對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制策略的研究

1、<p>　　對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制策略的研究</p><p><b>　　摘要 </b></p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　節(jié)能減排，低碳生活，是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)城市軌道交通的建設(shè)進(jìn)入高潮，成為當(dāng)今世界建設(shè)地鐵最多的地方。軌道交通已經(jīng)逐漸成為人們出行的首選交

2、通工具。地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)消耗大量的能源，如果不加以控制，將有很大一部分能源被浪費(fèi)掉。地鐵運(yùn)營(yíng)中的空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和列車(chē)系統(tǒng)是主要的用電設(shè)備，如何降低此部分設(shè)備的能量消耗，是研究的重點(diǎn)。 </p><p>　　地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)縫集成了各自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地鐵各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)之間的信息互通、資源共享，提高地鐵全線(xiàn)的整體自動(dòng)化水平，更好地為廣大乘客服務(wù)，提高經(jīng)濟(jì)效益。綜合監(jiān)控系統(tǒng)整合地鐵單線(xiàn)的行車(chē)、車(chē)輛、供電

3、、機(jī)電等子系統(tǒng)的監(jiān)控信息，在控制中心集中創(chuàng)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，利用這些信息可以自動(dòng)控制地鐵設(shè)備的運(yùn)行。 </p><p>　　本文從時(shí)間表、空調(diào)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)幾個(gè)方面描述了在不同的工況下如何控制地鐵設(shè)備的運(yùn)行，使用自動(dòng)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)的手段完成工況的轉(zhuǎn)換，降低設(shè)備能量的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。 </p><p>　　關(guān)鍵字：綜合監(jiān)控、自動(dòng)控制、調(diào)整、工況 </p><p>

4、　　“節(jié)能減排”出自于我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要。主要目的就是節(jié)約能源，較少污染物排放，保護(hù)環(huán)境。地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需要大量的能量耗費(fèi)，包括：照明、行車(chē)、通風(fēng)、空調(diào)及弱電系統(tǒng)等，地鐵中所有設(shè)備運(yùn)行都使用電能，電能的消耗巨大。研究減少對(duì)電能的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能是本文研究的重點(diǎn)。 </p><p>　　地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的能量消耗負(fù)荷主要包含：照明、設(shè)備、屏蔽門(mén)發(fā)熱；人員負(fù)荷；新風(fēng)負(fù)荷；出入口與外界熱交換的熱負(fù)荷。這些值都是變量，作

5、為系統(tǒng)的調(diào)節(jié)依據(jù)。系統(tǒng)的控制過(guò)程就是獲取到這些信息，通過(guò)算法，進(jìn)行計(jì)算，與預(yù)先制定的值做比較，自動(dòng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。這些信息通過(guò)與其它集成或者互聯(lián)的接口中獲取。 </p><p>　　地鐵運(yùn)營(yíng)中，環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是個(gè)耗能大戶(hù)。較少這些設(shè)備對(duì)能源的消耗，就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。通過(guò)時(shí)間表、空調(diào)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)的控制策略，較少用電設(shè)備的數(shù)量，降低設(shè)備運(yùn)行頻率、轉(zhuǎn)速等，使設(shè)備依據(jù)不同的工況進(jìn)行自動(dòng)切換，達(dá)到節(jié)能效果。 <

6、;/p><p><b>　　一、時(shí)間表控制 </b></p><p>　　地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)與工況一一對(duì)應(yīng)。時(shí)間表根據(jù)不同的運(yùn)行工況，啟動(dòng)相應(yīng)的運(yùn)行模式，時(shí)間表控制的系統(tǒng)主要包括：隧道通風(fēng)系統(tǒng)、車(chē)站大系統(tǒng)、車(chē)站小系統(tǒng)、照明系統(tǒng)。 </p><p>　?。ㄒ唬┧淼劳L(fēng)系統(tǒng) </p><p>　　隧道通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)

7、行模式是根據(jù)地鐵運(yùn)營(yíng)的時(shí)間，由系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間表來(lái)控制不同的運(yùn)行模式。模式的啟停時(shí)間主要依據(jù)地鐵運(yùn)營(yíng)開(kāi)始及停止的時(shí)間和日期，具體分為： </p><p>　　早間運(yùn)行：早間運(yùn)營(yíng)前，根據(jù)系統(tǒng)的時(shí)間表功能，區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行半小時(shí)（可調(diào)整）的機(jī)械通風(fēng)。此時(shí)車(chē)站隧道通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉，區(qū)間隧道設(shè)有中間風(fēng)井時(shí)中間風(fēng)井也關(guān)閉。通風(fēng)完畢后進(jìn)入正常運(yùn)行。 </p><p>　　正常運(yùn)行：列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)，根

8、據(jù)時(shí)間表設(shè)定，環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)將控制車(chē)站隧道通風(fēng)系統(tǒng)投入運(yùn)行而區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)停止運(yùn)行。此時(shí)利用列車(chē)活塞作用，在一般區(qū)間隧道內(nèi)通過(guò)車(chē)站兩端的活塞風(fēng)井進(jìn)行通風(fēng)換氣，排除區(qū)間隧道的余熱余濕；在設(shè)有中間風(fēng)井的區(qū)間隧道內(nèi)開(kāi)啟區(qū)間隧道中間風(fēng)井，通過(guò)車(chē)站兩端的活塞風(fēng)井和區(qū)間隧道中間風(fēng)井進(jìn)行通風(fēng)換氣，排除區(qū)間隧道的余熱余濕。根據(jù)氣候條件分為以下運(yùn)行方式：在氣溫較高的夏季，開(kāi)啟活塞風(fēng)道，并啟動(dòng)列車(chē)頂、站臺(tái)下排熱風(fēng)系統(tǒng)；在過(guò)渡季節(jié)，開(kāi)啟活塞風(fēng)道自然通

9、風(fēng)，并啟動(dòng)列車(chē)頂、站臺(tái)下排風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)室外空氣溫度狀況、列車(chē)的行車(chē)密度和隧道內(nèi)溫度狀況綜合確定風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率；在冬季，早晚室外氣溫較低且列車(chē)運(yùn)行對(duì)數(shù)較少時(shí)，可停止排熱風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行，其他時(shí)刻仍然采用與過(guò)渡季節(jié)相同的運(yùn)行方式。 </p><p>　　夜間運(yùn)行：夜間收車(chē)后，根據(jù)系統(tǒng)的時(shí)間表功能，區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行半小時(shí)（可調(diào)整）的機(jī)械通風(fēng)，排除隧道中的廢氣和余熱余濕，此時(shí)車(chē)站隧道通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉，區(qū)間隧道設(shè)有中間風(fēng)井時(shí)

10、中間風(fēng)井也關(guān)閉。通風(fēng)完畢后打開(kāi)所有風(fēng)道內(nèi)風(fēng)閥，利用自然通風(fēng)的方式進(jìn)行通風(fēng)換氣。 </p><p><b>　?。ǘ┸?chē)站大系統(tǒng) </b></p><p>　　將大系統(tǒng)按照不同的工況分為：小新風(fēng)、全新風(fēng)和通風(fēng)季模式。當(dāng)站外的空氣焓值大于車(chē)站公共區(qū)的空氣焓值時(shí)，屬于盛夏季節(jié)，啟動(dòng)小新風(fēng)模式；當(dāng)送風(fēng)焓值小于室外焓值并小于公共區(qū)焓值后，啟用全新風(fēng)模式；當(dāng)送風(fēng)焓值大于室外空氣焓

11、值時(shí)，啟用通風(fēng)季模式。 </p><p><b>　?。ㄈ┸?chē)站小系統(tǒng) </b></p><p>　　車(chē)站小系統(tǒng)按照不同的工況也分為：小新風(fēng)、全新風(fēng)和通風(fēng)模式。模式的切換原理同大系統(tǒng)。 </p><p><b>　?。ㄋ模┱彰飨到y(tǒng) </b></p><p>　　依據(jù)地鐵運(yùn)行時(shí)間和天氣情況將照明系統(tǒng)的

12、工況分為：全亮模式、自然照度高模式、自然照度低模式、節(jié)能降耗模式、結(jié)束模式等。在不同的時(shí)間段啟用不同的模式。實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。 </p><p>　　時(shí)間表還分為節(jié)假日、特殊日、周末時(shí)間表。定制好的時(shí)間表下裝到設(shè)備和環(huán)境控制系統(tǒng)中，設(shè)備和環(huán)境控制系統(tǒng)依據(jù)定的時(shí)間自動(dòng)執(zhí)行。 </p><p>　　二、空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制 </p><p>　　車(chē)站空調(diào)冷水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

13、如下圖所示： </p><p>　　（一）冷水機(jī)組群控思路 </p><p>　　冷水機(jī)組的冷量調(diào)節(jié)由冷水機(jī)組自身所攜帶的控制裝置完成，系統(tǒng)依據(jù)冷負(fù)荷需要對(duì)冷水機(jī)組進(jìn)行群控。冷水機(jī)組的控制目標(biāo)為：根據(jù)空調(diào)負(fù)荷自動(dòng)決定冷水機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、某臺(tái)冷機(jī)故障后其他機(jī)組自動(dòng)替代使用、平衡多臺(tái)冷水機(jī)組的負(fù)荷、每臺(tái)冷水機(jī)組的使用時(shí)間較為平均。 </p><p>　　控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)

14、冷凍水供水/回水溫度、流量以及列車(chē)發(fā)車(chē)對(duì)數(shù)、列車(chē)停站時(shí)間以及客流信息計(jì)算的人員負(fù)荷及新風(fēng)溫度計(jì)算新風(fēng)負(fù)荷等數(shù)據(jù)，自動(dòng)準(zhǔn)確計(jì)算出車(chē)站空調(diào)實(shí)際所需的冷量，從而自動(dòng)調(diào)整冷水機(jī)組的運(yùn)行工況。 </p><p>　　系統(tǒng)負(fù)荷較低時(shí)，首先啟動(dòng)小冷量制冷機(jī)組滿(mǎn)足需要，當(dāng)小冷量機(jī)組不能滿(mǎn)足要求的時(shí)候，自動(dòng)切換為大冷量機(jī)組運(yùn)行。冷機(jī)的加載控制條件為： </p><p>　　冷機(jī)的出水溫度是否已超出冷機(jī)工作設(shè)

15、定的出水溫度控制目標(biāo)值； </p><p>　　運(yùn)行的冷機(jī)制冷量是否已接近90%； </p><p>　　冷機(jī)出水水溫的降低速度是否小于設(shè)定值； </p><p>　　一定的平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)間是否已到。 </p><p>　　冷機(jī)的卸載控制條件為： </p><p>　　冷機(jī)的出水溫度是否接近冷機(jī)工作設(shè)定的出水溫度控制的目標(biāo)

16、值； </p><p>　　運(yùn)行的冷機(jī)的平均負(fù)荷是否小于需求負(fù)荷； </p><p>　?。ǘ┛照{(diào)水系統(tǒng)設(shè)備控制思路 </p><p>　　空調(diào)水系統(tǒng)的控制主要包括冷凍水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制。 </p><p>　　冷凍水循環(huán)系統(tǒng)控制： </p><p>　　冷凍水的供水與回水壓差的變化，反映了空調(diào)末端對(duì)冷

17、凍水的需求量發(fā)生改變。根據(jù)冷凍水供水與回水壓差來(lái)控制冷凍水對(duì)末端設(shè)備的供給，從而控制了冷凍水進(jìn)行熱交換的數(shù)量。當(dāng)某個(gè)房間的溫度發(fā)生變化時(shí)，空調(diào)二通調(diào)節(jié)閥開(kāi)度發(fā)生改變，使冷凍水供回水壓差發(fā)生改變，通過(guò)對(duì)冷動(dòng)泵進(jìn)行變頻調(diào)速，使冷凍水供回水壓差保持不變，通過(guò)流量的變化改變由于房間溫度變化所需的冷凍水供給量。 </p><p>　　系統(tǒng)以供回總管之間的設(shè)計(jì)壓差作為控制預(yù)設(shè)定值，以分水器、集水器之間壓差測(cè)量值作為調(diào)節(jié)的過(guò)程

18、變量，以變頻調(diào)速冷凍水泵作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)冷凍水供水進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，控制目標(biāo)是使過(guò)程變量趨近于預(yù)設(shè)定值。 </p><p>　　實(shí)現(xiàn)方法：首先設(shè)定一個(gè)壓差參數(shù)，作為集水器和分水器間二通閥壓差反饋值的參照對(duì)象，如果二通閥壓差反饋值大于設(shè)定的壓差參數(shù)，而此時(shí)系統(tǒng)冷凍水流量大于單臺(tái)冷水機(jī)組允許的最小冷凍水流量，則保持關(guān)閉壓差旁通閥不變，優(yōu)先對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低冷凍水泵的運(yùn)行頻率，保持分水器和集水器間壓差的恒定，當(dāng)

19、系統(tǒng)冷凍水流量降到機(jī)組允許的最小流量或冷凍水泵的運(yùn)行頻率降到最低限制值（一般為30%）時(shí)，如壓差反饋值還大于設(shè)定值時(shí)，則保持冷凍水泵運(yùn)行頻率不變，開(kāi)啟壓差旁通閥，增加旁通閥的開(kāi)度值，保持分水器和集水器間壓差的恒定。如果旁通閥壓差反饋值小于設(shè)定的壓差參數(shù)，首先保持冷凍泵的運(yùn)行頻率不變，減小旁通閥的開(kāi)度，當(dāng)旁通閥開(kāi)度達(dá)到關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，如壓差反饋值還小于設(shè)定值時(shí)，此時(shí)將增加冷凍泵的運(yùn)行頻率，增加冷凍水的流量，直到旁通閥的壓差反饋值等于設(shè)定值。由

20、此實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。 </p><p>　　冷卻水循環(huán)系統(tǒng)控制： </p><p>　　在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中，冷水機(jī)組與冷卻塔一一對(duì)應(yīng)，即一臺(tái)冷卻塔與一臺(tái)冷水機(jī)組對(duì)應(yīng)，冷卻塔風(fēng)機(jī)采用固定臺(tái)數(shù)運(yùn)行的方式，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)采用冷卻水出水和回水溫差作為控制依據(jù)，對(duì)冷卻水泵進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。 </p><p>　　首先設(shè)定冷卻水供回水溫差設(shè)定值，并確定冷卻泵變頻器工作的最小工作頻率，

21、將其設(shè)定為下限頻率并鎖定。 </p><p>　　當(dāng)冷卻水供水和回水溫度差值大于設(shè)定值時(shí)，增加冷卻水泵的運(yùn)行頻率，加快冷卻水的循環(huán)速度，使冷卻水供水和回水溫度差值保持設(shè)定值不變。當(dāng)冷卻水供水和回水溫度差值小于設(shè)定值時(shí)，降低冷卻水泵的運(yùn)行頻率，降低冷卻水的循環(huán)速度，使冷卻水供水和回水溫度差值保持設(shè)定值不變。當(dāng)冷卻水泵的運(yùn)行頻率降到最低限制值時(shí)，如冷卻水供水和回水溫度差值還小于設(shè)定值時(shí)，冷卻水泵將保持在最低限制頻率運(yùn)

22、行。 </p><p>　　三、通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制 </p><p>　　通風(fēng)系統(tǒng)分為冬季、夏季、過(guò)渡季、早間運(yùn)行、夜間運(yùn)行、阻塞運(yùn)行、火災(zāi)事故運(yùn)行、突發(fā)客流等多種運(yùn)行方式。地鐵運(yùn)營(yíng)根據(jù)不同的氣候條件，按照不同的工況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，降低設(shè)備運(yùn)行能耗，節(jié)約資源。控制策略為： </p><p>　　當(dāng)站外空氣焓值大于車(chē)站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)焓值時(shí)，屬于盛夏季節(jié)。這時(shí)由于回風(fēng)焓值低

23、于室外空氣焓值，為了節(jié)約能量，充分利用室內(nèi)回風(fēng)，空調(diào)系統(tǒng)采用最小新風(fēng)量降溫除濕工況，用小新風(fēng)加一次回風(fēng)運(yùn)行。采用此工況時(shí)，系統(tǒng)將聯(lián)鎖控制空調(diào)新風(fēng)機(jī)和混風(fēng)閥和全新風(fēng)閥，使一部分回風(fēng)排出車(chē)站外，另一部分回風(fēng)按最小新風(fēng)比與新風(fēng)混合，再經(jīng)表冷器冷卻后送風(fēng)。 </p><p>　　當(dāng)站外空氣焓值小于或等于車(chē)站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)焓值且高于空調(diào)送風(fēng)焓值時(shí)，開(kāi)始進(jìn)入初夏或夏末。由于回風(fēng)焓值總是高于室外空氣焓值，為了節(jié)約能量，空調(diào)系統(tǒng)

24、采用全新風(fēng)降溫除濕工況。采用此工況時(shí)，系統(tǒng)關(guān)閉回風(fēng)閥，關(guān)閉新風(fēng)機(jī)，打開(kāi)全新風(fēng)閥，全部采用室外新風(fēng)，經(jīng)空調(diào)機(jī)組表冷器處理后送至空調(diào)區(qū)域，排風(fēng)閥全開(kāi)，回/排風(fēng)全部排出室外。 </p><p>　　當(dāng)站外空氣焓值小于空調(diào)送風(fēng)焓值時(shí)，采用通風(fēng)工況。停止冷水機(jī)組運(yùn)行，關(guān)閉空調(diào)新風(fēng)機(jī)，打開(kāi)全新風(fēng)閥，外界空氣不經(jīng)冷卻處理，由空調(diào)柜直接送至公共區(qū)，回/排風(fēng)機(jī)回風(fēng)閥關(guān)閉，排風(fēng)閥全開(kāi)，回/排風(fēng)全部排出室外。 </p>

25、<p>　　空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)工況轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是室內(nèi)、外空氣焓值的計(jì)算和比較判斷。系統(tǒng)檢測(cè)的是空氣的干球溫度和相對(duì)濕度信號(hào)?？諝獾撵手凳怯煽諝鉁貪穸葲Q定，而溫濕度每時(shí)每刻都在變化，因此焓值也隨之變化。但是由于車(chē)站公共區(qū)空間較大，因此空氣狀態(tài)變化緩慢，屬于大滯后環(huán)節(jié)。為了防止一天內(nèi)工況頻繁轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)利用定時(shí)任務(wù)處理方式，分別計(jì)算0.5～1小時(shí)（時(shí)間可設(shè)定）室內(nèi)、外空氣焓值的平均值，并做比較，判斷工況之間的轉(zhuǎn)換。 </p>