机房变频水泵控制系统设计方案

中央空调机房水泵变频控制系统
节
能
方
案
2012年4月25日
目录
一、方案概述..................................................................................................................................... - 3 -
二、系统介绍..................................................................................................................................... - 3 -
2.1．特点 (3)
2.2．基本功能 (3)
2.3．系统组成 (4)
三、控制功能说明............................................................................................................................. - 5 -
3.1、变频水泵控制系统 (5)
3.2、系统监控内容 (5)
3.3、控制说明 (5)
3.4、变频水泵监控内容： (6)
四、监控系统..................................................................................................................................... - 7 -
4.1.变频水泵系统拓扑图 (7)
五、产品选型..................................................................................................................................... - 7 -
六、节能效果..................................................................................................................................... - 8 -
6．1水泵系统节能技术及预算 (8)
一、方案概述
空调机房水泵变频控制系统是按照空调机房的运行要求和节能理念进行设计，对空凋机房水泵设备运行进行监测、控制与管理。

空调机房水泵设备变频控制和监控系统与分部控制最大的区别，在于对机房水泵设备运行控制的深度与管理进行智能化。

根据负载的变化进行自动调节水泵输出功率，降低了能源的浪费和运行费用。

水泵变频自动控制讲究对设备运行实施深层次的逻辑控制，并提供智能化实时优化管理。

从而使空调机组和水泵设备在高效率、高能效比的工况环境下实现自动化的经济合理运行。

二、系统介绍
中央空调机房变频水泵控制系统是一个对中央空调制冷系统设备进行联动自动控制系统。

2.1．特点
♦提高空调系统运行效率。

♦自动化程度高。

♦不改变原系统功能、安全可靠。

♦安装、操作简单。

♦节电效果好、投资回报高。

♦操作界面人性化、智能化。

♦提高了空调系统的智能管理。

♦便于操作人员监控。

♦使整个空调机房水泵设备汇集到一个操作平台上进行监控和管理。

2.2．基本功能
♦变频水泵能够自动调节空调系统设备最佳负荷工况运行。

♦水泵系统设备最佳负荷运行控制。

♦多点分布式数据实时采集，计算机后台集中控制管理。

♦实时负荷分析计算，按需供冷。

♦控制系统自动优化升级（由人工输入指令）。

♦实时监控空调机房水泵设备运行情况。

♦提高空调机房设备安全可靠运行。

♦当空调机房水泵设备出现故障时，能够快速的提出报警并分析故障原因。

♦能够有效的记录空调机房水泵设备运行情况。

2．2．1变频水泵系统重点在于自动控制与经济化智能管理，具体在以下几个方面：
（1）水泵设备运行控制与管理。

（2）季节供冷量判断控制与管理。

（3）变频水泵根据进出水温度和压力运行控制。

（3）负荷跟随运行与管理。

（3）水泵运行工况监测与管理。

（4）系统运行优化管理。

（5）根据现场实际情况的冷量需求进行对空调机组的管理。

（6）根据制冷负荷不同变化使空调机组始终运行在最佳状态下。

2.3．系统组成
珠海优华节能技术有限公司开发的“机电设备节能运行控制系统”，由两部分所组成，一部分是以可编程控制器为主体的监测控制硬件平台；另一部分是以计算机为主体的系统智能管理软件平台。

2．3．1监测控制硬件平台包括PLC可编程中央控制柜和现场采集控制元件等。

中央控制柜由PLC（可编程控制器）实时采集系统工况各个运行参数，温度（实时检测冷冻水供、回水及冷却水供、回水温度）；压力（检测冷冻供、回水及冷却供、回水压力）；对冷冻水泵、冷却水泵、电动蝶阀的联动运行自动发出控制指令。

可编程中央控制柜组成的硬件控制平台可随时以自动/手动切换方式介入或退出对冷冻水泵、冷却水泵、冷却水塔风机、电动蝶阀的自动/手动控制。

现场采集控制元件主要包含了安装在管道上的温度传感器、压力传感器和电动蝶阀等。

三、控制功能说明
3.1、变频水泵控制系统
中央空调水泵设备：冷冻水泵4台，冷却水泵4台，冷却塔风机4台。

3.2、系统监控内容
3.2.1．变频水泵控制系统
启停水泵系统可以通过变频控制/工频控制转换开关切换：可以随时设置变频控制和工频控制水泵，方便操作人员对水泵系统操作与维护运行状态监视。

监视当前各机组的运行状态及运行模式故障报警监视，故障报警监测与报警提示。

变频控制：当转换开关设置于变频控制位置时，冷冻水泵、冷却水泵主要通过变频器和中央控制柜PLC（可编程控制器）实时采集过来的数据进行分析运算得出的给定值运行。

冷冻水泵和冷却水泵的输出功率可根据负荷不同做出无期限调节，实现了水泵系统功率损耗实时跟随负荷的变化而变化；使水泵系统做出更多有用功，不浪费每一度电；为用户精打细算。

工频控制：当转换开关设置于工频控制位置时，冷冻水泵、冷却水泵不通过监控系统对水泵控制。

整个水泵系统控制由现有控制柜上按钮开关和交流接触器控制，方便操作人员和专业技术调试和检修。

对于整个空调系统在初期设计时，设计人员对水泵系统的设计往往都是根据整栋大厦的用冷量最大负荷时设计，而且有的还比最大用冷量还要预大。

这样在负荷较小的情况下水泵系统这时就做了许多无用功，大大浪费了能源。

而采用变频器使水泵系统的输出功率随负荷的变化而变，大大减少电能浪费。

通过变频/工频控制转换开关使整个水泵设备操作系统更人性化和智能化。

3.3、控制说明
3.3.1.负荷分析计算
通过对冷冻水供水、回水温度；冷冻水压力差以及冷冻水流量的综合监测、分析、计算，以及运行方式的分析参数，得到空调系统的不同负荷比例工况下的总冷负荷量。

3.3.2、联动控制
根据系统负荷量的变化，冷冻水出水、回水温度变化，以及相应的压力差变化进行分析，实时的对水泵设备的联动控制。

冷却水塔风机运行将根据冷却回水温度进行自动控，投入和退出进行了合理控制和管理。

3.3.3、水冷冷水机组群控
中央空调制冷主机的效率特性通常随着负荷的变化而变化，并在某一负荷率下具有最佳效率。

对于单台机组运行，运用模糊优化的控制方法可以达到系统能源配置的最佳，但是对于整个机组群，则需要考虑其整体转换效率的机组的群控策略。

在多台机组并联运行工况下，根据所采集的流量与温差计算出当前的实际负荷，并以历史记录的各型主机的技术参数及负荷效率特性为依据，通过模糊推理规则建立的主机群控模型来确定需要投入运行的主机台数及具体机组，确保系统具有最高的运行效率。

3.3.4、故障报警
通过触模屏可监测各设备的运行情况，实时的对各采集参数进行分析，如有异常或故障和传感器、变送器参数没有变化，则及时在监控系统中显示，并先发出预警，随后报警提示，同时记录下报警时间、报警设备、故障内容。

3.4、变频水泵监控内容：
3.4.1、冷冻水泵
A、冷冻水泵启动/停止控制。

B、冷冻水泵运行/停止状态。

C、冷冻水泵热过载故障。

D、冷冻水泵的运行频率。

3.4.2、冷却水泵
A、冷却水泵启动/停止控制。

B、冷却水泵运行/停止状态。

C、冷却水泵热过载故障。

D、冷却水泵的运行频率。

3.4.3、冷却水塔风机
A、冷却水塔风机启动/停止控制。

B、冷却水塔风机运行/停止状态。

3.4.4、变频器
A、变频器运行频率。

B、变频器故障。

四、监控系统
4.1.变频水泵系统拓扑图
五、产品选型
1. 可编程控制器选用国际品牌西门子PLC。

2. 低压电气选用国际品牌施耐德产品。

3. 传感器选用知名品牌昆仑工控产品。

4. 变频器选用ABB高效节能变频器。

5. 工控电脑显示器选用工业标准触模式显示屏。

六、节能效果
6．1 水泵系统节能技术及预算
空调系统在设计时，中央空调系统都是按最大负荷计算与设计，并且还预留了一定设计余量。

而实际运行时冷冻水泵和冷却水泵却不能根据负载变化而随之得出相应的调节，完成自动控制，存在大量的能源浪费。

根据水泵固有特性和技术参数，变频控制技术是水泵节能效果最理想选择。

变频控制是根据冷冻系统和冷却系统的负载变化而随之调整水泵的转速来控制水流量，来满足中央空调系统最佳工作情况下所需要的冷冻水和冷却水作出相应的调节，使整个空调系统在高效率节能的条件下运行。

根据三相异步电动机电磁转矩性质和三相异步电动机调速技术综合计算，水泵电机转速下降，电机的功率损耗会大大减少。

根据实践经验和相关的理论认证得出如下推算公式：
降低的功率消耗：△P=P
0[1-（N
1
/N
）3] 公式（1）
减少的流量：△Q=Q
0[1-（N
1
/N
）] 公式（2）
N
1
---改变后的转速；
N
---原电机转速；
P
---原电机转速下电机所消耗功率；
Q
---原电机转速下所产生的水泵流量；
由上式可以看出流量的减少与转速减少的一次方成正比，而功率的减少却与转速减速减少的三次方成正比。

变频水泵的作用主要是改变水泵系统输出功率和水流量来调节机组的最佳运行状态和负载变化的配合使用，因为水泵系统原设计时已预留了一定的余量和空调系统负载不断的变化；末端空调机增多时空调系统负载将会随之增大，而末端空调机减少用时空调系统负载也会随之相对减少。

我们通过变频水泵把原设计预留的余量和冷负载变化时节省下来和负载比较小情况下也节省下，同时也减轻了空调机组的负载。

冷冻水泵和冷却水泵变频控制主要根据冷冻进出水和冷却进出的温度值和
压力通过PID计算后调频控。

通过这种方法对冷冻水泵和冷却水泵进行控制后，水泵系统能源节省率非常显注将在15%～30%之间。