朱海明，肖 浩

（廣東招商綜合設(shè)施運(yùn)營(yíng)服務(wù)有限公司，廣東東莞523808）

1 概述

群控算法多用于機(jī)電系統(tǒng)控制，包括電梯、空調(diào)等包含多臺(tái)的設(shè)備的設(shè)施設(shè)備自控系統(tǒng)均需要自控群控邏輯的實(shí)現(xiàn)。目前中央空調(diào)的群控主要集中于冷源側(cè)，主要是冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔的集中優(yōu)化控制，而且由于冷水機(jī)組具有控制部件即控制面板，可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)啟停、負(fù)荷率限制等單機(jī)控制邏輯，因而在冷源側(cè)的控制比較成熟。而對(duì)于商場(chǎng)、醫(yī)院、寫(xiě)字樓等空調(diào)系統(tǒng)往往采用了一拖多的方式，即由單臺(tái)組合式空調(diào)或新風(fēng)機(jī)組送入到各個(gè)區(qū)域進(jìn)行一對(duì)多的控制，一般情況下機(jī)組不會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)啟停邏輯進(jìn)行設(shè)置，其啟停往往根據(jù)用戶(hù)需求或是運(yùn)營(yíng)計(jì)劃進(jìn)行人為啟停設(shè)置。在某些大型的工業(yè)廠房則相反，是多臺(tái)組合式空調(diào)風(fēng)柜 （AHU）同時(shí)對(duì)同一個(gè)區(qū)域進(jìn)行溫度控制，因而是多對(duì)一的控制，但往往機(jī)組自帶的控制系統(tǒng)沿用傳統(tǒng)的控制邏輯，不具備風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟停及多臺(tái)AHU集群控制功能。本文以某電池廠車(chē)間為例，研究在該場(chǎng)景下如何實(shí)現(xiàn)該類(lèi)AHU的集群控制，并提出可實(shí)現(xiàn)的控制邏輯。

圖1 后工序AHU分布圖

2 項(xiàng)目基本情況介紹

本文中電子廠房采用吊頂式AHU進(jìn)行溫度控制，溫度控制范圍為22～26℃，濕度范圍45%～75%。本文分析對(duì)象為某電池生產(chǎn)廠房四樓北后工序車(chē)間，該車(chē)間與參觀通道及樓梯相連，非密封空間。圖示中的潔凈房為密封空間，不在本文研究范圍內(nèi)，AHU包括P01～P24及S06～S09一共28臺(tái)AHU。AHU分成5個(gè)區(qū)域進(jìn)行區(qū)域溫度控制，包括P01～P06，P07～P12，P13～P18，P19～P24，S06～S09，現(xiàn)有的AHU控制方式為單機(jī)控制：冷凍水閥根據(jù)室內(nèi)溫度反饋值進(jìn)行控制，其他如風(fēng)機(jī)頻率、風(fēng)閥無(wú)自動(dòng)控制邏輯，均需要通過(guò)人為在控制面板進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置。

由于自動(dòng)控制邏輯太簡(jiǎn)單，造成目前車(chē)間的正壓、溫度無(wú)法精準(zhǔn)控制，需要對(duì)整棟廠房的AHU進(jìn)行控制，現(xiàn)在設(shè)施管理服務(wù)公司每天要安排2人專(zhuān)門(mén)對(duì)整棟廠房共169臺(tái)AHU進(jìn)行抄表并進(jìn)行調(diào)整，且每天只能抄兩個(gè)班次，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確控制。同時(shí)，溫度控制失衡也是較為普遍的現(xiàn)象，由于局部熱負(fù)荷不一致，造成局部區(qū)域的空調(diào)溫度過(guò)低，車(chē)間內(nèi)部熱量分布不均衡。通過(guò)檢測(cè)，在人工操作的情況下，由于生產(chǎn)計(jì)劃變化、晝夜溫差變化，室外新風(fēng)引入等因素影響，會(huì)存在機(jī)組多開(kāi)或者少開(kāi)的情況，局部溫度存在失衡的現(xiàn)象。如下圖為后工序溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)整個(gè)車(chē)間進(jìn)行網(wǎng)格劃分，每個(gè)網(wǎng)格測(cè)試一個(gè)溫度點(diǎn)，其中橫向分為X1～X12共12個(gè)點(diǎn)，縱向分為Y1～Y4 4個(gè)點(diǎn)。從測(cè)試數(shù)據(jù)曲線(xiàn)可以看到，由于生產(chǎn)計(jì)劃改變，未能及時(shí)開(kāi)啟機(jī)組使得局部溫度達(dá)到了28℃以上，而在后工序目檢工序段，則由于機(jī)組臺(tái)數(shù)多開(kāi)造成室外低溫新風(fēng)引入過(guò)多而溫度過(guò)低，最低達(dá)到了21℃。

圖2 后工序車(chē)間溫度分布

3 控制策略及控制邏輯

基于以上現(xiàn)狀分析，若采用溫度目標(biāo)控制，則風(fēng)柜可能會(huì)通過(guò)水閥的無(wú)限降低，造成機(jī)組風(fēng)機(jī)電量的損耗，而此時(shí)完全可以通過(guò)直接關(guān)停一臺(tái)機(jī)組來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化控制，從自動(dòng)控制方面實(shí)現(xiàn)AHU機(jī)組的臺(tái)數(shù)控制及自動(dòng)啟停，本文提出以下控制邏輯：

（1）機(jī)組臺(tái)數(shù)控制 （關(guān)機(jī)邏輯）：

當(dāng)平均水閥開(kāi)度低于40% （可設(shè)定）且持續(xù)10min（可設(shè)定）時(shí)，關(guān)閉水閥開(kāi)度最小的機(jī)組，等待30分鐘 （可設(shè)定），當(dāng)水閥仍然低于40%時(shí)，按照上述邏輯繼續(xù)關(guān)閉，直至最小關(guān)閉臺(tái)數(shù) （可設(shè)定）。關(guān)機(jī)依次關(guān)閉對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)、水閥，新風(fēng)閥、回風(fēng)閥。

（2）機(jī)組臺(tái)數(shù)控制 （開(kāi)機(jī)邏輯）：

當(dāng)平均水閥開(kāi)度高于95% （可設(shè)定）且持續(xù)10min（可設(shè)定）時(shí)，開(kāi)啟總開(kāi)機(jī)時(shí)長(zhǎng)最短的機(jī)組，等待30分鐘 （可設(shè)定），當(dāng)水閥仍然高于95%時(shí)，按照上述邏輯繼續(xù)開(kāi)啟，直至全部開(kāi)啟。開(kāi)機(jī)時(shí)依次開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的回風(fēng)閥、新風(fēng)閥、水閥、風(fēng)機(jī)。

（3）全新風(fēng)模式控制邏輯：

過(guò)渡季節(jié)或冬季當(dāng)室外空氣焓值低于 ［室內(nèi)空氣焓值-1kJ／kg（可設(shè)定）］時(shí)，切換為全新風(fēng)模式，所有機(jī)組新風(fēng)閥開(kāi)啟度為100% （可設(shè)定），回風(fēng)閥開(kāi)度調(diào)節(jié)至最小值20% （可設(shè)定，滿(mǎn)足室內(nèi)氣流組織及空氣品質(zhì)要求為前提）。

新風(fēng)模式下，由于室外新風(fēng)溫度低，造成的室內(nèi)低溫情況可通過(guò)本專(zhuān)利的機(jī)組臺(tái)數(shù)控制邏輯解決，當(dāng)溫度低時(shí)，機(jī)組水閥開(kāi)度降低，從而觸發(fā)機(jī)組關(guān)停。

（4）制冷模式／全新風(fēng)模式新風(fēng)控制：

當(dāng)室外空氣焓值高于 ［室內(nèi)空氣焓值＋1kJ／kg（可設(shè)定）］時(shí)，切換為制冷模式。

夏季新風(fēng)開(kāi)度根據(jù)室內(nèi)正壓反饋值及CO2檢測(cè)濃度進(jìn)行控制，需要同時(shí)滿(mǎn)足室內(nèi)正壓最低要求（可設(shè)定）及低于 CO2濃度上限900ppm（可設(shè)定）。當(dāng)正壓高于設(shè)定值及CO2濃度低于設(shè)定值時(shí)，則減小所有新風(fēng)閥開(kāi)度，反之，當(dāng)正壓低于設(shè)定值或CO2濃度高于設(shè)定值時(shí)，則加大所有新風(fēng)閥開(kāi)度。

（5）制冷模式單機(jī)自動(dòng)控制：

水閥控制：開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，根據(jù)室內(nèi)回風(fēng)溫度（可設(shè)定）控制冷凍水水閥開(kāi)度。

風(fēng)機(jī)頻率控制：根據(jù)送回風(fēng)溫差 （8℃，可設(shè)定）進(jìn)行所有風(fēng)機(jī)頻率自動(dòng)控制。

新風(fēng)閥控制：根據(jù)室內(nèi)CO2濃度反饋值與CO2濃度設(shè)定值偏差PID控制所有新風(fēng)閥開(kāi)度，當(dāng)新風(fēng)閥減小至室內(nèi)正壓設(shè)定值下限時(shí)，新風(fēng)閥開(kāi)度保持不變。

回風(fēng)閥控制：回風(fēng)閥開(kāi)度＝100-新風(fēng)閥開(kāi)度。

局部熱負(fù)荷過(guò)高的處理辦法：當(dāng)出現(xiàn)局部熱負(fù)荷過(guò)高的情況時(shí)，提供手自動(dòng)切換程序，可將單臺(tái)機(jī)組從群控程序中獨(dú)立出來(lái)進(jìn)行單機(jī)自動(dòng)控制。

4 控制程序?qū)崿F(xiàn)

本文采用LabVIEW軟件進(jìn)行控制程序開(kāi)發(fā)，程序的實(shí)現(xiàn)主要包括以下幾個(gè)模塊，主要程序塊包括了單機(jī)控制及加減機(jī)臺(tái)數(shù)控制，單機(jī)控制模塊主要包括機(jī)組啟停及全新風(fēng)／制冷模式下的切換及控制邏輯 （圖3所示為主要的控制邏輯流程圖）：

圖3 全新風(fēng)／制冷模式下的切換及控制邏輯

4.1 單機(jī)控制模塊

1）機(jī)組啟停：

機(jī)組啟停接收兩種情況啟動(dòng)，第一種為程序設(shè)置的強(qiáng)制啟動(dòng)模式，一種為機(jī)組臺(tái)數(shù)控制程序觸發(fā)的開(kāi)停機(jī)信號(hào)。停機(jī)模式時(shí)給出停機(jī)狀態(tài)的閥門(mén)關(guān)閉開(kāi)度終值，例如關(guān)機(jī)狀態(tài)設(shè)定新風(fēng)閥全關(guān)，冷凍水閥門(mén)全關(guān)，回風(fēng)閥保持50%開(kāi)啟。

2）參數(shù)輪詢(xún)：

通過(guò)While Loop循環(huán)＋定時(shí)等待實(shí)現(xiàn)參數(shù)輪詢(xún)。

3）全新風(fēng)／制冷模式切換：

通過(guò)室內(nèi)外溫濕度計(jì)算焓值實(shí)現(xiàn)模式切換。

4）風(fēng)機(jī)頻率控制：

通過(guò)送回風(fēng)溫差實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)頻率PID控制。

5）冷凍水閥控制：

通過(guò)回風(fēng)溫度控制冷凍水閥門(mén)開(kāi)度PID控制。

6）制冷模式下新風(fēng)閥開(kāi)度控制：

通過(guò)CO2濃度及室內(nèi)正壓實(shí)現(xiàn)新風(fēng)閥開(kāi)度控制。

7）新風(fēng)閥開(kāi)度控制：

制冷模式下通過(guò)CO2濃度及室內(nèi)正壓實(shí)現(xiàn)新風(fēng)閥開(kāi)度控制，全新風(fēng)模式下新風(fēng)閥開(kāi)度控制采用初始化賦值實(shí)現(xiàn)。

4.2 機(jī)組臺(tái)數(shù)控制

1）加減機(jī)判斷：

圖4 機(jī)組臺(tái)數(shù)控制邏輯

圖5 加減機(jī)命令觸發(fā)程序界面

機(jī)組加減機(jī)臺(tái)數(shù)控制邏輯如圖4所示，通過(guò)統(tǒng)計(jì)已開(kāi)機(jī)組的閥門(mén)平均開(kāi)度來(lái)判斷是否需要啟停機(jī)組，當(dāng)機(jī)組平均閥門(mén)開(kāi)度低于40%時(shí)，加開(kāi)風(fēng)柜，當(dāng)機(jī)組平均閥門(mén)開(kāi)度高于95%時(shí)，加開(kāi)風(fēng)柜，圖5為加減機(jī)命令觸發(fā)程序界面。

2）開(kāi)機(jī)時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)及機(jī)組開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)數(shù)對(duì)比：

通過(guò)While循環(huán)＋反饋節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)各AHU機(jī)組開(kāi)機(jī)時(shí)間的累計(jì)疊加。

開(kāi)機(jī)狀態(tài)×開(kāi)機(jī)時(shí)間計(jì)算需要關(guān)閉的開(kāi)機(jī)最久的機(jī)組；關(guān)機(jī)狀態(tài)×開(kāi)機(jī)時(shí)間計(jì)算需要開(kāi)啟的開(kāi)機(jī)最短的機(jī)組。

3）啟停機(jī)組編號(hào)選擇：

結(jié)合開(kāi)機(jī)命令，選擇開(kāi)機(jī)累計(jì)時(shí)間最短的機(jī)組進(jìn)行開(kāi)機(jī)；結(jié)合關(guān)機(jī)命令，選擇開(kāi)機(jī)累計(jì)時(shí)間最長(zhǎng)的機(jī)組進(jìn)行開(kāi)機(jī)。

5 應(yīng)用程序仿真

本文控制策略核心為對(duì)機(jī)組臺(tái)數(shù)進(jìn)行控制，圖6為應(yīng)用程序的仿真結(jié)果界面。通過(guò)結(jié)果可以看到，在平均水閥開(kāi)度超過(guò)95%時(shí)，執(zhí)行了加機(jī)命令，并對(duì)開(kāi)機(jī)時(shí)數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析后，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的壽命輪換啟停。

同時(shí)，該程序還集合了包含基于焓差控制的過(guò)渡季節(jié)全新風(fēng)控制，在室內(nèi)外參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，對(duì)應(yīng)的風(fēng)閥開(kāi)度、水閥開(kāi)度及風(fēng)機(jī)頻率也實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的變化，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中只需要調(diào)整對(duì)應(yīng)的PID參數(shù)，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)參數(shù)的穩(wěn)定控制。

從圖7結(jié)果數(shù)據(jù)可以看到，在采集數(shù)據(jù)點(diǎn)6當(dāng)室外溫度升高時(shí)，由于室外空氣焓值增大，大于室內(nèi)空氣焓值，從而使得控制模式從 “全新風(fēng)模式”變?yōu)?“制冷模式”，新風(fēng)閥開(kāi)度變?yōu)樽钚≡O(shè)定開(kāi)度10%；而在數(shù)據(jù)點(diǎn)18則由于CO2濃度升高，大于1000ppm，此時(shí)為了滿(mǎn)足室內(nèi)新風(fēng)需求，新風(fēng)閥開(kāi)度再次變?yōu)?00%；在采集數(shù)據(jù)點(diǎn)36時(shí)，由于室內(nèi)溫度升高，制冷需求增大，冷凍水閥門(mén)開(kāi)度增大，同時(shí)，為了維持恒定的送回風(fēng)溫差，新風(fēng)機(jī)的頻率從原來(lái)的25Hz提升至50Hz。

仿真的結(jié)果表明，該程序可以根據(jù)室內(nèi)多目標(biāo)參數(shù)達(dá)到對(duì)應(yīng)的自動(dòng)控制，既可以達(dá)到AHU臺(tái)數(shù)的優(yōu)化自動(dòng)控制，也可以實(shí)現(xiàn)不同氣候模式下的焓差控制，達(dá)到節(jié)能的目的。

圖6 AHU臺(tái)數(shù)控制程序界面

圖7 LavView控制程序仿真數(shù)據(jù)曲線(xiàn)

6 結(jié)論與展望

本文基于某電子廠房末端AHU系統(tǒng)的節(jié)能控制分析及程序仿真，得到如下結(jié)論：

（1）通過(guò)控制冷凍水閥的平均開(kāi)度，可以實(shí)現(xiàn)大空間工業(yè)廠房多臺(tái)AHU臺(tái)數(shù)的節(jié)能優(yōu)化控制；

（2）通過(guò)LabVIEW程序編程，實(shí)現(xiàn)了AHU群控控制邏輯，未來(lái)可用于類(lèi)似項(xiàng)目的集中控制；

（3）該控制程序基于環(huán)境參數(shù)變化進(jìn)行控制動(dòng)作反饋的隨機(jī)仿真，未基于AHU性能模型進(jìn)行全面模擬仿真，仍待在實(shí)際項(xiàng)目改造過(guò)程中進(jìn)行細(xì)化及進(jìn)行PID參數(shù)調(diào)試整定。