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深圳地铁2号线冷水系统群控设计

戴睿
摘要 阐述地铁冷水系统BAS系统控制和群控两种方式的构成和特点，结合深圳地铁2号线东延线工程方案，探讨了冷水群控系统的设计方案和设备配置，分析两种控制方式与BAS的接口。推荐地铁冷水系统采用群控方式。
关键词 冷水系统 群控 深圳地铁2号线
1、 群控系统单独提出的背景
1.1 BAS对冷水系统的控制方式
典型地铁车站内一般设置2套冷水机组系统来完成车站内的空调制冷功能，在较大型的车站可能会设置3套或更多。早期国内地铁车站冷水系统主要由BAS系统进行集中监视和控制，将通风空调相关的全部设备纳入BAS系统统一管理。
车站BAS系统可以对冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵以及末端设备等进行远程启动、停止控制，并可以利用温度、湿度、压力、压差等多种传感器对空调水系统供水、回水温度以及管网压力、压差等参数进行采集，以压差或温差作为控制参数，采用PID算法，配合变频器的使用实现对冷水系统负荷输出的调节，使整个冷水系统高效运行，达到节能增效的目的。此种控制方式基于冷水机组台数控制，冷水机组主机与下位辅机（水泵、冷却塔、蝶阀等）的对应关系相对清晰，故通常成组控制。
1.2 BAS控制冷水系统的局限
BAS需要接入全部的冷水系统设备，包括冷水机组、冷冻/冷却水泵、冷却塔、冷水系统管路上的各类阀门、传感器，接口形式多样，接口内容繁杂。
随着技术的发展，冷水机组现在已经具备较强的调节能力，可以根据相关参数进行自动调节，冷水机组、冷冻/冷却水泵、冷却塔以及各类传感器等设备与冷水机组的关系更为紧密，在群控系统处理比上传到BAS系统处理再反馈回机组更直接。同时群控系统可在群控柜配置触摸屏终端，方便在环控电控室监视群控系统冷水机组及各类设备的状态，并可以就地对冷水系统进行参数修改和系统配置。
深圳地铁2号线东延线工程冷水系统采用了一次泵变频系统，另为保证机组冬季正常回油，冷却水系统也进行变频（变流量）控制，主机与下位辅机的对应关系弱化，更适合由群控系统完成对主机和辅机的统一监控。
2、 冷水机组群控方案
2.1 系统构成
深圳地铁2号线东延线各典型站在冷水机房端的环控电控室内均设置一套PLC系统来实现对车站冷水系统的群控。整个群控系统主要由群控柜、PLC控制器、各类I/O模块、网络设备以及相应的现场设备构成，详见图2。
群控系统能够对冷水机组、冷水泵、冷却水泵、冷却塔及各类调节阀等设备进行监控，并通过各类温度、压力、压差等传感器获取现场及机组等设备的参数。群控系统监测冷水机组的运行状态和故障，冷水供回水温度及压力、冷却水供回水温度及压力，冷媒压力、油温、油压差等冷水机组内部参数，监控冷水系统的电动蝶阀、压差旁通阀等阀门，监测冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的运行、停止、手动/自动和故障状态，控制冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔的启动、停止，并根据负荷状态调节变频器频率。
群控系統能根据设备性能特点提供最优设备运行组合和优化每台冷水机组的负荷分配，能提供PID或更高级的智能控制算法以便最大限度地根据负载需求实现节能运行，合理控制冷水机组运行台数，能够实现最低负荷运行。同时群控系统还能够实现各台水泵及冷水机组运行时间均衡，在设备损坏时自动启用备用设备，并且具备断电恢复后自动启动功能。
2.2 设备配置
系统主要设备配置如下：
PLC控制器，用来完成对整个系统的参数采集、逻辑判断及控制，并完成与上位BAS系统的接口。
数字量输入/输出模块，用于接入现场的各类开关控制方式的电动蝶阀、风机风扇）、水泵等设备，采集其运行、故障以及手自动等状态信息，并对其进行开、闭控制或运行、停止控制。
模拟量输入/输出模块，用于接入现场的各类温度、压力、压差传感器、以及压差旁通阀等模拟量或连续调节控制方式的设备，采集冷冻水供水、回水温度，分水器、集水器间的压差以及压差旁通阀开度等状态信息，并对压差旁通阀进行控制调节。
网络适配器，用于PLC控制器、模块、现场设备间的组网。
协议转换模块，用于冷水机组接入PLC系统。
工控机（触摸屏），用于显示群控系统各类参数，并可以在环控电控室对群控系统进行参数设置和系统配置。
典型车站群控系统主要设备清单见表1。
3、 与BAS系统接口及功能
冷水群控系统通过通信方式与BAS系统接口，接口界面在群控柜PLC总线接线端子，系统接口界面简单、清晰。
群控系统拥有对冷水系统的全部控制权，BAS系统通过通信接口对群控系统进行必要的监视和控制。由于冷水机组群控柜设置就地触摸屏及各类开关按钮，所有的机组参数调节以及逻辑控制功能均可在就地实现，因此BAS系统仅对机组关键参数状态进行监视，并对冷水机组进行启动、停机控制。同时BAS系统采集车站新风温湿度参数，反馈给群控系统，用于控制双风扇冷却塔开启台数；由于风系统也采取了变频措施， BAS系统还需采集风系统的相关参数，用于判断风系统变频与水系统变频的优先级，并在必要时反馈给群控系统是否允许其变频的指令。
群控系统在就地实现冷水系统的全部功能，冷水系统的大部分功能在设备出厂前就可以调试完成，而与BAS的接口只需调试上层功能（主要是参数监视，控制功能较少），从而大大减轻了冷水系统与BAS系统的现场调试工作量，有效缩短了施工和调试工期。
另外，本工程群控系统与BAS系统采用同一品牌（罗克韦尔）的PLC控制系统，因此群控系统可以直接采用ControlNet总线方式接入BAS系统的上位PLC控制器，如图2所示，不需要设置网关和增加网络转换设备，减少了不必要的中间传输环节。
4、 结语
综上所述，冷水系统群控方案相对传统的BAS控制方案，具有功能更强、接口简单、缩短调试周期、功能更加模块化等突出优点。随着技术的发展，将来群控系统的范围应当延伸到对风系统的监控，达到风系统与水系统的高度集成、协调控制，将空调风系统与水系统更加有机地结合，使地铁空调系统最大限度地节能运行。
建筑工程技术与设计2014年32期
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