ECS2010產(chǎn)品控制原理

中央空調(diào)（冷/熱水機組）系統(tǒng)的建設(shè)(設(shè)備的投入、電網(wǎng)的設(shè)計等)都是按照最大負荷來設(shè)計的，因此中央空調(diào)（冷/熱水機組）大部分時問都處于部分負荷狀態(tài)下，在實際運行中，中央空調(diào)（冷/熱水機組）負荷減少時并沒有減少多少消耗的能量，顯然這是不合理的。隨著技術(shù)的進步，促進了變頻器的小型化和實用化，為了降低中央空調(diào)（冷/熱水機組）系統(tǒng)的能源浪費，人們開始采用變頻器來控制空調(diào)系統(tǒng)的水泵和風(fēng)機實現(xiàn)節(jié)能的效果。

傳統(tǒng)的中央空調(diào)（冷/熱水機組）控制方法通過采集水循環(huán)系統(tǒng)的壓差和溫度，采用可編程序控制器（PLC），對水泵進行PI（比例、積分）調(diào)節(jié)控制或者PID（比例、微分、積分）調(diào)節(jié)控制，以實現(xiàn)節(jié)能。PLC能實現(xiàn)簡單的邏輯功能，最常見的節(jié)能控制方法有恒溫差控制和恒壓差控制，PLC控制方法可以達到一定的節(jié)能效果，而且PID控制原理簡單、使用方便，價格也比較便宜，但其也存在一些不足：

PI或者PID調(diào)節(jié)器最重要調(diào)節(jié)系數(shù)Kp(比例系數(shù))、Ti（積分時間常數(shù)）、Td （微分時間常數(shù)）只能是一個固定值，通常是在設(shè)備調(diào)試階段，由經(jīng)驗豐富的調(diào)試人員手工整定的，數(shù)據(jù)一旦整定后，它就是固定不變的了，不能隨著受控環(huán)境的變化而自動調(diào)整。而實際上，中央空調(diào)（冷/熱水機組）系統(tǒng)是一個時變的動態(tài)系統(tǒng)，其運行工況是和氣候條件、建筑物材料、建筑內(nèi)人流量等多種因素密不可分的，是隨時變化的。因此，靜態(tài)參數(shù)的控制方法并不適合于中央空調(diào)（冷/熱水機組）系統(tǒng)的節(jié)能控制。此外，PLC只能實現(xiàn)單參量的簡單控制功能，當(dāng)用于控制中央空調(diào)（冷/熱水機組）系統(tǒng)這樣多參量、非線性時變高耦合復(fù)雜系統(tǒng)時，容易引起系統(tǒng)震蕩，使得控制溫度在較大范圍內(nèi)變化，及影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、又降低了空調(diào)系統(tǒng)的舒適性。

針對PID控制方法的不足，有些廠家提出了一些基于人工智能技術(shù)的控制方法，其中比較有代表性的是中央空調(diào)（冷/熱水機組）節(jié)能模糊控制方法。該控制方法主要是模擬人類的思維模式，當(dāng)一個熟練的操作工人，遇到工況變化的情況，經(jīng)過自身大腦的思維判斷，給出控制量來控制系統(tǒng)。例如當(dāng)工人發(fā)現(xiàn)冷凍水供回水溫差小于某個設(shè)定值（系統(tǒng)負荷降低），可以選擇降低冷凍泵的控制頻率，達到節(jié)能的效果。而當(dāng)冷凍水供回水溫差大于某個設(shè)定值（系統(tǒng)負荷增加），則必須增加冷凍泵的控制頻率，保證空調(diào)系統(tǒng)制冷效果。

中央空調(diào)（冷/熱水機組）節(jié)能模糊控制方法主要是模擬人類的思維模式來對中央空調(diào)（冷/熱水機組）系統(tǒng)進行控制，包括了溫差偏差變量模糊化、溫差偏差變化率模糊化、模糊推理、模糊量清晰化處理和清晰量輸出等幾個主要過程。和傳統(tǒng)PID方法相比，更加符合中央空調(diào)的復(fù)雜性、動態(tài)性和模糊性，能夠?qū)崿F(xiàn)比PID更加精準(zhǔn)的控制效果，實現(xiàn)更大的節(jié)能效果。但是它也同樣存在著一些不足。

首先模糊控制方法是根據(jù)專家的豐富實踐經(jīng)驗和思維過程構(gòu)建的模糊規(guī)則，然后依此規(guī)則作為控制控制的基礎(chǔ)，因此規(guī)則庫制定方法對控制效率有著決定性作用，但是規(guī)則庫的建立需要依賴大量的實踐數(shù)據(jù)，從大量的應(yīng)用環(huán)境中收集最有效的控制規(guī)則，但是如何評價采用的規(guī)則是最有效的，現(xiàn)在并沒有定論。而且規(guī)則庫考慮的是大多數(shù)應(yīng)用的普遍性，但是每個具體應(yīng)用的工況也是有所區(qū)別，因此并不能達到最優(yōu)化的控制。最終要一點，采用模糊控制方法主要只是針對了中央空調(diào)（冷/熱水機組）系統(tǒng)中的水泵系統(tǒng)進行節(jié)能控制，而水泵變頻對制冷主機效率和冷卻塔效率的影響并沒有考慮，例如冷卻水泵降低頻率可以節(jié)省水泵電量，但是主機的耗電量有可能會上升，因此這種方法并不能體現(xiàn)系統(tǒng)整體節(jié)能的最優(yōu)化控制。

綜上所述，通過檢測和控制技術(shù)發(fā)現(xiàn)建筑物中合理能耗，按照需求供給能量，則就能夠?qū)崿F(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。當(dāng)前的中央空調(diào)（冷/熱水機組）節(jié)能控制策略主要針對系統(tǒng)中的單個設(shè)備和局部環(huán)節(jié)，事實已經(jīng)證明這種控制策略并不能很好的實現(xiàn)節(jié)能的要求。由于中央空調(diào)本身是一個熱交換過程，具有大滯后、多干擾特點，是一個多輸入多輸出的高度耦合系統(tǒng)，所以為了提高控制的效果，必須從整體上和以負荷為對象來考慮系統(tǒng)的設(shè)計。

為了解決中央空調(diào)（冷/熱水機組）節(jié)能優(yōu)化控制問題，上海信業(yè)智能科技股份有限公司和清華大學(xué)自控系聯(lián)合開發(fā)了ECS2010中央空調(diào)（冷/熱水機組）調(diào)適系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過全面的參數(shù)采集，實時監(jiān)控中央空調(diào)（冷/熱水機組）系統(tǒng)的運行，將冷凍站系統(tǒng)中各電氣設(shè)備耗能情況實時計量分析，建立運行專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，對冷凍站設(shè)備的能耗模型進行辨識。冷凍水采用動態(tài)規(guī)則模糊控制算法，根據(jù)運行狀況在線更新規(guī)則庫；冷卻水采用啟發(fā)式搜索算法對系統(tǒng)總能耗進行實時優(yōu)化，在保證制冷量的前提下使系統(tǒng)的總能耗最低。

ECS2010中央空調(diào)調(diào)適系統(tǒng)是由中央管理站、各種現(xiàn)場數(shù)字控制器及各類傳感器、遠傳智能電表組成的、能夠完成多種控制及管理功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它是隨著節(jié)能減排在社會前景中的應(yīng)用而發(fā)展起來的一種智能化電氣節(jié)能控制管理網(wǎng)絡(luò)。目前，系統(tǒng)中的各個組成部分已從過去的非標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計產(chǎn)生，發(fā)展成標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化產(chǎn)品，從而使系統(tǒng)的設(shè)計安裝及擴展更加方便和靈活，系統(tǒng)的運行更加可靠，系統(tǒng)的投資大大降低。

ECS2010軟件

2.1系統(tǒng)簡介

中央空調(diào)系統(tǒng)包括冷凍水循環(huán)、主機制冷劑循環(huán)和冷卻水循環(huán)三個循環(huán)系統(tǒng)，通過冷凍水將末端熱量傳遞到主機，再由主機制冷劑循環(huán)傳遞到冷卻水，由冷卻水傳遞到冷卻塔，然后由冷卻塔將熱量散發(fā)到大氣中。

2.2安裝說明

硬件配置：

服務(wù)器端：CPU:P4 3.6G/HZ,1G內(nèi)存,120G硬盤

客戶端：CPU:PIII, 512MB內(nèi)存，60G硬盤

軟件配置：

操作系統(tǒng)：Windows XP/2000（客戶端），Windows NT/2003(服務(wù)器端)

瀏覽器：Internet Explorer 6.0或以上版本

后臺數(shù)據(jù)庫:SQL SERVER 2000(SP4)/2005

安裝要求：

企業(yè)要有相應(yīng)的計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，及帶有域功能的計算機網(wǎng)絡(luò)，所以首先要在服務(wù)器上配置計算機的域，然后把每臺客戶機都加入到該域中，這樣就能保證了每個計算機都能訪問域中的任何一臺計算機以及域服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

使用ECS2010中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，客戶端只要安裝了該軟件的客戶端軟件就可以運行該軟件，服務(wù)器端需要安裝有SQL SERVER 2000，并且打有SP4的補丁。

2.3系統(tǒng)功能說明

ECS2010中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)登錄界面如下圖3-1所示：

圖3-1  登錄界面

用戶在username和password欄輸入輸入用戶和密碼，點擊登入按鈕，如果用戶名密碼驗證通過才能進入到本系統(tǒng)中，如果用戶在輸入用戶名和口令的時候出現(xiàn)錯誤的話，系統(tǒng)會提示相關(guān)錯誤信息。

系統(tǒng)支持用戶的分級管理，權(quán)限分為普通用戶、系統(tǒng)操作員和系統(tǒng)管理員三個級別。普通用戶可以查看系統(tǒng)實時運行狀態(tài)，查看系統(tǒng)歷史運行數(shù)據(jù)曲線等；系統(tǒng)操作員可以除了包含普通用戶權(quán)限之外，還可以對設(shè)備啟停進行控制，調(diào)整系統(tǒng)運行策略；系統(tǒng)管理員權(quán)限包含系統(tǒng)操作員的所有功能，此外還可以對系統(tǒng)的重要參數(shù)進行設(shè)置。

進入到系統(tǒng)后你會看到如下的界面菜單，也就是系統(tǒng)的主界面菜單（如圖3-2所示）：

圖3-2

系統(tǒng)主要功能分成5個大類，包括實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)報表、系統(tǒng)日志和實時幫助，其中實時監(jiān)控包括實時運行、實時能效比、主機系統(tǒng)、冷凍泵系統(tǒng)、冷卻泵系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)、控制策略共7個子菜單；數(shù)據(jù)分析包括系統(tǒng)COP分析、主機COP分析、冷凍泵分析、冷卻泵分析、冷卻塔分析、冷凍水分析、冷卻水分析和綜合分析共8個子菜單；數(shù)據(jù)報表包括系統(tǒng)組件報表、水溫報表和節(jié)費與減排報表共3個子菜單；系統(tǒng)日志部分包括報警日志和操作日志；實時幫助可顯示公司和產(chǎn)品相關(guān)信息。下面對系統(tǒng)中主要子系統(tǒng)功能進行介紹。

系統(tǒng)實時運行界面

圖2-3 實時運行界面

實時運行界面如圖2-3所示，界面可顯示系統(tǒng)中各個機電設(shè)備的運行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)顯示。

設(shè)備（空調(diào)主機、冷卻冷凍水泵、冷卻塔）正常運行時，界面上會仿真模擬設(shè)備運行，例如冷卻塔風(fēng)機旋轉(zhuǎn)等。設(shè)備停止運行，則相應(yīng)設(shè)備顯示停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)設(shè)備存在故障或者是不受控狀態(tài)（旁路或者就地）時，該設(shè)備會通過不同的顏色顯示相應(yīng)的狀態(tài)。

界面可實時顯示系統(tǒng)中的重要運行參數(shù)。在系統(tǒng)的管路附近，標(biāo)注了當(dāng)前管道的水溫，有冷凍水出水、回水溫度和冷卻水出水、回水溫度，在界面的右邊，顯示了當(dāng)前室外溫度、濕度、濕球溫度、冷凍水流量、冷卻水流量和供回水壓差。

當(dāng)鼠標(biāo)移動到設(shè)備上面時，可以顯示該設(shè)備的相關(guān)信息，包括開關(guān)機時間、當(dāng)前運行頻率等。雙擊設(shè)備，可以跳轉(zhuǎn)到設(shè)備的運行界面。

實時能效比監(jiān)控界面

圖2-4實時能效比監(jiān)控

實時能效比監(jiān)控界面如圖2-4所示，界面分成三個部分，上端從左到右分別顯示系統(tǒng)實時統(tǒng)計信息（總功率、總制冷量、總耗電量、總運行時間）、系統(tǒng)實時COP值、室外溫度、室外濕度和建筑環(huán)境的相關(guān)介紹。

界面左下方區(qū)域可實時計算并顯示系統(tǒng)當(dāng)日、當(dāng)月、當(dāng)年的節(jié)省電量，根據(jù)電量計算的CO2減排量和節(jié)省費用數(shù)量。

界面右下方區(qū)域顯示系統(tǒng)中重要數(shù)據(jù)的實時曲線，包括實時COP曲線、實時功率曲線、節(jié)能量曲線、室外溫度曲線、室外濕度曲線、冷凍水供回水曲線、冷卻水供回水曲線、冷凍冷卻水流量曲線。點擊上面的標(biāo)簽欄進行切換曲線類型。

主機系統(tǒng)監(jiān)控

主機系統(tǒng)監(jiān)控界面中可實時查看系統(tǒng)中制冷主機的運行狀態(tài)參數(shù)，包括主機設(shè)備運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、設(shè)備實時功率、三相電流、三相電壓；

界面中間通過動畫模擬顯示設(shè)備的運行狀態(tài)，同時實時顯示了與主機相關(guān)的幾個重要參數(shù)，冷凍水進水出水溫度、冷卻水進水出水溫度。

在界面的右面可以對系統(tǒng)中的主機設(shè)備進行選擇，可顯示主機的一些統(tǒng)計參數(shù)，包括當(dāng)天累計時間、總共累計時間、當(dāng)天累計電量、總共累計電量、當(dāng)天開機時間和當(dāng)天關(guān)機時間等。

冷凍泵設(shè)備監(jiān)控界面

冷凍泵系統(tǒng)監(jiān)控界面中可實時查看系統(tǒng)中冷凍水泵的運行狀態(tài)參數(shù)，包括水泵運行狀態(tài)（運行停止）、工作模式（正常就地旁路）、故障狀態(tài)、設(shè)備實時功率、設(shè)備實時運行頻率、三相電流、三相電壓；

在界面的右面可以對系統(tǒng)中的設(shè)備進行選擇，可顯示冷凍泵的一些統(tǒng)計參數(shù)，包括當(dāng)天累計時間、總共累計時間、當(dāng)天累計電量、總共累計電量、當(dāng)天開機時間和當(dāng)天關(guān)機時間等。

系統(tǒng)操作員可以通過左上角的設(shè)備啟停按鈕來啟停設(shè)備，當(dāng)點擊運行/停止按鈕時，系統(tǒng)會彈出相應(yīng)的提示框確認操作，當(dāng)操作確認成功后，系統(tǒng)會對設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的啟停命令，實現(xiàn)對設(shè)備的啟停操作。

冷卻泵設(shè)備監(jiān)控界面

冷卻泵系統(tǒng)監(jiān)控界面中可實時查看系統(tǒng)中冷凍水泵的運行狀態(tài)參數(shù)，包括水泵運行狀態(tài)（運行停止）、工作模式（正常就地旁路）、故障狀態(tài)、設(shè)備實時功率、設(shè)備實時運行頻率、三相電流、三相電壓；

在界面的右面可以對系統(tǒng)中的設(shè)備進行選擇，可顯示冷卻泵的一些統(tǒng)計參數(shù)，包括當(dāng)天累計時間、總共累計時間、當(dāng)天累計電量、總共累計電量、當(dāng)天開機時間和當(dāng)天關(guān)機時間等。

系統(tǒng)操作員可以通過左上角的設(shè)備啟停按鈕來啟停設(shè)備，當(dāng)點擊運行/停止按鈕時，系統(tǒng)會彈出相應(yīng)的提示框確認操作，當(dāng)操作確認成功后，系統(tǒng)會對設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的啟停命令，實現(xiàn)對設(shè)備的啟停操作。

冷卻塔設(shè)備監(jiān)控界面

冷卻塔系統(tǒng)監(jiān)控界面中可實時查看系統(tǒng)中冷凍水泵的運行狀態(tài)參數(shù)，包括冷卻塔運行狀態(tài)（運行停止）、工作模式（正常就地旁路）、故障狀態(tài)、設(shè)備實時功率、設(shè)備實時運行頻率、三相電流、三相電壓；

在界面的右面可以對系統(tǒng)中的設(shè)備進行選擇，可顯示冷卻塔的一些統(tǒng)計參數(shù)，包括當(dāng)天累計時間、總共累計時間、當(dāng)天累計電量、總共累計電量、當(dāng)天開機時間和當(dāng)天關(guān)機時間等。

系統(tǒng)操作員可以通過左上角的設(shè)備啟停按鈕來啟停設(shè)備，當(dāng)點擊運行/停止按鈕時，系統(tǒng)會彈出相應(yīng)的提示框確認操作，當(dāng)操作確認成功后，系統(tǒng)會對設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的啟停命令，實現(xiàn)對設(shè)備的啟停操作。

控制策略選擇界面

系統(tǒng)提供兩種控制模式進行選擇，自動控制模式和緊急控制模式。自動控制模式下，系統(tǒng)根據(jù)全面的參數(shù)的采集分析，計算得到設(shè)備最優(yōu)的控制頻率，在保證制冷量的前提下，使得系統(tǒng)耗能最低。緊急控制模式是提供給用戶一個手動模式，用戶可以在輸入框內(nèi)填入固定頻率值，控制設(shè)備以這個固定頻率運行。

主機COP分析界面

可通過時間和主機設(shè)備編號查詢主機系統(tǒng)任一天的運行COP曲線，還有冷凍站當(dāng)天的統(tǒng)計信息，包括系統(tǒng)總耗電量、總制冷量、總運行時間、當(dāng)天開機時間、當(dāng)天關(guān)機時間、當(dāng)天平均COP。

系統(tǒng)綜合分析界面

系統(tǒng)可通過選擇起始時間，將這一段時間的數(shù)據(jù)繪制成曲線，方便用戶做數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析對象包括系統(tǒng)總耗電量、系統(tǒng)總功率、系統(tǒng)總制冷量、系統(tǒng)平均COP值、系統(tǒng)節(jié)電量、系統(tǒng)減排CO2數(shù)量和系統(tǒng)節(jié)約費用數(shù)量。

系統(tǒng)組件能耗報表

系統(tǒng)通過選擇起始時間，將這一段時間的設(shè)備能耗情況按照設(shè)備分類統(tǒng)計成報表輸出，方便用戶查看。

系統(tǒng)節(jié)費與減排報表

系統(tǒng)通過選擇起始時間，將這一段時間的設(shè)備節(jié)費與減排數(shù)據(jù)統(tǒng)計成報表輸出，方便用戶查看。

用戶操作日志

可查看系統(tǒng)任一天的操作記錄。