建筑设备自动化-第2版第5章课件.pptx

1、第五章集中空调冷热源系统的监控5.25.25.15.25.25.35.35.45.45.1冷水机组的自动控制l对制冷工艺参数(压力、温度、流量等)进行自动检测;l自动控制某些工艺参数,使之恒定或者按一定规律变化。对一台自动控制的制冷装置,首先期望的是维持被冷却对象在指定的恒温状态。还涉及其他一系列相关参数(如蒸发压力、冷凝压力、供液量、压缩机排气量等)的调节;l根据编制的工艺流程和规定的操作程序,对机器、设备执行一定的顺序控制或程序控制;l 实现自动保护,保证制冷设备的安全运行。1.主要的监控内容:2.BAS对冷水机组的监控方式n与冷水机组的控制器通信,而是在冷冻(媒)水、冷却水管路安装水温传

2、感器、压力变送器、流量变送器,当计算机分析出需要开/关主机或改变出口水温设定值时,就以某种方式显示出来,通知值班人员进行相应的操作。此外,主机在配电箱中通过交流接触器辅助触点、热继电器触点等方式取得这些主机的工作状态参数.n采用主机制造商提供的冷冻站管理系统。这类管理系统能够把冷冻站内的设备全部监控管理起来,实现机组的起停控制、故障检测报警、参数监视、能量调节与安全保护等。另外还可实现机组的群控。n设法使主机的控制单元与BAS通信:供专门的异型机接口装置;DCU现场控制器带有下挂的接口采用控制系统与冷水机组统一的通信标准;实现互连BAS与冷源主机之间的通信.5.2冷源系统的监测与控制5.2.1

3、冷源监控系统的监控内容l监测冷冻(媒)水供回水温度与压力l监测冷冻(媒)水供水流量l监测冷却水供、回水温度l监测冷冻(媒)水循环泵及冷却塔风机的运行和故障状态l监测补水泵的运行和故障状态l监测膨胀水箱的高液位、低液位l设备之间的联锁保护。l群控功能5.2.2机电设备的顺序控制在空调冷冻(媒)水系统的起动或停止的过程中,冷水机组应与相应的冷冻(媒)水泵、冷却水泵和冷却塔等进行电气联锁。只有当所有的附属设备及附件都正常运行工作之后,冷水机组才能起动;而停车时的顺序则相反,应是冷水机组优先停车。冷水机组与辅助设备的联锁示意图u冷水机组顺序控制步骤l水流开关,当水泵起动后水流速度达到一定值后,输出节点

4、闭合,并将其接入制冷机的控制电路中,作为冷水机组起动控制的一个外部保护联锁条件，避免误动作。l冷水机组冷冻(媒)水和冷却水接管上安装电动蝶阀,是为了冷水机组与水泵运行能一一对应进行,避免分流与维修。5.2.3空调闭式冷冻(媒)水系统的监控l保证制冷机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常工作,防止冻坏。l向冷冻(媒)水用户提供足够的水量以满足使用要求。l在满足使用要求的前提下尽可能减少循环水泵电耗。1.空调闭式冷冻(媒)水监测与控制系统的核心任务u冷水机组定流量的变流量一级泵系统n压差控制系统l干管压差控制系统p当负荷流量发生变化时,供、回水干管间压差将发生变化,通过压差信号调节旁通阀开度,改变旁

5、通水量,一方面恒定压差,使压力工况稳定,同时也保证了冷源侧的定水量运行。p控制元件由压差传感器、压差控制器PdA和旁通电动两通阀(简称“旁通阀”)V组成。一级泵干管压差控制 系统原理图p干管压差控制系统的压差传感器的两端接管应尽可能地靠近旁通阀两端并应设于水系统中压力较稳定的地点,以减少水流量的波动,提高控制的精确性。2.一级泵冷冻(媒)水系统的自动控制l末端压差控制系统一级泵末端压差控制系统原理图p在最不利环路末端支路两端设置压差传感器,在部分负荷下,室内温控器根据室内温度的变化改变二通阀的开度,末端支路两端作用压差随末端调节阀开度的改变而改变。压差控制器PdA依据末端支路压差传感器的信号控

6、制旁通阀开度,维持最不利环路的所需流量。p由干管定压导致的系统阻抗增加远大于末端定压导致的系统阻抗,所以末端压差控制的节能效果优于干管压差控制,但末端压差传感器布置比较困难。n制冷机的台数控制根据实测冷负荷,一方面显示、记录实际冷负荷;另一方面由操作人员对数据进行分析、判断,实施制冷机运行台数控制及相应联动设备的控制。这是一种开环控制结构,l操作指导控制旁通阀的流量为一台冷水机组的流量,其限位开关用于指示 10%90%的开度；低负荷时起动一台冷水机组,其相应的水泵同时运行,旁通阀在某一调节位置；负荷增加时,调节旁通阀趋向关的位置,当达到一定负荷时,限位开关闭合,自动起动第二台水泵和相应的冷水机

7、组(或发出警报信号,提示操作人员起动冷水机组和水泵);负荷继续增加,则进一步起动第三台冷水机组。l干管压差旁通阀控制恒定供回水压差的流量旁通控制法是在旁通管上再增设流量计,以旁通流量控制冷水机组和水泵的起停。例如,某冷冻站安装有三台机组,当由满负荷降至66.6%负荷时,停掉一组冷水机组和水泵;当由满负荷降至33.3%,停掉两组冷水机组和水泵负荷。l恒定供回水压差的流量旁通控制一级泵旁通流量控制系统原理图l回水温度控制冷水冷水机组的制冷量可以由下式计算：机组的制冷量可以由下式计算：式中式中 回水流量，回水流量，/s/s；水的比热，水的比热，4.1868kJ/4.1868kJ/；冷冻水供、回水温度

8、冷冻水供、回水温度。12ttcqQmmqc21,tt冷水冷水机组的出水温度一般设定机组的出水温度一般设定为固定值为固定值，在定流量系统中，在定流量系统中，则不同的回水温度实际上反映了空调系统中不同的需冷量。则不同的回水温度实际上反映了空调系统中不同的需冷量。控制原理控制原理是将回水温度传感器信号，送至温度控制器，控制是将回水温度传感器信号，送至温度控制器，控制器根据回水温度信号控制冷水机组及冷冻水泵的起停。器根据回水温度信号控制冷水机组及冷冻水泵的起停。一级泵温度控制系统原理图回水温度控制的方式在控制精度上受到了温度传感器的约束,不可能很高。该系统的压差控制仅起着平衡流量的作用。l冷量控制原理

9、：注意：p传感器的设置位置是非常重要的。设置位置应保证回水流量qm传感器测量的是用户侧来的总回水流量,不包括旁通流量;回水温度传感器t2应该是测量用户侧来的总回水温度,不应是回水与旁通水的混合温度。p该系统的压差控制仅起着平衡流量的作用。通过测量用户侧的供回水温度及冷冻(媒)水流量 计算实际所需冷量,由此决定冷水机组的运行台数。u冷水机组变流量的一级泵系统l采用该系统的前提条件：冷水机组允许的水流量变化较大；机组的安全性机组可以承受的流量变化率；多台并联的冷水机组的蒸发压降相同或者接近。l变流量的一级泵系统的被控量：供回水压差供回水温差流量冷量以及这些参数的组合等。干管供回水温差控制原理图干管

10、供回水温差控制系统原理：温差控制器依据干管供回水温差信号,控制水泵的速度。当负荷下降时,如流量保持不变,则回水温度下降,t相应变小,要保持t不变,可通过温差控制器TC、变频器SC来降低水泵转速、减少水流量、降低水泵能耗。系统采用温差信号控制水泵时,只能采用压差信号或者流量信号平衡用户侧和冷热源侧流量。l干管供回水温差控制系统压差控制法原理：一级末端泵压差控制原理图端支路两端设置压差传感器,在部分负荷下,室内温控器根据室内温度的变化改变二通阀的开度,末端支路两端作用压差随末端调节阀开度的改变而改变。压差控制器PdA依据末端支路压差传感器的信号控制一级泵的速度,维持最不利环路的所需流量。但压差控制

11、法的节能效果不如温差控制法。5.2.4二级泵冷冻(媒)水系统的监控1.空调闭式冷冻(媒)水监测与控制系统的核心任务u监控的内容：设备联锁、冷水机组台数控制和次级泵控制等。u冷水机组、初级冷冻(媒)水泵、冷却泵、冷却塔及有关电动阀的电气联锁起停程序与一级泵系统完全相同。2.初级泵控制l初级泵随冷水机组联锁起停；l在二级泵系统中,一般基于冷量控制原理控制制冷机台数,传感器的设置原则同一级泵。3.次级泵控制二级泵冷冻(媒)水控制系统原理图lAB为平衡管,当一级泵与二级泵流量在设计工况完全匹配时,平衡管无水量通过,即AB接管之间无压差;l当一级泵与二级泵流量调节不完全匹配时,平衡管有水量通过,使一级泵

12、与二级泵流量在设计工况流量,并保证蒸发器流量恒定。l初级泵克服蒸发器及周围管件的阻力,应尽量减小平衡管阻力。为了避免回水直接从平衡管进入供水管,有的系统在平衡管上设置了单向阀。次级泵用于克服用户支路及相应管道阻力。采用这种方式时,次级泵全部为定速泵。n压差控制。当系统需水量小于次级泵组运行的总水量时,为了保证次级泵的工作点基本不变,稳定用户环路,应在次级泵环路中设旁通电动阀,通过压差控制旁通水量。n流量控制。用户侧设有流量传感器F,因此,比较此流量测定值与每台次级泵设计流量即可方便地得出需要运行的次级泵台数。n变速控制次级泵为全变速泵,其被控参数既可是次级泵出口压力,又可是供、回水管的压差或者

13、用户侧最不利端进回水压差。u次级泵台数控制u变速控制次级泵为全变速泵,其被控参数既可是次级泵出口压力,又可是供、回水管的压差或者用户侧最不利端进回水压差。不能采用流量为被控参数。三级泵冷冻(媒)水控制系统原理图l二级泵控制系统的控制器根据用户侧最不利端(B区)进回水压差,并通过变频器改变其转速。l三级泵控制系统的控制器根据用户侧最不利末端设备的进回水压差,并通过变频器改变其转速。l空调水系统采用一台变速泵与多台定速泵组合,其被控参数既可是压差也可以是压力。这种控制方式,既要控制变速泵转速,又要控制定速泵的运行台数,因此相对来说此方式比上述两种更为复杂。l从控制和节能要求来看,任何时候变速泵都应

14、保持运行状态,且其参数会随着定速泵台数起停时发生较大的变化。l非同步变速方案虽然在一定程度上可以减小对变频器的投资,但系统的运行能耗比同步变速能耗高。u联合控制5.2.5 冷却水系统的监测控制l保证冷却塔风机、冷却水泵安全运行;l确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过;l根据室外气候情况及冷负荷,调整冷却水运行工况,使冷却水温度在要求的设定温度范围内。u监控系统的作用:l4台冷却塔(F1F4)、2台冷却水循环泵(P1、P2)的冷却系统及其监测控制点。l冷却水泵根据制冷机起动台数决定它们的运行台数。l冷凝器入口处两个电动蝶阀仅进行通断控制,在某台制冷机停止时关闭,以防止冷却水分流,减少正在运行的冷

15、凝器中的冷却水量或者升高进入冷水机组的冷却水温。案例u工艺系统冷却水系统及其测控点l冷却塔与冷水机组通常是电气联锁,但这一联锁并非要求冷却塔风机必须随冷水机组同时进行,而只是要求冷却塔的控制系统投入工作；l冷却塔风机的起停台数根据制冷机起动台数、室外温湿度、冷却水温度、冷却水泵起动台数来确定。；l一旦进入冷凝器的冷却进水温度T5不能保证时,则自动起动冷却塔风机；l冷却塔的控制实际上是利用冷却回水温度来控制相应的风机(风机做台数控制或变速控制),但也可能仅靠水从塔流出后的自然冷却即可满足水温要求),它是一个独立回路；l混水电动阀是另一种对冷却水温度进行调节的装置。当夜间或春秋季室外气温低,冷却水

16、温度低于制冷机要求的最低温度时,为了防止冷凝压力过低,适当打开混水阀,使一部分从冷凝器出来的水与从冷却塔回来的水混合,调整进入冷凝器的水温。u控制方法5.2.5 冷冻站监控系统冷冻站监控系统原理图冷却水供、回温度,冷冻(媒)水、冷却水供回水管水流开关信号,冷冻(媒)水供、回水压差信号及回水流量信号,冷水机组正常运行、故障及远程/本地转换状态,冷却水泵、冷冻(媒)水泵、冷却塔风机工作、故障及手动/自动状态。以上内容能在DDC与中央站上显示。u 监测内容l根据排定的工作程序表,DDC按时起停机组。l通过DDC对各设备运行时间的积累,实现同组设备的均衡运行。当其中某台设备出现故障时,备用设备会自动投

17、入运行,同时提示检修。lDDC对冷却水泵、冷冻(媒)水泵、冷却塔风机的起停控制时间应与冷水机组的要求一致。l水泵起动后,水流开关检测水流状态,发生断水故障,自动停机。l设置时间延时和冷量控制上下限范围,防止机组频繁起动。u联锁及保护l测量冷冻(媒)水系统供、回水温度及回水流量,计算空调实际冷负荷,根据冷负荷确定冷水机组起停台数,以达到最佳节能效果。l根据冷却水回水温度,决定冷却塔风机的运行台数,自动起停冷却塔风机。l测量冷水系统供、回水总管之压差,控制其旁通阀开度,以维持压差平衡。u控制5.3锅炉的监控5.3.1锅炉监控内容简介u监控内容:l自动检测显示、记录锅炉的水位,热媒的温度、压力、流量

18、,给水流量,炉膛负压和排烟温度等运行参数；l起动/停止和运行台数的控制按照预先编制的程序,对锅炉及其辅机进行起停控制。并且根据锅炉产生热媒的温度、压力、流量,计算出实际热负荷的大小,相应地调整锅炉的运行台数；l自动控制当锅炉在运行过程中受到干扰,其参数偏离工艺要求的设定值时,自动化系统及时产生调节作用克服干扰的影响,使其参数重新回到工艺要求的设定值,实现安全、经济运行的目的；l自动保护。5.3.2锅炉燃烧的自动控制1.燃油与燃气锅炉燃烧系统的监控l原理：比值控制是将两种或两种以上的物料按一定的比例混合或参加化学反应。l分类：比值控制一般可以分为单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制

19、系统及依据某一变量而调整的固定比值控制系统。l燃油与燃气锅炉的燃烧控制常采用比值控制。u比值控制l工作原理：物料A的流量FT101(qA)为不可控变量。当它改变时,就由控制器FC控制执行器Z,改变物料B的流量FT102(qB),使物料B随物料A的流量变化而变化。K为比值器。随动控制系统：给定值g随流量FT101变化而变化,。l控制器规律：采用比例或者比例积分规律。u案例：单闭环比值控制系统u案例：燃气加热炉炉温控制系统n目标：l维持炉温t为一定值,在加热炉负载变化时,应相应改变燃气流量FT101。为了l充分利用燃气,要使进入炉膛的燃气流量和空气流量有一个固定比值(空燃比)。所以要用比值器K将燃

20、气流量和空气流量的两个流量按比值g的关系联系起来。燃气加热炉炉温控制系统原理图n工作原理：温度控制器TC101输出作为燃气流量控制器FC101的给定值,当炉温低于(或高于)给定值时,炉温控制器TC101的输出重新设定燃气流量控制器FC101的给定值,其偏差按照一定规律增加(或减小)燃气流量;比值控制器根据燃气流量的大小重新设定空气流量控制器FC102的给定值,其偏差按照一定规律增加(或减小)空气流量,最后使t=tg。电热水锅炉的监控原理图电锅炉监控系统实时检测输出热媒的温度、压力、流量,计算出实际供热量。按照实际热负荷的大小,调控电热锅炉的运行功率或运行台数,实现节能控制。u案例：电热水锅炉控

21、制系统5.3.3锅炉水位的自动控制u锅炉给水控制系统的作用：使得给水流量适应锅筒的蒸发量,维持锅筒中水位在正常范围,保证给水流量的稳定。u锅炉给水系统分类l锅炉锅筒水位作为单一调节信号的系统称作单参数给水控制系统；l以锅炉锅筒水位作为主要调节信号,又以蒸汽流量作为辅助调节信号的系统称作双参数给水控制系统；l以锅炉锅筒水位作为主要调节信号,以蒸汽流量和给水流量作为辅助调节信号的系统称作三参数给水控制系统,双参数给水控制系统的监控原理图l单参数给水控制系统结构简单,适用于“虚假水位”现象不很严重的小型锅炉。单参数给水控制系统的监控原理图l双参数给水控制系统在单参数闭环负反馈控制的基础上,引入蒸汽流量作为前馈信号,构成前馈控制系统。由于增加了蒸汽流量信号的超前作用,能够有效地克服蒸汽流量扰动对锅炉锅筒水位的影响,消除“虚假水位”现象,保证控制质量。l三参数给水控制系统在双参数给水控制系统的基础上,又引入给水流量信号,及时反映给水流量的变化。该控制系统控制及时,有较强的抗干扰能力,能够克服“虚假水位”、蒸汽压力变化及给水母管压力变化的影响,有效地控制锅炉水位的变化,显著改善控制品质,尤其适用于负荷容量较大、容量滞后较大的大、中型锅炉。三参数给水控制系统的监控原理图电锅炉的DDC监控原理图谢谢！制作：武汉科技大学 李玉云二o一六年八月