离心冷水机组的控制方案

作为大型空调系统核心的冷水机组更是需要用微处理器来自动控制机组的开停、调节容量、设定运行参数、显示运行参数、即时报警和提供历史记录等,以保证机组安全、高效地运行。

了解冷水机组的控制方案和流程对机组的正确操作、维护、故障检修、整个空调系统的自控设计等将起到重要的作用。机组本身强大的控制功能也是楼宇自动化系统(BAS) 无法替代的。

本文以开利公司最新的19XR 机组为例，介绍离心冷水机组基于微处理器的自动

控制方案及流程。供使用维护人员参考。

控制方案

离心冷水机组控制系统的主要任务是：根据冷水出口温度与设定值的偏差以及机组设定的控制该温度的变化速率,控制离心压缩机导叶的开启度大小,从而将冷水出水温度控制在设定的范围内,并保证冷水机组的安全运行,延长机组的使用寿命。下面以19XR 离心冷水机组为例,对其控制方案中的要点作一介绍。

机组通过8 个温度传感器和7 个压力传感器及一个压力开关监测和控制整个机组的运行状态。即：

(1) 压缩机排气温度?(1) 蒸发压力(可换算得出蒸发温度)

(2) 电机绕组温度??(2) 冷凝压力(可换算得出冷凝温度)

(3) 轴承温度????(3) 油压(可换算得出油压差)

(4) 油温??????(4) 冷却水进水压力

(5) 冷却水进水温度?(5) 冷却水出水压力

(6) 冷却水出水温度?(6) 冷却水进水压力

(7) 冷水进水温度?(7) 冷水出水压力

(8) 冷水出水温度?(8) 排气压力断路开关

1，启动控制

机组启动前进行逐项检查及确认,见图1。

启动检查，开冷水水泵开冷却水水泵水流确认， 冷水出水温度与控制点的比较，检查导叶并关闭。

油泵启动，冷却塔控制。

油压确认，压缩机运行。

启动到启动15 分钟时间间隔计时，停机到启动3 分钟时间间隔计时。

图1 ：机组启动运行控制顺序

时间间隔：A —B 5 秒钟：冷水水泵开启5 秒后开启冷却水水泵。

B —C 1～5分钟：水泵运行。

C —D 15 秒～5 分钟：水流确认，油泵启动并运行。

D —E 10 秒钟：油压确认。

E —F 压缩机运行。

F —G 1 分钟：油泵和水泵等在压缩机停机后60 秒关闭。

E —A’15分钟(最少)：上次开机

与下次开机之间的时间间隔至少15 分钟。

F —A’3 分钟(最少)：上次停机与

下次开机之间的时间间隔至少3分钟。

机组的启动条件为压缩机上次停机(F点) 后到这次运行(E 点) 前的所有条件的满足,即F →G→A’(A) →B →C →D →E。

启动时具体要满足以下各点要求：

(1) 机组未受到安全保护控制。

(2) 12小时内启动次数不超过8 次。避免因频繁开机而影响机组的使用寿命。

(3) 15 分钟上次开机到这次开机时间间隔。当电机启动时,受启动电流的影响,

电机内会产生热量。在再次启动前,这些热量要散走,否则电机会受到损坏(氟利昂冷却的电机在启动时冷却无法即时产生效果) 。电机在再次启动之前要有足够的时间进行冷却,该时间间隔由防再启动定时器来保证,一般设定15 分钟。同时避免因频繁开机而影响机组的使用寿命。

(4) 3 分钟上次停机到这次开机时间间隔。避免因频繁开机而影响机组的使用寿命。

(5) 冷水、冷却水流量已确认。

(6) 冷水出水温度与设定值进行比较。

(7) 检查导叶开启度并关闭。

(8) 对冷却塔风机能进行有效控制(如该项控制已接入控制系统) 。

(9) 油压确认。

2，冷水温度控制

与活塞机组的介跃调节不一样,离心冷水机组的控制是根据实际需求负荷的大小来控制压缩机的运行状态,最终通过改变导叶开度的大小来控制。改变导叶开度的大小,可调节制冷剂循环流量,控制蒸发温度,调节制冷量,最终达到加载、卸载,控制出水温度的目的。这种调节可实现无级连续调节,可精确调节到负荷要求,精密控制出水温度。模糊逻辑根据温度误差(与设定值的偏差) 和变化速度求出所需的加载/ 卸载量,从而将冷水温度控制在设定的范围内。

导叶电机根据4～20mA 的电流输入信号,每0.3 %地增加或减小导叶的开启度,这样的调节足以保证经导叶调节后流量的连续性,实现无级调节。加载时,导叶开启度增大;卸载时导叶开度减小。

高精度的导叶连续调节可精确控制水温在±0. 3 ℃以内。见图2。

图2 :温度设定值和偏差范围示意

控制系统根据温度偏差值和温度变化速度来确定是否需要加载、卸载或保持容量

不变。见表1。

表1 :加载、卸载和保持判断表 与设定值的偏差  负零正冷水温度变化速度负卸载卸载保持零卸载保持加载正保持加载加载在接近系统的安全阈值时,会进行加载或卸载限制。图3 示出了出水温度控制的循环。

图3 :出水温度控制循环图

“ —→”代表系统控制

“ —→”代表控制系统实施操作后有可能引起的现象

如图3 所示,系统控制和实施控制操作后而需要的进一步控制形成封闭循环。控制操作的实施最终通过导叶开并增大或减小来完成。控制系统经过综合使导叶维持在某一开启度进行制冷或达到安全限而关机。

例如机组刚开机过程的加载过程,在电流限制的同时导叶由小逐渐开大,冷水温度不断下降,达到制冷的目的。

当机组达到负荷后,出水温度已达到或低于设定点的温度,这时进行卸载过程,导叶逐渐关小,出水温度基本维持不变,电流逐渐减小,最终维持在部分负荷运行。如果负荷过低,使机组导叶关小到某一值时,排气温度达到保护限,控制导叶不能继续关小(或导叶已关到最小),则导叶维持该状态运行,出水温度将进一步下降,当下降到低于出水温度设定点3 ℃以下时,则机组由控制系统控制进行安全关机。或进入再循环运行模式控制。

3，安全保护功能

机组配备有安全阀及排气压力断路开关,使机组在压力过高等异常现象发生时起

到机械式的保护作用。一旦流量开关或外部启停触点断开,冷水机组将停止运行。

机组故障停机的原因有:冷凝压力过高;排气压力过高;排气温度过高;蒸发温度过低;轴承温度过高;油压差过高、过低;冷水出口温度过低;电机电流过高;电机温度过高;

欠电压、过电压;

流量开关断开等。

机组超出保护设定值时,将进行安全保护停机。见表2。

4，自调节优先控制

在控制软件中设有优先控制功能,在系统工况接近安全阈值时进行优先控制,避免频繁地因安全保护而停机。

优先控制能防止由于电流超限、蒸发温度过低、电机温度过高、冷凝压力过高超出安全极限而引起的安全关机。在以上各项指标达到安全极限前进行优先控制,最终通过控制导叶的开启度,将各项指标调整到正常范围。所有的优先控制均分为两级。

(1) 第一级控制控制导叶维持目前开启度,不再增大。

(2) 第二级控制是控制关小导叶开启度,及到工况进入第一级控制范围内而维持

导叶开度不变。

当工况退回到第一级控制点以外的安全区域时,机组又回到正常的控制逻辑状态,即根据负荷的大小打开或关闭导叶。

表2 ?安全保护限和控制设定点:

冷凝器凝结点可设定值 (默认为 1 ℃)控制参数保护限备注温度传感器出错-40℃～118.3 ℃超出范围2秒钟压力变送器出错电压比范围0.06～0.98超出范围3秒钟(电压比=输入电压/参考电压)压缩机排气温度>104.4℃可设定报警值进行优先控制(表3)电机绕组温度>104.4℃可设定报警值进行优先控制(表3)轴承温度>85℃可设定报警值进行优先控制(表3)蒸发温度<0.6℃(冷媒为水)

需进行设定

<- 18 ℃～4℃可设定(冷 媒为盐水等)需设定传感器电压<4. 5VDC >5. 5VDC 冷凝压力排气压力开关>(1813±48)kPa

(1241±69)kPa时复位 控制系统>1138kPa 油压差<103kPad停机

<124kPad报警 线电压压力过高>110%一分钟 压力过低<90%一分钟或≤85%三分钟 单周波<50%一个周期 压缩机电机负载>110%    (30 秒钟) <15%(压缩机运行时) >15%(压缩机停机时) 启动加速时间>45秒降压启动(机械或固态启动)>10秒全电压启动启动转换时间>75秒降压启动冷凝器凝结保护冷凝温度或冷却水进水温度低于冷凝器凝结点设定值时自动打开冷却水泵，高于凝结点设定值3℃时关闭冷却水泵冷凝器凝结点可设定值(默认为1 ℃)表3?优先控制整定值优先控制参数第一级控制点第二级控制点优选控制终止默认值 (设定值)设定范围控制值冷凝压力过高862kPa620    1138kPa> 设定值 ±16. 5kPa< 设定值电机温度过高> 93 ℃66～93 ℃> 设定值 + 6 ℃< 设定值蒸发温度过低1. 6 ℃(冷媒为水)1～3 ℃≤ 保 护 限 + △T3

- 0. 6 ℃>  保  护 限   +

△T3  + 1. 2 ℃压 头 过 高 3 3 (喘振保护或热  气旁通)△T1 = 0. 8 ℃

△P1 = 345kPad

△T2 = 5. 6 ℃

△P2 = 586kPad△T1 = 0. 3～ 8. 3 ℃

△P1=207～1172kPad

△T2 = 0. 3～ 8. 3 ℃

△P2  =   348   ～

1172kPad无运行 工 况 点 回到正常区域电机负载100 %40～100 %≥设定值的 5 %低于设定值的2% △T为优先控制设定值,可预先设定。

对可能出现的机组运行时压头过高的现象可选择喘振保护控制或热气旁通控制。

选择喘振保护控制时,则机组工况处于一级控制点时,维持当时的导叶开启度,工况进一步恶化时发生喘振,记录12 次喘振时机组停机,或运行工况点回到正常区域,则恢复正常的导叶随负荷大小而改变开启的控制;选择热气旁通控制时,则机组工况处于一级控制点时,打开热气旁通,运行工况点回到正常区域时则关闭热气旁通。如图4。

图4：热气旁通保护设定图

建议将点1 和点2 的坐标设定为点1(0. 8 ,345) 点2 (5. 6 ,800) ,系统将按图4 进行控制。当运行工况落在“热气旁通关”区域内,热气旁通不会打开,当运行工况落在“热气旁通开”区域内,控制系统将打开热气旁通电磁阀进行喘振保护。

控制流程图：

开利19XR 离心冷水机组的控制流程图如图5 所示,它主要说明了机组的启/ 停和加载/ 卸载控制,使机组能根据实际负荷大小进行调节,精确控制水温,使机组安全、高效地运行。从图中可看出机组的控制最终控制导叶在某一固定开启度稳定运行。

图5 :机组控制流程图