中水源热泵系统中的压缩机的恒温差变能级节能控制

空调节能论文范文第六篇：中水源热泵系统中的压缩机的恒温差变能级节能控制

　　摘要：塔坛国际商贸城中水源热泵供热（制冷）节能运行控制系统旨在通过实时监控机房中的设备运行及环境状况，采用可编程控制器（PLC）的整体控制方案，采集设备运行参数，根据中水源热泵工艺要求通过合理的控制算法，结合数据分析、远程监控等方式实现系统的手、自动控制功能。用电动阀门配合PLC组成控制单元，对中水源热泵系统中的压缩机进行了恒温差变能级节能控制，使压缩机高能级运行，从而实现变能级节能控制，使热泵主机的压缩机在不同负荷率下都在其高效工况区运行，达到了节能的目的，实现系统在无人值守情况下的正常运行，具有一定的实用价值和推广价值。

　　关键词：中水源热泵；恒温差变能级；闭环；冗余；节能运行；

　　作者简介：冯洁（1982-），女，汉族，河北平山人，研究生，工程师，主要研究方向为电力电子与电力传动；；王西霞（1982-），女，汉族，河北栾城人，研究生，工程师，主要研究方向为电气自动化，E-mail:15931188708@163.com;

　　1. 项目概述

　　塔坛国际商贸城项目位于省会的南部，是河北省最大的综合体项目群，总建筑面积220余万平方米，共分商业区、回迁区、商品区三个区，其中商业区提供冬季供暖，夏季制冷，其余部分只提供冬季供暖；酒店为独立的供暖、空调系统，其冷、热负荷不计入本次项目设计负荷。

　　塔坛国际商贸城及塔坛国际庄园中拟建中水源热泵机房一座，换热站6个，利用中水源热泵系统在商用和住宅区域内提供冬季供暖、商业夏季制冷的功能。本自动控制系统旨在通过实时监控机房中的设备运行及环境状况，采用可编程控制器（PLC）的整体控制方案，采集设备运行参数，根据中水源热泵工艺要求通过合理的闭环PID控制，结合数据分析、远程监控等方式实现系统的手、自动控制功能，符合国家倡导的对绿色、节能、环保等新能源技术充分利用的方针，有效地推进了城镇低碳降耗的地源热泵等新能源技术的应用和普及。

　　2. 系统构成

　　系统构成图（见图1）：包括工控机3台、打印机1台、PLC控制柜4台和电控柜6台、压力传感器6件、温度传感器6件、电线及通讯电缆。

　　图1 系统构成图

　　3. 上位机控制系统构成

　　本系统采用力控最新版的组态软件。本上位机系统依托力控组态软件平台设计开发，通过友好动态的人机界面展现系统工艺及控制流程和相关参数。提供手动、自动二种控制方式，图形化的界面，傻瓜式的操作方式向下位机控制系统发出指令，控制相应设备运行。完成监控的同时，提供强大的数据存储和数据分析功能，便于用户优化控制逻辑，达到节能降耗的目的。上位机系统的硬件设备包括工控机3台（1台为工程师站，2台为操作员站）、网络交换机1台、打印机1台。软件包括工程师站组态软件1套、操作员站组态软件2套。

　　4. 上位机系统的功能

　　上位机系统操作员站系统提供2台全功能操作员站，各操作员站互为备用，与LCD显示器1∶1配置。配备1套工程师站，用于做具体的开发和控制工作，可兼做操作员站。

　　具体功能：本系统采用多层显示结构，显示的层数能根据工艺过程和运行要求来确定。

　　4.1 建筑区域级显示

　　图2 建筑区域效果图

　　根据石家庄市塔坛国际商贸城及塔坛庄园建筑布局，设计建筑区域效果图，如图2所示。建筑区域级显示能提供整个项目区域商业建筑、住宅建筑、热泵机房、换热站等主要建筑物的布局，便于用户直观了解项目区域全貌。鼠标悬停在"热泵机房"建筑处，可显示机房的供回水温度、工作模式等主要参数，以及弹出项目所在地与石家庄市桥西污水处理厂的地理分布情况示意图。鼠标点击"热泵机房"即可跳转到热泵机房控制流程显示窗口。

　　4.2 热泵机房控制流程显示

　　本系统根据机房的整体情况，设计控制流程效果图，直观实时显示各热泵机组、循环泵、电磁阀、补水系统的启停、调节阀的开度等设备的运行状态以及用户侧、水源测的温度、压力、流量、液位等参数，用户可方便、直观地一览工艺流程及当前设备的运行状况、参数、工作模式、控制方式等。用户可以选择"手动"或"自动"按钮进行工作模式的设定。其中手动方式是通过现场的PLC控制柜上的相应按钮控制阀门的开启、关闭；自动方式是在工程师站或者操作员站的上位机上远程点动各个阀门的开启、关闭按钮，设置阀门开度等，实现阀门的控制。

　　4.3 单个机组细节显示，阀门设备状态显示

　　单个机组细节显示窗口中可查看该机组的进出口温度、压力、流量、阀门状态等详细信息。阀门设备状态显示窗口中分组显示了各个热泵机组配套的相关阀门详细信息，可对阀门实现单个启闭，以及按分组实现各组阀门的全关、全开操作，便于用户根据实际需求操作阀门启闭，通过多层显示结构可在各级窗口界面中实现以下主要设备状态及参数的显示和控制。

　　本机房11台水泵机组为10 k V高压直接启动，其中水源侧水泵5台（4用1备），用户侧水泵6台（5用1备）。机房采用水冷式双机头离心压缩机，采用10 k V高压直接启动；有软化水箱、补水箱、分水器；阀门包含关断阀和调节阀两种，其中关断阀90台，显示开/关状态，实现手/自动控制；调节阀21台，显示开/关状态，开启行程度，实现手/自动控制；压力传感器、温度传感器方面，记录并显示6台压力传感器数值，6台温度传感器数值。用户管理方面，可设定和修改用户级别及密码保护，保证系统安全；数据报表方面，以报表的形式显示机组、水泵等运行的各项参数，具有报表查询、导入导出、打印等功能，用户可以对任意时间段的参数数据进行查询，便于实现数据的存储、汇总、分析和进一步的数据处理；数据曲线方面，可通过趋势曲线菜单栏中的按钮，实现曲线的左移、右移、运行/暂停、实时/历史趋势切换、查询、缩放、还原、打印设置、坐标轴限值设置等；系统设置方面，窗口具备数据备份、对时功能，支持将数据库定时或手动备份到工控机硬盘或外部存储卡中。

　　5. 下位机控制系统

　　本分散控制系统依据中水源热泵冷、热源系统工艺要求设置，用各类传感器（压力、温度、液位、流量等）采集供回水回路参数，并根据参数控制开启电动阀门的数量和控制电动阀门的开度，反馈设备工作状态，设置水位高低报警，热泵机组故障及循环泵、补水系统故障报警等，能满足各种运行工况的要求，确保机组安全、高效运行。各部分功能具体如下：

　　一是采集机房群控状况及传感器参数，为热泵主机提供供、回水温度、压力、流量，用户侧和中水源侧供、回水温度、压力，补水系统和分水器的液位等。二是采集10台离心式热泵机组状态，通过485通讯方式将热泵主机上的各项数据传输到PLC,并上传至上位机显示。需要上传数据包括以下几个方面：热泵主机进出口温度（485通讯）；每台热泵主机的进出口流量（通过采集电磁流量计数值），并做累计流量；提取热泵机组的输出冷热能量值（单位为千瓦），用户侧能量输出可实现累计；通过温度传感器监测中水进水及回水温度，计算出中水源能量值并在监控后台予以显示和累计（单位为千瓦）；自控系统还具有自动记录设备运行情况、设备投入的数量、设备累计运行时间等；采集和控制111台电动阀门、11台循环水泵和8台潜污泵的状态，PLC将自动采集电动阀门的运行状态和开度信息，并上传至上位机显示，自动或手动控制电动阀门的启停和开度。三是PLC将自动采集11台循环水泵的运行状态和参数，当循环水泵故障时自动切换到备用水泵，这一控制方式可以最大限度地减少循环水泵启动停止瞬间对控制系统的冲击。四是分水器液位控制与报警。分水器加装1台电接点压力传感器，并设置一台电动调节阀根据所测的液位和压力自动控制电动调节阀的启停和开启的角度，调节温差、调节回流控制分水器液位。

　　6. 系统安全和可靠性

　　6.1 系统安全

　　系统安全包括系统自身设备安全、信息传递的安全和操作员在控制室进行就地操作的安全，做好防雷接地和对操作人员的防护措施。

　　6.2 系统精度和可靠性

　　本系统的PLC采用冗余配置（控制器冗余、电源冗余、网络冗余），其中一模块发生故障，均不影响系统其他部分的工作。本自动控制系统上位机冗余是工程师站（可作为操作员站）上的组态软件通过以太网用TCP/IP协议和下位机S7-300的CPU通讯，同时两台操作员站作为客户端访问工程师站，可实现所有的监控功能，并互为备用。系统采取冗余措施后，系统的可靠性可以大幅度提高，大大降低了故障率，保证了系统安全无故障运行，提高了系统的可用性和可维护性。

　　7. 系统运行节能控制

　　用电动阀门配合PLC组成控制单元，对中水源热泵系统中的压缩机进行了恒温差变能级节能控制，使压缩机高能级运行，从而实现变能级节能控制，使热泵主机的压缩机在不同负荷率下都在其高效工况区运行，达到了节能的目的。

　　8. 结语

　　本文阐述的塔坛国际商贸城中水源热泵供热（制冷）节能运行控制系统，采用基于西门子可编程控制器（PLC）与组态软件的整体控制方案，采用闭环控制方案，执行实时的用能管理策略，解决发现的用能症结，选择最优的系统运行，从而在整体上使可再生资源如地热能的能效比达到最高，在实现无人值守全自动控制的前提下达到系统总体节能减排的目标。

　　参考文献

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