對綜合監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)節(jié)能控制策略的研究

1、<p>　　對綜合監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)節(jié)能控制策略的研究</p><p><b>　　摘要 </b></p><p>　　中圖分類號：TE08 文獻標識碼：A </p><p>　　節(jié)能減排，低碳生活，是我國的一項基本國策。進入21世紀以來，中國城市軌道交通的建設(shè)進入高潮，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。地鐵運營過程中會消耗大量的能源，如果不加以控制，將有很大一部分能源被浪費掉。地鐵運營中的空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和列車系統(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。 </p><p>　　地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)無縫集成了各自動化專業(yè)系統(tǒng)，實現(xiàn)地鐵各專業(yè)系統(tǒng)之間的信息互通、資源共享，提高地鐵全線的整體自動化水平，更好地為廣大乘客服務(wù)，提高經(jīng)濟效益。綜合監(jiān)控系統(tǒng)整合地鐵單線的行車、車輛、供電

3、、機電等子系統(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，利用這些信息可以自動控制地鐵設(shè)備的運行。 </p><p>　　本文從時間表、空調(diào)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)幾個方面描述了在不同的工況下如何控制地鐵設(shè)備的運行，使用自動控制，自動調(diào)節(jié)的手段完成工況的轉(zhuǎn)換，降低設(shè)備能量的消耗，實現(xiàn)節(jié)能目標。 </p><p>　　關(guān)鍵字：綜合監(jiān)控、自動控制、調(diào)整、工況 </p><p>

4、　　“節(jié)能減排”出自于我國“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，保護環(huán)境。地鐵運營過程中需要大量的能量耗費，包括：照明、行車、通風(fēng)、空調(diào)及弱電系統(tǒng)等，地鐵中所有設(shè)備運行都使用電能，電能的消耗巨大。研究減少對電能的消耗，實現(xiàn)節(jié)能是本文研究的重點。 </p><p>　　地鐵運營過程中的能量消耗負荷主要包含：照明、設(shè)備、屏蔽門發(fā)熱；人員負荷；新風(fēng)負荷；出入口與外界熱交換的熱負荷。這些值都是變量，作

5、為系統(tǒng)的調(diào)節(jié)依據(jù)。系統(tǒng)的控制過程就是獲取到這些信息，通過算法，進行計算，與預(yù)先制定的值做比較，自動對設(shè)備進行控制。這些信息通過與其它集成或者互聯(lián)的接口中獲取。 </p><p>　　地鐵運營中，環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是個耗能大戶。較少這些設(shè)備對能源的消耗，就可以實現(xiàn)節(jié)能減排。通過時間表、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)備運行頻率、轉(zhuǎn)速等，使設(shè)備依據(jù)不同的工況進行自動切換，達到節(jié)能效果。 <

6、;/p><p><b>　　一、時間表控制 </b></p><p>　　地鐵運營過程中，設(shè)備運轉(zhuǎn)的狀態(tài)與工況一一對應(yīng)。時間表根據(jù)不同的運行工況，啟動相應(yīng)的運行模式，時間表控制的系統(tǒng)主要包括：隧道通風(fēng)系統(tǒng)、車站大系統(tǒng)、車站小系統(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

7、行模式是根據(jù)地鐵運營的時間，由系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的時間表來控制不同的運行模式。模式的啟停時間主要依據(jù)地鐵運營開始及停止的時間和日期，具體分為： </p><p>　　早間運行：早間運營前，根據(jù)系統(tǒng)的時間表功能，區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)進行半小時（可調(diào)整）的機械通風(fēng)。此時車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉，區(qū)間隧道設(shè)有中間風(fēng)井時中間風(fēng)井也關(guān)閉。通風(fēng)完畢后進入正常運行。 </p><p>　　正常運行：列車正常運行時，根

8、據(jù)時間表設(shè)定，環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)將控制車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)投入運行而區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)停止運行。此時利用列車活塞作用，在一般區(qū)間隧道內(nèi)通過車站兩端的活塞風(fēng)井進行通風(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)開啟區(qū)間隧道中間風(fēng)井，通過車站兩端的活塞風(fēng)井和區(qū)間隧道中間風(fēng)井進行通風(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行方式：在氣溫較高的夏季，開啟活塞風(fēng)道，并啟動列車頂、站臺下排熱風(fēng)系統(tǒng)；在過渡季節(jié)，開啟活塞風(fēng)道自然通

9、風(fēng)，并啟動列車頂、站臺下排風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)室外空氣溫度狀況、列車的行車密度和隧道內(nèi)溫度狀況綜合確定風(fēng)機的轉(zhuǎn)速和頻率；在冬季，早晚室外氣溫較低且列車運行對數(shù)較少時，可停止排熱風(fēng)系統(tǒng)的運行，其他時刻仍然采用與過渡季節(jié)相同的運行方式。 </p><p>　　夜間運行：夜間收車后，根據(jù)系統(tǒng)的時間表功能，區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)進行半小時（可調(diào)整）的機械通風(fēng)，排除隧道中的廢氣和余熱余濕，此時車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉，區(qū)間隧道設(shè)有中間風(fēng)井時

10、中間風(fēng)井也關(guān)閉。通風(fēng)完畢后打開所有風(fēng)道內(nèi)風(fēng)閥，利用自然通風(fēng)的方式進行通風(fēng)換氣。 </p><p><b>　　（二）車站大系統(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站公共區(qū)的空氣焓值時，屬于盛夏季節(jié)，啟動小新風(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，啟用通風(fēng)季模式。 </p><p><b>　?。ㄈ┸囌拘∠到y(tǒng) </b></p><p>　　車站小系統(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)地鐵運行時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。在不同的時間段啟用不同的模式。實現(xiàn)節(jié)能減排。 </p><p>　　時間表還分為節(jié)假日、特殊日、周末時間表。定制好的時間表下裝到設(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)定的時間自動執(zhí)行。 </p><p>　　二、空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制 </p><p>　　車站空調(diào)冷水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

13、如下圖所示： </p><p>　?。ㄒ唬├渌畽C組群控思路 </p><p>　　冷水機組的冷量調(diào)節(jié)由冷水機組自身所攜帶的控制裝置完成，系統(tǒng)依據(jù)冷負荷需要對冷水機組進行群控。冷水機組的控制目標為：根據(jù)空調(diào)負荷自動決定冷水機組的運行臺數(shù)、某臺冷機故障后其他機組自動替代使用、平衡多臺冷水機組的負荷、每臺冷水機組的使用時間較為平均。 </p><p>　　控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)

14、冷凍水供水/回水溫度、流量以及列車發(fā)車對數(shù)、列車停站時間以及客流信息計算的人員負荷及新風(fēng)溫度計算新風(fēng)負荷等數(shù)據(jù)，自動準確計算出車站空調(diào)實際所需的冷量，從而自動調(diào)整冷水機組的運行工況。 </p><p>　　系統(tǒng)負荷較低時，首先啟動小冷量制冷機組滿足需要，當(dāng)小冷量機組不能滿足要求的時候，自動切換為大冷量機組運行。冷機的加載控制條件為： </p><p>　　冷機的出水溫度是否已超出冷機工作設(shè)

15、定的出水溫度控制目標值； </p><p>　　運行的冷機制冷量是否已接近90%； </p><p>　　冷機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)運行時間是否已到。 </p><p>　　冷機的卸載控制條件為： </p><p>　　冷機的出水溫度是否接近冷機工作設(shè)定的出水溫度控制的目標

16、值； </p><p>　　運行的冷機的平均負荷是否小于需求負荷； </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控制冷凍水對末端設(shè)備的供給，從而控制了冷凍水進行熱交換的數(shù)量。當(dāng)某個房間的溫度發(fā)生變化時，空調(diào)二通調(diào)節(jié)閥開度發(fā)生改變，使冷凍水供回水壓差發(fā)生改變，通過對冷動泵進行變頻調(diào)速，使冷凍水供回水壓差保持不變，通過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)計壓差作為控制預(yù)設(shè)定值，以分水器、集水器之間壓差測量值作為調(diào)節(jié)的過程

18、變量，以變頻調(diào)速冷凍水泵作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，對冷凍水供水進行調(diào)節(jié)控制，控制目標是使過程變量趨近于預(yù)設(shè)定值。 </p><p>　　實現(xiàn)方法：首先設(shè)定一個壓差參數(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)，而此時系統(tǒng)冷凍水流量大于單臺冷水機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)先對頻率進行調(diào)節(jié)，降低冷凍水泵的運行頻率，保持分水器和集水器間壓差的恒定，當(dāng)

19、系統(tǒng)冷凍水流量降到機組允許的最小流量或冷凍水泵的運行頻率降到最低限制值（一般為30%）時，如壓差反饋值還大于設(shè)定值時，則保持冷凍水泵運行頻率不變，開啟壓差旁通閥，增加旁通閥的開度值，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行頻率不變，減小旁通閥的開度，當(dāng)旁通閥開度達到關(guān)閉狀態(tài)時，如壓差反饋值還小于設(shè)定值時，此時將增加冷凍泵的運行頻率，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，冷水機組與冷卻塔一一對應(yīng)，即一臺冷卻塔與一臺冷水機組對應(yīng)，冷卻塔風(fēng)機采用固定臺數(shù)運行的方式，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)，對冷卻水泵進行變頻調(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，增加冷卻水泵的運行頻率，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，降低冷卻水泵的運行頻率，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)冷卻水泵的運行頻率降到最低限制值時，如冷卻水供水和回水溫度差值還小于設(shè)定值時，冷卻水泵將保持在最低限制頻率運

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、過渡季、早間運行、夜間運行、阻塞運行、火災(zāi)事故運行、突發(fā)客流等多種運行方式。地鐵運營根據(jù)不同的氣候條件，按照不同的工況進行自動調(diào)節(jié)，降低設(shè)備運行能耗，節(jié)約資源?？刂撇呗詾椋?</p><p>　　當(dāng)站外空氣焓值大于車站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)焓值時，屬于盛夏季節(jié)。這時由于回風(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)運行。采用此工況時，系統(tǒng)將聯(lián)鎖控制空調(diào)新風(fēng)機和混風(fēng)閥和全新風(fēng)閥，使一部分回風(fēng)排出車站外，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，開始進入初夏或夏末。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，系統(tǒng)關(guān)閉回風(fēng)閥，關(guān)閉新風(fēng)機，打開全新風(fēng)閥，全部采用室外新風(fēng)，經(jīng)空調(diào)機組表冷器處理后送至空調(diào)區(qū)域，排風(fēng)閥全開，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，采用通風(fēng)工況。停止冷水機組運行，關(guān)閉空調(diào)新風(fēng)機，打開全新風(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)機回風(fēng)閥關(guān)閉，排風(fēng)閥全開，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)、外空氣焓值的計算和比較判斷。系統(tǒng)檢測的是空氣的干球溫度和相對濕度信號?？諝獾撵手凳怯煽諝鉁貪穸葲Q定，而溫濕度每時每刻都在變化，因此焓值也隨之變化。但是由于車站公共區(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)利用定時任務(wù)處理方式，分別計算0.5～1小時（時間可設(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>