建筑设备自动化-第五章.ppt

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1、第五章,集中空调冷热源与空调水系统的监控,冷热源及水系统的监控任务：,基本参数的测量，设备的正常起停与保护。基本的能量调节。冷热源及水系统的全面调节保护与联动控制。,基本内容,冷水机组的自动控制（活塞式，螺杆式，离心式，直燃式）。冷冻站系统的监测与控制（冷冻水系统及冷却水系统），机组台数控制的内容及方法。锅炉的监控（锅炉燃烧的自动控制，锅炉水位的自动控制）。蓄能空调系统的控制，运行模式。,第一节 冷水机组的自动控制,一.冷水机组的监控内容与监控方式单台机组的控制任务由安装在主机上的单元控制器完成；多台机组通过各自单元控制器上的通信接口由BAS进行监控。,1.监控内容对制冷工艺参数进行自动测量。

2、自动控制某些工艺参数，使之恒定或按一定规律变化。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。实现自动保护，保证制冷设备的安全运行。,2.BAS对冷水机组的监控方式不与冷水机组的控制器通信。采用主机制造商提供的冷冻站管理系统。与主机的单元控制器通信。,1)不与冷水机组的控制器通信 在冷冻水、冷却水管路上安装水温传感器、流量传感器，在配电箱中通过交流接触器辅助触头、热继电器触点等方式取得这些主机的工作状态参数，通过端子排或交流接触器控制设备的启停。,2)采用主机制造商提供的冷冻站管理系统,3)与主机的单元控制器通信,控制系统厂商提供专门的异型机接口装置：,DCU现

3、场控制机带有下挂的接口：（RS232或RS485）采用控制系统与冷水机组统一的通信标准：如BACnet。,二.活塞式制冷机组的自动控制和安全保护,1.蒸发器和冷凝器的自动控制（1）蒸发器温度的自动控制原理：通过对蒸发器的供液量进行调节，即改变循环的制冷剂流量，使制冷量变化，从而实现对载冷剂（被冷却的介质）的温度控制。供液量自控设备：热力膨胀阀,工作过程：蒸发器供液量小于蒸发器的热负荷蒸发器出口处蒸汽的过热度T1、T2增大蒸发器进口处膨胀阀内膜片上方压力大于下方压力膜片向下鼓出，顶杆压缩弹簧，阀门TV1，TV2开度增大蒸发器的供液量增大。,（2）冷凝器温度的自动控制 水冷式冷凝器冷凝压力的控制：

4、用冷却水水量调节阀通过控制冷却水量来完成。调节阀开度控制的依据是冷凝压力或冷凝温度。,目的：保持冷凝温度或冷凝压力恒定。工作过程：制冷装置的负荷增大或冷却水进水温度升高，使冷凝温度高于设定值，压缩机的排气压力或冷凝压力也升高 调节阀的波纹管受压缩，通过调节杆使阀门SV开度增大，冷却水流量增大，降低冷凝压力。,风冷式冷凝器冷凝压力的控制：从制冷剂侧改变制冷剂流入冷凝器的流量；从空气侧改变冷凝器的空气流量。,2.活塞式制冷压缩机的能量调节目的：根据蒸发器的负荷对压缩机进行控制，使机组的制冷量与外界所需要的冷负荷相匹配，尽可能节省能源。自动控制方法：双位控制，分级控制，旁通能量调节，压缩机变速能量调

5、节。,（1）双位控制制冷压缩机直接根据被冷却物或空间的温度进行起停控制，同时对蒸发器、冷凝器等设备进行相应的联动控制。适用于只有一机一蒸发器一冷凝器的小型压缩机。,（2）分级控制将被控变量分为若干级，每级配备一个继电器，并设置不同的给定值，对各台压缩机按照不同的给定值分别进行控制，以实现压缩机的运行台数控制，进行能量调节。适用于具有多台机组的制冷系统。,（3）旁通能量调节将高压侧气体旁通到低压侧。适用于压缩机无变容能力的的制冷装置。（4）压缩机变速能量调节通过改变变频器的输出频率来改变压缩机驱动电机的转速，进行压缩机能耗的控制。尤其适用于拖动压缩机。,3.活塞式制冷压缩机的安全保护,排气压力保

6、护、吸气压力保护、油压保护、断水保护。,排气压力保护：排气压力超过设定值PS切断压缩机电动机的电源，进行高压保护；排气压力下降到该设定值PS接通压缩机电动机的电源，重新投入运行。吸气压力保护：吸气压力低于设定值PS切断压缩机电动机的电源，进行低压保护；吸气压力回升到该设定值PS接通压缩机电动机的电源，重新投入运行。,（1）排气与吸气压力保护通过高低压控制器PS控制压缩机的起停进行保护。,（3）断水保护在压缩机水套出水口和冷凝器出水口安装断水保护装置，断水时切断压缩机电动机电源进行保护，并进行声光报警。,（2）油压保护油压低于设定值油压控制器PdS切断压缩机电动机的电源，进行低压保护；油压回升到

7、该设定值PdS接通压缩机电动机的电源，重新投入运行。注意：油压控制器PdS是一个压差控制器。,（5）油温保护规定：环境温度为40时，曲轴箱中的油温不得超过70，温度控制器可使设定值为60。（6）电动机保护：过流继电器，热继电器，热敏电阻（7）排气温度保护：排气温度过高时压缩机停机。,（4）冷冻水防冻自动保护蒸发器出口端安装温度控制器T，冷冻水出口温度低于设定值 温度控制器T使中间继电器断开切断压缩机电动机的电源进行保护；冷冻水出口温度回升到该设定值温度控制器T使中间继电器吸合系统恢复运转。,4.计算机顺序控制某风冷热泵冷水机组控制模式：,（1）制冷模式：,（1）制冷模式：,（2）制热模式：,第

8、二节 冷冻站系统的监测与控制,一.冷冻站的监控内容,1）监测冷冻水供水温度，冷冻水一次回水、二次回水温度，以了解冷冻水的工作温度是否在合理的范围之内。2）监测冷冻水一次供、回水压力。3）监测冷冻水供水流量，与冷冻水供、回水温差相结合，可计算出冷量。4）监测冷却水供、回水温度，以了解冷却水的工作温度是否在合理的范围之内。5）监测冷冻水一级循环泵、冷冻水二级循环泵、冷却水循环泵及冷却塔风机的运行和故障状态。,6）监测补水泵的运行和故障状态。补水泵的起停控制可根据冷媒水供水压力的范围来决定起停控制。当供水压力超过警戒压力时，关闭补水泵，当供水压力过小时起动补水泵。7）监测补水箱的高液位、低液位和溢流

9、液位，在补水箱液位高于高液位和低于低液位时，进行报警。8）监测膨胀水箱的高液位、低液位，在膨胀水箱液位高于高液位和低于低液位时，关闭或停止补水泵。9）设备之间的联锁保护。10）群控功能。,单台机组：,二.机电设备的顺序控制 冷水机组应与相应的冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔等进行电气联锁。,多台机组并联且与水泵一一对应时：每台冷水机组的顺序控制步骤同上。多台机组并联且与水泵不是一一对应时：冷水机组冷冻水和冷却水接管上应设有电动碟阀。开机顺序：冷却塔风机冷却水碟阀冷却水泵冷冻水碟阀冷冻水泵制冷机起动。,单台机组顺序控制步骤：,群控的序列策略即在启动一台制冷机组时，决定哪一台先开出；停止一台正在运行的制

10、冷机组时决定哪一台先停止。,在需要启动一台制冷机时：当前停运时间最长的优先；累计运行时间最少的优先；轮流排队等。,在需要停止一台制冷机时：当前运行时间最长的优先；累计运行时间最少的优先；轮流排队等。,定流量系统：控制三通阀的旁通流量，维持温度恒定。变流量系统：控制双通阀的开度，维持温度恒定。,三.空调闭式冷媒水系统的监控监控任务：保证蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常工作，防止冻坏。向冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求。在满足使用要求的前提下尽可能减少循环水泵电耗。,工作过程：设计工况下所有设备满负荷运行，旁通阀开度为零，压差传感器两端接口处的压差为压差控制器的设定值P0。当用户末端负荷变

11、小时，用户末端的两通阀关小，供、回水压差高于设定值，压差控制器控制旁通阀打开，减小供、回水压差直至达到P0时，才停止。若冷水的旁通量超过了单台冷水循环泵流量时，则自动关闭一台冷水循环泵。对应的冷水机组、冷却水泵及冷却塔也停止运行。,1.一级泵冷冻水系统（1）压差控制,特点：开环控制结构，简单、灵活；控制过程慢、实时性差，节能效果差。,（2）冷冻机台数控制操作指导控制：自动采集计算实际冷负荷；人工控制冷冻机运行台数及相应联动设备的控制。,低负荷时，一台冷水机组运行，旁通阀处于某一开度位置；随着负荷增加，旁通阀开度逐渐减小，达到某一负荷时，旁通阀全关，限位开关闭合，启动第二台冷水机组及水泵等辅助设

12、备。同理，负荷继续增加，启动第三台冷水机组及水泵等辅助设备。,压差旁通阀位置控制：,旁通阀的最大 流量为 一台冷 水机组的流量。,以旁通流量控制冷水机组和水泵的起停。由满负荷降至66.6负荷时，停止一台冷水机组和水泵；降至33.3负荷时，再停止一台冷水机组和水泵。,恒定供回水压差的流量旁通控制：,旁通阀的最大流量为冷水机组满负荷时的流量。,冷水机组出水温度通常设定为7，在定流量系统中，回水温度反映了需冷量。,回水温度控制：冷水机组冷量计算公式：qm回水流量，c水的比热，t1,t2冷冻水供回水温度。,注意：qm：用户侧总回水流量，不包括旁通流量。t2：用户侧总回水温度，不包括旁通水。,冷量控制：

13、通过测量用户侧的供回水温度和冷冻水流量，计算出实际需冷量，根据实际需冷量确定冷水机组的运行台数。,方案一：,当用户侧水系统为变流量系统，冷源侧为定流量系统时，冷量控制有四种实施方案。,方案二：,安装两根回水管、两个回水流量变送器、两个回水温度传感器。冷负荷：,压差旁通管连接在供、回水干管上。,方案三：,温度传感器和流量变送器测量的是混水温度和混水流量。,方案四：错误的安装方式。,原理：初级泵克服蒸发器及周围管件的阻力；次级泵克服用户支路及相应管道的阻力。初级泵随冷水机组联锁起停；次级泵根据用户需求量进行台数控制。次级泵组总供水量与初级泵组总供水量有差异时，相差的部分从平衡管AB流过。,2.二级

14、泵冷冻水系统,（2）次级泵控制a.台数控制：（次级泵全为定速泵）压差控制法：同一级泵系统类似停泵过程：压差旁通阀全开，压差仍高于设定值，停止一台泵；起泵过程：压差旁通阀全关，压差仍低于设定值，起动一台泵。控制精度低。,（1）冷水机组台数控制根据冷量控制的原理控制冷水机组的台数。传感器的设置原则与一级泵冷冻水系统一样。,b.变速控制：（次级泵全为变速泵）根据次级泵出口压力或供、回水压差实测值与设定值的比较控制次级泵的转速。c.联合控制：（一台变速泵多台定速泵）既要控制变速泵的转速又要控制定速泵的台数。,流量控制法：用户侧设置流量传感器，根据流量测量值和每台次级泵的设计流量即可确定停止或起动一台次

15、级泵。控制精度高。,监控任务：保证冷却塔风机、水泵安全运行。保证冷却机组内有足够的冷却水流量。根据室外气温及冷水机组开启台数，调整冷却塔运行台数。,四.冷却水系统的监控,冷却塔与冷水机组通常是电气联锁。,冷却塔系统中最主要的控制任务是根据冷冻机对冷却水温的要求确定冷却塔的开启台数。,判断冷却水系统的水量是否正常，确定冷凝器的工作状态，及时发现故障。,混水调节阀，作为补救措施调节冷却水温度。,五.冷冻站监控系统,温度控制法：保持供水温度为7，供回水温差为5。当负荷下降时，如流量保持不变，则回水温度下降，供回水温差相应变小，要保持其不变，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，

16、降低水泵能耗。,六.冷源侧变流量运行蒸发器与冷凝器允许水量在一定范围内变化，为节能控制创造了条件。,压差控制法节能效果不如温差控制法。,压差控制法：在供、回水总管间设压差控制器，在运行过程中不管负荷如何变化，供、回水总管间压差保持不变，末端装置的流量完全由电动二通阀控制。,第三节 锅炉的监控,一.锅炉的监控内容,1）自动检测2）自动控制 满足工艺要求进行的锅炉燃烧和锅炉水位的自动控制 锅炉及辅助设备的起停控制，运行台数控制。3）自动保护,蒸汽压力超压自动保护蒸汽温度超温自动保护低油压自动保护高、低油温自动保护低气压自动保护风压高低自动保护汽包水位高低自动保护熄火、灭火自动保护电机过载自动保护,

17、1.燃油与燃气锅炉燃烧系统的监控（1）监控内容炉温、炉压、排烟温度、热媒参数的监测；燃油或燃气压力的监测以及越限报警；空气/燃料比的自动控制；炉膛熄火自动保护；灭火自动保护等。,二.锅炉燃烧的自动控制,单闭环比值控制系统,（2）燃油或燃气锅炉燃烧的自动控制方法比值控制：两种或两种以上的物料按一定比例混合或参加化学反应。单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统，变比值控制系统，固定比值控制系统。,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

18、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。,燃气加热炉炉温控制系统,实时检测燃油或燃气的流量和送风量，送入DDC系统监控计算机，根据一定的控制规律输出相应的控制指令，改变燃油或燃气电动调节阀以及送风电动调节阀的开度大小，既改变送入炉膛的燃油或燃气流量和进风量，使其按一定的比例实现经济燃烧。,燃油或燃气锅炉燃烧的DDC监控系统,（1）监控内容蒸汽压力、炉膛压力、送风量、引风量、烟气中的含氧量的监测；风煤比的自动控制；根据炉压信号，控制引风量，维持炉膛负压不变；蒸汽超压或超温自动保护及熄火自动保护。此外，还需要实时

19、检测供水温度，排烟温度，炉膛出口温度、省煤器及空气预热器出口的温度，炉压，一次二次风的压力，省煤器、空气预热器、除尘器出口烟气压力等。,2.燃煤锅炉燃烧系统的监控,实时检测蒸汽压力、送风量、引风量、炉膛压力，送入DDC系统监控计算机，根据一定的控制规律输出相应的控制指令，改变送风电动调节阀的开度和控制送煤设备的速度或位置(控制进煤量)，使风煤按一定的比例实现经济燃烧。,（2）燃煤锅炉燃烧的自动控制方法比值控制,电锅炉由于体积小，便于操作和控制，所需的辅助设备少，对周围环境没有污染。因此在供热工程中越来越多地得到广泛应用。,3.电锅炉监控通过电加热元件消耗电能，输出热媒（热水或蒸汽）。,监控内容

20、：实时检测输出热媒的温度、压力、流量，计算出实际供热量，根据热负荷的大小，调整电热锅炉的运行功率或运行台数，实现节能控制。同时可实现输出热媒超温或超压的自动保护。熔丝型保护元件在电锅炉过载时，自动切断三相电源，起到安全保护作用。监测回水压力，低于设定值时，补水泵起动对系统进行补水。通过水流开关监测循环水泵的运行状态；通过电能变送器监测锅炉用电量，实现经济核算；使用热继电器对循环水泵、补水泵进行过载报警保护。,（1）单参数给水控制系统以锅炉汽包水位作为单一调节信号。特点：单参数闭环负反馈控制，结构简单，对于“虚假水位”现象不严重的小型锅炉控制品质好。,三.锅炉水位的自动控制任务：使给水流量适应汽

21、包的蒸发量，维持汽包水位在正常波动范围。,特点：前馈控制，增加了蒸汽流量信号的超前作用，能克服蒸汽流量扰动对水位的影响，消除“虚假水位”现象，提高了控制品质。,（2）双参数给水控制系统以锅炉汽包水位作为主要调节信号，以蒸汽流量作为辅助调节信号。,特点：及时反映给水流量的变化，控制及时，抗干扰能力强，能够改善系统控制品质，尤其适用于负荷容量较大、容量滞后较大的大、中型锅炉。,（3）三参数给水控制系统以锅炉汽包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。,监控内容：锅炉运行参数的监测锅炉的控制锅炉的联锁控制及安全保护,四.电锅炉的DDC监控系统（P169：图5-35）,第四节 冰蓄

22、冷空调系统的控制,原理：不需冷量或需冷量少时制冷机组将制冷量蓄存在蓄冷介质中，而在需冷量高峰期将被蓄存的冷量从蓄冷设备中取出，从而减少制冷机的启用次数。,特点：转移制冷设备的运行时间介质：水、冰、共晶盐,一.冰蓄冷系统的构成与运行模式,制冷主机与蓄冷装置组成的串联管道系统。,蓄冷模式蓄冰时，阀门V1、V2关闭，V3、V4开启，制冷机与蓄冰机组成闭合回路。,制冷机供冷阀门V1、V2开启，V3、V4关闭，制冷机与板式换热器组成闭合回路。,蓄冰槽供冷阀门V1开启，V4关闭。V2和V3根据用户需冷量和现有蓄冷量进行调节取冷量和旁通的溶液量，以满足冷冻水出口温度设定值。,制冷机与蓄冰槽同时供冷用于蓄冰槽

23、需冷量不足时。阀门开关位置与相同。,蓄冷工况：冷冻机及循环水泵的起动台数由蓄冰槽储存状况，即t4决定。取冷工况：需确定每个时刻制冷机组与蓄冰设备之间各自供冷负荷的分配，遵循一定的控制策略。,以上运行模式可综合为制冷机的两种基本允许工况：蓄冷工况和取冷工况。,冷水机组优先控制策略限定要求控制策略蓄冰设备优先控制策略定比例控制预测控制,二.冷水机组的控制策略,本章总结,冷数机组的自动控制 BAS对冷水机组的监控方式 活塞式制冷机组的自动控制与安全保护冷冻站系统的监控 机电设备的顺序控制及群控序列策略 一级泵冷冻水系统，二级泵冷冻水系统 冷却水系统锅炉的监控 锅炉燃烧的自动控制 锅炉水位的自动控制冰蓄冷空调系统的控制 运行方式 控制策略,