來消除故障。某一WINCC工作站可專門用于過程控制以使那些重要的過程信息不被屏蔽。軟件輔助操作策略保證過程不被非法訪問，并提供用于工業(yè)環(huán)境中的無錯操作。
WINCC是MICRSOFTWINDOWS98或WINDOWSNT4.0操作系統(tǒng)下，在PC機(jī)上運(yùn)行的面向?qū)ο蟮囊涣?2位應(yīng)用軟件，通過OLE和ODBC視窗標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制，作為理想的通訊伙伴進(jìn)入WINDOWS世界，因此WINCC可容易地結(jié)合到全公司的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。
3冰蓄冷系統(tǒng)的控制
3.1控制目的、范圍及主要受控設(shè)備
蓄冷控制系統(tǒng)控制目的：通過對制冷主機(jī)、儲冰裝置、板式熱交換器、系統(tǒng)水泵、冷卻塔、系統(tǒng)管路調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，調(diào)整儲冰系統(tǒng)各應(yīng)用工況的運(yùn)行模式，在最經(jīng)濟(jì)的情況下給末端提供一穩(wěn)定的供水溫度。同時，提高系統(tǒng)的自動化水平，提高系統(tǒng)的管理效率和降低管理勞動強(qiáng)度。
控制范圍包括整個冰蓄冷系統(tǒng)的參數(shù)狀態(tài)顯示、設(shè)備狀態(tài)及控制，主要控制設(shè)備有：雙工況主機(jī)、電動閥、冷卻塔、冷卻水泵、蓄冰裝置、初級乙二醇泵、板式換熱器、次級乙二醇泵等。
3.2控制功能
控制功能包括整個冰蓄冷系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所需的功能。
3.2.1工況轉(zhuǎn)換功能
根據(jù)季節(jié)和機(jī)器運(yùn)行情況，自控系統(tǒng)具備以下工況轉(zhuǎn)換功能：
a）雙工況主機(jī)制冰同時供冷模式；b）雙工況主機(jī)單獨(dú)制冰模式；c）主機(jī)與蓄冰裝置聯(lián)合供冷模式；d）融冰單獨(dú)供冷模式；e）主機(jī)單獨(dú)供冷模式。
暖通空調(diào)（在線）
3.2.2工況的啟停、顯示和故障報警功能
控制系統(tǒng)按編排的時間順序，結(jié)合負(fù)荷預(yù)測軟件，控制制冷主機(jī)及外圍設(shè)備的啟停數(shù)量及監(jiān)視各設(shè)備之工作狀況與運(yùn)行參數(shù)，如：
制冷主機(jī)啟停、狀態(tài)及故障報警；-制冷主機(jī)運(yùn)行參數(shù)；-制冷主機(jī)缺水保護(hù)；-制冷主機(jī)供/回水溫度、壓力遙測和顯示；-冷凍水泵啟停、狀態(tài)及故障報警；-乙二醇泵啟停、狀態(tài)及故障報警；-冷卻水泵啟停、狀態(tài)及故障報警；-壓差旁通管的壓差測量與顯示；-冷卻塔風(fēng)機(jī)啟停、狀態(tài)及故障報警；
冷卻塔供/回水溫度控制與顯示；-供/回水溫度、壓差遙測控制與顯示；-板式換熱器側(cè)進(jìn)出口溫度控制與顯示；-蓄冰裝置進(jìn)、出口溫度遙測控制與顯示；-冷凍水回水流量控制與顯示；-電動閥開關(guān)、調(diào)節(jié)與閥位控制與顯示；-室外溫濕度遙測控制與顯示；-蓄冰量測量與顯示；-末端冷負(fù)荷控制。
3.2.3數(shù)據(jù)的記錄和打印功能
控制系統(tǒng)對一些需要的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行整年趨勢記錄，控制系統(tǒng)可將整年的負(fù)荷情況（包括每天的最大負(fù)荷和全日總負(fù)荷）和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時間以表格和圖表記錄下來，供使用者使用。所有監(jiān)測點(diǎn)和計算的數(shù)據(jù)均能自動定時打印。
3.2.4手動/自動轉(zhuǎn)換功能
控制系統(tǒng)配置靈活的手動/自動轉(zhuǎn)換功能。
3.2.5優(yōu)化控制功能
根據(jù)室外溫度、天氣預(yù)報、天氣走勢、歷史記錄等數(shù)據(jù)自動選擇主機(jī)優(yōu)先或融冰優(yōu)先。在滿足末端負(fù)荷的前提下，每天使用完儲存的冷量，盡量少地運(yùn)行主機(jī)。充分發(fā)揮冰儲冷系統(tǒng)優(yōu)勢，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。
3.2.6全自動運(yùn)行功能
系統(tǒng)可脫離上位機(jī)工作，根據(jù)時間表自動進(jìn)行制冰和控制系統(tǒng)運(yùn)行、工況轉(zhuǎn)換、對系統(tǒng)故障進(jìn)行自動診斷，并向遠(yuǎn)方報警。觸摸屏顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、流程、各節(jié)點(diǎn)參數(shù)、運(yùn)行記錄、報警記錄等。
3.2.7節(jié)假日設(shè)定功能
系統(tǒng)可根據(jù)時間表自動運(yùn)行，同時也可預(yù)先設(shè)置節(jié)假日，控制儲冰量和儲冰時間，使系統(tǒng)在節(jié)假日時對不需要供應(yīng)空調(diào)的場所停止供冷。
3.2.8下位機(jī)操作功能
下位機(jī)操作功能如下：
a）人機(jī)對話。操作人員可通過觸摸面板進(jìn)行人機(jī)對話，操作界面完全中文化，具有提示、幫助、參數(shù)設(shè)置、密匙設(shè)置、故障查詢、歷史記錄等功能。
b）系統(tǒng)設(shè)置。包括操作口令設(shè)置、運(yùn)行設(shè)置、運(yùn)行時間表設(shè)置、記錄溢出處理、自動/手動/測試選擇、節(jié)假日設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（包括各節(jié)點(diǎn)溫度、壓力，各介質(zhì)的流量，儲冰量，制冰速率，融冰速率，閥門開度，末端負(fù)荷等。）
c）故障記錄、運(yùn)行記錄、歷史記錄等。
3.3遠(yuǎn)程監(jiān)控
控制系統(tǒng)通過電話線或?qū)拵ЬW(wǎng)，與專家系統(tǒng)連接，對系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控、參數(shù)修改、數(shù)據(jù)采集等，使系統(tǒng)不斷完善和軟件版本升級，讓用戶得到更好的服務(wù)。遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的是用戶可以通過PSTN（公共交換傳輸網(wǎng)）對冷凍站進(jìn)行異地遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時也可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試、遠(yuǎn)程適時監(jiān)控和在線維護(hù)等，從而大大減輕工程人員的工作強(qiáng)度，降低工程成本。
3.4系統(tǒng)擴(kuò)展控制 暖通在線
控制系統(tǒng)設(shè)計界面友好，PLC和觸摸屏均可擴(kuò)展，內(nèi)容可擴(kuò)展、參數(shù)也可修改，通過485通訊接口或通信協(xié)議實現(xiàn)BAS與冰儲冷自控系統(tǒng)一體化，節(jié)約投資、方便管理。系統(tǒng)集中控制，減少了動力柜占地面積，又使動力柜型號統(tǒng)一、式樣相同、大小一致。系統(tǒng)擴(kuò)展控制如下：
a）污水泵自動控制；b）風(fēng)、排風(fēng)控制；c）活水泵穩(wěn)壓控制；d）防水泵定時運(yùn)行、檢測、報警；e）淋水泵穩(wěn)壓控制；f）筑物夜間輪廓照明自動控制；g）低配計量、開關(guān)狀態(tài)檢測、報警。
4結(jié)語
通過PLC在冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的推廣運(yùn)用，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行和有效節(jié)能，同時也為樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)的控制器選型提供了新的思路。相信在不久的將來，越來越多的PLC系統(tǒng)在冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)用中日趨成熟，在樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)中也將會大顯身手。
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