CN212132815U - 一种智能冷站控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能冷站控制系统，包括冷站主控制柜，所述冷站主控制柜通过系统总线与冷冻水泵智能变频控制器、冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器分别相连接，所述冷站主控制柜、冷冻水泵智能变频控制器、冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器都设置有对应的控制单元，所述冷却塔智能变频控制器设定其中一个冷却塔作为主站控制器，其他冷却塔为从站控制器，通过主站控制器管理从站控制器的运行。所述智能冷站控制系统可适用于所有综合项目的中央空调制冷站智能控制，提供整体节能率。

Description

一种智能冷站控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种冷站系统，尤其是涉及一种智能冷站控制系统。

背景技术

中央空调冷站为公共建筑提供空调冷冻水，一般由冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔、阀门、自动控制系统等组成。中央空调冷站自动控制系统可实现自动管理和控制，能够大幅提高冷站自动化水平，降低管理人力物力投入，提升中央空调系统能效水平。

传统中央空调冷站控制系统的控制方式节能效果不佳。不同的控制方式(例如冷机台数控制、水泵台数控制、冷却水量控制等)对于中央空调冷站的能效水平影响很大。传统中央空调冷站控制系统一般仅仅实现设备基本的启停、保护、监控等功能，而不注重节能控制，使得中央空调冷站整体运行能效较低。

实用新型内容

本实用新型提供了一种智能冷站控制系统，解决了中央空调冷站的节能控制的问题，其技术方案如下所述：

一种智能冷站控制系统，包括冷站主控制柜，所述冷站主控制柜通过系统总线与冷冻水泵智能变频控制器、冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器分别相连接，所述冷站主控制柜、冷冻水泵智能变频控制器、冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器都设置有对应的控制单元，所述冷却塔智能变频控制器设定其中一个冷却塔作为主站控制器，其他冷却塔为从站控制器，通过主站控制器管理从站控制器的运行。

所述冷冻水泵智能变频控制器安装在冷冻泵支线上，所述冷却水泵智能变频控制器安装在冷却泵支线上，所述冷却塔智能变频控制器安装在冷却塔支线上。

所述冷站主控制柜包括冷站主控制柜控制单元、冷站主控制柜检测单元、冷站主控制柜执行结构，所述冷站主控制柜控制单元与冷站主控制柜检测单元、冷站主控制柜执行结构、冷冻/冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器、制冷机的冷机控制器分别相连接，所述冷站主控制柜检测单元与冷冻侧供/回水温度/压力传感器、冷却侧进/出水温度/压力传感器分别相连接，所述冷站主控制柜执行结构与冷机冷冻/冷却侧电动阀相连接。

所述冷冻水泵智能变频控制器设置有对应的控制单元和驱动单元，所述冷冻水泵智能变频控制器的控制单元与冷站主控制柜控制单元相连接，所述冷冻水泵智能变频控制器的控制单元与冷冻水泵智能变频控制器的驱动单元相连接，所述冷冻水泵智能变频控制器的驱动单元与冷冻水泵相连接。

所述冷却水泵智能变频控制器设置有对应的控制单元和驱动单元，所述冷却水泵智能变频控制器的控制单元与冷站主控制柜控制单元相连接，所述冷却水泵智能变频控制器的控制单元与冷却水泵智能变频控制器的驱动单元相连接，所述冷却水泵智能变频控制器的驱动单元与冷却水泵相连接。

在作为主站控制器的冷却塔中，所述冷却塔智能变频控制器的控制单元与冷站主控制柜控制单元、冷却塔智能变频控制器的从站控制器、冷却塔智能变频控制器的驱动单元、冷却塔智能变频控制器的检测单元、冷却塔智能变频控制器的执行机构分别相连接，所述冷却塔智能变频控制器的驱动单元与冷却塔风机相连接，所述冷却塔智能变频控制器的检测单元与冷却塔内的温度传感器、湿度传感器、压力传感器相连接，所述冷却塔智能变频控制器的执行机构与冷却塔水管电动阀相连接。

在作为从站控制器的冷却塔中，所述冷却塔智能变频控制器的从站控制器与冷却塔智能变频控制器的控制单元、冷却塔智能变频控制器的驱动单元、冷却塔智能变频控制器的检测单元、冷却塔智能变频控制器的执行机构分别相连接，所述冷却塔智能变频控制器的驱动单元与冷却塔风机相连接，所述冷却塔智能变频控制器的检测单元与冷却塔内的温度传感器、湿度传感器、压力传感器相连接，所述冷却塔智能变频控制器的执行机构与冷却塔水管电动阀相连接。

所述冷冻侧供/回水温度/压力传感器是指冷冻侧供水温度传感器、冷冻侧回水温度传感器、冷冻侧供水压力传感器、冷冻侧回水压力传感器；所述冷却侧进/出水温度/压力传感器是指冷却侧供水温度传感器、冷却侧回水温度传感器、冷却侧供水压力传感器、冷却侧回水压力传感器；所述冷机冷冻/冷却侧电动阀是指冷机冷冻侧电动阀、冷机冷却侧电动阀。

所述冷站主控制柜控制单元与人机界面相连接。

所述冷站主控制柜、冷冻水泵智能变频控制器、冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器，以上各装置对应的控制单元采用单片机、ARM处理器或者FPGA可编程控制器，以上各装置设置的检测单元采用具有数据传输的单片机，以上各装置设置的驱动单元采用电磁阀，以上各装置设置的执行机构采用普通数据传输的单片机即可。

所述智能冷站控制系统可适用于所有综合项目的中央空调制冷站智能控制，提供整体节能率。

附图说明

图1是所述智能冷站控制系统的结构示意图；

图2是所述冷站主控制柜的连接示意图；

图3是所述冷冻/冷却水泵智能变频控制器的连接示意图；

图4是所述冷却塔智能变频控制器的连接示意图；

图5是所述冷冻水泵变频的控制逻辑的示意图；

图6是所述冷却水泵的控制逻辑的示意图；

图7是所述冷却塔的控制逻辑的示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种智能冷站控制系统，为自动化、智能化的冷冻水供应控制系统的全系列产品，作为相对独立的控制单元，接入整体的能源管理系统。

如图1所示，本实用新型提供的智能冷站控制系统包括冷站主控制柜、冷冻/冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器。所述冷冻/冷却水泵智能变频控制器为冷冻水泵智能变频控制器和冷却水泵智能变频控制器两种控制器的简称。

所述冷站主控制柜通过系统总线与冷冻/冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器分别相连接。所述冷冻水泵智能变频控制器安装在冷冻泵支线上，所述冷却水泵智能变频控制器安装在冷却泵支线上，所述冷却塔智能变频控制器安装在冷却塔支线上。

(1)所述冷站主控制柜具有以下功能：

所述冷站主控制柜，安装在主机上，对能源管理系统内的制冷机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔发出控制指令。所述冷站主控制柜通过冷冻侧温度传感器采集冷冻侧供回水温度、通过冷冻侧压力传感器采集冷冻侧供回水压力，并通过采集到冷冻侧温度压力及冷机信息进行节能计算，及时调整冷冻侧水泵运行频率。所述冷站主控制柜通过冷却侧温度传感器采集冷却侧进出水温度、通过冷却侧压力传感器采集冷却侧进出水压力，并通过采集搭配的冷却侧温度压力及冷机信息进行节能计算，及时调整冷却侧水泵运行数量及频率、及时调整冷却塔散热量。

(2)所述冷冻水泵智能变频控制器、冷却水泵智能变频控制器具有以下功能：

冷冻/冷却水泵智能变频控制器是冷冻水泵/冷却水泵变频器的直接控制器，是冷站主控制柜的指令执行者之一，每台冷冻/冷却水泵智能变频控制器可控制两台冷冻水泵/冷却水泵。

(3)所述冷却塔智能变频控制器具有以下功能：

冷却塔智能变频控制器是冷却塔变频器的直接控制器，可通过属性设置，选择为冷却塔主控制器或冷却塔从控制器。

当设为冷却塔主控制器时：可看作是冷站主控制柜的指令执行者，也可自主控制。

当设为冷却塔从控制器时：则为冷却塔主控制器的指令执行者。

每台冷却塔智能变频控制器可控制冷却塔风机变频器、风机软启动器。

综上，所述智能冷站控制系统可适用于所有综合项目的中央空调制冷站智能控制，提供整体节能率5％～20％。

如图2所示，所述冷站主控制柜包括冷站主控制柜控制单元、冷站主控制柜检测单元、冷站主控制柜执行结构，所述冷站主控制柜控制单元与冷站主控制柜检测单元、冷站主控制柜执行结构、冷冻/冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器、制冷机的冷机控制器分别相连接，所述冷站主控制柜检测单元与冷冻侧供/回水温度/压力传感器、冷却侧进/出水温度/压力传感器分别相连接，所述冷站主控制柜执行结构与冷机冷冻/冷却侧电动阀相连接。

所述冷冻侧供/回水温度/压力传感器是指冷冻侧供水温度传感器、冷冻侧回水温度传感器、冷冻侧供水压力传感器、冷冻侧回水压力传感器的简称。

所述冷却侧进/出水温度/压力传感器是指冷却侧供水温度传感器、冷却侧回水温度传感器、冷却侧供水压力传感器、冷却侧回水压力传感器的简称。

所述冷机冷冻/冷却侧电动阀是指冷机冷冻侧电动阀、冷机冷却侧电动阀的简称。

如图3所示，所述冷冻/冷却水泵智能变频控制器设置有对应的控制单元和驱动单元，所述冷冻/冷却水泵智能变频控制器的控制单元与冷站主控制柜相连接，具体的说，是与冷站主控制柜控制单元相连接。所述冷冻/冷却水泵智能变频控制器的控制单元与冷冻/冷却水泵智能变频控制器的驱动单元相连接，所述冷冻/冷却水泵智能变频控制器的驱动单元与冷冻/冷却水泵相连接。

如图4所示，所述冷却塔智能变频控制器设置有对应的控制单元、驱动单元、检测单元和执行机构，其中一个冷却塔智能变频控制器的控制单元作为主控制器，其他的冷却塔智能变频控制器的控制单元作为从控制器。

对于冷却塔主控制器来说，所述冷却塔智能变频控制器的控制单元与冷却塔智能变频控制器的从站控制器、冷却塔智能变频控制器的驱动单元、冷却塔智能变频控制器的检测单元、冷却塔智能变频控制器的执行机构分别相连接，所述冷却塔智能变频控制器的驱动单元与冷却塔风机相连接，所述冷却塔智能变频控制器的检测单元与冷却塔内的温度传感器、湿度传感器、压力传感器相连接，所述冷却塔智能变频控制器的执行机构与冷却塔水管电动阀相连接。

同理，对于冷却塔从控制器来说，所述冷却塔智能变频控制器的从站控制单元除了与冷却塔智能变频控制器的控制单元相连接外，在本冷却塔内，还与冷却塔智能变频控制器的驱动单元、冷却塔智能变频控制器的检测单元、冷却塔智能变频控制器的执行机构分别相连接，所述冷却塔智能变频控制器的驱动单元与冷却塔风机相连接，所述冷却塔智能变频控制器的检测单元与冷却塔内的温度传感器、湿度传感器、压力传感器相连接，所述冷却塔智能变频控制器的执行机构与冷却塔水管电动阀相连接。

一、制冷机的冷机控制器的运算规则及控制原理：

①根据室外环境温度/湿度，预设冷机的出水温度曲线，通过对实时的热负荷监测和计算，自动修正主机应设置的冷冻水出水温度(修正频率为1次/30min)；

②根据冷冻水流量及出回水实际温差，计算实际热负荷，与主机通信后的机组负荷率进行对比，确定冷水机组应开启的型号和数量。

二、冷冻水泵变频的控制逻辑：

(1)控制原理：通过压差控制保证系统运行的安全性，通过恒温差控制保证系统运行的节能效果。

①根据对系统实测最不利点的压差和流量(末端水力平衡静态调节完后进行)，保证冷冻水的循环最低压差，作为压差调节中变频器输出频率的下限参考值(制冷安全频率)。

②根据冷冻水的出回水实际温差，计算变频器应输出的频率，输出频率要与制冷安全频率进行对比并取大值。输出频率变化的速率不超过1Hz/min。

③根据实时温差进行修正，修正频率为1次/15min。

(2)控制流程图如图5所示。

三、冷却水泵的控制逻辑：

(1)控制原理：

通过压差控制保证系统运行的安全性，通过恒温差控制保证系统运行的节能效果。与冷冻水泵控制不同的是，冷却水泵的控制要考虑在过渡季低负荷情况下的冷却水旁通阀门的控制。

①根据对主机冷凝器及主机运行安全的要求，设定冷却水泵的最低流量，作为压差调节中变频器输出频率的下限参考值(制冷安全频率)。

②根据冷冻水的出回水实际温差，计算变频器应输出的频率，输出频率要与制冷安全频率进行对比并取大值。输出频率变化的速率不超过1Hz/min。

③根据实时温差进行修正，修正频率为1次/20min。

(2)控制流程图如图6所示。

四、冷却塔的控制逻辑

(1)控制原理：通过对冷却塔风机台数的启停/变频和各支路电动调节阀的综合控制，使冷却水回水尽量接近环境湿球温度，以降低主机的能耗，保证系统的整体节能效果。

①根据对系统实测冷却水出回水温度，设定启动台数且不应低于主机台数。

②根据实际启动的数量，调节对应的电动阀，保证各个在运行的冷却塔流量均衡。

③根据冷却水的出回水实际温度，判断是否需要启动风扇，根据出回水温度差，智能调节对应风扇的运行频率，调节输出频率变化的速率不超过1Hz/min。

④根据实时冷却水温差进行修正，修正频率为1次/10min。

(2)控制流程图如图7所示。

(3)考虑到在实际项目中，冷却塔电控柜与冷站主控制柜的分布因素，特将冷却塔控制系统设计Warmland智控、本地自控两种模式，通过冷却塔控制器上触摸屏“系统设置”里面修改。

Warmland智控：由冷站主控制柜(器)、采集器或云端控制；在此模式下，冷站主控制柜(器)、采集器或云端可通过通讯端口对冷却塔智能控制系统发送指令、冷却塔智能控制系统根据指令控制冷却塔运行。

本地自控：在部分项目上因冷却塔与冷站主控制柜位置太远、或者因其他原因，但冷却塔需要做节能控制，此时可将冷却塔智能控制系统设置成本地自控，此时冷却塔智能控制器将以水为信息媒介，分析冷机当前运行状况，并根据冷却塔实际工况。

综上，本实用新型具有以下功能：

①冷机的智能群控：可自动根据冷负荷需求，计算整体所需制冷量，设定主机的运行台数和每台的负荷率，以保证主机运行在最高效率段。

②环境的智能补偿：可预制制冷曲线，根据户外环境温/湿度实现自动跟随和冷冻水出水设定温度的修正。

③电机设备的智能变频：控制所有动力元件(冷冻水泵/冷却水泵)和阻力调节元件(各类电动阀门)的实时状态。

④动力元件的监测与控制：可实现监测计算所有动力元件(冷冻水泵/冷却水泵)和阻力调节元件(各类电动阀门)的实时状态，根据负荷变化自动设定合理值，达到最节能的科学运行模式。

⑤系统及设备的能效评估：可实现对整体制冷站及分设备的能效评估，对预制能效曲线进行对比拟合，提供节能运行进一步优化的数据类证据。

Claims (9)

1.一种智能冷站控制系统，其特征在于：包括冷站主控制柜，所述冷站主控制柜通过系统总线与冷冻水泵智能变频控制器、冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器分别相连接，所述冷站主控制柜、冷冻水泵智能变频控制器、冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器都设置有对应的控制单元，所述冷却塔智能变频控制器设定其中一个冷却塔作为主站控制器，其他冷却塔为从站控制器，通过主站控制器管理从站控制器的运行。

2.根据权利要求1所述的智能冷站控制系统，其特征在于：所述冷冻水泵智能变频控制器安装在冷冻泵支线上，所述冷却水泵智能变频控制器安装在冷却泵支线上，所述冷却塔智能变频控制器安装在冷却塔支线上。

3.根据权利要求1所述的智能冷站控制系统，其特征在于：所述冷站主控制柜包括冷站主控制柜控制单元、冷站主控制柜检测单元、冷站主控制柜执行结构，所述冷站主控制柜控制单元与冷站主控制柜检测单元、冷站主控制柜执行结构、冷冻/冷却水泵智能变频控制器、冷却塔智能变频控制器、制冷机的冷机控制器分别相连接，所述冷站主控制柜检测单元与冷冻侧供/回水温度/压力传感器、冷却侧进/出水温度/压力传感器分别相连接，所述冷站主控制柜执行结构与冷机冷冻/冷却侧电动阀相连接。

4.根据权利要求1所述的智能冷站控制系统，其特征在于：所述冷冻水泵智能变频控制器设置有对应的控制单元和驱动单元，所述冷冻水泵智能变频控制器的控制单元与冷站主控制柜控制单元相连接，所述冷冻水泵智能变频控制器的控制单元与冷冻水泵智能变频控制器的驱动单元相连接，所述冷冻水泵智能变频控制器的驱动单元与冷冻水泵相连接。

5.根据权利要求1所述的智能冷站控制系统，其特征在于：所述冷却水泵智能变频控制器设置有对应的控制单元和驱动单元，所述冷却水泵智能变频控制器的控制单元与冷站主控制柜控制单元相连接，所述冷却水泵智能变频控制器的控制单元与冷却水泵智能变频控制器的驱动单元相连接，所述冷却水泵智能变频控制器的驱动单元与冷却水泵相连接。

6.根据权利要求1所述的智能冷站控制系统，其特征在于：在作为主站控制器的冷却塔中，所述冷却塔智能变频控制器的控制单元与冷站主控制柜控制单元、冷却塔智能变频控制器的从站控制器、冷却塔智能变频控制器的驱动单元、冷却塔智能变频控制器的检测单元、冷却塔智能变频控制器的执行机构分别相连接，所述冷却塔智能变频控制器的驱动单元与冷却塔风机相连接，所述冷却塔智能变频控制器的检测单元与冷却塔内的温度传感器、湿度传感器、压力传感器相连接，所述冷却塔智能变频控制器的执行机构与冷却塔水管电动阀相连接。

7.根据权利要求1所述的智能冷站控制系统，其特征在于：在作为从站控制器的冷却塔中，所述冷却塔智能变频控制器的从站控制器与冷却塔智能变频控制器的控制单元、冷却塔智能变频控制器的驱动单元、冷却塔智能变频控制器的检测单元、冷却塔智能变频控制器的执行机构分别相连接，所述冷却塔智能变频控制器的驱动单元与冷却塔风机相连接，所述冷却塔智能变频控制器的检测单元与冷却塔内的温度传感器、湿度传感器、压力传感器相连接，所述冷却塔智能变频控制器的执行机构与冷却塔水管电动阀相连接。

8.根据权利要求3所述的智能冷站控制系统，其特征在于：所述冷冻侧供/回水温度/压力传感器是指冷冻侧供水温度传感器、冷冻侧回水温度传感器、冷冻侧供水压力传感器、冷冻侧回水压力传感器；所述冷却侧进/出水温度/压力传感器是指冷却侧供水温度传感器、冷却侧回水温度传感器、冷却侧供水压力传感器、冷却侧回水压力传感器；所述冷机冷冻/冷却侧电动阀是指冷机冷冻侧电动阀、冷机冷却侧电动阀。

9.根据权利要求3所述的智能冷站控制系统，其特征在于：所述冷站主控制柜控制单元与人机界面相连接。

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