矩形科技DDC楼控产品在中央空调水蓄冷系统解决方案
前 言
近年来，愈来愈严重的电荒和能源紧缺已成为阻碍经济发展的一大瓶颈，而随着全社会对能源危机意识的增强，国家明确提出将节能增效放在能源工作的首位。最近我国政府要求切实加强资源节约工作，建设节约型社会，故而各行各业必须在节约用电的同时充分利用现有电力资源。目前，电力供应紧张有两个特点：一是电网负荷率低，系统峰谷差加大，二是随着用电结构的变化，工业用电比重相对减少，城市生活、商业用电快速增长。而空调的用电量占到建筑物用电的40%，所以节约空调系统的高峰用电将是缓解缺电矛盾的重要一环，目前各省市、地区电业部门纷纷公布用电政策和峰谷分时电价，以经济手段推动电力“削峰填谷”的实现。
系统采用深圳市矩形科技有限公司专门针对于楼宇自动化而研发的M44MAD-AC/N基于以太网的高性能DDC产品，其内含网络控制和DDC功能。
技术方案概述
1 系统描述
1.1 空调蓄能技术概述
空调蓄能技术是一种通过分时制冷，来获取分时电价差，节省电制冷或电制热运行电费的技术。在国外已经是一项成熟的技术，目前国内正大面积推广应用。
1.2空调蓄能经济效益概述
1) 社会经济效益
电网的分时定价是现代电网的一大特点，蓄能系统具有转移电网高峰用电量、平衡电网峰谷差的功能。由于蓄能系统的移峰填谷功能，提高了电网的安全运行性能，提高了现有发电设备和输配变电设备的效率，降低了变配电损耗，从而降低了发配电的运行成本，充分利用了不可再生的资源，其社会经济效益是巨大的。因此，政府大力鼓励在低谷电价时段用电。
2) 用户采用空调蓄能时获得的经济效益
可以大幅度降低运行电费，降低经营成本。蓄能系统的用电策略是：在低电价时段制取冷（热）量储存起来，在相对高电价时段少用或不用电，把储存的能量释放出来使用。一般峰谷时段的电价比可达3：1—4.5：1，甚至更高，因此由于电价差而节省的运行电费达30%—70%。且采用空调蓄能技术后，主机设备在储能运行时的效率相对于常规运行可提高6%—8%，空调系统总的节电率不低于10%。在用户扩容改造或新装制冷中央空调系统时，按蓄能方式设计系统，由于在空调负荷高峰时，可以使用预先储存的冷量来供冷，因此不必象常规空调系统那样按高峰负荷配备主机设备，而是按全天的平均负荷来配备空调主机设备,系统装机容量可减少达30—50%。从而使得按蓄能方式设计的系统比按常规设计的系统节约投资费用。
2 某高尔夫酒店系统原理图
图2-1 系统工况转换图
图2-2 系统原理图
2.1 系统自控要求
（1） B1水泵与1#主机，B2水泵与2#主机联动〔主机提供冷却水泵联动干接点〕，B3水泵备用。
（2） 根据不同的季节、不同的时间、不同电价，选择不同的运行工况模式；
（3） 自控单位还根据自控设计要求增加必要的点表；
（4） 整个自控分为全自动、半自动、远程点控三种模式；
2.2 系统控制说明
（1） B1/B2/B3冷却泵:二用一备 45kw/台，B1水泵与1#主机联动〔主机提供冷却水泵联动干接点〕，B2水泵与2#主机联动〔主机提供冷却水泵联动干接点〕B3水泵备用，当B1或B2出现故障时，B3可自动替代故障泵运行。
（2） B4/B5/B6冷冻泵:二用一备 37kw/台。B6是B5和B4的备用泵，B4与1#主机联动〔主机提供冷冻水泵联动干接点〕同时与V3电动碟阀联动（V3电动碟阀提供交流24V状态信号），只有二个信号同时具备才可启动1#主机。B5与2#主机联动〔主机提供冷冻水泵联动干接点〕同时与V9电动碟阀联动（V9电动碟阀提供交流24V状态信号），只有二个信号同时具备才启动可启动2#主机。
（3） B7/B8蓄冷泵:一用一备 30kw/台。与1#及2#主机联动〔主机提供冷冻水泵联动干接点〕同时与V4及V10联动（V4和V10电动碟阀提供交流24V状态信号），只有任意一台蓄冷泵和任意一个电动碟阀二个信号同时具备才启动主机。
（4） B9/B10变频换热器循环泵：运行条件：根据运行工况模式的需求启动；运行控制要素：集水器温度，将集水器温度稳定在13℃。
（5） B11/B12变频蓄水池循环泵：运行条件：B8/B9启动则其启动；运行控制因素：T5换热器进水温度，将换热器进水温度稳定在设定温度(7℃左右)。
（6） B13/B14热水泵：手动控制启停。
（7） E燃气热水锅炉：根据锅炉回水温度的变化而启动燃气机加热。控制系统随设备厂家供货。
（8） F1冷却塔:与1#主机的冷却水泵联动；F2冷却塔：与2#主机的冷却水泵联动；
（9） 电动碟阀控制：根据运行工况模式需求启停。
3 水蓄冷自控系统点数统计及产品型号配置
3.1 系统点数统计
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深圳市矩形科技有限公司 |
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SHENZHEN RECT TECHNOLGY CO..LTD |
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深圳市宝安43区安乐工业区A栋4楼南 |
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TEL:+86 0755-27440378 FAX:+86 0755-27440377转8016 Email:plcstar@126.com |
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|
序号 |
被控设备名称 |
数量 |
输入 |
|
输出 |
|
变送器或执行器 |
|
|
|
|
DI |
AI |
DO |
AO |
名称 |
数量 |
|
|
|
地下一层设备 |
|
||||||
|
|
制冷房部分 |
|
||||||
|
1 |
冷却塔风机启/停控制 |
|
|
|
8 |
|
|
|
|
2 |
冷却塔风机手自动转换 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
3 |
冷却塔风机运行状态 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
4 |
冷却塔风机运行故障报警 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
5 |
锅炉机组启/停控制 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
6 |
锅炉机组手自动转换 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
7 |
锅炉机组运行状态 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
8 |
锅炉机组运行故障报警 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
9 |
冷水机组启/停控制 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
10 |
冷水机组手自动转换 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
11 |
冷水机组运行状态 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
12 |
冷水机组机运行故障报警 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
13 |
B1...B14水泵运行状态 |
|
14 |
|
|
|
|
|
|
14 |
B1...B14水泵故障报警 |
|
14 |
|
|
|
|
|
|
15 |
B1...B14水泵手/自动 |
|
14 |
|
|
|
|
|
|
16 |
B1...B14水泵启停控制 |
|
|
|
14 |
|
|
|
|
17 |
B9...B12水泵变频控制 |
|
|
4 |
|
4 |
|
|
|
18 |
V1…V20电动蝶阀运行状态 |
|
20 |
|
|
|
|
|
|
19 |
V1…V20电动蝶阀故障报警 |
|
20 |
|
|
|
|
|
|
20 |
V1…V20电动蝶阀手/自动 |
|
20 |
|
|
|
|
|
|
21 |
V1…V20电动蝶阀位置反馈 |
|
40 |
|
|
|
|
|
|
22 |
V1…V20电动蝶阀启停控制 |
|
|
|
40 |
|
|
|
|
23 |
T1...T19水管温度监测 |
|
|
19 |
|
|
水管温度变送器 |
19 |
|
24 |
P1…P9水管压力监测 |
|
|
9 |
|
|
水管压力变送器 |
9 |
|
25 |
Ti1...Ti5蓄冷槽温度监测*3 |
|
|
15 |
|
|
水管温度变送器 |
15 |
|
26 |
蓄冷槽液位监测 |
|
|
3 |
|
|
液位变送器 |
3 |
|
27 |
水流状态监测 |
|
6 |
|
|
|
水流开关 |
6 |
|
28 |
水流量监测 |
|
|
2 |
|
|
电磁流量计 |
2 |
|
29 |
水压差控制器 |
|
|
|
|
|
水压差控制器 |
1 |
|
30 |
冷热水分集水器旁通调节 |
|
|
|
|
|
电动调节阀及驱动器 |
1 |
|
|
小计 |
|
169 |
52 |
68 |
4 |
|
56 |
|
|
合计 |
293 |
169 |
52 |
68 |
4 |
|
56 |
3.2 采用产品型号配置选型
|
|
||||||||
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深圳市矩形科技有限公司 |
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SHENZHEN RECT TECHNOLGY CO..LTD |
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深圳市宝安43区安乐工业区A栋4楼南 |
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TEL:+86 0755-27440378 FAX:+86 0755-27440377转8016 Email:plcstar@126.com |
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|
序号 |
控制器名称 |
数量 |
输入 |
|
输出 |
|
备注 |
|
|
控制器型号选择 |
|
DI |
AI |
DO |
AO |
说明 |
数量 |
|
|
1号控制柜 |
||||||||
|
1 |
N80-M44MAD/AC-N DDC1 |
1 |
16 |
6 |
16 |
6 |
控制柜1号 |
1 |
|
2 |
E16D DDC1 |
2 |
32 |
|
|
|
控制柜1号 |
|
|
3 |
E8AD2A DDC1 |
2 |
|
16 |
|
|
控制柜1号 |
|
|
4 |
E16DR DDC1 |
1 |
8 |
|
8 |
|
控制柜1号 |
|
|
2号控制柜 |
||||||||
|
5 |
N80-M44MAD/AC-N DDC2 |
1 |
16 |
6 |
16 |
6 |
控制柜2号 |
1 |
|
6 |
E16D DDC2 |
2 |
32 |
|
|
|
控制柜2号 |
|
|
7 |
E8AD2A DDC2 |
2 |
|
16 |
|
|
控制柜2号 |
|
|
8 |
E16DR DDC2 |
1 |
8 |
|
8 |
|
控制柜2号 |
|
|
3号控制柜 |
||||||||
|
9 |
N80-M44MAD/AC-N DDC3 |
1 |
16 |
6 |
16 |
6 |
控制柜3号 |
1 |
|
10 |
E16D DDC3 |
4 |
64 |
|
|
|
控制柜3号 |
|
|
11 |
E8AD2A DDC3 |
1 |
|
8 |
|
|
控制柜3号 |
|
|
12 |
E16DR DDC3 |
1 |
8 |
|
8 |
|
控制柜3号 |
|
|
|
小计 |
19 |
200 |
58 |
72 |
18 |
|
3 |
|
|
合计 |
19 |
200 |
58 |
72 |
18 |
|
3 |
4 水蓄冷自控程序说明
1. 系统自动控制分为三种工作模式：夏季控制、过渡季节控制、冬季控制
2. 系统分为16种工况控制模式。
3. 系统分为11个时段控制，根据不同的时段选择不同的工况运行。在用电高峰期选择蓄水池放冷工况运行，在用电低峰期选择蓄水池蓄冷或直供工况运行。
|
|
夏季 |
|
|
时段 |
工作模式及控制参数描述 |
工况模式 |
|
23：00～7：00 |
1台主机蓄冷1台主机直供冷，当T9=4℃时停止蓄冷主机 |
工况8或工况9 |
|
7：00～9：00 |
停止蓄冷主机，1台主机直供冷（原直供冷的继续直供冷）， |
工况3 |
|
9：00～12：00 |
蓄冷池放冷， |
工况13或工况14 |
|
12：00～14：00 |
蓄冷池停止放冷， |
工况10或工况11 |
|
14：00～17：00 |
蓄冷池放冷， |
工况13或工况14 |
|
17：00～19：00 |
蓄冷池停止放冷， |
工况10或工况11 |
|
19：00～21：00 |
蓄冷池放冷， |
工况15 |
|
|
过渡季节 |
|
|
23：00～7：00 |
1台主机蓄冷1台主机直供冷，当T9=4℃时停止蓄冷主机 |
工况8或工况9 |
|
7：00～23：00 |
蓄冷池放冷， |
工况13或工况14 |
|
|
冬季 |
|
|
0：00～24：00 |
系统采暖 |
工况16 |
|
|
|
|
5 水蓄冷自控工况流程
|
运行工况 |
阀门状态 |
泵运行状态 |
主机状态 |
|
1#主机直供 |
开启：V1、V3、V5、V15 |
启动：B1、B4、F1 |
1#主机运行 |
|
2#主机直供 |
开启：V2、V9、V11、V18 |
启动：B2、B5、F2 |
2#主机运行 |
|
1#2#主机直供 |
开启：V1、V2、V3、V5、V9、V11、V15、V18 |
启动：B1、B2、B4、B5、F1、F2 |
1#2#主机运行 |
|
1#主机蓄冷 |
开启：V1、V4、V6、V15 |
启动：B1、B7、F1 |
1#主机运行 |
|
2#主机蓄冷 |
开启：V2、V10、V12、V18 |
启动：B2、B7、F2 |
2#主机运行 |
|
1#边蓄冷边供冷 |
开启：V1、V4、V6、V7、V8、V15 |
启动：B1、B7、B9、B11、F1 |
1#主机运行 |
|
2#边蓄冷边供冷 |
开启：V2、V7、V8、V10、V12、V18 |
启动:B2、B7、B9、B11、F2 |
2#主机运行 |
|
1#蓄冷2#直供 |
开启：V1、V2、V4、V6、V9、V11、V15、V18 |
启动：B1、B2、B5、B7、F1、F2 |
1#2#主机运行 |
|
2#蓄冷1#直供 |
开启：V1、V2、V3、V5、V10、V12、V15、V18 |
启动：B1、B2、B4、B6、B7、F1、F2 |
1#2#主机运行 |
|
1#边蓄冷边供冷2#直供 |
开启：V1、V2、V4、V6、V7、V8、V9、V11、V15、V18 |
启动：B1、B2、B5、B7、B9、B11、F1、F2 |
1#2#主机运行 |
|
2#边蓄冷边供冷1#直供 |
开启：V1、V2、V3、V5、V7、V8、V10、V12、V15、V18 |
启动:B1、B2、B4、B7、B9、B11、F1、F2 |
1#2#主机运行 |
|
蓄冷池放冷 |
开启:V7、V8 |
启动：B9、B11 |
不启动 |
|
蓄冷池放冷1#直供 |
开启：V1、V3、V5、V7、V8、V15 |
启动：B1、B4、B9、B11、F1 |
1#主机运行 |
|
蓄冷池放冷2#直供 |
开启：V2、V7、V8、V9、V11、V18 |
启动：B2、B5、B9、B11、F2 |
2#主机运行 |
|
蓄冷池放冷1#2#直供 |
开启：V1、V2、V3、V5、V7、V8、V9、V11、V15、V18 |
启动：B1、B2、B4、B5、B9、B11、F1、F2 |
1#2#主机运行 |
|
系统采暖 |
开启：V19、V20 |
启动：B13、锅炉启动 |
不启动 |
6 水蓄冷自控程序流程图
7 水蓄冷自控系统负荷设计
图7-1全负荷蓄冷
图7-2部分负荷蓄冷－主机优先
图7-3 部分负荷蓄冷－蓄冷设备优先
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蓄冷模式 |
定义 |
优点 |
缺点 |
适用条件 |
|
全负荷蓄冷(图7-1) |
制冷主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统高峰时段所需要的全部冷量。在电力高峰期，所有主机停运，所需冷负荷全部由所蓄冷量满足 |
1) 均大限度的转移了电力高峰期的用电量2) 白天全天通过蓄冷设备供冷，运行成本均低3) 控制简单 |
1) 系统的蓄冰容量、制冷主机及相应设备容量均大2)系统占地面积均大3) 系统初投资均高 |
1)体育馆、影剧院等短时供冷场所 2)高峰电时段用电负荷有严格限制，无法开启主机供冷的场所 |
|
部分负荷蓄冷－主机优先(图 7-2) |
制冷主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统高峰时段所需要的部分冷量。在电力高峰期，主机以满负荷运行，不足部分由所蓄冷量补充 |
1) 系统蓄冰容量、制冷机容量均小 2)系统的占地面积均小3) 初期投资均小，回收周期短 |
1)仅转移了电力高峰时段部分用电量2) 运行费用较全负荷蓄冷高3) 控制较复杂 |
非全负荷蓄冷模式均可采用（目前大多数冰蓄冷项目均采用这种蓄冷模式） |
|
部分负荷蓄冷－蓄冷设备优先(图 7-3) |
制冷主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统高峰时段所需要的部分冷量。在电力高峰期，蓄冷设备按要求提供冷量，不足部分由主机提供（电力高峰期主机一般处于停止工作的卸载状态 |
1) 系统蓄冷容量、制冷机容量较小 2)系统占地面积较小3) 初期投资较小，回收周期短 |
1) 仅转移了电力高峰时段部分用电量2)运行费用较全负荷蓄冷高，较主机优先模式低3) 控制复杂4) 投资较主机优先模式高 |
非全负荷蓄冷模式均可采用 |
|
|
|
|
|
|
8 水蓄冷自控系统控制策略
运行控制策略
部分负荷蓄冷系统的控制较全负荷蓄冷复杂，除了保证蓄冷工况与供冷工况之间的转换操作以及空调供水温度控制以外，主要应解决制冷主机和蓄冷装置之间的供冷负荷分配问题，充分利用蓄冷系统节省运行费用。
|
监控系统组成
9 监控系统结构
l 系统特点
1. 基于多种通讯协议的网络控制单元；
2. 支持工业以太网、TCP-IP、Modbus-TCP协议；
3. 支持RS232、RS485、CAN2.0；
4. 支持Modbus-RTU协议、自由通讯协议；
5. 支持GPRS-DTU、3G-DTU远程监控
6. 支持基于以太网的编程调试，支持GPRS-DTU的远程编程调试；
7. 支持单系统多达10000个网络变量；
8. 支持短信息和WEB界面的远程监控；
10 用户管理及登录界面
当计算机开启时，系统会自动进入到当前主界面。用户需要登陆后才能进入到控制界面。界面中包含以下功能：
1> 用户管理：用户管理由用户登陆、用户退出及用户管理组成。
2> 进入控制系统：需要权限才能进入，用户需要正确登陆才可以进入到控制系统中去。
3> 系统退出：需要权限才能进入，用户登陆后可以直接退出组态控制系统。
用户管理分为：用户登录
用户退出
用户管理
1>用户登录：当用户选择用户登录后，系统会弹出用户登录对话框
用户需要正确输入用户名及密码方可进入登录系统。系统正确登录后会在界面框中显示当前用户登录名及用户权限。
2>用户退出：当用户正确登录系统后，需要退出用户登录，用户点击用户管理中的用户退出即可退出用户登录。此时，没有授权用户不能登录到系统中。
3>用户管理：需要用户权限。当用户正确登录系统后，如需要修改用户密码及添加用户时，用户可以点击用户管理来操作，点击用户管理界面会弹出对话框如下；
用户可以根据以上列表框来管理用户，如修改密码，增加用户以及管理用户权限和设置工作区域都可以通过管理界面来管理。
11 用户控制模式选择
l 系统控制模式分为三种控制模式：远程点动控制、半自动控制、自动控制
1) 远程点动控制：系统中各种冷水泵、冷冻泵、冷却泵、电动蝶阀、冷却塔等可以在界面中通过启动|停止按钮分别控制。
2) 半自动控制：系统分为16种工况，用户可以根据控制要求分别通过启动|停止按钮控制各个工况运行。
3) 自动控制：自动控制分为夏季控制模式，过渡季节控制模式，和冬季控制模式，用户只需选择相应控制模式启动，系统会自动根据要求运行控制系统。
12 系统手动控制
当用户进入到手动控制模式后：界面中各主机，泵及阀门可以分别控制，控制方式为：用户只需要选择运行主机对应主机列表中的启动按钮即可启动当前主机，如需停止主机，则选择对应主机列表中的停止按钮即可停止当前主机。
其余泵及阀门方法与主机类似。
如用户需要改变控制模式时，用户务必在本控制界面将所有主机、泵、阀门停止后点击返回主页按钮进行选择。（更换控制模式需要停止10秒后方可选择另一种控制模式）
13 系统半自动控制
1>半自动控制系统：在界面下方为各个主机、泵、阀门工作状态及故障状态显示框。主机和泵运行状态为启动信号，停止状态为停止信号。阀门运行状态为打开信号，阀门关闭状态为关闭信号。主机、泵、阀门正常情况为正常信号，只有当有故障时在对应列表中会有故障信号出现。
2>半自动控制菜单：用户需要点击半自动控制菜单，在控制菜单中选择所需控制模式。
A、如用户需要选择控制时间段：在时间选择参数中，用户根据当前时间段来选择时间段数。
B、电价选择参数：用户参考控制参数：用户根据当前工作时间段选择电价参考参数，单价参考参数会给用户提醒当前工作时间段应该选择哪一个工况运行。
C、工况启动：当用户选择当前时间段以及电价选择参数后，根据提示控制参数选择需要启动的工况。选择工况启动后如需更换工况需要停止当前工况后再启动另一种工况。
D、停止工况：当用户需要更换工况时，必须停止当前工况后才能启动另一种工况。停止工况为停止当前启动工况。点击工况停止后选择需要停止的工况即可。务必在停止所有控制信号后点击复位按钮将当前启动停止按钮复位掉。
14 系统自动控制
1、自动控制系统分为：季节选择、启动运行、停止运行
2、参数设定界面：在启动各季节运行时，需要先设定好所有需要设置的参数才能启动。
a、温度控制参数设定：根据控制需要设定自动控制所需设置的所有温度控制参数。此参数根据用户需求设定。
b、直供主机与蓄冷主机选择：主机分为1#主机和2#主机，需要用户预先设定好那一台主机为直供，那一台主机蓄冷。如选择1#主机为直供主机，那么2#主机即为蓄冷主机。如选择2#主机为直供主机那么1#主机为蓄冷主机。两台主机交替使用。
c、时间控制参数设定：根据用户需要设定停止泵延时时间及停止阀门关闭时间。
d、紧急停止按钮：当用于在运行中需要紧急停止自动控制系统时按下此按钮，系统会自动根据停止条件按步骤停止系统运行。
e、参数保存按钮：当用户修改运行参数后，这些参数需要保存到FLASH中，则需要点击这个按钮进行保存。这样即使控制系统由于各种原因断电后，系统会保存好上一次最后修改参数，下次上电后不用再修改参数。如果只是临时修改控制参数，则用户不需要保存参数。
3、季节选择：分为（夏季、过渡季节、冬季），用户根据不同季节选择当前季节自动运行.
4、启动运行：用户选择了当前季节，需要在启动按钮中选择当前季节启动按钮，运行当前季节自动运行。
5、停止运行：当用户需要停止当前季节运行时，需要在停止按钮中选择当前季节停止菜单，停止当前自动运行。
6复位按钮：当用户停止运行当前自动控制后，当所有主机、泵、阀门都在停止状态下，需要复位启动、停止信号，务必点击复位按钮进行复位。
15 系统报警
当系统由于阀门、各种泵、塔发生故障时，系统会自动跳出报警框，报警框内会显示当前时间发生故障的器件名称，方便用户及时发现故障并排除故障。
16 系统报表纪录
图16-1系统控制纪录图
用户在操作系统过程中，系统会自动纪录操作员当前操作纪录，并存储到数据库中，方便用户随时查看。用户只需“输入查询起始日期”和“输入查询结束日期”就可以查询当前用户所需查询的时间段内用户操作纪录。方便用户建立操作档案。
图16-2系统数据报表图
控制系统中如温度、压力、水位等系统参数会自动存储到数据库中，方便用户查询。当用户“输入查询起始日期”和“输入查询结束日期”即可查询当前用户所需查询的时间段内系统纪录参数。
E、复位按钮：当用户点击停止工况运行后，当所有控制信号都停止后，用户务必点击复位按钮将所有启动、停止信号复位。这样才能选择另一种工况或返回主页。
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