武曉 周宇豪 王亞東

中移系統(tǒng)集成有限公司 北京 100052

1 冷卻塔的PID智能控制框架

改造以節(jié)能為目的，對于冷卻塔風(fēng)機采用PID控制和變頻技術(shù)進行溫度控制[1]。以某品牌的多回路智能PID作為控制器，以某品牌熱電阻溫度傳感器作為溫度采集裝置，通過某品牌5.5kW變頻器對電機進行調(diào)速，使用可控硅模塊和電動閥進行流量調(diào)節(jié)。改造前啟動塔風(fēng)機數(shù)量和閥門開啟狀態(tài)采用的傳統(tǒng)控制且沒有變頻器。提出的控制系統(tǒng)將應(yīng)用多回路智能PID控制器、變頻器、可控硅開關(guān)、電動閥、溫度傳感器等對冷卻塔進行控制。

2 數(shù)據(jù)中心中央空調(diào)冷卻塔基于節(jié)能改造的硬件設(shè)計

中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻塔控制系統(tǒng)的硬件由多回路智能PID控制器、溫度傳感器、水位保護、高溫保護、變頻器等組成。下面對主要器件的功能進行介紹。

多回路智能PID是整個節(jié)能控制系統(tǒng)的核心硬件，對整個冷卻塔節(jié)能控制系統(tǒng)起著核心控制作用[2]。對整個系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行記錄、顯示、監(jiān)測、處理。出水溫度傳感器為PT100溫度傳感器，安裝在能夠靈敏反應(yīng)中央空調(diào)機組冷卻水溫度的地方，其作用是為多回路智能PID控制器采集水溫數(shù)據(jù)。水位保護器是冷卻塔水位監(jiān)測裝置，水位過低或者過高都會反饋信息給多回路智能PID控制器。防止某些特殊情況下（如機組水流開關(guān)或者壓差開關(guān)故障）機組干燒。高溫保護是防止冷卻塔水溫過高的溫度傳感器，冷卻塔水溫過高可能引起中央空調(diào)主機踹振，嚴重情況下會使機組報廢，與出水溫度傳感器安裝在同一個地方。

主變頻器是某品牌的5.5kW變頻器。主變頻器控制一臺5.5kW的風(fēng)機，采用PID方式控制，根據(jù)水溫調(diào)節(jié)頻率。電動閥采用某品牌DN100電動閥，根據(jù)冷卻塔進出水溫度的差值調(diào)整流量。可控硅模塊通過接收多回路智能PID控制器給出的信號對電動閥門進行控制，其優(yōu)點在于可以將通斷時間降到1s和通斷電路沒有任何電火花。2號、3號輔助變頻器為某品牌的5.5kW變頻器，輔助變頻器啟動條件是在主變頻器控制的風(fēng)機滿負荷的情況下不能達到降溫目標時依次啟動，依次啟動的溫差為1.5℃。根據(jù)數(shù)據(jù)中心中央空調(diào)冷卻塔節(jié)能需求所制定的硬件選型方案如表1所示。

表1 節(jié)能控制系統(tǒng)硬件選型方案

綜上所述，數(shù)據(jù)中心中央空調(diào)冷卻塔控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)通過不同器件采集各種數(shù)據(jù)傳輸給多回路智能PID控制器，多回路智能PID控制器對接收到的數(shù)據(jù)進行處理，然后發(fā)出指令給各個執(zhí)行器，實現(xiàn)冷卻塔的節(jié)能控制。

3 中央空調(diào)冷卻塔的節(jié)能需求進行的程序設(shè)計

要使中央空調(diào)冷卻塔系統(tǒng)安全、節(jié)能、高效的運行，就必須對冷卻塔出水溫度和流量進行有效控制，當下用于冷卻塔控制的方式有PID控制和模糊控制兩種方式，而PID在冷卻塔控制方面是應(yīng)用最為廣泛的算法。采用PID算法對程序進行設(shè)計，控制系統(tǒng)的流程圖如圖1所示。

圖1 冷卻塔控制回路系統(tǒng)圖

從圖可以看出對節(jié)能系統(tǒng)的控制如下：利用安裝在冷卻塔進出水管上的溫度傳感器測出進出水溫度，根據(jù)測出的出水溫度與設(shè)定值進行比較，從而進行主變頻器的頻率調(diào)節(jié)和啟動輔助變頻器，對冷卻塔散熱量進行調(diào)整。根據(jù)冷卻塔進出水溫差進行電動閥門開度的調(diào)節(jié)，進而對冷卻水的流量進行調(diào)節(jié)。設(shè)定最高出水溫度保護值，保護值與高溫保護溫度傳感器測出溫度進行對比，以達到保護中央空調(diào)主機的目的。水位保護器對水位進行測量，當超過最高水位或者低于最低水位時，水位保護器閉合給出信號，多回路智能PID控制器發(fā)出報警信號[3]。

綜合上述過程，運用基于節(jié)能需求的數(shù)據(jù)中心中央空調(diào)冷卻塔控制系統(tǒng)對冷卻塔系統(tǒng)進行控制的過程如下：在程序中提前設(shè)定冷卻塔出水溫度值和進出水溫差值，通過各個溫度傳感器對冷卻塔系統(tǒng)的溫度進行采集后，將采集的溫度與設(shè)定值進行對比，通過PID算法將處理過的信號傳輸給變頻器，通過調(diào)節(jié)頻率對電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，如果偏差值較大則多回路智能PID控制器將根據(jù)溫差依次啟動輔助變頻器，從而實現(xiàn)對溫度的控制，以實現(xiàn)冷卻塔節(jié)能的目的。

4 結(jié)語

針對傳統(tǒng)的中央空調(diào)冷卻塔控制系統(tǒng)存在能耗高、效率低的問題，提出改善這一缺點的中央空調(diào)冷卻塔控制系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用，通過對其硬件設(shè)計、硬件選擇、軟件設(shè)計，完成了基于改善能耗高、效率低的控制系統(tǒng)，最后通過對比得出提出的控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的中央空調(diào)冷卻塔控制系統(tǒng)在保證安全運行的情況下更加節(jié)能且節(jié)能效果明顯。