ECS2010产品控制原理

中央空调（冷/热水机组）系统的建设(设备的投入、电网的设计等)都是按照最大负荷来设计的，因此中央空调（冷/热水机组）大部分时问都处于部分负荷状态下，在实际运行中，中央空调（冷/热水机组）负荷减少时并没有减少多少消耗的能量，显然这是不合理的。随着技术的进步，促进了变频器的小型化和实用化，为了降低中央空调（冷/热水机组）系统的能源浪费，人们开始采用变频器来控制空调系统的水泵和风机实现节能的效果。

传统的中央空调（冷/热水机组）控制方法通过采集水循环系统的压差和温度，采用可编程序控制器（PLC），对水泵进行PI（比例、积分）调节控制或者PID（比例、微分、积分）调节控制，以实现节能。PLC能实现简单的逻辑功能，最常见的节能控制方法有恒温差控制和恒压差控制，PLC控制方法可以达到一定的节能效果，而且PID控制原理简单、使用方便，价格也比较便宜，但其也存在一些不足：

PI或者PID调节器最重要调节系数Kp(比例系数)、Ti（积分时间常数）、Td （微分时间常数）只能是一个固定值，通常是在设备调试阶段，由经验丰富的调试人员手工整定的，数据一旦整定后，它就是固定不变的了，不能随着受控环境的变化而自动调整。而实际上，中央空调（冷/热水机组）系统是一个时变的动态系统，其运行工况是和气候条件、建筑物材料、建筑内人流量等多种因素密不可分的，是随时变化的。因此，静态参数的控制方法并不适合于中央空调（冷/热水机组）系统的节能控制。此外，PLC只能实现单参量的简单控制功能，当用于控制中央空调（冷/热水机组）系统这样多参量、非线性时变高耦合复杂系统时，容易引起系统震荡，使得控制温度在较大范围内变化，及影响了系统的稳定性、又降低了空调系统的舒适性。

针对PID控制方法的不足，有些厂家提出了一些基于人工智能技术的控制方法，其中比较有代表性的是中央空调（冷/热水机组）节能模糊控制方法。该控制方法主要是模拟人类的思维模式，当一个熟练的操作工人，遇到工况变化的情况，经过自身大脑的思维判断，给出控制量来控制系统。例如当工人发现冷冻水供回水温差小于某个设定值（系统负荷降低），可以选择降低冷冻泵的控制频率，达到节能的效果。而当冷冻水供回水温差大于某个设定值（系统负荷增加），则必须增加冷冻泵的控制频率，保证空调系统制冷效果。

中央空调（冷/热水机组）节能模糊控制方法主要是模拟人类的思维模式来对中央空调（冷/热水机组）系统进行控制，包括了温差偏差变量模糊化、温差偏差变化率模糊化、模糊推理、模糊量清晰化处理和清晰量输出等几个主要过程。和传统PID方法相比，更加符合中央空调的复杂性、动态性和模糊性，能够实现比PID更加精准的控制效果，实现更大的节能效果。但是它也同样存在着一些不足。

首先模糊控制方法是根据专家的丰富实践经验和思维过程构建的模糊规则，然后依此规则作为控制控制的基础，因此规则库制定方法对控制效率有着决定性作用，但是规则库的建立需要依赖大量的实践数据，从大量的应用环境中收集最有效的控制规则，但是如何评价采用的规则是最有效的，现在并没有定论。而且规则库考虑的是大多数应用的普遍性，但是每个具体应用的工况也是有所区别，因此并不能达到最优化的控制。最终要一点，采用模糊控制方法主要只是针对了中央空调（冷/热水机组）系统中的水泵系统进行节能控制，而水泵变频对制冷主机效率和冷却塔效率的影响并没有考虑，例如冷却水泵降低频率可以节省水泵电量，但是主机的耗电量有可能会上升，因此这种方法并不能体现系统整体节能的最优化控制。

综上所述，通过检测和控制技术发现建筑物中合理能耗，按照需求供给能量，则就能够实现中央空调系统的节能。当前的中央空调（冷/热水机组）节能控制策略主要针对系统中的单个设备和局部环节，事实已经证明这种控制策略并不能很好的实现节能的要求。由于中央空调本身是一个热交换过程，具有大滞后、多干扰特点，是一个多输入多输出的高度耦合系统，所以为了提高控制的效果，必须从整体上和以负荷为对象来考虑系统的设计。

为了解决中央空调（冷/热水机组）节能优化控制问题，上海信业智能科技股份有限公司和清华大学自控系联合开发了ECS2010中央空调（冷/热水机组）调适系统，该系统通过全面的参数采集，实时监控中央空调（冷/热水机组）系统的运行，将冷冻站系统中各电气设备耗能情况实时计量分析，建立运行专家系统数据库，对冷冻站设备的能耗模型进行辨识。冷冻水采用动态规则模糊控制算法，根据运行状况在线更新规则库；冷却水采用启发式搜索算法对系统总能耗进行实时优化，在保证制冷量的前提下使系统的总能耗最低。

ECS2010中央空调调适系统是由中央管理站、各种现场数字控制器及各类传感器、远传智能电表组成的、能够完成多种控制及管理功能的网络系统。它是随着节能减排在社会前景中的应用而发展起来的一种智能化电气节能控制管理网络。目前，系统中的各个组成部分已从过去的非标准化的设计产生，发展成标准化、专业化产品，从而使系统的设计安装及扩展更加方便和灵活，系统的运行更加可靠，系统的投资大大降低。

ECS2010软件

2.1系统简介

中央空调系统包括冷冻水循环、主机制冷剂循环和冷却水循环三个循环系统，通过冷冻水将末端热量传递到主机，再由主机制冷剂循环传递到冷却水，由冷却水传递到冷却塔，然后由冷却塔将热量散发到大气中。

2.2安装说明

硬件配置：

服务器端：CPU:P4 3.6G/HZ,1G内存,120G硬盘

客户端：CPU:PIII, 512MB内存，60G硬盘

软件配置：

操作系统：Windows XP/2000（客户端），Windows NT/2003(服务器端)

浏览器：Internet Explorer 6.0或以上版本

后台数据库:SQL SERVER 2000(SP4)/2005

安装要求：

企业要有相应的计算机网络结构，及带有域功能的计算机网络，所以首先要在服务器上配置计算机的域，然后把每台客户机都加入到该域中，这样就能保证了每个计算机都能访问域中的任何一台计算机以及域服务器及数据库服务器。

使用ECS2010中央空调节能系统，客户端只要安装了该软件的客户端软件就可以运行该软件，服务器端需要安装有SQL SERVER 2000，并且打有SP4的补丁。

2.3系统功能说明

ECS2010中央空调节能系统登录界面如下图3-1所示：

图3-1  登录界面

用户在username和password栏输入输入用户和密码，点击登入按钮，如果用户名密码验证通过才能进入到本系统中，如果用户在输入用户名和口令的时候出现错误的话，系统会提示相关错误信息。

系统支持用户的分级管理，权限分为普通用户、系统操作员和系统管理员三个级别。普通用户可以查看系统实时运行状态，查看系统历史运行数据曲线等；系统操作员可以除了包含普通用户权限之外，还可以对设备启停进行控制，调整系统运行策略；系统管理员权限包含系统操作员的所有功能，此外还可以对系统的重要参数进行设置。

进入到系统后你会看到如下的界面菜单，也就是系统的主界面菜单（如图3-2所示）：

图3-2

系统主要功能分成5个大类，包括实时监控、数据分析、数据报表、系统日志和实时帮助，其中实时监控包括实时运行、实时能效比、主机系统、冷冻泵系统、冷却泵系统、冷却塔系统、控制策略共7个子菜单；数据分析包括系统COP分析、主机COP分析、冷冻泵分析、冷却泵分析、冷却塔分析、冷冻水分析、冷却水分析和综合分析共8个子菜单；数据报表包括系统组件报表、水温报表和节费与减排报表共3个子菜单；系统日志部分包括报警日志和操作日志；实时帮助可显示公司和产品相关信息。下面对系统中主要子系统功能进行介绍。

系统实时运行界面

图2-3 实时运行界面

实时运行界面如图2-3所示，界面可显示系统中各个机电设备的运行状态及相关参数显示。

设备（空调主机、冷却冷冻水泵、冷却塔）正常运行时，界面上会仿真模拟设备运行，例如冷却塔风机旋转等。设备停止运行，则相应设备显示停止状态。当设备存在故障或者是不受控状态（旁路或者就地）时，该设备会通过不同的颜色显示相应的状态。

界面可实时显示系统中的重要运行参数。在系统的管路附近，标注了当前管道的水温，有冷冻水出水、回水温度和冷却水出水、回水温度，在界面的右边，显示了当前室外温度、湿度、湿球温度、冷冻水流量、冷却水流量和供回水压差。

当鼠标移动到设备上面时，可以显示该设备的相关信息，包括开关机时间、当前运行频率等。双击设备，可以跳转到设备的运行界面。

实时能效比监控界面

图2-4实时能效比监控

实时能效比监控界面如图2-4所示，界面分成三个部分，上端从左到右分别显示系统实时统计信息（总功率、总制冷量、总耗电量、总运行时间）、系统实时COP值、室外温度、室外湿度和建筑环境的相关介绍。

界面左下方区域可实时计算并显示系统当日、当月、当年的节省电量，根据电量计算的CO2减排量和节省费用数量。

界面右下方区域显示系统中重要数据的实时曲线，包括实时COP曲线、实时功率曲线、节能量曲线、室外温度曲线、室外湿度曲线、冷冻水供回水曲线、冷却水供回水曲线、冷冻冷却水流量曲线。点击上面的标签栏进行切换曲线类型。

主机系统监控

主机系统监控界面中可实时查看系统中制冷主机的运行状态参数，包括主机设备运行状态、故障状态、设备实时功率、三相电流、三相电压；

界面中间通过动画模拟显示设备的运行状态，同时实时显示了与主机相关的几个重要参数，冷冻水进水出水温度、冷却水进水出水温度。

在界面的右面可以对系统中的主机设备进行选择，可显示主机的一些统计参数，包括当天累计时间、总共累计时间、当天累计电量、总共累计电量、当天开机时间和当天关机时间等。

冷冻泵设备监控界面

冷冻泵系统监控界面中可实时查看系统中冷冻水泵的运行状态参数，包括水泵运行状态（运行停止）、工作模式（正常就地旁路）、故障状态、设备实时功率、设备实时运行频率、三相电流、三相电压；

在界面的右面可以对系统中的设备进行选择，可显示冷冻泵的一些统计参数，包括当天累计时间、总共累计时间、当天累计电量、总共累计电量、当天开机时间和当天关机时间等。

系统操作员可以通过左上角的设备启停按钮来启停设备，当点击运行/停止按钮时，系统会弹出相应的提示框确认操作，当操作确认成功后，系统会对设备发送相应的启停命令，实现对设备的启停操作。

冷却泵设备监控界面

冷却泵系统监控界面中可实时查看系统中冷冻水泵的运行状态参数，包括水泵运行状态（运行停止）、工作模式（正常就地旁路）、故障状态、设备实时功率、设备实时运行频率、三相电流、三相电压；

在界面的右面可以对系统中的设备进行选择，可显示冷却泵的一些统计参数，包括当天累计时间、总共累计时间、当天累计电量、总共累计电量、当天开机时间和当天关机时间等。

系统操作员可以通过左上角的设备启停按钮来启停设备，当点击运行/停止按钮时，系统会弹出相应的提示框确认操作，当操作确认成功后，系统会对设备发送相应的启停命令，实现对设备的启停操作。

冷却塔设备监控界面

冷却塔系统监控界面中可实时查看系统中冷冻水泵的运行状态参数，包括冷却塔运行状态（运行停止）、工作模式（正常就地旁路）、故障状态、设备实时功率、设备实时运行频率、三相电流、三相电压；

在界面的右面可以对系统中的设备进行选择，可显示冷却塔的一些统计参数，包括当天累计时间、总共累计时间、当天累计电量、总共累计电量、当天开机时间和当天关机时间等。

系统操作员可以通过左上角的设备启停按钮来启停设备，当点击运行/停止按钮时，系统会弹出相应的提示框确认操作，当操作确认成功后，系统会对设备发送相应的启停命令，实现对设备的启停操作。

控制策略选择界面

系统提供两种控制模式进行选择，自动控制模式和紧急控制模式。自动控制模式下，系统根据全面的参数的采集分析，计算得到设备最优的控制频率，在保证制冷量的前提下，使得系统耗能最低。紧急控制模式是提供给用户一个手动模式，用户可以在输入框内填入固定频率值，控制设备以这个固定频率运行。

主机COP分析界面

可通过时间和主机设备编号查询主机系统任一天的运行COP曲线，还有冷冻站当天的统计信息，包括系统总耗电量、总制冷量、总运行时间、当天开机时间、当天关机时间、当天平均COP。

系统综合分析界面

系统可通过选择起始时间，将这一段时间的数据绘制成曲线，方便用户做数据分析。数据分析对象包括系统总耗电量、系统总功率、系统总制冷量、系统平均COP值、系统节电量、系统减排CO2数量和系统节约费用数量。

系统组件能耗报表

系统通过选择起始时间，将这一段时间的设备能耗情况按照设备分类统计成报表输出，方便用户查看。

系统节费与减排报表

系统通过选择起始时间，将这一段时间的设备节费与减排数据统计成报表输出，方便用户查看。

用户操作日志

可查看系统任一天的操作记录。