劉海濤
國家廣播電視總局呼和浩特地球站 內(nèi)蒙古 呼和浩特市010070
地球站機(jī)房設(shè)備既有高頻高壓設(shè)備、電子精密設(shè)備,又有計算機(jī)服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,對溫濕度、壓力、通風(fēng)風(fēng)量、空氣清潔度等環(huán)境指標(biāo)要求極高。根據(jù)地球站設(shè)備特性,可以利用自然冷風(fēng)降溫,也可利用設(shè)備產(chǎn)生的熱能加熱,通過混風(fēng)熱交換的方式,實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。
地球站機(jī)房環(huán)境要求嚴(yán)格,只有合格的環(huán)境才能使設(shè)備運行穩(wěn)定可靠,減少維護(hù)難度,延長使用壽命,減小故障率?,F(xiàn)有地球站環(huán)境控制系統(tǒng)存在以下問題:
(1)溫度只能靠空調(diào)進(jìn)行調(diào)節(jié),極度耗費電能,控制不精細(xì)。
(2)只能靠自然風(fēng)進(jìn)行室內(nèi)外循環(huán),環(huán)境潔凈度無法控制,增加維護(hù)量,損耗設(shè)備壽命,且自身產(chǎn)生的熱能也全部損耗,浪費資源。如果采用內(nèi)循環(huán)方式,能解決該問題,但耗費電能巨大。
(3)機(jī)房環(huán)境控制設(shè)備比較分散,新風(fēng)和空調(diào)獨立控制,沒有集中的環(huán)境監(jiān)測平臺,數(shù)據(jù)儲存和查詢不方便,不利于經(jīng)驗總結(jié)和統(tǒng)計分析,無法掌握環(huán)境變化規(guī)律。
地球站節(jié)能環(huán)境管理系統(tǒng)的設(shè)計基于環(huán)境信息采集、數(shù)據(jù)比較判斷分析、設(shè)備聯(lián)動控制、監(jiān)測報警等功能設(shè)計,實現(xiàn)資源再利用、節(jié)能環(huán)保、環(huán)境自控、監(jiān)測報警,達(dá)到改良機(jī)房環(huán)境,節(jié)約電能的目的。該系統(tǒng)是通過直接控制新風(fēng)和排風(fēng),間接控制空調(diào),環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測比較,調(diào)控風(fēng)量進(jìn)出的節(jié)能環(huán)境管理系統(tǒng)。
整個系統(tǒng)由新風(fēng)輸入部分、排風(fēng)循環(huán)部分、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測報警和聯(lián)動控制部分組成。
新風(fēng)輸入部分:室外建設(shè)的新風(fēng)系統(tǒng)適應(yīng)露天環(huán)境,并集防雨罩、三級濾塵、鼓風(fēng)為一體,為機(jī)房提供潔凈的新鮮空氣。三級濾塵網(wǎng)設(shè)計保障了進(jìn)入機(jī)房新風(fēng)空氣的潔凈度,室內(nèi)使用散流器進(jìn)風(fēng),減少風(fēng)壓,加快混風(fēng)。防雨罩的設(shè)計有利于降低雨天對新風(fēng)系統(tǒng)的影響。如圖1所示。
圖1 新風(fēng)系統(tǒng)圖
排風(fēng)循環(huán)部分:改造排風(fēng)管道,建設(shè)一套既能排風(fēng)又能回風(fēng)的循環(huán)管道系統(tǒng),實現(xiàn)機(jī)房熱風(fēng)排出和回風(fēng)控制,達(dá)到設(shè)備熱風(fēng)循環(huán)再利用的目的。
環(huán)境參數(shù)監(jiān)測報警:利用環(huán)境監(jiān)測設(shè)備,合理選擇環(huán)境監(jiān)測點,使監(jiān)測點反應(yīng)的機(jī)房環(huán)境指標(biāo)更加符合機(jī)房實際情況,并根據(jù)機(jī)房各個監(jiān)測點位置不同,設(shè)置合理的報警閾值,做到環(huán)境異常提醒。同時實現(xiàn)了環(huán)境數(shù)據(jù)的儲存、統(tǒng)計、分析,便于日常管理和維護(hù)經(jīng)驗的總結(jié)。
聯(lián)動控制部分:通過環(huán)境監(jiān)測點實時采集數(shù)據(jù)與機(jī)房環(huán)境參考預(yù)設(shè)指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行比較,實現(xiàn)新風(fēng)、排回風(fēng)量控制。出現(xiàn)超熱或超冷情況,新風(fēng)和回風(fēng)無法保障環(huán)境溫度適度恒定時,空調(diào)啟動進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。
地球站節(jié)能環(huán)境管理系統(tǒng)采用以PLC控制器作為下位機(jī),采集新風(fēng)溫度、設(shè)備間溫度、設(shè)備間濕度、壓力、新風(fēng)機(jī)頻率、排風(fēng)閥和回風(fēng)閥開關(guān)量等參數(shù)數(shù)據(jù),并通過上位機(jī)實現(xiàn)對新風(fēng)機(jī)、排風(fēng)閥和回風(fēng)閥遠(yuǎn)程控制。采用計算機(jī)作為節(jié)能環(huán)境管理系統(tǒng)的上位機(jī),通過以太網(wǎng)實現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間通信,在管理系統(tǒng)上實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)測控制管理。通過PLC控制器與上位機(jī)相連,采用實時新風(fēng)溫度控制新風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,實時設(shè)備間溫度控制風(fēng)閥開關(guān)量,通過溫度、壓力差和濕度實現(xiàn)整個系統(tǒng)的聯(lián)動控制,使室內(nèi)環(huán)境達(dá)到理想指標(biāo)要求。具體系統(tǒng)框圖如圖2所示。
圖2 節(jié)能環(huán)境管理系統(tǒng)控制部分框圖
系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定界面如圖3,共分四部分,分別是新風(fēng)控制部分、壓差控制部分、風(fēng)閥控制部分和報警設(shè)置部分。
圖3 參數(shù)設(shè)定界面
新風(fēng)控制部分:將新風(fēng)溫度傳感器放在室內(nèi)進(jìn)風(fēng)口位置,采集回來的溫度實際上為室外溫度,根據(jù)該溫度給新風(fēng)機(jī)設(shè)定一個固定的工作頻率,該頻率為一個經(jīng)驗值,原則上要確保機(jī)房內(nèi)部為微正壓。在一個溫度控制行程內(nèi)最高溫度點(區(qū)域最高溫度值+死區(qū)溫度值)和最低溫度點(區(qū)域最低溫度值-死區(qū)溫度值)的溫度控制達(dá)到穩(wěn)定后,室內(nèi)壓力為微正壓,且壓力值在室內(nèi)壓力要求范圍內(nèi)。
各溫度區(qū)間的臨界點設(shè)置了溫度死區(qū),設(shè)置死區(qū)可以防止在溫度區(qū)間臨界值新風(fēng)機(jī)頻率來回變動,導(dǎo)致轉(zhuǎn)速頻繁動作,影響溫度控制的穩(wěn)定度。經(jīng)過觀察調(diào)試,室外溫度區(qū)間死區(qū)設(shè)置為2℃較為合適。
壓差控制部分:通過機(jī)房內(nèi)外部壓力差采集回來的實時數(shù)據(jù),與管理系統(tǒng)參考預(yù)設(shè)指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行比較,如果壓差值低于下限則新風(fēng)機(jī)升頻,壓差值高于上限則新風(fēng)機(jī)降頻,壓差值在上下限之間則新風(fēng)機(jī)保持該頻率轉(zhuǎn)速。
風(fēng)閥控制部分:將設(shè)備間溫度傳感器放在室內(nèi)設(shè)備中間非風(fēng)口位置,采集回來的溫度實際上為設(shè)備間溫度,用該溫度與管理系統(tǒng)參考預(yù)設(shè)指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行比較,高于參考溫度時,排風(fēng)閥開大,回風(fēng)閥關(guān)小,進(jìn)行降溫操作;低于參考溫度時,排風(fēng)閥關(guān)小,回風(fēng)閥開大,進(jìn)行升溫操作。排風(fēng)閥和回風(fēng)閥每個行程均需要較長時間,行程時間長有利于溫度穩(wěn)定,在此過程中,溫度達(dá)到平衡時,兩個風(fēng)閥均不再動作,環(huán)境溫度達(dá)到穩(wěn)定。
由于排風(fēng)管道和回風(fēng)管道截面積有區(qū)別,所以需要預(yù)設(shè)回排風(fēng)管道截面積,以便通過PLC控制器計算排回風(fēng)閥開關(guān)量,以保障管道內(nèi)部風(fēng)阻不變,防止設(shè)備排風(fēng)不暢,設(shè)備內(nèi)部溫度升高。
報警設(shè)置部分:根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部四個傳感器采集回來的數(shù)據(jù),在本界面中可以設(shè)置三個指標(biāo)的上下限報警閾值,另一個濕度報警閾值在濕度設(shè)定界面設(shè)置。濕度設(shè)定可以通過實時濕度值與管理系統(tǒng)參考預(yù)設(shè)指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行比較,判定是否進(jìn)入濕度控制模式。
利用統(tǒng)一界面進(jìn)行管理,重新選擇環(huán)境監(jiān)測點,進(jìn)行設(shè)備安裝,使監(jiān)測點反應(yīng)的機(jī)房環(huán)境數(shù)值更加符合機(jī)房實際情況,并根據(jù)機(jī)房各個監(jiān)測點位置不同,設(shè)置合理的報警閾值,做到環(huán)境異常提醒。將系統(tǒng)內(nèi)部所有設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測信息如實反映在顯示界面,將報警信息如實反映在報警界面,并可在報警界面設(shè)置告警消聲功能。圖4為部分顯示界面和報警界面,每個機(jī)房均有一個單獨顯示部分。
圖4 顯示界面和報警界面
管理系統(tǒng)有強(qiáng)大的告警記錄統(tǒng)計功能,可以按照系統(tǒng)進(jìn)行告警信息查詢和曲線分析,也可以進(jìn)行同一參數(shù)不同系統(tǒng)匯總分析比較。
此外,管理系統(tǒng)還擁有歷史信息統(tǒng)計功能,可以按照系統(tǒng)進(jìn)行歷史信息統(tǒng)計,也可以進(jìn)行同一參數(shù)不同系統(tǒng)歷史信息匯總分析比較。
本系統(tǒng)基于地球站設(shè)備實際運行情況設(shè)計,通過風(fēng)壓和溫度傳感器智能控制進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)和回風(fēng)系統(tǒng),考慮排風(fēng)管道和回風(fēng)管道截面積,換算排回風(fēng)閥開關(guān)量,保持管道內(nèi)部風(fēng)阻恒定,再結(jié)合新風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制,精確的實現(xiàn)室內(nèi)外空氣的交互和熱風(fēng)循環(huán)再利用。通過進(jìn)風(fēng)閥和回風(fēng)閥等精準(zhǔn)控制,實現(xiàn)充分利用自然空氣冷風(fēng)和設(shè)備產(chǎn)生的熱風(fēng)的能量交換,實現(xiàn)機(jī)房環(huán)境的恒定,在空調(diào)不啟動的情況下達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。
通過資源再利用,節(jié)約了改造成本。采用新的節(jié)能環(huán)保設(shè)計理念,充分利用自然冷風(fēng)降溫和設(shè)備熱風(fēng)加熱,減小空調(diào)使用率,降低電能消耗,減少了設(shè)備檢修維護(hù)成本。
整個系統(tǒng)有三種控制方式,分別為溫度調(diào)節(jié)模式、壓力調(diào)節(jié)模式和濕度調(diào)節(jié)模式,還有一種極端情況下的冷熱超限模式。
溫度調(diào)節(jié)模式:通過兩個溫度采集點與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較,實現(xiàn)設(shè)備的控制。一個采集點為新風(fēng)溫度采集,用來控制新風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,根據(jù)新風(fēng)溫度預(yù)設(shè)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)新風(fēng)進(jìn)入機(jī)房的精準(zhǔn)控制,并通過死區(qū)值設(shè)置解決新風(fēng)機(jī)頻繁變動的問題,實現(xiàn)穩(wěn)定輸入新風(fēng)。另一個采集點為設(shè)備間溫度采集,控制排風(fēng)閥和回風(fēng)閥開關(guān)量,在保障管道阻力恒定的情況下實現(xiàn)熱風(fēng)循環(huán)再利用。兩部分實現(xiàn)聯(lián)動控制,達(dá)到機(jī)房環(huán)境溫度恒定的目的。
壓力調(diào)節(jié)模式:通過室內(nèi)外壓差采集數(shù)據(jù)與微正壓預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較,控制新風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)新風(fēng)量進(jìn)入機(jī)房的精準(zhǔn)控制。再結(jié)合設(shè)備間溫度控制,實現(xiàn)機(jī)房環(huán)境溫度恒定的目的。
濕度調(diào)節(jié)模式:為解決夏季濕度大的問題,設(shè)置濕度控制模式。實時采集設(shè)備間內(nèi)濕度,并在控制終端顯示,設(shè)置上下門限報警門限,達(dá)到門限值后可實現(xiàn)自動切換至濕度控制模式。根據(jù)室內(nèi)濕度高低預(yù)設(shè)兩種模式,預(yù)設(shè)濕度值、濕度死區(qū)值、風(fēng)機(jī)頻率、回風(fēng)閥和排放閥開關(guān)量。濕度值升高超過下限值加死區(qū)值后進(jìn)入低濕度模式,濕度值再次升高超過上限值加死區(qū)值后進(jìn)入高濕度模式,濕度值降低小于上限值減死區(qū)值后進(jìn)入低濕度模式,濕度值再次降低超過下限值減死區(qū)值后退出濕度模式,每個模式均能設(shè)定自己的新風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、回風(fēng)閥和排風(fēng)閥開關(guān)量。
冷熱超限模式:夏季室外溫度高,冬季室外溫度低,依靠自然風(fēng)和設(shè)備熱風(fēng)不能保障環(huán)境溫度適度恒定時,空調(diào)啟動配合原控制系統(tǒng)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。
地球站節(jié)能環(huán)境管理系統(tǒng)控制部分主要為新風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、排風(fēng)閾值、回風(fēng)閾值三個重要變量,此三個變量均可實現(xiàn)自動和手動控制,可兩個或三個變量任意組合,達(dá)到環(huán)境控制的目的。極端情況下,可以使用完全手動控制,達(dá)到便于檢修和調(diào)節(jié)環(huán)境的目的。
為減少設(shè)備頻繁變動,解決不容易保持環(huán)境溫度恒定的問題,本系統(tǒng)引入死區(qū)值設(shè)置。本系統(tǒng)死區(qū)值在新風(fēng)溫度閾值判定、濕度閾值判定中得到使用,解決了新風(fēng)機(jī)頻繁變動轉(zhuǎn)速問題和濕度模式下頻繁改變排風(fēng)和回風(fēng)閥開關(guān)量問題,確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定。
地球站節(jié)能環(huán)境管理系統(tǒng)自投入使用以來運行穩(wěn)定,環(huán)境控制良好,能夠滿足機(jī)房環(huán)境指標(biāo)管理要求,符合總局62號令的相關(guān)要求,大大改善了地球站設(shè)備運行環(huán)境,提高了設(shè)備運行穩(wěn)定性和使用壽命,減輕了值班人員檢修維護(hù)工作量。
本站地處內(nèi)蒙古自治區(qū),該地區(qū)從每年10月至次年4月,平均氣溫在0度左右,通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)此期間內(nèi)空調(diào)基本不工作,節(jié)約電能90%以上。由于春秋冬季節(jié)節(jié)能明顯,全年環(huán)境管理系統(tǒng)較原系統(tǒng)節(jié)約電能約50%左右,達(dá)到了預(yù)期節(jié)能目標(biāo),同時空調(diào)使用率極低,大大提高了空調(diào)使用壽命。
地球站節(jié)能環(huán)境管理系統(tǒng)基于地球站設(shè)備實際運行情況需設(shè)計合理,與同類型技術(shù)比較更能滿足地球站實際需要,且控制模式和方式更靈活,更能滿足地球站環(huán)境指標(biāo)需求。引入死區(qū)值設(shè)置,使系統(tǒng)運行更穩(wěn)定,同時間接增加了空調(diào)使用壽命,降低了檢修維護(hù)強(qiáng)度,節(jié)約了能耗和維護(hù)成本。