CN102705956A - 一种一次泵变流量系统的优化控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一次泵变流量系统的优化控制装置及方法。所述的装置包括制冷机、水泵、空调柜、水泵控制器和压差优化设定器，制冷机、水泵、空调柜设置在供回水管上；压差优化设定器分别与水泵控制器、控制调节阀、压差传感器电连接；水泵控制器分别与变频器、流量传感器、旁通和控制调节阀电连接。优化控制方法包括以下程序：压差优化设定器检测阀位反馈信号；挑选出最大反馈信号并使阀位达到或接近最大开度；水泵控制器使供回水干管的压差维持在设定值；控制旁通调节阀以保证制冷机的流量不小于自身允许的最小流量值。本发明具有以下效益：保证水系统安全运行、满足各个末端空调柜水流量的需求；可以广泛应用于机场、车站、码头等建筑节能与空调控制领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种系统控制装置及方法，特别是涉及一种一次泵变流量系统的优化控制装置及方法。
背景技术
目前的水系统一般目前的水系统一般采用定流量系统及变流量系统。定流量水系统中的输运出动力由定速泵提供。定流量水系统不能根据建筑的空调负荷变化而调节水泵的流量，能耗大。变流量水系统中的输运动力一般由设置有变频器的水泵提供。水泵根据水系统对水量的需求不断地调整转速以满足系统末端对水量的需求。水系统又可以分为一次泵系统及二次泵系统，二次泵系统配置复杂，控制也复杂。因而一次泵变流量系统在实际工程中有很大的应用空间。
一次泵变流量系统的控制通常是通过调整水泵的转速维持集水器与分水器之间的压差或者是维持最不利环路末端的压差来实现。当通过维持集水器与分水器之间的压差来控制水泵的转速时，实现的节能效果是非常有限的，水泵的功耗基本上与流量成比例关系，不能充分利用水泵的功耗与流量的立方关系来实现最大程度的节能。当通过维持最不利环路末端的压差来控制水泵转速时，能够在很大程度上实现水泵的节能。但是最不利环路末端的压差传感器的安装位置与测量对系统的控制有很大的影响。在实际的工程系统中，最不利环路难以确定。另一方面，压差控制器的控制设定值通常为一恒定值。这种控制方式有一定的缺陷。由于该压差设定值恒定，即使该最不利环路的负荷很小，压差控制值不变致使阀门开度很小，使水泵的能耗消耗在阀门节流上。由于该压差设定值恒定，如果其它环路（末端）的负荷很大，压差控制值不变致使阀门全开，也无法获取足够的水流量而影响该末端区域的热舒适性。
本发明是在这种背景下提出的，在一次泵变流量系统中充分利用各末端控制水阀的阀位反馈信号，设定最优压差设定值以调整水泵转速，保证以较小的水泵能耗为各个末端提供足够的水流量。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种一次泵变流量系统的优化控制装置及方法，从而对一次泵变流量系统进行优化控制并保证系统的安全运行。
本发明提供的一种一次泵变流量系统的优化控制装置，包括制冷机、水泵、空调柜、传感器和调节阀，所述的控制装置还包括压差优化设定器、水泵控制器、供水干管、回水干管和变频器；所述的传感器包括送风温度传感器、流量传感器和压差传感器；所述的调节阀包括控制调节阀和旁通调节阀；所述的压差优化设定器的输入端分别与控制调节阀和压差传感器通过导线电连接，压差优化设定器的输出端与水泵控制器输入端通过导线电连接；所述的水泵控制器还分别与变频器、流量传感器、旁通调节阀和压差传感器通过导线电连接，在所述的供水干管和回水干管之间的水管上分别设置有空调柜、控制调节阀、旁通调节阀和制冷机。
在上述技术方案中，所述的水泵设置在供水干管上，水泵与变频器电连接，水泵与流量传感器通过水管连接。
在上述技术方案中，所述的空调柜还装设有温度控制器和送风温度传感器；空调柜和温度控制器分别与所述的控制调节阀水管连接和电连接。
在上述技术方案中，所述的空调柜的数量为一台或多台，与空调柜匹配的温度控制器和送风传感器的数量同为一台或多台。
本发明提供的一种一次泵变流量系统的优化控制方法，所述的优化控制方法包括如下步骤：
一、压差优化设定器检测来自各个空调柜的控制调节阀的阀位反馈信号；
二、压差优化设定器从所有检测的控制调节阀的阀位反馈信号中挑选出最大反馈信号，并同控制调节阀的阀位全开位置信号比较，改变压差设定值Pset使控制调节阀的阀位达到或接近最大开度；
三、水泵控制器根据压差优化设定器设定的压差Pset及压差传感器测得的压差之差通过变频器对水泵的转速进行控制使供水干管与回水干管之间的压差维持在设定值Pset；
四、水泵控制器检测流量传感器的测量值，并通过控制旁通调节阀以保证制冷机的蒸发器的流量不小于制冷机的蒸发器允许的最小流量值。
在上述技术方案中，所述的控制调节阀的阀位反馈信号若未达到最大开度时，压差优化设定器逐步降低压差设定值Pset，降低压差设定值Pset后，水泵控制器控制水泵转速使压差降低，空调柜的控制调节阀阀位逐渐增大，以达到需要的水流量；当压差优化设定器检测到控制调节阀最大反馈信号接近最大开度，压差优化设定器保持该压差设定值，同时不断地检测各控制调节阀的反馈信号；当反馈信号最大的空调柜匹配的控制调节阀达到最大开度时，压差优化设定器逐步升高压差设定值Pset，增加供回水干管压差设定值Pset后，水泵控制器控制水泵转速使压差升高，空调柜的控制调节阀阀位逐渐减小，以达到需要的水流量。
在上述技术方案中，所述的水泵控制器不断地检测流量传感器的测量流量，当测量水流量大于制冷机的蒸发器允许的最小流量时，水泵控制器根据压差优化设定器的压差设定值对水泵进行控制；当变频器的频率到达最小值或测量水流量小于制冷机的蒸发器允许的最小流量，变频器的频率不再减小，同时如果测量水流量小于制冷机的蒸发器允许的最小流量则旁通调节阀打开，旁通调节阀控制水流量不小于制冷机的蒸发器允许的最小流量。
所述的制冷机包括蒸发器和冷凝器。
所述的一次泵变流量系统的优化控制装置及方法，具有以下有益效果：供回水干管的压差就可以控制在满足各末端空调柜水流量需求的最低水平，水泵的能耗也控制在系统需要的最低水平，大大降低水泵的能耗。即使各末端空调柜的负荷不平衡，该控制方法也能保证各空调柜的水量需求而且水泵能耗最低。
本发明所述的一次泵变流量系统的优化控制装置及方法的技术特点：1、压差优化控制技术利用了各空调柜控制调节阀的阀位反馈信号；2、根据各空调柜的负荷变化（反映在控制调节阀阀位的变化上）而随时改变供回水干管的压差设定值，该压差设定值根据系统负荷的变化而不断变化。通过改变设定值，可以使最大阀位反馈信号的空调柜的控制调节阀达到或接近最大开度；3、由于压差设定值是按照系统需要而不断改变的，水泵的转速始终控制在系统需要的最低转速；4、通过监测水流量及旁通调节阀的控制，流经制冷机蒸发器的水流量不低于制冷机蒸发器允许的最小流量，保证系统的安全运行；5、所述控制技术既能满足各末端空调柜对水流量的需求，又能最大限度的降低水泵的能耗并保证系统安全运行。
综上所述，本发明所述的优化控制装置及方法既可以在末端负荷很大时保证各末端空调柜足够的水流量，也可以在各末端空调柜负荷不平衡时保证各末端空调柜足够的水流量，还可以在末端负荷较小时节省水泵能耗保证各末端空调柜足够的水流量，同时保证在小流量下系统安全运行。如果该技术能得到广泛普及应用，能很好地维持水系统的安全运行，在满足一次泵变流量系统的各末端空调柜水流量需求的同时可以大大地实现空调系统的节能，减少碳排放，保护环境。本发明可以广泛用于机场、车站、码头、宾馆、院校、办公大楼等建筑节能与空调控制领域。
附图说明
图1为本发明的一次泵变流量系统的优化控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
本发明所述的一次泵变流量系统的优化控制装置，包括制冷机1、水泵2、空调柜3-n、调节阀、变频器7、传感器、压差优化设定器13和水泵控制器14。所述的压差优化设定器13的输入端分别与空调柜3-n对应或匹配的控制调节阀4-n及压差传感器9通过导线电连接，压差传感器9同时与水泵控制器14通过导线电连接，压差优化设定器13的输出端与水泵控制器14的输入端通过导线电连接，水泵控制器14的输入端分别与压差传感器9和流量传感器8通过导线电连接，水泵控制器14的输出端分别与变频器7的输入端和旁通调节阀10通过导线电连接；变频器7的另一端与水泵2电连接；在供水干管11与回水干管12之间设置有制冷机1、旁通调节阀10、空调柜3-n和控制调节阀4-n；流量传感器8和水泵2均设置在供水干管11上。
一次泵变流量系统的优化控制装置内通常有若干个末端空调柜3-n，本实施例设置第一空调柜3-1、第二空调柜3-2和第三空调柜3-3，与之匹配的设有第一温度控制器6-1、第二温度控制器6-2和第三温度控制器6-3，第一送风温度传感器5-1、第二送风温度传感器5-2和第三送风温度传感器5-3，当然，第一送风温度传感器5-1、第二送风温度传感器5-2和第三送风温度传感器5-3也可作为回风温度传感器；每个空调柜3-n内装设有对应的温度控制器6-n和送风温度传感器或回风温度传感器5-n，每个空调柜3-n的一端与对应的装有控制器的控制调节阀4-n通过水管连接；每个温度控制器6-n分别与对应的控制调节阀4-n和送风温度传感器或回风温度传感器5-n电连接；每个空调柜3-n的另一端与回水干管12的水管连接。
所述的一次泵变流量系统的优化控制方法，其控制程序如下：温度控制器6-n根据对应的温度传感器5-n测量的送风温度或回风温度调节控制调节阀4-n的开度以维持温度在设定值；压差优化设定器13检测与对应的空调柜3-n的控制调节阀4-n的阀位反馈信号，从所有的控制调节阀4-n的阀门反馈信号中挑选出反馈信号最大的末端空调柜3-n，压差优化设定器13改变压差设定值Pset使该控制调节阀4-n达到或接近最大开度；水泵控制器14根据压差优化设定器13设定的压差Pset及压差传感器9测得的压差之差通过变频器7对水泵2的转速进行控制使供水干管11和回水干管12之间的压差维持在设定值Pset；水泵控制器14通过对流量传感器8测量的水流量与制冷机1的蒸发器的允许最小流量进行比较确定是否调节旁通调节阀10，以保证制冷机1的蒸发器允许的最小流量。
压差优化设定器13获取各空调柜3-n的控制调节阀4-n的阀位反馈信号V1～Vn（一般为0～10V，0表示全关位置，10表示全开位置），根据所有控制调节阀4-n的阀位反馈信号来优化供水干管11与回水干管12的压差设定值Pset。压差优化设定器13改变压差设定值Pset的方法是：当阀位反馈信号最大的空调柜3-n对应的控制调节阀4-n未达到最大开度时，压差优化设定器13逐步降低压差设定值Pset，降低供水干管11与回水干管12压差设定值Pset后，水泵控制器14通过变频器7控制水泵2的转速使压差降低，空调柜3-n对应的控制调节阀4-n阀位逐渐增大，以达到需要的水流量；当反馈信号最大的空调柜3-n对应的控制调节阀4-n达到最大开度时，压差优化设定器13逐步升高压差设定值Pset，增加供水干管11与回水干管12压差设定值Pset后，水泵控制器14通过变频器7控制水泵2的转速使压差升高，空调柜3-n的控制调节阀4-n阀位逐渐减小，以达到需要的水流量；当压差优化设定器13检测到控制调节阀4-n最大反馈信号接近最大开度（比如9.5V表示95％阀位开度），压差优化设定器13保持该压差设定值，同时不断地检测各控制调节阀4-n阀位反馈信号。
水泵控制器14在通过变频器7控制水泵2的同时，监测流量传感器8的流量测量值，并同制冷机1的蒸发器允许的最小流量相比较。当流量传感器8的流量测量值大于制冷机1的蒸发器允许的最小流量时，水泵控制器14根据压差优化设定器13的压差设定值通过变频器7对水泵2进行控制；当变频器7的频率到达最小值（比如25Hz）或流量传感器8的测量值小于制冷机1的蒸发器允许的最小流量，变频器7的频率不再减小，同时如果流量传感器8的测量值小于制冷机1的蒸发器允许的最小流量则旁通调节阀10打开旁通调节，使得水流量不小于制冷机1的蒸发器允许的最小流量，保证系统的正常运行。
这样，一次泵变流量系统的压差设定值就控制在系统需要的最低水平，水泵转速控制在系统需要的最低水平，水泵能耗控制在需要的最低水平，同时保证系统的正常运行。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种一次泵变流量系统的优化控制装置，包括制冷机（1）、水泵（2）、空调柜（3-n）、传感器和调节阀，其特征在于：所述的控制装置还包括压差优化设定器（13）、水泵控制器（14）、供水干管（11）、回水干管（12）和变频器（7）；所述的传感器包括送风温度传感器（5）、流量传感器（8）和压差传感器（9）；所述的调节阀包括控制调节阀（4-n）和旁通调节阀（10）；所述的压差优化设定器（13）的输入端分别与控制调节阀（4-n）和压差传感器（9）通过导线电连接，压差优化设定器（13）的输出端与水泵控制器（14）输入端通过导线电连接；所述的水泵控制器（14）还分别与变频器（7）、流量传感器（8）、旁通调节阀（10）和压差传感器（9）通过导线电连接，在所述的供水干管（11）和回水干管（12）之间的水管上分别设置有空调柜（3-n）、控制调节阀（4-n）、旁通调节阀（10）和制冷机（1）。
2.根据权利要求1所述的一次泵变流量系统的优化控制装置，其特征在于：所述的水泵（2）设置在供水干管（11）上，水泵（2）与变频器（7）电连接，水泵（2）与流量传感器（18）通过水管连接。
3.根据权利要求1或2所述的一次泵变流量系统的优化控制装置，其特征在于：所述的空调柜（3-n）还装设有温度控制器（6-n）和送风温度传感器（5-n）；空调柜（3-n）和温度控制器（6-n）分别与所述的控制调节阀（4-n）水管连接和电连接。
4.根据权利要求3所述的一次泵变流量系统的优化控制装置，其特征在于：所述的空调柜（3-n）的数量为一台或多台，与空调柜（3-n）匹配的温度控制器（6-n）和送风传感器（5-n）的数量同为一台或多台。
5.一种一次泵变流量系统的优化控制方法，其特征在于：所述的优化控制方法包括如下步骤：
一、压差优化设定器（13）检测来自各个空调柜（3-n）的控制调节阀（4-n）的阀位反馈信号；
二、压差优化设定器（13）从所有检测的控制调节阀（4-n）的阀位反馈信号中挑选出最大反馈信号，并同控制调节阀（4-n）的阀位全开位置信号比较，改变压差设定值Pset使控制调节阀（4-n）的阀位达到或接近最大开度；
三、水泵控制器（14）根据压差优化设定器（13）设定的压差Pset及压差传感器（9）测得的压差之差通过变频器（7）对水泵（2）的转速进行控制使供水干管（11）与回水干管（12）之间的压差维持在设定值Pset；
四、水泵控制器（14）检测流量传感器（8）的测量值，并通过控制旁通调节阀（10）以保证制冷机（1）的蒸发器的流量不小于制冷机（1）的蒸发器允许的最小流量值。
6.根据权利要求5所述的一次泵变流量系统的优化控制方法，其特征在于：所述的控制调节阀（4-n）的阀位反馈信号若未达到最大开度时，压差优化设定器（13）逐步降低压差设定值Pset，降低压差设定值Pset后，水泵控制器（14）控制水泵（2）转速使压差降低，空调柜（3-n）的控制调节阀阀位逐渐增大，以达到需要的水流量；当压差优化设定器（13）检测到控制调节阀（4-n）最大反馈信号接近最大开度，压差优化设定器（13）保持该压差设定值，同时不断地检测各控制调节阀（4-n）的反馈信号；当反馈信号最大的空调柜（3-n）匹配的控制调节阀（4-n）达到最大开度时，压差优化设定器（13）逐步升高压差设定值Pset，增加供回水干管压差设定值Pset后，水泵控制器（14）控制水泵（2）转速使压差升高，空调柜（3-n）的控制调节阀（4-n）阀位逐渐减小，以达到需要的水流量。
7.根据权利要求5或6所述的一次泵变流量系统的优化控制方法，其特征在于：所述的水泵控制器（14）不断地检测流量传感器（8）的测量流量，当测量水流量大于制冷机（1）的蒸发器允许的最小流量时，水泵控制器（14）根据压差优化设定器（13）的压差设定值对水泵（2）进行控制；当变频器（7）的频率到达最小值或测量水流量小于制冷机（1）的蒸发器允许的最小流量，变频器（7）的频率不再减小，同时如果测量水流量小于制冷机（1）的蒸发器允许的最小流量则旁通调节阀（10）打开，旁通调节阀（10）控制水流量不小于制冷机（1）的蒸发器允许的最小流量。
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