基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計與實踐應(yīng)用一、引言1.1研究背景與意義隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，對空調(diào)系統(tǒng)的需求日益增長。傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)在運行過程中存在能耗高、對電網(wǎng)負荷沖擊大等問題，尤其是在夏季用電高峰時段，空調(diào)系統(tǒng)的大量使用加劇了電力供需矛盾。在我國，電力供應(yīng)緊張一直是制約經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，部分地區(qū)夏季高峰時段電力缺口可達總用電量的10%-20%，嚴重影響了生產(chǎn)生活的正常進行。因此，開發(fā)高效節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)成為解決電力問題的關(guān)鍵。冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運而生，它是一種利用夜間低谷電價時段制冰儲存冷量，在白天高峰電價時段釋放冷量供空調(diào)使用的新型空調(diào)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠?qū)㈦娋W(wǎng)夜間谷荷多余電力以冰的冷量形式儲存起來，在白天用電高峰時將冰融化提供空調(diào)服務(wù)。我國大部分地區(qū)實行分時電價政策，夜間電價比白天低得多，采用冰儲冷中央空調(diào)能大大減少用戶的運行費用。據(jù)統(tǒng)計，采用冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)可使運行費用降低30%-50%，具有顯著的經(jīng)濟效益。從社會效益角度來看，冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電力移峰填谷，平衡電網(wǎng)負荷，提高發(fā)電設(shè)備的效率，降低電網(wǎng)的運行成本。它減少了電廠、電網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)需求，進而減少了因電力生產(chǎn)帶來的污染，有利于環(huán)境保護。在節(jié)能減排成為全球共識的背景下，冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標具有重要意義。然而，冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)配置的設(shè)備比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要增加一些，自動化程度要求較高。為了實現(xiàn)冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的高效運行和精確控制，需要一個可靠的控制系統(tǒng)?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）作為一種專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、維護方便等優(yōu)點，在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?；赑LC設(shè)計冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮PLC的優(yōu)勢，實現(xiàn)對制冷主機、儲冰裝置、板式熱交換器、系統(tǒng)水泵、冷卻塔、系統(tǒng)管路調(diào)節(jié)閥等設(shè)備的精確控制，調(diào)整儲冰系統(tǒng)各應(yīng)用工況的運行模式，在最經(jīng)濟的情況下給末端提供穩(wěn)定的供水溫度。同時，提高系統(tǒng)的自動化水平，提高系統(tǒng)的管理效率和降低管理勞動強度。通過對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，還可以實現(xiàn)優(yōu)化控制，進一步提高系統(tǒng)的節(jié)能效果和運行穩(wěn)定性。因此，開展基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計研究具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用在國內(nèi)外都受到了廣泛關(guān)注。國外對冰蓄冷技術(shù)的研究起步較早，在20世紀70年代的全球能源危機背景下，美國率先將冰蓄冷技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)，隨后日本、歐洲等國家和地區(qū)也紛紛加大對該技術(shù)的研究和推廣力度。經(jīng)過多年發(fā)展，國外在冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的理論研究、設(shè)備研發(fā)和工程應(yīng)用方面都取得了顯著成果。在系統(tǒng)控制策略方面，國外學(xué)者提出了多種先進的控制方法。文獻[具體文獻1]提出了基于模型預(yù)測控制（MPC）的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)控制策略，通過建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測未來的負荷需求和能源價格，提前優(yōu)化系統(tǒng)的運行模式，以實現(xiàn)最小化運行成本的目標。實驗結(jié)果表明，該策略能夠有效降低系統(tǒng)運行成本，提高能源利用效率。文獻[具體文獻2]則研究了自適應(yīng)控制在冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，根據(jù)系統(tǒng)實時運行狀態(tài)和環(huán)境變化，自動調(diào)整控制參數(shù)，使系統(tǒng)始終保持在最佳運行狀態(tài)，增強了系統(tǒng)對復(fù)雜工況的適應(yīng)性。在設(shè)備研發(fā)方面，國外不斷推出新型的蓄冰裝置和制冷設(shè)備。如美國某公司研發(fā)的高效蓄冰槽，采用了獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料，大大提高了蓄冰密度和融冰效率，減少了蓄冰裝置的占地面積；日本研發(fā)的新型雙工況制冷主機，具有更高的制冷效率和穩(wěn)定性，能夠在制冰和制冷兩種工況下靈活切換，滿足不同的使用需求。國內(nèi)對冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的研究起步相對較晚，但近年來隨著國家對節(jié)能減排政策的大力推動以及人們對能源問題的日益重視，冰蓄冷技術(shù)得到了快速發(fā)展。國內(nèi)眾多高校和科研機構(gòu)開展了相關(guān)研究，在理論研究和工程應(yīng)用方面取得了一定的成績。在控制算法研究方面，國內(nèi)學(xué)者也進行了大量探索。文獻[具體文獻3]提出了一種基于模糊控制的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)控制算法，通過對系統(tǒng)的負荷、溫度、濕度等參數(shù)進行模糊化處理，根據(jù)模糊規(guī)則庫實現(xiàn)對制冷主機、水泵、閥門等設(shè)備的智能控制，有效提高了系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度。文獻[具體文獻4]研究了遺傳算法在冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制中的應(yīng)用，通過模擬自然界的遺傳進化過程，對系統(tǒng)的運行參數(shù)進行優(yōu)化搜索，找到最優(yōu)的運行方案，實現(xiàn)了系統(tǒng)的節(jié)能運行。在工程應(yīng)用方面，國內(nèi)越來越多的建筑開始采用冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)。如北京大興國際機場、上海中心大廈等大型公共建筑都應(yīng)用了冰蓄冷技術(shù)，這些項目在實際運行中取得了良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益，為冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供了寶貴經(jīng)驗。然而，目前國內(nèi)外對于基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)的研究仍存在一些不足之處。一方面，雖然已有多種控制策略和算法被提出，但在實際應(yīng)用中，這些策略和算法往往需要根據(jù)具體的工程需求和系統(tǒng)特性進行進一步的優(yōu)化和調(diào)整，以提高其適應(yīng)性和可靠性；另一方面，對于系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化研究還不夠深入，如何實現(xiàn)PLC與其他智能設(shè)備的無縫連接，以及如何通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程監(jiān)控和故障診斷等功能，仍有待進一步研究和完善。此外，在系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化方面，雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但如何進一步挖掘系統(tǒng)的節(jié)能潛力，降低運行成本，也是未來研究的重點方向之一。本研究將針對這些問題，開展基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計，通過優(yōu)化控制策略、加強系統(tǒng)智能化和網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)以及深入研究節(jié)能優(yōu)化方法，提高冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的運行效率和性能，為其廣泛應(yīng)用提供技術(shù)支持。1.3研究目標與內(nèi)容本研究旨在設(shè)計一套高效、穩(wěn)定且智能化的基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的精確控制、優(yōu)化運行和節(jié)能降耗。具體研究內(nèi)容如下：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計：深入分析冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理和運行特性，結(jié)合PLC的功能特點，設(shè)計合理的系統(tǒng)架構(gòu)。包括確定PLC的選型、配置輸入輸出模塊，以及規(guī)劃系統(tǒng)的硬件連接方式，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地運行，滿足冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的控制需求。例如，選用西門子S7-300系列PLC，該系列具有強大的運算能力和豐富的通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)對各種設(shè)備的有效控制。根據(jù)系統(tǒng)中傳感器、執(zhí)行器的數(shù)量和類型，合理配置數(shù)字量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊，確保系統(tǒng)能夠準確采集和控制各種信號?？刂撇呗匝芯浚貉芯窟m用于冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的控制策略，如負荷預(yù)測、制冰與融冰控制策略、主機與蓄冰裝置聯(lián)合供冷控制策略等。通過對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，結(jié)合建筑物的負荷變化情況，優(yōu)化控制策略，實現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟運行和高效供冷。采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的負荷預(yù)測算法，根據(jù)歷史負荷數(shù)據(jù)、室外溫度、濕度等因素，預(yù)測未來的負荷需求，為系統(tǒng)的控制提供依據(jù)。制定合理的制冰與融冰控制策略，根據(jù)電價時段、負荷預(yù)測結(jié)果和蓄冰量，確定最佳的制冰和融冰時間，以降低運行成本。軟件設(shè)計與開發(fā)：基于PLC的編程環(huán)境，開發(fā)實現(xiàn)控制系統(tǒng)的軟件程序。包括編寫控制邏輯、數(shù)據(jù)采集與處理程序、人機界面程序等。通過軟件實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備的實時監(jiān)控、故障診斷、報警處理等功能，提高系統(tǒng)的自動化水平和操作便捷性。利用梯形圖語言編寫控制邏輯，實現(xiàn)對制冷主機、水泵、閥門等設(shè)備的啟?？刂坪瓦\行狀態(tài)監(jiān)測。開發(fā)數(shù)據(jù)采集與處理程序，實時采集系統(tǒng)中的溫度、壓力、流量等參數(shù)，并進行分析和處理，為控制決策提供數(shù)據(jù)支持。設(shè)計友好的人機界面，通過觸摸屏或上位機軟件，實現(xiàn)對系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、運行狀態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，方便操作人員對系統(tǒng)進行監(jiān)控和管理。系統(tǒng)測試與優(yōu)化：搭建實驗平臺，對設(shè)計的基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)進行測試。測試內(nèi)容包括系統(tǒng)的功能完整性、控制精度、穩(wěn)定性、可靠性等。根據(jù)測試結(jié)果，對系統(tǒng)進行優(yōu)化和改進，確保系統(tǒng)能夠滿足實際工程應(yīng)用的要求。在實驗平臺上模擬不同的工況和負荷條件，測試系統(tǒng)的響應(yīng)時間、控制精度和穩(wěn)定性。對測試過程中出現(xiàn)的問題進行分析和解決，優(yōu)化系統(tǒng)的控制參數(shù)和軟件算法，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。通過本研究，預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)以下成果：成功設(shè)計一套基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的全面監(jiān)控和精確控制，有效提高系統(tǒng)的運行效率和節(jié)能效果；提出一套優(yōu)化的控制策略，能夠根據(jù)實際工況和負荷需求，自動調(diào)整系統(tǒng)的運行模式，實現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟運行；開發(fā)出具有友好人機界面的控制系統(tǒng)軟件，方便操作人員進行操作和管理，提高系統(tǒng)的自動化水平和可靠性；通過實驗驗證，證明所設(shè)計的控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的可行性和有效性，為冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持和參考。二、冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)概述2.1工作原理冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理基于冰的相變特性，即水在凝固成冰的過程中會釋放大量的潛熱，而冰在融化成水時會吸收大量的熱量。其核心在于利用夜間低谷電價時段，開啟制冷主機將水制成冰，把冷量以冰的形式儲存起來；在白天高峰電價時段，通過融冰釋放冷量來滿足建筑物的空調(diào)負荷需求。在夜間低谷電價時段（通常為0:00-8:00），制冷主機以制冰工況運行。此時，制冷主機的蒸發(fā)器內(nèi)，制冷劑蒸發(fā)吸收熱量，使得蒸發(fā)器表面溫度降低。載冷劑（一般為乙二醇水溶液）在泵的作用下，循環(huán)流經(jīng)蒸發(fā)器，被冷卻降溫后進入蓄冰裝置。在蓄冰裝置中，低溫的載冷劑與水進行熱交換，使水逐漸降溫并凝固成冰，從而將冷量儲存起來。例如，某冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)，在夜間低谷電價時段，制冷主機滿負荷運行8小時，將蓄冰裝置內(nèi)的水制成冰，蓄冰量達到系統(tǒng)設(shè)計蓄冷量的80%。在白天高峰電價時段（如10:00-18:00），根據(jù)空調(diào)負荷的大小和蓄冰量的情況，系統(tǒng)可采用不同的供冷模式。當空調(diào)負荷較小時，可僅由蓄冰裝置融冰供冷。此時，溫度較高的載冷劑從空調(diào)末端返回，進入蓄冰裝置。在蓄冰裝置內(nèi)，載冷劑與冰進行熱交換，冰逐漸融化，釋放出冷量，載冷劑被冷卻降溫后，再輸送回空調(diào)末端，為建筑物提供冷量。當空調(diào)負荷較大時，制冷主機與蓄冰裝置可聯(lián)合供冷。制冷主機以制冷工況運行，生產(chǎn)低溫載冷劑，與蓄冰裝置融冰產(chǎn)生的低溫載冷劑混合后，共同輸送至空調(diào)末端，滿足建筑物的冷量需求。比如，在某商業(yè)建筑中，下午14:00-16:00時段，空調(diào)負荷達到高峰，此時制冷主機與蓄冰裝置聯(lián)合供冷，制冷主機提供40%的冷量，蓄冰裝置融冰提供60%的冷量，確保了室內(nèi)空調(diào)效果的穩(wěn)定。通過這種在夜間低谷電價時段制冰儲冷，白天高峰電價時段融冰供冷的方式，冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)了電力的移峰填谷。將原本在白天高峰時段集中使用的空調(diào)用電，轉(zhuǎn)移到夜間低谷時段，緩解了白天電網(wǎng)的供電壓力，同時利用峰谷電價的差異，降低了用戶的空調(diào)運行費用。此外，冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)還能減少制冷主機的裝機容量。由于可以利用夜間儲存的冷量，在白天高峰負荷時，制冷主機無需按照最大負荷來選型，從而降低了設(shè)備投資成本。例如，某建筑采用冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)后，制冷主機的裝機容量相比傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)減少了30%，不僅降低了設(shè)備采購費用，還減少了機房的占地面積。2.2系統(tǒng)構(gòu)成2.2.1制冷機組雙工況制冷機組是冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，它能夠在制冰和供冷兩種工況下運行，滿足系統(tǒng)在不同時段的需求。在制冰工況下，制冷機組的蒸發(fā)器表面溫度需要降低至水的冰點以下，使載冷劑（通常為乙二醇水溶液）能夠?qū)⑺鋮s并制成冰。此時，制冷機組的壓縮機需要消耗更多的能量來維持低溫環(huán)境，蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑蒸發(fā)壓力較低，蒸發(fā)溫度通常在-5℃至-10℃之間。例如，某螺桿式雙工況制冷機組在制冰工況下，其制冷量為500kW，功率為150kW，能夠在夜間低谷電價時段將蓄冰裝置內(nèi)的水快速制成冰。在供冷工況下，制冷機組的蒸發(fā)器溫度相對較高，一般在2℃至7℃之間，以滿足空調(diào)系統(tǒng)對冷凍水溫度的要求。此時，壓縮機的工作負荷相對較小，能耗也相應(yīng)降低。當空調(diào)負荷較小時，制冷機組可以根據(jù)實際需求調(diào)整制冷量，通過調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速或能量調(diào)節(jié)裝置，使制冷量與負荷相匹配，從而提高能源利用效率。如在某寫字樓的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，在白天部分時段空調(diào)負荷較低，制冷機組通過能量調(diào)節(jié)裝置將制冷量降低至額定值的30%，有效節(jié)約了能源。雙工況制冷機組的性能直接影響著冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的運行效率和經(jīng)濟性。因此，在選擇雙工況制冷機組時，需要綜合考慮其制冷量、能效比、調(diào)節(jié)性能等因素。高效的制冷機組能夠在制冰和供冷工況下都保持較高的能效比，降低系統(tǒng)的運行能耗。良好的調(diào)節(jié)性能可以使制冷機組根據(jù)不同的負荷需求快速、準確地調(diào)整制冷量，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。同時，還需考慮機組的可靠性和維護便利性，以確保系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。例如，某品牌的雙工況制冷機組采用了先進的變頻技術(shù)和智能控制系統(tǒng)，不僅能效比高，而且能夠?qū)崿F(xiàn)精確的制冷量調(diào)節(jié)，在市場上得到了廣泛應(yīng)用。2.2.2蓄冰裝置蓄冰裝置是冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)儲存冷量的關(guān)鍵設(shè)備，其性能和結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)的運行效果有著重要影響。常見的蓄冰裝置有盤管式和封裝式等，它們在結(jié)構(gòu)、蓄冰原理及性能方面存在一定差異。盤管式蓄冰裝置主要由盤管和蓄冰槽組成。在蓄冷時，冷水機組制出的低溫載冷劑通過盤管進行循環(huán)，使盤管外表面結(jié)冰，儲存冷量。盤管的材質(zhì)和形狀多樣，常見的有鋼制蛇形盤管、聚乙烯圓形盤管等。鋼制蛇形盤管通常為連續(xù)卷焊而成，外表面熱鍍鋅，具有較高的強度和耐腐蝕性，管徑一般為26.67mm，冰層厚度可達25-30mm，適用于大型冰蓄冷系統(tǒng)；聚乙烯圓形盤管外徑相對較小，如16mm和19mm，冰層厚度約12.7mm，可做成整體式蓄冰筒，具有安裝方便、成本較低的優(yōu)點。以某商業(yè)建筑的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)為例，采用了鋼制蛇形盤管式蓄冰裝置，蓄冰槽容積為500m3，在夜間低谷電價時段，通過低溫載冷劑在盤管內(nèi)循環(huán)，可將蓄冰槽內(nèi)的水制成冰，蓄冰量滿足白天高峰時段部分空調(diào)負荷的需求。封裝式蓄冰裝置則是將蓄冷介質(zhì)封裝在球形或板形小容器內(nèi)，然后將這些小容器密集地放置在密封罐或開式槽體內(nèi)。蓄冷時，載冷劑在小容器外流動，將其中的蓄冷介質(zhì)凍結(jié)、蓄冷；釋冷時，球或板內(nèi)的冰融化，釋放出冷量。常見的封裝式蓄冰裝置有冰球式和冰板式。冰球一般由硬質(zhì)塑料制成空心球，壁厚約1.5mm，直徑98mm，內(nèi)充水（91%），水在其中凍結(jié)蓄冷，單位蓄冷量約56（kW?h）/m3；冰板由高密度聚乙烯制成，尺寸如815×304（或90）×44.5mm，板中充注去離子水，具有蓄冷密度大、換熱效果好的特點。在某數(shù)據(jù)中心的冰蓄冷系統(tǒng)中，采用了冰板式封裝蓄冰裝置，其占地面積小，蓄冷效率高，能夠在有限的空間內(nèi)儲存大量冷量，滿足數(shù)據(jù)中心高負荷的空調(diào)需求。不同類型的蓄冰裝置在性能上各有優(yōu)劣。盤管式蓄冰裝置結(jié)構(gòu)相對簡單，蓄冰量大，但存在換熱不均勻、融冰速度較慢的問題；封裝式蓄冰裝置換熱面積大，融冰速度快，且蓄冰容器相對獨立，可靠性較高，但成本相對較高，蓄冰量相對較小。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的工程需求、場地條件、投資預(yù)算等因素綜合考慮，選擇合適的蓄冰裝置，以確保冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的高效運行。2.2.3水循環(huán)系統(tǒng)水循環(huán)系統(tǒng)是冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括冷凍水、冷卻水和乙二醇循環(huán)系統(tǒng)，它們各自承擔(dān)著不同的工作流程與作用，協(xié)同保證系統(tǒng)的正常運行。冷凍水系統(tǒng)負責(zé)將冷量從冰蓄冷裝置或制冷機組輸送到空調(diào)末端設(shè)備，為建筑物提供冷量。在供冷過程中，低溫的冷凍水從冰蓄冷裝置或制冷機組流出，通過管道輸送到各個空調(diào)末端，如風(fēng)機盤管、組合式空調(diào)箱等。在末端設(shè)備中，冷凍水與室內(nèi)空氣進行熱交換，吸收空氣中的熱量，使空氣溫度降低，從而實現(xiàn)室內(nèi)的降溫。隨后，溫度升高的冷凍水返回冰蓄冷裝置或制冷機組，再次被冷卻降溫，形成循環(huán)。例如，在某大型商場的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水在制冷機組與空調(diào)末端之間循環(huán)，夏季高峰時段，冷凍水流量可達500m3/h，能夠滿足商場大面積的空調(diào)制冷需求。冷卻水系統(tǒng)主要用于帶走制冷機組在運行過程中產(chǎn)生的熱量，保證制冷機組的正常運行。制冷機組在制冷過程中，壓縮機、冷凝器等部件會產(chǎn)生大量的熱量，需要通過冷卻水將這些熱量帶走。冷卻水從冷卻塔底部的集水池被冷卻水泵抽出，加壓后送入制冷機組的冷凝器。在冷凝器中，冷卻水與制冷劑進行熱交換，吸收制冷劑釋放的熱量，溫度升高。然后，溫度升高的冷卻水回到冷卻塔，通過冷卻塔的散熱作用，將熱量散發(fā)到大氣中，溫度降低后再次回到集水池，循環(huán)使用。某酒店的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水系統(tǒng)，配置了兩臺冷卻塔和兩臺冷卻水泵，能夠有效保證制冷機組在夏季高溫環(huán)境下的穩(wěn)定運行。乙二醇循環(huán)系統(tǒng)則在制冰和融冰過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在制冰工況下，制冷機組將乙二醇溶液冷卻至低溫，低溫的乙二醇溶液通過管道輸送到蓄冰裝置，在蓄冰裝置內(nèi)與水進行熱交換，使水冷卻并制成冰。在融冰工況下，溫度較高的乙二醇溶液從空調(diào)末端返回，進入蓄冰裝置，與冰進行熱交換，冰逐漸融化，釋放出冷量，乙二醇溶液被冷卻降溫后，再輸送回空調(diào)末端。例如，在某寫字樓的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，乙二醇循環(huán)系統(tǒng)采用了閉式循環(huán)方式，能夠有效減少乙二醇的揮發(fā)和損耗，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。為了確保水循環(huán)系統(tǒng)的高效運行，還需要合理配置水泵、閥門、管道等設(shè)備，并對系統(tǒng)進行精確的控制和調(diào)節(jié)。水泵的選型應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的流量、揚程等需求進行，確保能夠提供足夠的動力，使水在系統(tǒng)中循環(huán)流動。閥門用于控制水的流量和流向，實現(xiàn)系統(tǒng)不同工況的切換。管道的設(shè)計和安裝應(yīng)考慮到水的流動阻力、保溫性能等因素，減少能量損失。通過對水循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和有效控制，可以提高冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的整體性能和節(jié)能效果。2.3運行模式冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)具有多種運行模式，以適應(yīng)不同的負荷需求和電價時段，實現(xiàn)高效、經(jīng)濟的運行。這些運行模式主要包括主機蓄冰、主機供冷、主機+冰槽供冷、冰槽供冷等，每種模式都有其特定的適用場景。主機蓄冰模式通常在夜間低谷電價時段運行，此時電力成本較低，制冷主機以制冰工況運行，將冷量以冰的形式儲存到蓄冰裝置中。在某寫字樓的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，從凌晨0點到早上8點，利用夜間低谷電價，制冷主機滿負荷運行，將蓄冰裝置內(nèi)的水制成冰，蓄冰量達到系統(tǒng)設(shè)計蓄冷量的70%，為白天的供冷做好準備。這種模式充分利用了低谷電價，降低了蓄冷成本，同時實現(xiàn)了電力的移峰填谷，減輕了白天電網(wǎng)的供電壓力。主機供冷模式一般在空調(diào)負荷較小且處于平價電價時段采用，制冷主機直接運行，產(chǎn)生冷凍水供應(yīng)給空調(diào)末端，滿足建筑物的冷量需求。在某商場的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，在非高峰時段且負荷較小時，如早上9點到10點，僅開啟制冷主機供冷，此時制冷主機的制冷量能夠滿足商場的冷負荷需求，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，且避免了蓄冰裝置的不必要運行，降低了能耗。這種模式簡單直接，系統(tǒng)運行效率較高，適用于負荷相對穩(wěn)定且較小的時段。主機+冰槽供冷模式適用于空調(diào)負荷較大且處于高峰電價時段的情況，此時制冷主機與蓄冰裝置同時工作，共同為空調(diào)末端提供冷量。在某大型數(shù)據(jù)中心，下午14點到16點是用電高峰且冷負荷較大，制冷主機與蓄冰裝置聯(lián)合供冷，制冷主機提供50%的冷量，蓄冰裝置融冰提供50%的冷量，確保了數(shù)據(jù)中心設(shè)備的正常運行和室內(nèi)環(huán)境的舒適。這種模式結(jié)合了主機和蓄冰裝置的優(yōu)勢，既能滿足大負荷的需求，又能利用蓄冰裝置在高峰電價時段減少主機的運行時間，降低運行成本。冰槽供冷模式則是在高峰電價時段且空調(diào)負荷相對較小時，僅依靠蓄冰裝置融冰釋放冷量來供應(yīng)給空調(diào)末端。例如，在某酒店的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，在晚上20點到22點，酒店的入住率相對穩(wěn)定，空調(diào)負荷較小，此時僅由蓄冰裝置融冰供冷，滿足了酒店客房和公共區(qū)域的冷量需求，避免了制冷主機在高峰電價時段的運行，節(jié)省了電費支出。這種模式在高峰電價時段充分發(fā)揮了蓄冰裝置的作用，有效降低了運行費用。不同運行模式之間的切換通常由控制系統(tǒng)根據(jù)實時的負荷監(jiān)測數(shù)據(jù)、電價信息以及系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行自動控制?？刂葡到y(tǒng)通過傳感器實時采集空調(diào)末端的負荷需求、蓄冰裝置的蓄冰量、制冷主機的運行參數(shù)等信息，經(jīng)過分析和計算，按照預(yù)設(shè)的控制策略來切換系統(tǒng)的運行模式。當檢測到空調(diào)負荷增加且蓄冰量充足時，控制系統(tǒng)會自動切換到主機+冰槽供冷模式；當負荷降低且處于高峰電價時段時，切換到冰槽供冷模式。通過合理的模式切換，冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)能夠在不同的工況下實現(xiàn)最優(yōu)的運行效果，提高能源利用效率，降低運行成本。三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.1PLC選型在冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)中，PLC的選型至關(guān)重要，其性能直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和控制精度。市場上主流的PLC品牌包括西門子、三菱、歐姆龍等，各品牌下又有多種型號可供選擇，它們在性能、功能、價格等方面存在一定差異。西門子S7系列PLC在工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，以其強大的功能和高可靠性著稱。其中S7-1200系列屬于緊湊型PLC，具有集成的PROFINET接口，支持多種通信協(xié)議，如ModbusTCP等，編程軟件為TIAPortal，指令豐富，可實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制。它的輸入輸出點數(shù)范圍為10-120點，能滿足一般小型冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的控制需求。S7-1500系列則屬于中大型PLC，性能更為強大，具備高速的處理能力和豐富的通信接口，支持PROFINET、PROFIBUS等多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，適用于大型冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)，可實現(xiàn)對大量設(shè)備的集中控制。該系列PLC的輸入輸出點數(shù)最多可達65536點，能夠滿足大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制要求。以某大型商業(yè)綜合體的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)為例，選用了西門子S7-1500系列PLC，通過其強大的運算能力和豐富的通信接口，實現(xiàn)了對制冷主機、多臺蓄冰裝置、眾多水泵和閥門等設(shè)備的精確控制，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。三菱FX系列PLC同樣具有較高的性價比，在工業(yè)控制領(lǐng)域也占據(jù)一定市場份額。FX5U系列是三菱的新一代小型PLC，具備高速處理能力，基本指令執(zhí)行速度可達34ns，內(nèi)置以太網(wǎng)接口，支持MC協(xié)議、ModbusTCP等通信協(xié)議，編程軟件為GXWorks3，編程方式靈活多樣。其輸入輸出點數(shù)可通過擴展模塊進行靈活配置，最多可擴展至256點，適用于中小型冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)。在某中型寫字樓的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，采用了三菱FX5U系列PLC，結(jié)合其豐富的指令集和便捷的編程軟件，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的有效控制，滿足了寫字樓的空調(diào)需求。歐姆龍CP系列PLC以其穩(wěn)定性和易用性受到用戶青睞。CP1H系列是歐姆龍的小型PLC，具有高速處理性能，基本指令執(zhí)行時間為0.1μs，支持Ethernet、RS-232/485等多種通信接口，編程軟件為CX-Programmer，易于上手。輸入輸出點數(shù)可在10-140點范圍內(nèi)擴展，適用于對成本較為敏感的小型冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)項目。如某小型商場的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)選用了歐姆龍CP1H系列PLC，利用其穩(wěn)定的性能和簡單的編程操作，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化控制，降低了項目成本。綜合考慮冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的控制需求，本系統(tǒng)需要對制冷主機、蓄冰裝置、水泵、閥門等多個設(shè)備進行實時監(jiān)控和精確控制，要求PLC具備較多的輸入輸出點數(shù)和強大的運算能力。從通信功能來看，需要PLC支持多種通信協(xié)議，以便與上位機、傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸和交互。在成本方面，需要在滿足性能要求的前提下，選擇性價比高的產(chǎn)品。經(jīng)過對不同品牌和型號PLC的性能、功能、價格等因素的詳細對比和分析，最終選定西門子S7-1200系列PLC。該系列PLC不僅具備豐富的輸入輸出點數(shù)和強大的運算能力，能夠滿足冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的控制需求，而且其集成的PROFINET接口和對多種通信協(xié)議的支持，方便了系統(tǒng)的組網(wǎng)和設(shè)備間的通信。此外，西門子作為知名品牌，其產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性有保障，售后服務(wù)體系完善，能夠為系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行提供有力支持。三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.2硬件設(shè)計3.2.1控制系統(tǒng)架構(gòu)本基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)架構(gòu)采用分層分布式設(shè)計，主要由下位機和上位機組成，兩者相互協(xié)作，實現(xiàn)對冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的全面監(jiān)控和精確控制。下位機是系統(tǒng)的現(xiàn)場控制核心，由西門子S7-1200系列PLC與觸摸屏組成。PLC負責(zé)采集現(xiàn)場各種傳感器的信號，如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等，獲取系統(tǒng)的實時運行參數(shù)，包括冷凍水溫度、冷卻水溫度、蓄冰裝置的蓄冰量、制冷主機的運行狀態(tài)等。同時，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略和邏輯，PLC對電動閥、變頻器、制冷主機等執(zhí)行器發(fā)出控制指令，實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備的啟停、調(diào)節(jié)等操作。例如，當檢測到冷凍水溫度高于設(shè)定值時，PLC控制制冷主機加大制冷量，同時調(diào)節(jié)電動閥的開度，增加冷凍水的流量，以滿足空調(diào)末端的冷量需求。觸摸屏作為人機交互界面，安裝在現(xiàn)場控制柜上，方便操作人員進行現(xiàn)場操作和監(jiān)控。操作人員可以通過觸摸屏實時查看系統(tǒng)的運行狀態(tài)、參數(shù)信息，如各設(shè)備的運行狀態(tài)指示燈、溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)的實時顯示。還能進行參數(shù)設(shè)置，如設(shè)定冷凍水的目標溫度、制冷主機的啟停時間等。在某酒店的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，操作人員通過觸摸屏可以直觀地了解系統(tǒng)的運行情況，當發(fā)現(xiàn)某個區(qū)域的溫度異常時，能夠及時調(diào)整相關(guān)參數(shù)，保證酒店的舒適環(huán)境。觸摸屏還具備故障報警顯示功能，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠及時發(fā)出聲光報警，并顯示故障信息，幫助操作人員快速定位和解決問題。上位機采用工業(yè)級計算機與打印機，主要負責(zé)遠程管理和數(shù)據(jù)處理。工業(yè)級計算機安裝有專門的監(jiān)控軟件，通過通信網(wǎng)絡(luò)與下位機的PLC進行數(shù)據(jù)交互。上位機可以實時讀取下位機上傳的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，并進行存儲、分析和處理。利用數(shù)據(jù)分析軟件對歷史運行數(shù)據(jù)進行分析，繪制運行趨勢圖，預(yù)測系統(tǒng)的負荷變化，為優(yōu)化控制策略提供依據(jù)。上位機還具備遠程控制功能，操作人員可以在遠程通過上位機對下位機的設(shè)備進行控制，實現(xiàn)遠程啟停設(shè)備、調(diào)整參數(shù)等操作。在某大型商場的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，管理人員可以在辦公室通過上位機對商場各個區(qū)域的空調(diào)設(shè)備進行遠程監(jiān)控和控制，提高了管理效率。打印機用于打印系統(tǒng)的運行報表、故障報告等，方便管理人員進行存檔和查閱。下位機和上位機之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進行通信，采用TCP/IP通信協(xié)議，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚佟⒎€(wěn)定和可靠。這種通信方式能夠滿足系統(tǒng)對實時性和數(shù)據(jù)量的要求，實現(xiàn)上位機對下位機的實時監(jiān)控和遠程控制。同時，為了提高系統(tǒng)的可靠性，通信網(wǎng)絡(luò)采用冗余設(shè)計，當主通信鏈路出現(xiàn)故障時，備用通信鏈路能夠自動切換，保證系統(tǒng)的正常運行。在某數(shù)據(jù)中心的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡(luò)的冗余設(shè)計有效避免了因通信故障導(dǎo)致的系統(tǒng)失控，確保了數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運行。3.2.2輸入輸出模塊配置在冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)中，準確的輸入輸出（I/O）模塊配置是實現(xiàn)系統(tǒng)精確控制的關(guān)鍵。本系統(tǒng)需要接入多種傳感器和執(zhí)行器，以實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的全面監(jiān)測和控制，因此合理配置I/O模塊至關(guān)重要。對于溫度傳感器，系統(tǒng)采用Pt100熱電阻傳感器，用于測量冷凍水、冷卻水、蓄冰裝置以及環(huán)境的溫度。這些傳感器輸出的是電阻信號，需要通過模擬量輸入模塊將其轉(zhuǎn)換為PLC能夠識別的數(shù)字信號。西門子S7-1200系列PLC的模擬量輸入模塊具有高精度和穩(wěn)定性，能夠準確采集溫度信號。根據(jù)系統(tǒng)中溫度傳感器的數(shù)量，配置相應(yīng)數(shù)量的模擬量輸入通道，確保每個溫度傳感器都能正確接入。例如，在某冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，共有10個溫度傳感器，分別分布在制冷主機的進出口、蓄冰裝置的不同位置以及空調(diào)末端等關(guān)鍵部位，通過配置2塊模擬量輸入模塊（每塊模塊有8個輸入通道），滿足了溫度信號采集的需求。壓力傳感器用于監(jiān)測系統(tǒng)中冷凍水、冷卻水的壓力，以及制冷主機的運行壓力等。常見的壓力傳感器輸出的是4-20mA的電流信號，同樣接入模擬量輸入模塊。根據(jù)系統(tǒng)的壓力監(jiān)測點數(shù)量，合理分配模擬量輸入通道。在某商業(yè)建筑的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，有6個壓力監(jiān)測點，通過配置1塊模擬量輸入模塊，將壓力信號準確傳輸至PLC，為系統(tǒng)的壓力控制提供數(shù)據(jù)支持。流量傳感器用于測量冷凍水、冷卻水的流量，以實現(xiàn)對系統(tǒng)水流量的精確控制。流量傳感器一般輸出脈沖信號或4-20mA電流信號，對于脈沖信號，可通過PLC的高速計數(shù)器模塊進行計數(shù)，從而計算出流量；對于電流信號，則接入模擬量輸入模塊。在某酒店的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，采用電磁流量計測量冷凍水流量，其輸出4-20mA電流信號，接入模擬量輸入模塊，通過PLC對流量數(shù)據(jù)的采集和分析，實現(xiàn)了對冷凍水流量的優(yōu)化控制，提高了系統(tǒng)的能效。執(zhí)行器方面，電動閥用于控制冷凍水、冷卻水的流量以及系統(tǒng)各管路的通斷。電動閥通常采用開關(guān)量控制或模擬量控制方式，對于開關(guān)量控制的電動閥，接入數(shù)字量輸出模塊，通過PLC輸出的高低電平信號控制電動閥的開啟和關(guān)閉；對于模擬量控制的電動閥，接入模擬量輸出模塊，PLC通過輸出對應(yīng)的模擬量信號來調(diào)節(jié)電動閥的開度。在某寫字樓的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，配置了15個電動閥，其中10個為開關(guān)量控制，5個為模擬量控制，通過合理配置數(shù)字量輸出模塊和模擬量輸出模塊，實現(xiàn)了對電動閥的精確控制，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。變頻器用于調(diào)節(jié)水泵和制冷主機的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)節(jié)能和精確控制。變頻器一般通過通信接口與PLC進行通信，如ModbusRTU通信協(xié)議。PLC通過通信接口向變頻器發(fā)送控制指令，調(diào)節(jié)其輸出頻率，從而控制水泵和制冷主機的轉(zhuǎn)速。在某工廠的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，采用變頻器控制冷卻水泵的轉(zhuǎn)速，根據(jù)冷卻水的溫度和壓力實時調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，有效降低了能耗。同時，為了確保變頻器與PLC之間通信的可靠性，對通信參數(shù)進行了嚴格設(shè)置，包括波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位等。在配置I/O模塊時，還需考慮一定的備用量，以應(yīng)對系統(tǒng)未來的擴展或設(shè)備故障時的臨時替換。一般預(yù)留10%-20%的I/O點數(shù)作為備用。例如，若系統(tǒng)當前需要80個數(shù)字量輸入點、60個數(shù)字量輸出點、20個模擬量輸入點和10個模擬量輸出點，則在配置模塊時，可選擇數(shù)字量輸入模塊提供90-100個輸入點，數(shù)字量輸出模塊提供70-80個輸出點，模擬量輸入模塊提供22-24個輸入點，模擬量輸出模塊提供11-12個輸出點。這樣的配置既能滿足當前系統(tǒng)的控制需求，又為系統(tǒng)的發(fā)展和維護提供了便利。3.2.3通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)在基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，它負責(zé)實現(xiàn)PLC與各設(shè)備之間以及上位機與下位機之間的數(shù)據(jù)傳輸和指令交互，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效控制。在本系統(tǒng)中，PLC與現(xiàn)場設(shè)備如傳感器、執(zhí)行器之間主要采用RS485總線進行通信。RS485總線具有抗干擾能力強、傳輸距離遠、成本低等優(yōu)點，適合工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等將采集到的信號通過RS485總線傳輸至PLC的相應(yīng)輸入模塊。在某冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，多個溫度傳感器分布在不同區(qū)域，通過RS485總線將溫度信號傳輸給PLC，傳輸距離可達1000米，滿足了系統(tǒng)對信號傳輸距離的要求。電動閥、變頻器等執(zhí)行器也通過RS485總線接收PLC發(fā)出的控制指令，實現(xiàn)設(shè)備的啟停和調(diào)節(jié)。為了保證RS485總線通信的穩(wěn)定性，采用了屏蔽雙絞線作為傳輸線纜，并在總線兩端連接終端電阻，以消除信號反射。PLC與上位機之間則采用工業(yè)以太網(wǎng)進行通信，通信協(xié)議選用TCP/IP。工業(yè)以太網(wǎng)具有高速、可靠、傳輸數(shù)據(jù)量大等特點，能夠滿足上位機對實時數(shù)據(jù)的大量需求以及遠程控制的實時性要求。上位機通過工業(yè)以太網(wǎng)實時讀取PLC采集的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、流量等參數(shù)，并對這些數(shù)據(jù)進行分析、存儲和顯示。在某大型商業(yè)綜合體的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，上位機通過工業(yè)以太網(wǎng)能夠快速獲取各區(qū)域的空調(diào)運行數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并進行處理。同時，上位機也可以通過工業(yè)以太網(wǎng)向PLC發(fā)送控制指令，實現(xiàn)對制冷主機、水泵、閥門等設(shè)備的遠程控制。為了提高通信的安全性，設(shè)置了用戶權(quán)限管理，只有授權(quán)用戶才能通過上位機對系統(tǒng)進行控制操作。此外，考慮到系統(tǒng)的可靠性和可擴展性，采用了冗余通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。在工業(yè)以太網(wǎng)通信中，配置了雙網(wǎng)卡和冗余交換機，當主通信鏈路出現(xiàn)故障時，備用通信鏈路能夠自動切換，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性。在某數(shù)據(jù)中心的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，冗余通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用有效避免了因通信故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失和系統(tǒng)失控，保障了數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運行。同時，為了便于系統(tǒng)的管理和維護，采用了網(wǎng)絡(luò)管理軟件，實時監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行配置和管理。在通信網(wǎng)絡(luò)的實施過程中，還需注意網(wǎng)絡(luò)布線的合理性和規(guī)范性。不同類型的線纜應(yīng)分開布線，避免信號干擾。對線纜進行標識和整理，方便日后的維護和故障排查。例如，將RS485總線線纜與工業(yè)以太網(wǎng)線纜分別鋪設(shè)在不同的線槽中，并對每根線纜進行清晰的編號和標注，注明其連接的設(shè)備和功能。通過合理的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和實施，確保了冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)中各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，為系統(tǒng)的高效運行提供了有力保障。三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.3軟件設(shè)計3.3.1編程軟件選擇本系統(tǒng)選用西門子TIAPortal軟件作為編程平臺，它是一款集成化的工程軟件，專門用于西門子PLC的編程與調(diào)試，在工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。TIAPortal軟件具有高度集成的開發(fā)環(huán)境，能夠?qū)ξ鏖T子全系列PLC進行編程，如S7-1200、S7-1500等，實現(xiàn)了硬件配置、編程、調(diào)試等功能的一體化操作。以本系統(tǒng)選用的S7-1200系列PLC為例，在TIAPortal軟件中，可通過簡單的拖拽操作完成硬件模塊的配置，包括電源模塊、CPU模塊、輸入輸出模塊等，無需繁瑣的手動設(shè)置。同時，該軟件支持多種編程語言，如梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）等，滿足不同編程人員的習(xí)慣和需求。對于熟悉傳統(tǒng)電氣控制邏輯的工程師，梯形圖語言直觀易懂，能夠通過類似于繼電器控制電路的圖形化方式編寫程序，快速實現(xiàn)邏輯控制功能；而對于需要進行復(fù)雜數(shù)學(xué)運算和邏輯處理的場景，結(jié)構(gòu)化文本語言則提供了更強大的編程能力，類似于高級編程語言，可實現(xiàn)復(fù)雜的算法和控制邏輯。TIAPortal軟件還具備強大的診斷與調(diào)試功能。在程序調(diào)試過程中，軟件提供了實時監(jiān)控功能，可實時查看PLC的輸入輸出狀態(tài)、變量值、程序執(zhí)行流程等信息。通過設(shè)置斷點、單步執(zhí)行等調(diào)試手段，能夠快速定位程序中的錯誤和問題。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，軟件能夠及時發(fā)出報警信息，并提供詳細的故障診斷信息，幫助工程師快速排查故障原因。在某工廠的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試過程中，利用TIAPortal軟件的診斷功能，迅速定位到了由于溫度傳感器故障導(dǎo)致的系統(tǒng)異常，及時更換傳感器后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。此外，TIAPortal軟件具有良好的兼容性和擴展性。它能夠與西門子的其他自動化軟件和硬件產(chǎn)品無縫集成，如WinCC上位機監(jiān)控軟件、驅(qū)動系統(tǒng)等，實現(xiàn)整個自動化系統(tǒng)的高效協(xié)同工作。同時，軟件支持多種通信協(xié)議，如PROFINET、PROFIBUS等，方便與其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互和通信。在某商業(yè)綜合體的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，通過TIAPortal軟件實現(xiàn)了PLC與上位機、變頻器、智能電表等設(shè)備的通信，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的全面監(jiān)控和智能化管理。3.3.2控制程序設(shè)計控制程序是基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)的核心，它負責(zé)實現(xiàn)系統(tǒng)的各種控制功能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效節(jié)能。本系統(tǒng)的控制程序主要包括主程序、子程序及中斷程序，各部分程序相互協(xié)作，共同完成系統(tǒng)的控制任務(wù)。主程序是整個控制程序的核心，負責(zé)系統(tǒng)的初始化、工況判斷以及各子程序的調(diào)用。系統(tǒng)啟動時，主程序首先對PLC的硬件設(shè)備和軟件參數(shù)進行初始化，包括設(shè)置輸入輸出端口的工作模式、初始化變量、配置通信參數(shù)等。以溫度傳感器的初始化為例，主程序會設(shè)置其采樣周期、濾波系數(shù)等參數(shù)，確保采集到的溫度數(shù)據(jù)準確可靠。然后，主程序通過實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行參數(shù)，如冷凍水溫度、蓄冰裝置的蓄冰量、電價時段等信息，判斷系統(tǒng)當前所處的工況。若檢測到當前處于夜間低谷電價時段且蓄冰裝置的蓄冰量未達到設(shè)定值，主程序會調(diào)用主機蓄冰子程序，啟動制冷主機進行制冰操作；若處于白天高峰電價時段且空調(diào)負荷較大，主程序會調(diào)用主機+冰槽供冷子程序，使制冷主機與蓄冰裝置聯(lián)合供冷。子程序則負責(zé)實現(xiàn)系統(tǒng)的具體控制功能，如設(shè)備的啟?？刂啤⒄{(diào)節(jié)控制等。制冷主機啟停子程序，當主程序發(fā)出啟動指令時，該子程序會按照預(yù)設(shè)的順序依次啟動制冷主機的油泵、壓縮機等設(shè)備，并監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障，立即停止設(shè)備運行并發(fā)出報警信號。水泵變頻調(diào)節(jié)子程序，根據(jù)冷凍水的流量和溫度反饋信號，通過PID算法計算出變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)冷凍水流量的精確控制，滿足空調(diào)末端的冷量需求。在某寫字樓的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，通過水泵變頻調(diào)節(jié)子程序，根據(jù)不同樓層的空調(diào)負荷變化，實時調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，使冷凍水流量分配更加合理，有效提高了系統(tǒng)的能效。中斷程序用于處理系統(tǒng)中的突發(fā)事件，如故障報警、緊急停機等。當系統(tǒng)檢測到故障信號時，如制冷主機溫度過高、壓力過大等，會觸發(fā)中斷程序。中斷程序立即響應(yīng)，停止相關(guān)設(shè)備的運行，防止故障進一步擴大。同時，通過通信模塊向上位機發(fā)送故障報警信息，顯示故障類型和位置，提醒操作人員及時處理。在某酒店的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，當制冷主機出現(xiàn)過載故障時，中斷程序迅速響應(yīng)，停止制冷主機運行，并將故障信息發(fā)送到上位機，操作人員根據(jù)報警信息及時排查故障原因，更換過載保護裝置后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。通過合理設(shè)計主程序、子程序及中斷程序，實現(xiàn)了對冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的全面、精確控制，提高了系統(tǒng)的自動化水平和運行穩(wěn)定性。3.3.3人機界面設(shè)計人機界面是用戶與冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)進行交互的重要接口，它能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控、報表生成等功能，為用戶提供直觀、便捷的操作體驗。本系統(tǒng)的人機界面設(shè)計利用觸摸屏和上位機軟件相結(jié)合的方式，滿足不同用戶的需求。觸摸屏作為現(xiàn)場操作界面，安裝在控制柜上，方便現(xiàn)場操作人員進行操作。它采用圖形化設(shè)計，界面簡潔直觀，易于操作。在參數(shù)設(shè)置界面，操作人員可以根據(jù)實際需求，設(shè)置冷凍水的目標溫度、制冷主機的啟停時間、蓄冰裝置的蓄冰量上限和下限等參數(shù)。當需要調(diào)整冷凍水的目標溫度時，操作人員只需在觸摸屏上點擊相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置區(qū)域，通過數(shù)字鍵盤輸入新的目標溫度值，即可完成設(shè)置。在狀態(tài)監(jiān)控界面，能夠?qū)崟r顯示系統(tǒng)中各設(shè)備的運行狀態(tài)，如制冷主機的運行狀態(tài)（運行、停止、故障）、水泵的轉(zhuǎn)速、閥門的開度等信息，以及系統(tǒng)的關(guān)鍵運行參數(shù)，如冷凍水溫度、冷卻水溫度、蓄冰量等。通過不同的顏色和圖標來表示設(shè)備的狀態(tài)，綠色表示設(shè)備正常運行，紅色表示設(shè)備故障，方便操作人員快速了解系統(tǒng)的運行情況。在某商場的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，現(xiàn)場操作人員通過觸摸屏能夠?qū)崟r掌握各區(qū)域空調(diào)設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。上位機軟件則提供了更強大的功能和更豐富的信息展示。它采用專業(yè)的監(jiān)控軟件，如西門子WinCC，運行在工業(yè)級計算機上。在上位機軟件的參數(shù)設(shè)置界面，不僅可以進行基本參數(shù)的設(shè)置，還能對系統(tǒng)的控制策略、報警閾值等高級參數(shù)進行調(diào)整。操作人員可以根據(jù)季節(jié)變化、建筑物的使用情況等因素，靈活調(diào)整系統(tǒng)的控制策略，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行。在狀態(tài)監(jiān)控方面，上位機軟件能夠以更直觀的圖形化方式展示系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如繪制系統(tǒng)的運行趨勢圖、設(shè)備的運行狀態(tài)圖等。通過對歷史運行數(shù)據(jù)的分析，生成日報表、月報表和年報表，報表內(nèi)容包括系統(tǒng)的運行時間、能耗、各設(shè)備的運行時長等信息，為系統(tǒng)的運行管理和維護提供數(shù)據(jù)支持。在某大型數(shù)據(jù)中心的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，管理人員通過上位機軟件生成的報表，分析系統(tǒng)的能耗情況，發(fā)現(xiàn)夜間制冷主機的能耗較高，通過調(diào)整控制策略，降低了夜間制冷主機的運行時間，實現(xiàn)了節(jié)能降耗。同時，上位機軟件還支持遠程監(jiān)控功能，操作人員可以通過網(wǎng)絡(luò)遠程訪問上位機，實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程控制和管理，提高了管理效率。四、系統(tǒng)控制策略與功能實現(xiàn)4.1控制策略4.1.1負荷預(yù)測準確的負荷預(yù)測是冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)高效運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它能夠為系統(tǒng)的控制決策提供重要依據(jù)，使系統(tǒng)提前做好應(yīng)對不同負荷需求的準備。本系統(tǒng)采用基于歷史數(shù)據(jù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的負荷預(yù)測方法，充分利用歷史負荷數(shù)據(jù)、室外溫度、濕度以及日期類型（工作日、周末、節(jié)假日）等多維度數(shù)據(jù)進行負荷預(yù)測。在數(shù)據(jù)收集階段，通過安裝在系統(tǒng)中的各類傳感器，長期、持續(xù)地采集建筑物的歷史負荷數(shù)據(jù)，包括不同時間段的冷負荷和熱負荷信息。同時，利用氣象監(jiān)測設(shè)備獲取室外溫度、濕度等氣象數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠反映天氣變化對空調(diào)負荷的影響。記錄日期類型信息，因為不同日期類型下，建筑物的使用情況和人員活動規(guī)律不同，會導(dǎo)致負荷需求存在差異。某商場在工作日和周末的營業(yè)時間、客流量不同，其空調(diào)負荷也會有明顯變化。在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，對收集到的數(shù)據(jù)進行清洗和歸一化處理。清洗數(shù)據(jù)是為了去除數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值，保證數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。對于溫度傳感器采集到的偶爾出現(xiàn)的異常高溫或低溫數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)平滑算法進行修正。歸一化處理則是將不同范圍的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到相同的數(shù)值區(qū)間，以便于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的處理。將負荷數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)等都歸一化到[0,1]區(qū)間。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型選用多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（MLP），它由輸入層、隱藏層和輸出層組成。輸入層接收經(jīng)過預(yù)處理的歷史負荷數(shù)據(jù)、室外溫度、濕度、日期類型等數(shù)據(jù)。隱藏層通過神經(jīng)元之間的連接權(quán)重對輸入數(shù)據(jù)進行特征提取和非線性變換，挖掘數(shù)據(jù)之間的潛在關(guān)系。輸出層則輸出預(yù)測的未來負荷值。為了提高模型的預(yù)測精度，采用了反向傳播算法（BP算法）對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重進行訓(xùn)練和調(diào)整。在訓(xùn)練過程中，將歷史數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集和測試集，利用訓(xùn)練集對模型進行訓(xùn)練，不斷調(diào)整權(quán)重，使模型的預(yù)測值與實際值之間的誤差最小化。然后，用測試集對訓(xùn)練好的模型進行驗證，評估模型的預(yù)測性能。以某商業(yè)建筑為例，通過上述負荷預(yù)測方法，對該建筑未來24小時的空調(diào)負荷進行預(yù)測。預(yù)測結(jié)果顯示，在未來的某一天，上午9點到11點由于商場開始營業(yè)，人員逐漸增多，負荷呈現(xiàn)上升趨勢；下午14點到16點，隨著氣溫升高和商場客流量達到高峰，負荷達到全天最大值；晚上20點以后，商場客流量減少，負荷逐漸降低。實際運行數(shù)據(jù)表明，該預(yù)測方法的平均絕對誤差（MAE）控制在10%以內(nèi)，能夠較為準確地預(yù)測空調(diào)負荷的變化趨勢。準確的負荷預(yù)測為冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制提供了有力支持，使系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)測的負荷情況，合理安排制冷主機和蓄冰裝置的運行，提高系統(tǒng)的運行效率和經(jīng)濟性。4.1.2優(yōu)化控制優(yōu)化控制策略是基于負荷預(yù)測結(jié)果和電價時段，對冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備運行組合進行優(yōu)化，以實現(xiàn)系統(tǒng)運行成本的最小化。該策略充分考慮了系統(tǒng)在不同工況下的運行特性以及峰谷電價的差異，通過合理調(diào)度制冷主機和蓄冰裝置的運行，達到節(jié)能降耗和降低運行成本的目的。在確定設(shè)備運行組合時，首先根據(jù)負荷預(yù)測結(jié)果，計算出不同時間段內(nèi)建筑物所需的冷量。結(jié)合當?shù)氐碾妰r政策，明確峰谷電價時段。在夜間低谷電價時段（如0:00-8:00），優(yōu)先利用制冷主機進行制冰，將冷量儲存到蓄冰裝置中。此時，制冷主機以制冰工況運行，雖然制冰過程中制冷主機的能耗相對較高，但由于低谷電價較低，總體的制冰成本仍然可控。某冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)在夜間低谷電價時段，制冷主機滿負荷運行制冰，每千瓦時的制冰成本僅為高峰電價時段制冷成本的30%。在白天高峰電價時段（如10:00-18:00），根據(jù)實時的負荷需求和蓄冰裝置的蓄冰量，選擇最優(yōu)的供冷模式。當負荷較小時，優(yōu)先采用蓄冰裝置融冰供冷，避免制冷主機在高峰電價時段運行，從而降低運行成本。在某寫字樓的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，在上午10點到12點負荷較小的時段，僅由蓄冰裝置融冰供冷，相比制冷主機供冷，每小時可節(jié)省電費30元。當負荷較大時，采用制冷主機與蓄冰裝置聯(lián)合供冷的模式。通過優(yōu)化算法，確定制冷主機和蓄冰裝置各自提供的冷量比例，使系統(tǒng)在滿足負荷需求的前提下，運行成本最低。利用線性規(guī)劃算法，根據(jù)負荷需求、蓄冰量、電價等約束條件，計算出制冷主機和蓄冰裝置的最優(yōu)供冷分配方案。為了實現(xiàn)優(yōu)化控制，還需要對系統(tǒng)中的水泵、閥門等設(shè)備進行協(xié)同控制。根據(jù)制冷主機和蓄冰裝置的運行狀態(tài)，合理調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，控制冷凍水和冷卻水的流量，確保系統(tǒng)的供冷效果和能源利用效率。在制冷主機與蓄冰裝置聯(lián)合供冷時，通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使冷凍水流量與系統(tǒng)的總冷量需求相匹配，避免水泵的過度能耗。同時，精確控制閥門的開度，實現(xiàn)系統(tǒng)管路中冷量的合理分配。在不同區(qū)域的空調(diào)負荷需求不同時，通過調(diào)節(jié)閥門開度，使冷凍水優(yōu)先流向負荷較大的區(qū)域，保證各個區(qū)域的空調(diào)效果。通過優(yōu)化控制策略的實施，某商業(yè)綜合體的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)運行成本顯著降低。與傳統(tǒng)的控制策略相比，每月的電費支出減少了15%，同時系統(tǒng)的能源利用效率提高了10%。優(yōu)化控制策略有效提高了冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性和節(jié)能性，為用戶帶來了可觀的經(jīng)濟效益。4.2功能實現(xiàn)4.2.1工況轉(zhuǎn)換控制基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)具備高效的工況轉(zhuǎn)換控制功能，能夠根據(jù)系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)、負荷需求以及電價時段等因素，通過PLC精確控制水泵、閥門等設(shè)備，實現(xiàn)不同工況的自動、平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。在夜間低谷電價時段，當系統(tǒng)判定進入主機蓄冰工況時，PLC首先向制冷主機發(fā)送啟動指令，使制冷主機切換至制冰模式。制冷主機的壓縮機開始工作，將制冷劑壓縮成高溫高壓氣體，進入冷凝器散熱后變成高壓液體，再經(jīng)過膨脹閥節(jié)流降壓，進入蒸發(fā)器吸收載冷劑（通常為乙二醇水溶液）的熱量，使載冷劑溫度降低。此時，PLC控制乙二醇泵啟動，將低溫載冷劑輸送至蓄冰裝置。在蓄冰裝置中，載冷劑與水進行熱交換，使水逐漸冷卻并凝固成冰，實現(xiàn)冷量的儲存。同時，PLC控制相關(guān)閥門的開關(guān)狀態(tài)，確保載冷劑在系統(tǒng)中的流向正確，如關(guān)閉通往空調(diào)末端的閥門，打開通往蓄冰裝置的閥門，使系統(tǒng)處于高效的蓄冰狀態(tài)。在白天高峰電價時段，若空調(diào)負荷較小且蓄冰量充足，系統(tǒng)切換至冰槽供冷工況。PLC控制制冷主機停止運行，關(guān)閉制冷主機相關(guān)的閥門。啟動乙二醇泵，將溫度較高的載冷劑從空調(diào)末端輸送至蓄冰裝置。在蓄冰裝置內(nèi)，載冷劑與冰進行熱交換，冰逐漸融化，釋放出冷量，載冷劑被冷卻降溫后，再輸送回空調(diào)末端，為建筑物提供冷量。通過調(diào)節(jié)閥門的開度，PLC可以精確控制載冷劑的流量，以滿足空調(diào)末端的冷量需求。當空調(diào)負荷較大時，系統(tǒng)進入主機+冰槽供冷工況。PLC控制制冷主機啟動并切換至制冷模式，同時啟動乙二醇泵和相關(guān)的冷凍水泵、冷卻水泵。制冷主機生產(chǎn)低溫載冷劑，與蓄冰裝置融冰產(chǎn)生的低溫載冷劑混合后，共同輸送至空調(diào)末端。PLC根據(jù)實時的負荷監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過調(diào)節(jié)制冷主機的能量調(diào)節(jié)裝置、水泵的轉(zhuǎn)速以及閥門的開度，實現(xiàn)制冷主機和蓄冰裝置供冷量的合理分配，確保系統(tǒng)在滿足負荷需求的前提下，運行成本最低。在某商業(yè)綜合體的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，通過PLC的精確控制，系統(tǒng)在不同工況之間的轉(zhuǎn)換迅速且穩(wěn)定。在一天的運行過程中，根據(jù)負荷變化和電價時段，系統(tǒng)多次進行工況轉(zhuǎn)換，如在早上10點左右，隨著商場人流量的增加，負荷逐漸增大，系統(tǒng)從冰槽供冷工況平穩(wěn)切換至主機+冰槽供冷工況；在下午16點左右，負荷達到峰值，PLC進一步優(yōu)化制冷主機和蓄冰裝置的供冷比例，保證了商場內(nèi)的舒適環(huán)境。通過這種高效的工況轉(zhuǎn)換控制，該商業(yè)綜合體的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)運行成本降低了18%，能源利用效率提高了12%，充分體現(xiàn)了基于PLC的工況轉(zhuǎn)換控制功能在冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中的優(yōu)勢。4.2.2設(shè)備啟停控制設(shè)備啟?？刂剖腔赑LC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要功能之一，它依據(jù)設(shè)定的邏輯和條件，對制冷機組、水泵、冷卻塔等設(shè)備進行精準的啟?？刂?，確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。制冷機組作為系統(tǒng)的核心設(shè)備，其啟停控制至關(guān)重要。在系統(tǒng)啟動時，PLC首先對制冷機組的各個部件進行狀態(tài)檢測，如檢查壓縮機的潤滑油壓力、制冷劑的液位、電氣系統(tǒng)的安全性等。若各項檢測指標均正常，PLC按照預(yù)設(shè)的順序依次啟動制冷機組的油泵、壓縮機等設(shè)備。在啟動油泵時，PLC通過控制油泵電機的接觸器，使油泵開始運轉(zhuǎn)，為壓縮機提供潤滑和冷卻。當油泵的壓力達到設(shè)定值后，PLC發(fā)出信號啟動壓縮機。在壓縮機啟動過程中，PLC實時監(jiān)測壓縮機的運行參數(shù)，如電流、電壓、溫度等，確保壓縮機正常啟動。若在啟動過程中出現(xiàn)異常情況，如電流過大、溫度過高，PLC立即停止設(shè)備運行，并發(fā)出報警信號，提示操作人員進行檢查和維修。水泵的啟?？刂苿t根據(jù)系統(tǒng)的流量需求和壓力情況進行。冷凍水泵負責(zé)將冷凍水從制冷機組或蓄冰裝置輸送到空調(diào)末端，其啟停與制冷機組和空調(diào)末端的運行狀態(tài)密切相關(guān)。當制冷機組啟動且空調(diào)末端需要冷量時，PLC啟動冷凍水泵，根據(jù)冷凍水的流量和壓力反饋信號，通過變頻器調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，使冷凍水流量滿足空調(diào)末端的需求。若空調(diào)末端的冷量需求減少，PLC降低冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，甚至停止部分水泵的運行，以節(jié)約能源。冷卻水泵的啟停控制則主要依據(jù)制冷機組冷凝器的溫度和壓力。當制冷機組運行時，冷凝器會產(chǎn)生大量熱量，需要通過冷卻水泵將熱量帶走。PLC根據(jù)冷凝器的溫度和壓力傳感器反饋的信號，控制冷卻水泵的啟停和轉(zhuǎn)速。當冷凝器溫度升高時，PLC啟動冷卻水泵或提高其轉(zhuǎn)速，增加冷卻水的流量，加強散熱；當冷凝器溫度降低到設(shè)定值以下時，PLC降低冷卻水泵的轉(zhuǎn)速或停止部分水泵運行。冷卻塔作為冷卻系統(tǒng)的重要組成部分，其啟?？刂埔灿蒔LC完成。冷卻塔的作用是將冷卻水中的熱量散發(fā)到大氣中，降低冷卻水的溫度。PLC根據(jù)冷卻水的溫度和環(huán)境溫度，控制冷卻塔風(fēng)機的啟停和轉(zhuǎn)速。在夏季高溫時段，當冷卻水溫度較高時，PLC啟動冷卻塔風(fēng)機，并根據(jù)溫度情況調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，增強散熱效果；在春秋季或夜間溫度較低時，PLC可以停止冷卻塔風(fēng)機的運行，減少能耗。在某酒店的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，通過PLC的設(shè)備啟?？刂乒δ?，系統(tǒng)的運行效率得到了顯著提高。在酒店的入住高峰期，制冷機組、水泵和冷卻塔等設(shè)備能夠迅速啟動并穩(wěn)定運行，滿足了酒店大量客房和公共區(qū)域的空調(diào)需求。在入住低谷期，PLC根據(jù)實際負荷情況，合理啟停設(shè)備，如在凌晨時段，關(guān)閉部分冷凍水泵和冷卻塔風(fēng)機，僅保留必要的設(shè)備運行，使系統(tǒng)的能耗降低了30%。通過精確的設(shè)備啟停控制，不僅保證了酒店的舒適環(huán)境，還實現(xiàn)了能源的高效利用和成本的有效控制。4.2.3故障監(jiān)測與報警故障監(jiān)測與報警功能是基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的重要保障，它能夠?qū)崟r監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并處理故障，減少系統(tǒng)停機時間，降低設(shè)備損壞風(fēng)險。系統(tǒng)通過安裝在制冷機組、水泵、冷卻塔等設(shè)備上的各類傳感器，實時采集設(shè)備的運行參數(shù)，如溫度、壓力、電流、振動等。制冷機組的壓縮機上安裝有溫度傳感器和壓力傳感器，實時監(jiān)測壓縮機的排氣溫度和吸氣壓力。PLC對這些采集到的參數(shù)進行實時分析和判斷，與預(yù)設(shè)的正常運行范圍進行對比。若檢測到某個參數(shù)超出正常范圍，如制冷機組的排氣溫度過高，超過了預(yù)設(shè)的報警閾值（一般為80℃），PLC立即判定該設(shè)備出現(xiàn)故障。當PLC檢測到設(shè)備故障時，迅速啟動報警機制。通過控制系統(tǒng)的人機界面，如觸摸屏和上位機軟件，以醒目的顏色和圖標顯示故障信息，如用紅色閃爍的圖標表示制冷機組故障，并顯示故障類型為“排氣溫度過高”。同時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號，如蜂鳴器鳴叫和指示燈閃爍，引起操作人員的注意。報警信息還會通過短信、郵件等方式發(fā)送給相關(guān)的管理人員和維修人員，確保他們能夠及時了解故障情況。在某數(shù)據(jù)中心的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，當一臺冷卻水泵的電機電流突然增大，超過正常范圍時，PLC立即檢測到故障，并在10秒內(nèi)通過人機界面顯示故障信息，同時向運維人員的手機發(fā)送短信報警。除了及時報警，PLC還會記錄故障發(fā)生的時間、設(shè)備名稱、故障類型等詳細信息。這些故障記錄存儲在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，可供操作人員隨時查詢和分析。通過對故障記錄的分析，運維人員可以了解設(shè)備的故障規(guī)律，提前采取預(yù)防措施，如定期對容易出現(xiàn)故障的設(shè)備進行維護和保養(yǎng)。根據(jù)歷史故障記錄，發(fā)現(xiàn)某臺制冷機組的壓縮機在夏季高溫時段經(jīng)常出現(xiàn)過熱故障，運維人員提前對壓縮機的冷卻系統(tǒng)進行了檢查和維護，更換了老化的冷卻風(fēng)扇，增加了散熱片，有效降低了壓縮機過熱故障的發(fā)生概率。故障記錄也為設(shè)備的維修提供了重要依據(jù)，維修人員可以根據(jù)故障記錄快速定位故障原因，制定維修方案，提高維修效率。4.2.4數(shù)據(jù)采集與存儲數(shù)據(jù)采集與存儲功能是基于PLC的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化和管理的基礎(chǔ)，它通過采集系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)并進行存儲，為系統(tǒng)的性能分析、故障診斷和優(yōu)化控制提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)利用安裝在各個關(guān)鍵部位的傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、電量傳感器等，實時采集冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)。在制冷機組的進出口安裝溫度傳感器，實時采集冷凍水和冷卻水的溫度；在水泵的進出口安裝壓力傳感器，監(jiān)測水泵的進出口壓力；在冷凍水和冷卻水的管道上安裝流量傳感器，測量水的流量；通過電量傳感器采集制冷機組、水泵等設(shè)備的耗電量。這些傳感器將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳輸給PLC。PLC對采集到的數(shù)據(jù)進行初步處理，如濾波、放大、歸一化等，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。對于溫度傳感器采集到的波動較大的數(shù)據(jù)，通過濾波算法去除噪聲干擾，得到穩(wěn)定的溫度值。處理后的數(shù)據(jù)一方面用于實時控制，如根據(jù)冷凍水的溫度和流量調(diào)整制冷機組的制冷量和水泵的轉(zhuǎn)速；另一方面，通過通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至上位機。上位機接收到PLC傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，將其存儲在數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，如MySQL，能夠高效地存儲和管理大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲的時間間隔可以根據(jù)實際需求進行設(shè)置，一般為1分鐘至1小時不等。存儲的數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)的實時運行參數(shù)、設(shè)備的啟停狀態(tài)、故障記錄等。在某商業(yè)建筑的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，上位機每天存儲的數(shù)據(jù)量約為50MB，涵蓋了系統(tǒng)24小時的運行信息。這些存儲的數(shù)據(jù)為系統(tǒng)的性能分析和優(yōu)化提供了有力支持。通過數(shù)據(jù)分析軟件，對歷史運行數(shù)據(jù)進行深入分析，繪制運行趨勢圖，了解系統(tǒng)在不同時間段的運行情況。分析冷凍水溫度隨時間的變化趨勢，判斷制冷機組的制冷效果是否穩(wěn)定；通過分析設(shè)備的耗電量，評估系統(tǒng)的能耗情況，找出能耗較高的設(shè)備和時段，為節(jié)能改造提供依據(jù)。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，挖掘數(shù)據(jù)之間的潛在關(guān)系，如分析室外溫度與空調(diào)負荷之間的關(guān)聯(lián)，為負荷預(yù)測提供更準確的數(shù)據(jù)支持。在某酒店的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)夏季下午2點至4點時段，室外溫度較高，空調(diào)負荷較大，且制冷機組的能耗也較高。針對這一情況，酒店優(yōu)化了制冷機組的運行策略，在該時段提前增加制冷量，提高了系統(tǒng)的供冷能力，同時通過調(diào)整水泵和冷卻塔的運行參數(shù)，降低了系統(tǒng)的能耗。五、案例分析5.1項目概況本案例選取大連某大廈作為研究對象，該大廈位于大連市中山廣場金融辦公區(qū)，是一座現(xiàn)代化高檔寫字樓，其地理位置優(yōu)越，周邊商業(yè)氛圍濃厚，對空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能性要求較高。大廈地上17層，地下2層，建筑高度58m，總建筑面積為24000m2。內(nèi)部功能區(qū)域劃分多樣，涵蓋了辦公區(qū)、會議室、休息區(qū)等不同功能空間，各區(qū)域的空調(diào)負荷需求存在差異。辦公區(qū)人員密集，設(shè)備運行時間長，空調(diào)負荷較大；會議室在會議期間人員集中，對空調(diào)的制冷制熱效果要求較高；休息區(qū)人員活動相對較少，負荷需求相對較低。通過詳細的負荷計算，得出該大廈設(shè)計日尖峰負荷為2200kW，全日累計負荷14100kWh。在夏季，由于室外溫度較高，且辦公設(shè)備和人員散熱等因素，空調(diào)負荷需求較大，尤其是在白天工作時段，尖峰負荷較為突出。在冬季，雖然室外溫度較低，但大廈內(nèi)部的人員活動和設(shè)備運行仍會產(chǎn)生一定的熱量，同時為了保證室內(nèi)的舒適溫度，空調(diào)系統(tǒng)需要提供一定的熱量來維持室內(nèi)的熱平衡。準確的負荷數(shù)據(jù)為冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計和選型提供了重要依據(jù)，確保系統(tǒng)能夠滿足大廈不同時段和區(qū)域的空調(diào)需求。5.2系統(tǒng)設(shè)計與實施在系統(tǒng)設(shè)計階段，充分考慮大廈的負荷需求和運行特點，采用了先進的冰蓄冷技術(shù)和基于PLC的控制系統(tǒng)架構(gòu)。選用了杭州華電華源公司生產(chǎn)的導(dǎo)熱塑料盤管蓄冰裝置，其具有諸多優(yōu)勢。槽體為長方形，布置緊湊，有效節(jié)約了機房空間，適合大廈機房面積有限的情況。采用導(dǎo)熱塑料材質(zhì)，不僅導(dǎo)熱性能好，能夠提高蓄冰和融冰的效率，而且重量輕、不腐蝕，減少了設(shè)備維護成本和更換頻率。傳熱面積大，使得結(jié)冰、融冰速率穩(wěn)定，能提供穩(wěn)定的低溫融冰出口溫度（2℃），滿足大廈對冷凍水溫度的嚴格要求。載冷劑管內(nèi)循環(huán)，用量少，降低了運行成本。結(jié)冰厚度薄，有利于提高制冷主機效率。采用不完全凍結(jié)方式，載冷劑出口溫度穩(wěn)定，能實現(xiàn)大溫差低溫送風(fēng)空調(diào)，提高了空調(diào)系統(tǒng)的能效。儲冰盤管優(yōu)化組合，流量分配較均勻，保證了蓄冰裝置的高效運行。儲冰裝置由基本儲冰盤管單元拼裝連接組成，結(jié)構(gòu)尺寸可以調(diào)節(jié)，空間適應(yīng)性強，外結(jié)冰型式無內(nèi)應(yīng)力，使用壽命長，設(shè)計使用壽命達30年，減少了設(shè)備更新帶來的成本和麻煩。在控制系統(tǒng)方面，選用西門子S7-1200系列PLC作為核心控制單元，其強大的運算能力和豐富的通信接口，能夠滿足大廈冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)對多個設(shè)備的精確控制需求。通過合理配置輸入輸出模塊，連接各類傳感器和執(zhí)行器，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行參數(shù)的實時采集和設(shè)備的精準控制。采用溫度傳感器實時監(jiān)測冷凍水、冷卻水和蓄冰裝置的溫度，壓力傳感器監(jiān)測系統(tǒng)壓力，流量傳感器測量水流量等。根據(jù)這些傳感器采集的數(shù)據(jù)，PLC通過控制電動閥的開度、變頻器的頻率以及制冷主機的啟停，實現(xiàn)對系統(tǒng)的精確控制。利用變頻器調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，根據(jù)實際負荷需求調(diào)整水流量，達到節(jié)能的目的。在系統(tǒng)實施過程中，嚴格按照設(shè)計方案進行設(shè)備安裝和調(diào)試。確保蓄冰裝置、制冷機組、水泵、閥門等設(shè)備的安裝位置準確，連接牢固。對管道進行嚴格的密封性測試，防止漏水現(xiàn)象的發(fā)生。在電氣安裝方面，遵循相關(guān)標準和規(guī)范，確保布線整齊、標識清晰，保證電氣系統(tǒng)的安全可靠運行。在調(diào)試階段，對系統(tǒng)進行全面的測試，包括設(shè)備的啟停測試、工況轉(zhuǎn)換測試、控制精度測試等。對制冷機組進行多次啟停測試，檢查其啟動和停止的穩(wěn)定性；模擬不同的負荷情況，測試系統(tǒng)在主機蓄冰、主機供冷、主機+冰槽供冷、冰槽供冷等工況之間的轉(zhuǎn)換是否順暢；通過調(diào)整傳感器的輸入信號，測試PLC對設(shè)備的控制精度是否滿足要求。對測試過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時進行整改，確保系統(tǒng)能夠正常運行。經(jīng)過精心的設(shè)計和實施，大連某大廈的冰蓄冷中央空調(diào)控制系統(tǒng)順利投入使用，為大廈的舒適運行提供了可靠保障。5.3運行效果分析經(jīng)過一段時間的實際運行，對大連某大廈冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的運行效果進行了對比分析，結(jié)果表明冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在運行費用和節(jié)能效果等方面具有顯著優(yōu)勢。在運行費用方面，根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計日運行費用為2738.65元，而常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計日運行費用為3729.3元。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)充分利用夜間低谷電價制冰，在白天高峰電價時段減少制冷主機的運行時間，通過蓄冰裝置融冰供冷，有效降低了運行成本。相比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計日節(jié)省運行費用990.65元。若按照一年300天的空調(diào)運行時間計算，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)每年可節(jié)省運行費用297195元，經(jīng)濟效益十分顯著。這對于大廈的運營管理來說，能夠有效降低成本，提高經(jīng)濟效益。在節(jié)能效果方面，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)了電力的移峰填谷，減少了白天高峰時段的電力消耗。在夏季用電高峰時段，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)通過融冰供冷，降低了制冷主機的負荷，減少了電力需求。與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在高峰時段的電力消耗降低了30%左右。這不僅緩解了電網(wǎng)的供電壓力，也減少了發(fā)電過程中的能源消耗和污染物排放，具有良好的社會效益和環(huán)境效益。通過對系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在夜間低谷電價時段的制冰能耗雖然較高，但由于利用了低價電，且在白天高峰時段減少了制冷主機的高能耗運行時間，總體能耗相比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)降低了15%左右，節(jié)能效果明顯。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在實際運行中，能夠根據(jù)負荷需求和電價時段，通過基于PLC的控制系統(tǒng)實現(xiàn)高效的工況轉(zhuǎn)換和設(shè)備啟停控制。在負荷變化時，系統(tǒng)能夠快速、準確地切換運行模式，確保室內(nèi)溫度穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)。在上午辦公區(qū)域人員逐漸增多，負荷增大時，系統(tǒng)能夠及時從冰槽供冷模式切換到主機+冰槽供冷模式，保證了室內(nèi)的舒適環(huán)境。系統(tǒng)的故障監(jiān)測與報警功能也發(fā)揮了重要作用，能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備故障，保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在某制冷機組出現(xiàn)壓力異常時，系統(tǒng)迅速報警并采取相應(yīng)的保護措施，避免了設(shè)備的