一种中央空调冷站控制系统及控制方法与流程

本发明涉及自动化控制技术领域，具体而言，涉及一种中央空调冷站控制系统及控制方法。

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。

请参阅图1，现有的中央空调冷站自动控制系统主要有以下特点：

1)DDC控制器通过大量IO接口与现场设备(冷机、冷却泵、冷却塔、电动调节阀、冷冻泵等)相连，收集各种测量值和执行机构状态反馈信息，输送至上位机，并将上位机控制指令输出下发给各执行机构。

2)上位机通过总线或网络通信与DDC控制器相连，一般由各个DDC将各种测量值和各执行机构的状态反馈信息发送至上位机，由上位机通过对所有DDC的信息统一优化计算、协调控制，并将生成的控制命令发送至各个DDC。

传统中央空调冷站控制系统主要存在以下问题：

1)在开发过程中，由于每个项目的系统形式、设备数量各不相同，从而需要对每个项目进行订单式开发。在水系统形式中，可能出现以下典型情况：a.冷冻泵、冷却泵、冷机先分别并联成组后，冷机组再和冷冻泵组、冷却泵组串联连接；b.冷机和冷冻泵、冷却泵先串联后，不同冷机再并联连接；c.根据冷量的大小，将冷机及其相应的冷冻泵、冷却泵分为两组，例如：冷机1～3为大冷量、冷机4～5为小冷量，在运行时可根据实际冷负荷需求大小进行大小冷机的搭配；d.二次泵系统。对于每个情况，由于水系统形式、设备数量均不相同，需要针对每种情况对控制程序进行重新开发。这种开发方式周期长，投入人力多，不适应大规模开发的需求。

2)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。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种中央空调冷站控制系统及控制方法，能够针对不同的系统形式和设备数量，简化系统的开发过程，并提高中央空调冷站的运行效率。

为实现上述目的，本发明实施例一方面提供一种中央空调冷站控制系统，所述控制系统中包括冷却塔模块、冷却泵模块、冷机模块以及冷冻泵模块；所述冷却塔模块中包括至少一个冷却塔，所述冷却泵模块中包括至少一个冷却泵，所述冷机模块中包括至少一个冷机，所述冷冻泵模块中包括至少一个冷冻泵；所述冷却塔模块、冷却泵模块、冷机模块以及冷冻泵模块分别由相应的冷却塔模块控制器、冷却泵模块控制器、冷机模块控制器以及冷冻泵模块控制器控制；所述冷却塔模块控制器、冷却泵模块控制器、冷机模块控制器以及冷冻泵模块控制器依次相连；所述冷却塔模块控制器还与冷却总管控制器相连，所述冷机模块控制器还与冷冻总管控制器相连。

进一步地，所述冷机模块控制器包括：台数控制单元，用于控制所述冷机模块中的加机操作或减机操作；冷冻供水温度控制单元，用于控制所述冷机模块的冷冻供水温度设定值；冷冻水流量变化值确定单元，用于在所述冷机模块中产生加机操作或减机操作时，确定所述冷机模块的冷冻水流量变化值；数据传输单元，用于将所述冷冻水流量变化值发送至所述冷冻泵模块控制器。

进一步地，所述冷冻泵模块控制器包括：数据接收单元，用于接收所述冷机模块控制器发来的冷冻水流量变化值；冷冻泵调整单元，用于根据所述冷冻水流量变化值，调整所述冷冻泵模块中冷冻泵的数量，使得调整后的冷冻泵的数量与所述冷机模块当前所需的冷冻水流量相适配。

进一步地，所述冷机模块控制器包括：台数控制单元，用于控制所述冷机模块中的加机操作或减机操作；冷却水流量变化值确定单元，用于在所述冷机模块中产生加机操作或减机操作时，确定所述冷机模块的冷却水流量变化值；数据传输单元，用于将所述冷却水流量变化值发送至所述冷却泵模块控制器。

进一步地，所述冷却泵模块控制器包括：数据接收单元，用于接收所述冷机模块控制器发来的冷却水流量变化值；冷却泵调整单元，用于根据所述冷却水流量变化值，调整所述冷却泵模块中冷却泵的数量，使得调整后的冷却泵的数量与所述冷机模块当前所需的冷却水流量相适配。

进一步地，所述冷却泵模块控制器用于将所述冷机模块当前所需的冷却水流量值传输至所述冷却塔模块控制器处；相应地，所述冷却塔模块控制器用于根据接收的所述冷机模块当前所需的冷却水流量值，调整所述冷却塔模块中冷却塔的数量，使得调整后的冷却塔的数量与所述冷机模块当前所需的冷却水流量值相适配。

进一步地，所述冷冻总管控制器包括：制冷量确定单元，用于测量冷冻水总管当前的制冷量或者预测冷冻水总管在预设时刻的制冷量并将测量的制冷量或者预测的制冷量发送至所述冷机模块控制器；压差温差确定单元，用于测量冷冻供回水总管的压差或者温差，并将测量的压差或者温差发送至所述冷却泵模块控制器；旁通阀开度控制单元，用于根据测量的冷冻供回水总管的压差，控制冷冻水总管的旁通阀开度，以控制供回水总管的压差。

进一步地，所述冷却总管控制器包括：温度检测单元，用于测量所述冷却塔模块中各个冷却塔的出口温度，并控制冷却水总管的旁通阀开度，以使得所述冷机模块中各个冷机的冷却水进口温度高于预设温度上限；参数提供单元，用于向所述冷却泵模块控制器提供最优的冷却水量或者冷却水供回水的平均温度。

进一步地，所述冷冻泵模块包括冷冻一级泵模块和冷冻二级泵模块，其中，所述冷冻一级泵模块由冷冻一级泵模块控制器控制，所述冷冻二级泵模块由冷冻二级泵模块控制器控制；所述冷冻一级泵模块控制器与所述冷机模块控制器相连，所述冷冻二级泵模块控制器与所述冷冻总管控制器相连。

为实现上述目的，本发明实施例另一方面提供一种控制方法，所述控制方法包括：冷机模块控制器检测冷机模块中产生的加机操作或减机操作，在所述冷机模块中产生加机操作或减机操作时，确定所述冷机模块的冷冻水流量变化值和冷却水流量变化值，并将所述冷冻水流量变化值和冷却水流量变化值分别发送至冷冻泵模块控制器和冷却泵模块控制器；所述冷冻泵模块控制器根据所述冷冻水流量变化值，调整冷冻泵模块中冷冻泵的数量，使得调整后的冷冻泵的数量与所述冷机模块当前所需的冷冻水流量相适配；所述冷却泵模块控制器根据所述冷却水流量变化值，调整冷却泵模块中冷却泵的数量，使得调整后的冷却泵的数量与所述冷机模块当前所需的冷却水流量相适配；所述冷却泵模块控制器将所述冷机模块当前所需的冷却水流量值传输至冷却塔模块控制器处；所述冷却塔模块控制器根据接收的所述冷机模块当前所需的冷却水流量值，调整冷却塔模块中冷却塔的数量，使得调整后的冷却塔的数量与所述冷机模块当前所需的冷却水流量值相适配。

由上可见，本发明实施例中将冷机组、冷却泵组、冷冻泵组以及冷却塔组作为各个整体模块，随着系统形式和设备数量的变化，只需要改变各个模块的连接方式和各个模块内设备的数量，能够适应于不同的项目开发环境，极大地减少了项目开发过程中所投入的人力和物力。各个模块可以通过各自的控制器进行控制，从而能够根据实际情况，优化各个模块中设备的数量，并且通过各个控制器之间的信息交互，可以协同地对整个系统进行调整，从而提高了中央空调冷站运行的效率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中中央空调冷站控制系统的连接图；

图2本申请实施例提供的一种中央空调冷站控制系统的框架图；

图3为本申请另一实施例提供的一种中央空调冷站控制系统的框架图；

图4为本实施例中控制系统的连接图；

图5为本申请另一实施例提供的一种中央空调冷站控制系统的框架图；

图6为本实施例中控制系统的连接图；

图7为本申请另一实施例提供的一种中央空调冷站控制系统的框架图；

图8为本实施例中控制系统的连接图；

图9为本申请实施例提供的一种控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种中央空调冷站控制系统。请参阅图1，所述控制系统可以包括冷却塔模块、冷却泵模块、冷机模块以及冷冻泵模块。其中，所述冷却塔模块中包括至少一个冷却塔，所述冷却泵模块中包括至少一个冷却泵，所述冷机模块中包括至少一个冷机，所述冷冻泵模块中包括至少一个冷冻泵。

在本实施例中，所述冷却塔模块、冷却泵模块、冷机模块以及冷冻泵模块分别由相应的冷却塔模块控制器、冷却泵模块控制器、冷机模块控制器以及冷冻泵模块控制器控制。所述冷却塔模块控制器、冷却泵模块控制器、冷机模块控制器以及冷冻泵模块控制器依次相连。所述冷却塔模块控制器还与冷却总管控制器相连，所述冷机模块控制器还与冷冻总管控制器相连。

在本申请实施例中，所述冷机模块控制器可以包括：

台数控制单元，用于控制所述冷机模块中的加机操作或减机操作；

冷冻供水温度控制单元，用于控制所述冷机模块的冷冻供水温度设定值；

冷冻水流量变化值确定单元，用于在所述冷机模块中产生加机操作或减机操作时，确定所述冷机模块的冷冻水流量变化值；

数据传输单元，用于将所述冷冻水流量变化值发送至所述冷冻泵模块控制器。

在本申请实施例中，所述冷冻泵模块控制器包括：

数据接收单元，用于接收所述冷机模块控制器发来的冷冻水流量变化值；

冷冻泵调整单元，用于根据所述冷冻水流量变化值，调整所述冷冻泵模块中冷冻泵的数量，使得调整后的冷冻泵的数量与所述冷机模块当前所需的冷冻水流量相适配。

在本申请实施例中，所述冷机模块控制器包括：

台数控制单元，用于控制所述冷机模块中的加机操作或减机操作；

冷却水流量变化值确定单元，用于在所述冷机模块中产生加机操作或减机操作时，确定所述冷机模块的冷却水流量变化值；

数据传输单元，用于将所述冷却水流量变化值发送至所述冷却泵模块控制器。

在本申请实施例中，所述冷却泵模块控制器包括：

数据接收单元，用于接收所述冷机模块控制器发来的冷却水流量变化值；

冷却泵调整单元，用于根据所述冷却水流量变化值，调整所述冷却泵模块中冷却泵的数量，使得调整后的冷却泵的数量与所述冷机模块当前所需的冷却水流量相适配。

在本申请实施例中，所述冷却泵模块控制器用于将所述冷机模块当前所需的冷却水流量值传输至所述冷却塔模块控制器处；

相应地，所述冷却塔模块控制器用于根据接收的所述冷机模块当前所需的冷却水流量值，调整所述冷却塔模块中冷却塔的数量，使得调整后的冷却塔的数量与所述冷机模块当前所需的冷却水流量值相适配。

在本申请实施例中，所述冷冻总管控制器包括：

制冷量确定单元，用于测量冷冻水总管当前的制冷量或者预测冷冻水总管在预设时刻的制冷量并将测量的制冷量或者预测的制冷量发送至所述冷机模块控制器，以作为冷机台数控制、冷冻泵台数及变频控制的依据；

压差温差确定单元，用于测量冷冻供回水总管的压差或者温差，并将测量的压差或者温差发送至所述冷却泵模块控制器，作为冷冻泵模块变频控制的依据；

旁通阀开度控制单元，用于根据测量的冷冻供回水总管的压差，控制冷冻水总管的旁通阀开度，以控制供回水总管的压差。

在本申请实施例中，所述冷却总管控制器包括：

温度检测单元，用于测量所述冷却塔模块中各个冷却塔的出口温度，并控制冷却水总管的旁通阀开度，以使得所述冷机模块中各个冷机的冷却水进口温度高于预设温度上限；

参数提供单元，用于向所述冷却泵模块控制器提供最优的冷却水量或者冷却水供回水的平均温度，作为冷却泵模块变频的依据。

具体地。当冷却水量提高(或冷却水供回水平均温度低)时，冷机功率降低，而冷却泵与冷却塔功率提高；当冷却水量降低(或冷却水供回水平均温度高)时，冷机功率提高，而冷却泵与冷却塔功率降低。因此，存在最优的冷却水量或冷却水供回水平均温度，使得冷机、冷却泵、冷却塔总功率最小。冷却水总管控制器可记录在不同条件下(例如：不同室外气象参数、冷机开启台数、冷却塔开启台数等)，不同冷却水量或冷却水供回水平均温度的冷站总能效(冷站总能效计算至少包含冷机模块及其对应的冷却泵模块、冷却塔模块)，并在历史数据库中寻优，寻找最优的冷却水量或冷却水供回水平均温度，使得冷站总能效最高。

在实际应用场景中，针对不同的设备结构，每台设备工作的最佳状态也往往不同。例如，对于变频离心式冷机组，存在使能效比达到最高的负荷率，通常为50％至80％。对于多台变频离心式冷机组并联的冷机模块，在外部提供的总制冷量需求下，其模块控制器可根据性能曲线，寻找最佳的运行台数，使得每台机组运行在接近于最佳的负荷率下。

对于变频水泵，存在使水泵效率达到最高的水流量。对于多台变频水泵并联的水泵模块(冷却泵模块和冷冻泵模块)，在给定的总扬程和总流量需求下，其模块控制器可根据性能曲线，寻找最佳的运行台数，使得每台水泵运行在接近于最佳的水流量下。

对于多台变频冷却塔并联的冷却塔模块，在给定的总流量需求下，其模块控制器应使每个冷却塔在高于冷却水流量下限的前提下，尽量多的开启冷却塔台数，以尽量利用冷却塔的换热面积。

此外，在实际应用场景中，冷却塔模块、冷却泵模块、冷机模块以及冷冻泵模块之间可以存在多种不同的连接方式。请参阅图3，冷机1至冷机4分别与冷冻泵1至冷冻泵4对应连接，冷却泵1至冷却泵4也分别与冷机1至冷机4对应连接，冷却塔1至冷却塔4也分别与冷却泵1至冷却泵4对应连接。也就是说，在该系统结构中，各个模块中的独立设备之间都是对应连接的。各个模块的模块控制器的框架图可以如图4所示。在该系统结构中，可以存在多个冷却总管控制器、冷却塔模块控制器、冷却泵模块控制器以及冷冻泵模块控制器。

请参阅图5，冷机1至3与冷冻泵1至3相关联，冷机4至5与冷冻泵4至5相关联。此外，冷机1至3还与冷冻泵1至3相连，冷机4至5还与冷冻泵4至5相连。冷却塔1至5分别与冷却泵1至3以及冷却泵4至5相连。在该系统架构中，冷机1至3可以视为冷机模块1，冷机4至5可以视为冷机模块2，冷冻泵1至3可以视为冷冻泵模块1，冷冻泵4至5可以视为冷冻泵模块2，其中，每个模块均可以对应一个模块控制器。这样，该系统架构的模块控制器的框架图可以如图6所示。

在本申请实施例中，所述冷冻泵模块还可以包括冷冻一级泵模块和冷冻二级泵模块，其中，所述冷冻一级泵模块由冷冻一级泵模块控制器控制，所述冷冻二级泵模块由冷冻二级泵模块控制器控制；所述冷冻一级泵模块控制器与所述冷机模块控制器相连，所述冷冻二级泵模块控制器与所述冷冻总管控制器相连。

具体地，请参阅图7和图8，冷冻泵模块可以分为4个冷冻一级泵和4个冷冻二级泵，每个冷冻一级泵可以作为一个独立的模块，每两个冷冻二级泵可以作为一个独立的模块。这样，与所述冷机模块相连的可以是4个冷冻一级泵模块，而与所述分水器相连的可以是2个冷冻二级泵模块。每个模块可以由相应的模块控制器控制，从而构成了如图8所示的模块控制器的框架图。

由于冷却总管控制器的作用为确定冷却管路冷却水量或冷却水供回水平均温度，其数量由冷却总管的数量，同时也是冷却塔模块的数量决定。当各个冷却塔并联成为一个冷却塔模块时，仅有一个冷却总管(包括供回管路)，仅采用一个冷却水总管控制器，如图2和图6所示。当各个冷却塔互不相连，则各有一个冷却总管，那么每个冷却塔各自采用一个冷却总管控制器，如图4所示。

对于冷冻二级泵的水系统形式，各冷冻二级泵模块控制器与冷冻总管控制器相连。通过冷冻总管控制器测量各支路最不利末端供回水压差信号，分别输送至各个冷冻二级泵模块，作为各个冷冻二级泵模块调节频率的依据。

请参阅图9，本申请实施例还提供一种控制方法，所述控制方法包括：

S1：冷机模块控制器检测冷机模块中产生的加机操作或减机操作，在所述冷机模块中产生加机操作或减机操作时，确定所述冷机模块的冷冻水流量变化值和冷却水流量变化值，并将所述冷冻水流量变化值和冷却水流量变化值分别发送至冷冻泵模块控制器和冷却泵模块控制器；

S2：所述冷冻泵模块控制器根据所述冷冻水流量变化值，调整冷冻泵模块中冷冻泵的数量，使得调整后的冷冻泵的数量与所述冷机模块当前所需的冷冻水流量相适配；

S3：所述冷却泵模块控制器根据所述冷却水流量变化值，调整冷却泵模块中冷却泵的数量，使得调整后的冷却泵的数量与所述冷机模块当前所需的冷却水流量相适配；

S4：所述冷却泵模块控制器将所述冷机模块当前所需的冷却水流量值传输至冷却塔模块控制器处；

S5：所述冷却塔模块控制器根据接收的所述冷机模块当前所需的冷却水流量值，调整冷却塔模块中冷却塔的数量，使得调整后的冷却塔的数量与所述冷机模块当前所需的冷却水流量值相适配。

在本申请实施例中，所述方法还包括：

冷冻总管控制器测量冷冻水总管当前的制冷量或者预测冷冻水总管在预设时刻的制冷量并将测量的制冷量或者预测的制冷量发送至所述冷机模块控制器；

所述冷冻总管控制器测量冷冻供回水总管的压差或者温差，并将测量的压差或者温差发送至所述冷却泵模块控制器；

所述冷冻总管控制器根据测量的冷冻供回水总管的压差，控制冷冻水总管的旁通阀开度，以平衡进水阀的前后水压。

在本申请实施例中，所述方法还包括：

冷却总管控制器测量所述冷却塔模块中各个冷却塔的出口温度，并控制冷却水总管的旁通阀开度，以使得所述冷机模块中各个冷机的冷却水进口温度高于预设温度上限；

所述冷却总管控制器向所述冷却泵模块控制器提供最优的冷却水量或者冷却水供回水的平均温度。

由上可见，本发明实施例中将冷机组、冷却泵组、冷冻泵组以及冷却塔组作为各个整体模块，随着系统形式和设备数量的变化，只需要改变各个模块的连接方式和各个模块内设备的数量，能够适应于不同的项目开发环境，极大地减少了项目开发过程中所投入的人力和物力。各个模块可以通过各自的控制器进行控制，从而能够根据实际情况，优化各个模块中设备的数量，并且通过各个控制器之间的信息交互，可以协同地对整个系统进行调整，从而提高了中央空调冷站运行的效率。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。