模糊控制系统在中央空调上的应用

摘要：本文介绍模糊控制技术在中央空调系统上的应用，并通过中央空调改造的案例分析以阐明BKS控制系统控制节能原理及效果。

Abstract: In this paper, introduce the fuzzy control technology applying in the central air conditioning system, by the concrete case analysis ，to clarify the BKS control system's the energy saving principle and the effect.

关键字：模糊控制 中央空调 BKS系统 节能

Key word: Fuzzy control technology air-condition BKS control system energy saving

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

一 、模糊控制系统原理在中央空调系统的应用

1.模糊控制： 利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法，以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，利用反馈系统中的误差信号e(t)及其变化率de(t)/dt来计算控制量的方法称为模糊控制

2.中央空调模糊控制原理

中央空调系统是一个多变量的、复杂的、时变的系统，其过程要素之间存在着严重的非线性、大滞后及强耦合关系。对这样的系统，无论用经典的PID控制，还是现代控制理论的各种算法，都很难实现较好的控制效果。

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制，尤其适合于中央空调这样复杂的、非线性的和时变性系统的控制。基于模糊控制的变频调速可以实现中央空调水系统真正意义上的变温差、变压差、变流量运行，使控制系统具有高度的跟随性和应变能力，可根据对被控动态过程特征的识别，自适应地调整运行参数，以获得最佳的控制效果。

二、中央空调系统的智能模糊控制的节能原理

(1) 冷冻水系统采用最佳输出能量控制

冷冻水系统采用最佳输出能量控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量亦随之变化，流量计、压差传感器和温度传感器将检测到的这些参数送至模糊控制器，模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时计算出末端空调负荷所需的制冷量，以及各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量的最佳值，并以此调节各变频器输出频率，控制冷冻水泵的转速，改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行在模糊控制器给出的最优值。

由于冷冻水系统采用了输出能量的动态控制，实现空调主机冷媒流量跟随末端负荷的需求供应，使空调系统在各种负荷情况下，都能既保证末端用户的舒适性，又最大限度地节省了系统的能量消耗。

(2)冷却水系统采用最佳热转换效率控制

冷却水及冷却塔风机系统采用最佳转换效率控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，中央空调主机的负荷率将随之变化，主机冷凝器的最佳热转换温度也随之变化。模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，计算出主机冷凝器的最佳热转换温度（拐点温度）及冷却水最佳出、入口温度，并以此调节冷却水泵和冷却塔风机变频器的输出频率，控制冷却水泵和冷却塔风机转速，动态调节冷却水的流量和冷却塔风机的风量，使冷却水的进、出口温度逼近模糊控制器给出的最优值，从而保证中央空调主机随时处于最佳转换效率状态下运行。

由于冷却水系统采用最佳转换效率控制，保证了中央空调主机在满负荷和部份负荷的情况下，均处于最佳工作状态，始终保持最佳的能源利用率（即 COP 值），从而降低了空调主机的能量消耗，同时因冷却水泵和冷却塔风机经常在低于额定负荷下运行，也最大限度地节约了冷却水泵和冷却塔风机的能量消耗。

三、 项目选用的产品及技术介绍

1.产品概况

BKS 系列控制系统是贵州汇通华城公司发明的将当今先进的计算机技术、模糊控制技术、系统集成技术和变频调速技术集合应用于中央空调系统控制的最新科技成果。

2.产品控制原理

BKS系统由模糊控制器、冷冻水泵智能控制柜、冷却水泵智能控制柜、风机智能控制（箱）、现场模糊控制箱及过程参数采集设备等构成。系统采用分布式控制，由管理层（模糊控制柜）和控制层 （水泵智能控制柜、风机智能控制箱等）二级网络构成。系统对中央空调冷却水及主机系统采用系统模糊优化的控制方法，当环境温度、空调末端负荷发生变化时，中央空调主机的负荷率将随之变化，系统的最佳转换效率也随之变化。模糊控制器在动态预测控制冷媒循环的前提下，依据所采集的空调系统实时数据及系统的历史运行数据，计算出水系统最佳温度，并与检测到的实际温度进行比较，动态调节水流量、冷却塔风量，使系统转换效率达到最佳值，保证中央空调系统在各种负荷条件下，均处于最佳工作状态，从而实现中央空调系统能耗最大限度的降低。

3.产品功能

3.1数据的集中监视和设备的自动控制

3.2设备保护功能：水系统流量（温度）保护、电气保护。

3.3服务质量控制功能：系统提供全天服务质量的查询和修改功能，用户可根据空调实际负荷状况分级设定服务质量，实现输出能量控制。

3.5状态监控：系统提供设备运行参数的实时监控。

3.6数据分析：系统提供能耗曲线、主机效率曲线、电耗累计值、操作记录和故障记录等数据，以对整个中央空调系统的运行情况进行分析。

四、案例

1.系统情况

该酒店位于广州番禺繁华路段，汇聚商务、餐饮、娱乐、住宿于一体，空调使用面积24000M2，空调总制冷量900冷吨，设2台空调机组，单位面积设计制冷量250W/M2，中央空调系统原设计为定流量运行，无自动控制系统。

2.原系统配置

离心式空调主机单机制冷量：450USRt电机功率：313kW 2台

一次冷冻水泵流量：265m3/ h 扬程：64m功率：75kW 2台

冷却水泵流量：288m3/ h 扬程：62.5m功率：75kW 2台

冷却塔风机功率：15kW 2台

3.技术改造方案

3.1 系统配置

(1)冷冻水模糊控制系统

一次冷冻水泵变流量模糊控制系统配置了编号为LWK1-1、型号为FBQ2003T-75型1套冷冻水泵智能控制柜分别切换控制CP1-1、CP1-2、2台冷冻水泵。于冷冻水供、回水总管、支管上分别安装水温传感器。于冷冻水供、回水总管间配置有水流压差传感器。于冷冻水供水总管上配置有流量计。

(2）冷却水模糊控制系统

冷却水变流量模糊控制系统配置了编号为LQK-1、型号为FBQ2003T-75型1套冷却水泵智能控制柜分别控制CTP-1、CTP-2、2台冷却水泵。于冷却水进、出总管上分别安装水温传感器。

（3）冷却塔风机模糊控制系统

冷却塔风机变流量模糊控制系统配置了编号为FJX-1型号为FJX-4型1套冷却塔风机智能控制箱分别控制CT-1、CT-2、2台冷却塔风机。

4.应用效果

中央空调系统通过安装BKS系统，实施节能改造后，实际运行结果表明：

1.运行安全、稳定、可靠，达到设备技术要求；

2.自动化程度较高，能及时、准确地自动跟踪末端空调负荷运行；

3.实现了空调泵组的软启动、软停止、运行平滑稳定，改善了设备的启停性能和减小设备磨损；

4.系统具有强大的管理功能和安全保护功能，确保整个空调系统优化、安全的运行；

5.实现了中央空调系统最大限度的节能，系统（主机、冷冻水泵、冷冻水泵、冷却塔风机）综合节电达24.89%。

参考文献：

1.陈虹 楼宇自动化技术与应用机械工业出版社 2003

2.何耀东 何青中央空调 治金工业出版社 2001

3.李金川郑智慧 空调制冷自动控制系统运行于管理中国建材工业出版社 2006

3.孙亮杨鹏自动控制原理 北京工业大学出版社2006

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。