一种用于冷水机组的节能控制系统及方法与流程

1.本发明涉及轨道交通建设技术领域，具体为一种用于冷水机组的节能控制系统及方法。


背景技术：

2.随着中央空调系统在地铁中的广泛应用，冷水机组的能耗往往是空调系统能耗的重要组成部分，在实际工程中，冷水机组系统的电耗占到空调系统总电耗的一半以上，其运行效率对空调系统的整体效率有显著影响；因此，冷水机组系统的高效节能成为空调系统节能的关键。
3.由于地铁工程建设的特殊性，目前车站内的集中空调设备为一次性投资到位，其容量对应的负荷值均为远期晚高峰时段的空调负荷值，但在近期的运营阶段，负荷相对较小。空调系统大部分时间都在低于设计负荷的工况下运行，且没有考虑客流量的变化；通过采用冷水机组群控系统的综合应用，实现空调系统的智能自动化监控，将车站温度控制在合理区域内，避免了传统控制方式下按时间表开启冷水机组、风机、水泵等设备，避免了车站温度过低而造成的能源浪费，实现节能运行。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于冷水机组的节能控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.第一方面，提供一种用于冷水机组的节能控制系统，包括：
6.冷水机组，用于产生吸收室内热量所需的冷冻水；
7.冷冻泵，用于将冷水机组产生的冷冻水加压后送入冷冻水管道；
8.冷却泵，用于冷却水压入冷却塔；
9.冷却塔，用于对冷却水进行降温；
10.压力传感器，用于测量各个设备和阀组运行时的压力；
11.温度传感器，用于测量室内温度、冷冻水和冷却水温度；
12.电子水处理仪，用于改善冷冻水和冷却水的物理和化学性质，净化去除污染物并防止水垢；
13.加药装置，在冷冻水和冷却水中添加化学药剂用于改善水质；
14.定压补水装置，用于补充冷却水循环和冷冻水循环中消耗的水，确保循环系统稳定运行；
15.压差旁通阀，用于根据压差的变化实现流量调节和压力平衡；
16.电动二通阀，使用电动装置来控制冷却水和冷冻水的流量；
17.群控模块，群控模块通过通讯线和各个设备和阀组的控制箱控制柜相连接，通过控制线和冷水机组相连接，所述群控模块还包括群控柜和主机；群控柜用于进行设备的启停控制、冷水机组台数控制、冷却水温控制、补水箱的自动补水控制、二通阀的开度控制，自
动监测冷水机组冷冻水泵冷却水泵、冷却塔、定压补水装置、水处理设备的故障过载报警；主机，用于提供操作界面，设定和修改系统的各类运行参数，给群控柜发出动作指令；
18.多个控制箱和控制柜，各个设备和阀组之间都独立设置控制箱或控制柜，通过控制箱或控制柜的接口，将信号传递到群控模块；通过设置接口对接，开关量信号为无源干接点信号。
19.具体地，冷水机组由蒸发器、压缩机、冷凝器、过滤器和膨胀阀和组成，所述压缩机用于将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂，所述冷凝器通过冷却水和高温高压的气态制冷剂之间的热交换，将高温高压的气态制冷剂冷却成高压液态制冷剂，所述过滤器用于过滤高压液态制冷剂中的杂质和颗粒物，所述膨胀阀用于调节高压液态制冷剂流量，使高压液态制冷剂变为低压低温液态制冷剂，所述蒸发器用于冷冻水和液态制冷剂之间的热量交换，制冷剂从液态转为气态，吸收冷冻水的热量。
20.冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、电动二通阀、压差旁通阀与冷水机组联锁，1台冷水机组对应1台冷却塔冷却水泵、冷冻水泵。接到主动作指令后，由群控模块计时器决定开启运行时间，给对应的冷水机组、冷却泵、冷冻泵、电动二通阀、压差旁通阀和冷却塔发出动作指令，实现相应设备的启停；群控模块冷水机组控制采用微电脑plc控制系统，机组的所有元器件都装在一个控制箱内。
21.群控模块会采集和控制各类输入输出信号，实现多台冷水机组的远程管理控制，同时也把冷冻泵、冷却泵和冷却塔等的联锁控制纳入管理。主机监测和控制这些设备的各种重要参数，并作为管理者的操作界面，在该界面上，通过对设备运行状态的了解，设定或修改各类运行参数，如设定冷机运行时间表、修改冷却水进水温度设定值等。
22.群控模块能够根据具体工况，进行设备的启停控制、冷水机组台数控制、冷却水温控制、补水箱的自动补水控制、二通阀的开度控制，自动监测冷水机组冷冻水泵冷却水泵、冷却塔、定压补水装置、水处理设备的故障过载报警。
23.具体地，主机还包括主控制器、副控制器、第一前馈控制器、第二前馈控制器和水温控制器；所述主控制器根据室内温度测量值，生成主控制信号给所述副控制器，所述第一前馈控制器根据冷冻水回水温度测量值，生成第一控制信号给所述副控制器，所述第二前馈控制器根据冷却水进水温度测量值，生成第二控制信号给所述副控制器，所述副控制器根据主控制信号、第一控制信号、第二控制信号和冷冻水供水温度测量值，生成控制信号对膨胀阀进行调节；所述水温控制器根据冷却水进水温度测量值，生成水温控制信号对冷却塔进行调节。
24.第二方面，提供一种用于冷水机组的节能控制方法，包括以下步骤：
25.s5-1，获取冷水机组历史数据和环境历史数据；冷水机组历史数据包括冷冻水回水温度、冷冻水供水温度、冷冻水压差和电能消耗等，环境历史数据包括环境温度、相对湿度和人流量等；
26.s5-2，测量当前的环境数据；
27.s5-3，根据当前环境数据和冷水机组历史数据，确定需要开启的冷水机组数量和冷水机组的运行状态，给系统中的设备发出开机指令，生成设定值给控制器；
28.s5-4，系统先开启冷却塔风机和冷却水阀，再开启冷却泵，接着开启冷冻水阀和冷冻泵，并且每开启一个设备之后，都需要经过群控模块确认才能开启下一设备；
29.s5-5，系统进行自检，检测系统中的冷却水电动二通阀是否打开，冷却水泵、冷冻水泵是否正常运转，水流开关检测是否有系统运行需要的最低水量，冷却水温度是否满足开机要求；当检测完毕所有检测结果都达到开机条件时，冷水机组启动，群控模块发出的开启指令为非强制性指令，当任一设备或部件检测结果不能正常工作时，冷水机组均不能开启；
30.s5-6，所有设备开启之后，系统通过四冲量控制和冷却水进水温度控制方式调整室内温度，在系统运行过程中，在运行过程中，当任一设备或部件发生问题时，冷水机组均停止工作，上传故障信号至主机，重新开启能正常运行的设备；
31.s5-7，系统运行时间达到设定时间之后，先关闭冷水机组，接着关闭冷冻泵和冷冻水阀，然后关闭冷却泵，最后关闭冷却水阀和冷却塔风机，并且每关闭一个设备之后，都需要经过群控模块确认才能关闭下一设备。
32.在步骤s5-3中，所述确定需要开启的冷水机组数量和冷水机组的运行状态包括以下步骤：
33.s6-1，获取历史环境数据和冷水机组历史数据，计算每个冷水机组的历史制冷量；
34.s6-2，建立制冷量需求的神经网络模型；
35.s6-3，建立人流量的神经网络模型；
36.s6-4，使用人流量的神经网络模型得到人流量的预测值，通过人流量预测值和制冷量需求神经网络模型得到未来的制冷量需求；
37.s6-5，根据制冷量需求，确定需要开启的冷水机组、各个冷水机组的温差δt。
38.在步骤s6-5中，还包括：
39.s7-1，获取冷水机组的历史数据；
40.s7-2，计算每个冷水机组的历史制冷量q，q＝k
×
l
×
e，其中，k＝1.163是换算系数，将吨转换为千瓦；l是冷冻水流量，是单位时间内通过冷水机组的冷冻水量，单位为吨每小时；e是冷冻水温差，是冷冻水供水口回水口之间的温度差；冷冻水流量通过压力传感器测量压差，采用伯努利方程或者流体动能方程进行计算；
41.s7-3，计算每个冷水机组的综合性能系数cop，cop＝q/es，es为电能消耗，大小为冷水机组及支撑冷水机组工作的所有设备总的用电量；
42.s7-4，将温差和cop在平面直角坐标系中绘制出来，温差为横坐标，将这些离散的数据点通过二次函数拟合方式进行连续化，得到连续的二次函数f(x)；当温差较小时，即冷冻水回水温度和供水温度之间的差距较小，此时冷却介质与周围环境之间的温度差异较小，热量传递更顺利，制冷效率较高；当温差增大时，较大的温差会导致热量传递的不均匀，增加了系统内部温度梯度，造成传热阻力增加，制冷效率降低；当温差过小时，支撑冷水机组运行的冷冻泵、冷却泵和冷却塔等设备的能耗占比较大，使得制冷效率降低，综合性能系数cop总体趋势为先上升再下降的形式，因此通过二次函数对数据点进行拟合，也可采取其余的多项式函数或符合函数对数据点进行拟合；
43.s7-5，对f(x)求一阶导数得到f'(x)，根据f'(x)找到cop最大时的温差；
44.s7-6，重复步骤s7-4和s7-5，确定所有冷水机组的cop最大时对应的温差；
45.s7-7，分别计算cop最大时，每个冷水机组的制冷量；按照cop从大到小的顺序，逐个挑选冷水机组，直到制冷量大于或等于所述制冷量需求；选中的冷水机组将会被开启，未
被选中的冷水机组则不会被开启。
46.制冷量需求的神经网络模型，形式为q＝g(a,b,t1,t2)，t1为室内温度、a为人流量，b为相对湿度，t2为环境温度数据，输入为历史室内温度、人流量、相对湿度和环境温度数据，输出为历史制冷量需求数据，采用梯度下降法更新各个神经网络模型g的权值和偏置，其中历史制冷量需求数据为历史所有运行的冷水机组制冷量总和。
47.人流量的神经网络模型，形式为a
t
＝h(a
t-1
,b,t2)，a
t
为t时刻的人流量，a
t-1
为t-1时刻的人流量，输入为t-1时刻的人流量、相对湿度和环境温度历史数据，输出为t时刻的人流量数据，采用梯度下降法更新神经网络模型h的权值和偏置，其中时间间隔设置为30分钟，也可根据实际情况设置为其他值。
48.利用人流量的神经网络模型，输入当前时刻的人流量a
t
、相对湿度和环境温度数据，得到下一时刻的人流量预测值a
t+1
，a
t+1
＝h(a
t
,b,t2)，将人流量预测值a
t+1
、室内温度、相对湿度和环境温度数据作为制冷量需求的神经网络模型，即可得到所需要的制冷量，q＝g(a
t+1
,b,t1,t2)其中室内温度设置为需要车站达到的温度。
49.系统运行时间设定为地铁车站的开放时间，设定完成之后不再进行更改，而冷水机组的数量和运行状态按照时间间隔自动进行调整。
50.根据制冷量需求得到温差δt之后，用冷冻水回水温度减去温差δt得到冷冻水供水温度，也是主控制器的设定值。
51.在步骤s5-6中：
52.所述四冲量控制为冷冻水供水温度制冷剂流量串级控制、冷冻水回水温度前馈控制和冷却水进水温度前馈控制；所述冷冻水供水温度制冷剂流量串级控制通过调整膨胀阀改变制冷剂流量，进而改变冷冻水供水温度；所述冷冻水回水温度前馈控制通过事先对冷冻水回水温度进行测量，由第一前馈控制器根据冷冻水回水温度测量值，生成第一控制信号抵消冷冻水回水温度波动对冷冻水供水温度的影响；所述冷却水进水温度前馈控制，通过事先对冷却水进水温度进行测量，由第二前馈控制器根据冷却水进水温度测量值，生成第二控制信号抵消冷却水进水温度波动对冷冻水供水温度的影响；
53.所述冷却水进水温度控制，用于将冷却水进水温度维持在设定值，当冷却水进水温度出现波动时，水温控制器对冷却塔进行调节，使冷却水进水温度回到设定值，在冷却水进水温度回到设定值的过程中，由冷却水进水温度前馈控制抵消冷却水进水温度波动对冷冻水供水温度的影响。
54.冷却水进水温度设定值根据对设备运行状态的了解进行设置，用于辅助四冲量控制将冷冻水供水温度控制在设定值；在空调制冷的过程中，制冷剂流量经过蒸发器之后影响冷冻水供水温度，制冷剂流量和冷冻水供水温度之间存在时间延长，采用串级控制方式，由主控制器输出副控制器的设定值，副控制器对制冷剂流量进行控制，能够更快克服制冷剂流量波动对冷冻水供水温度的影响，改善控制效果；冷却水进水温度和冷冻水回水温度都会对冷冻水供水温度产生影响，采用前馈控制的方式，在冷却水进水温度和冷冻水回水温度对冷冻水供水温度产生影响之前，由前馈控制器输出控制信号抵消波动对冷冻水供水温度的影响，提高响应速度。
55.主控制器、副控制器、第一前馈控制器、第二前馈控制器和水温控制器可以采用pid控制、自适应控制、模糊控制等控制算法或者其组合形式。
56.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：在群控模块的综合控制中，通过冷水机组的启停控制、冷水机组工作状态控制和冷却进水温度控制；实现系统根据外界负荷的变化,自动计算系统实际所需的制冷量,自行调整冷水机组的运行状况和台数,实现最大程度的节能。
附图说明
57.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
58.图1是本发明实施例一种用于冷水机组的节能控制系统结构示意图；
59.图2是本发明实施例冷水机组的结构示意图；
60.图3是本发明实施例四冲量控制和冷却水进水温度反馈控制的结构示意图。
具体实施方式
61.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
62.图1是本发明实施例一种用于冷水机组的节能控制系统结构示意图，包括：
63.冷水机组，用于产生吸收室内热量所需的冷冻水；
64.冷冻泵，用于将冷水机组产生的冷冻水加压后送入冷冻水管道；
65.冷却泵，用于冷却水压入冷却塔；
66.冷却塔，用于对冷却水进行降温；
67.压力传感器，用于测量各个设备和阀组运行时的压力；
68.温度传感器，用于测量室内温度、冷冻水和冷却水温度；
69.电子水处理仪，用于改善冷冻水和冷却水的物理和化学性质，净化去除污染物并防止水垢；
70.加药装置，在冷冻水和冷却水中添加化学药剂用于改善水质；
71.定压补水装置，用于补充冷却水循环和冷冻水循环中消耗的水，确保循环系统稳定运行；
72.压差旁通阀，用于根据压差的变化实现流量调节和压力平衡；
73.电动二通阀，使用电动装置来控制冷却水和冷冻水的流量；
74.群控模块，群控模块通过通讯线和各个设备和阀组的控制箱控制柜相连接，通过控制线和冷水机组相连接，所述群控模块还包括群控柜和主机；群控柜用于进行设备的启停控制、冷水机组台数控制、冷却水温控制、补水箱的自动补水控制、二通阀的开度控制，自动监测冷水机组冷冻水泵冷却水泵、冷却塔、定压补水装置、水处理设备的故障过载报警；主机，用于提供操作界面，设定和修改系统的各类运行参数，给群控柜发出动作指令；
75.多个控制箱和控制柜，各个设备和阀组之间都独立设置控制箱或控制柜，通过控制箱或控制柜的接口，将信号传递到群控模块；通过设置接口对接，开关量信号为无源干接点信号。
76.本发明实施例一种用于冷水机组的节能控制方法包括以下步骤：
77.s5-1，获取冷水机组历史数据和环境历史数据；冷水机组历史数据包括冷冻水回水温度、冷冻水供水温度、冷冻水压差和电能消耗等，环境历史数据包括环境温度、相对湿度和人流量等；
78.s5-2，压力传感器和温度传感器测量当前的环境数据；
79.s5-3，根据当前环境数据和冷水机组历史数据，确定需要开启的冷水机组数量和冷水机组的运行状态，给系统中的设备发出开机指令，生成设定值给控制器；
80.s5-4，系统先开启冷却塔风机和冷却水阀，再开启冷却泵，接着开启冷冻水阀和冷冻泵，并且每开启一个设备之后，都需要经过群控模块确认才能开启下一设备；
81.s5-5，系统进行自检，检测系统中的冷却水电动二通阀是否打开，冷却水泵、冷冻水泵是否正常运转，水流开关检测是否有系统运行需要的最低水量，冷却水温度是否满足开机要求；当检测完毕所有检测结果都达到开机条件时，冷水机组启动，群控模块发出的开启指令为非强制性指令，当任一设备或部件检测结果不能正常工作时，冷水机组均不能开启；
82.s5-6，所有设备开启之后，系统通过四冲量控制和冷却水进水温度控制方式调整室内温度，在系统运行过程中，在运行过程中，当任一设备或部件发生问题时，冷水机组均停止工作，上传故障信号至主机，重新开启能正常运行的设备；
83.s5-7，系统运行时间达到设定时间之后，先关闭冷水机组，接着关闭冷冻泵和冷冻水阀，然后关闭冷却泵，最后关闭冷却水阀和冷却塔风机，并且每关闭一个设备之后，都需要经过群控模块确认才能关闭下一设备。
84.在步骤s5-3中，确定需要开启的冷水机组数量、冷水机组的运行状态和系统的运行时间还包括以下步骤：
85.s6-1，获取历史环境数据和冷水机组历史数据，计算每个冷水机组的历史制冷量；
86.s6-2，建立制冷量需求的神经网络模型，输入为历史室内温度、人流量、相对湿度和环境温度数据，输出为历史制冷量需求数据，采用梯度下降法更新各个神经元的权值和偏置，其中历史制冷量需求数据为历史所有运行的冷水机组制冷量总和；
87.s6-3，建立人流量的神经网络模型，输入为当前时刻的人流量、相对湿度和环境温度历史数据，输出为30分钟之后的人流量数据，采用梯度下降法更新各个神经元的权值和偏置，其中时间间隔设置为30分钟，也可根据需求设定为其他值；
88.s6-4，使用人流量的神经网络模型得到人流量的预测值，通过人流量预测值和制冷量需求神经网络模型得到未来的制冷量需求，输入为当前的相对湿度、环境温度、30分钟后人流量的预测值和要求达到的室内温度t1，相对湿度和环境温度在30分钟内不会发生较大的变化，可以使用当前时刻测量值，而人流量可能会发生较大变化，因此使用预测值，如果要求车站内的温度维持在20摄氏度，那么t1就设置为20；
89.制冷量需求的神经网络模型，形式为q＝g(a,b,t1,t2)，t1为室内温度、a为人流量，b为相对湿度，t2为环境温度数据，输入为历史室内温度、人流量、相对湿度和环境温度数据，输出为历史制冷量需求数据，采用梯度下降法更新各个神经网络模型g的权值和偏置，其中历史制冷量需求数据为历史所有运行的冷水机组制冷量总和。
90.人流量的神经网络模型，形式为a
t
＝h(a
t-1
,b,t2)，a
t
为t时刻的人流量，a
t-1
为t-1
时刻的人流量，输入为t-1时刻的人流量、相对湿度和环境温度历史数据，输出为t时刻的人流量数据，采用梯度下降法更新神经网络模型h的权值和偏置，其中时间间隔设置为30分钟，也可根据实际情况设置为其他值。
91.利用人流量的神经网络模型，输入当前时刻的人流量a
t
、相对湿度和环境温度数据，得到下一时刻的人流量预测值a
t+1
，a
t+1
＝h(a
t
,b,t2)，将人流量预测值a
t+1
、室内温度、相对湿度和环境温度数据作为制冷量需求的神经网络模型，即可得到所需要的制冷量，q＝g(a
t+1
,b,t1,t2)，其中室内温度t1设置为需要车站达到的温度。
92.s6-5，根据制冷量需求，确定需要开启的冷水机组、各个冷水机组的温差δt。
93.根据制冷量需求得到温差δt之后，用冷冻水回水温度减去温差δt得到冷冻水供水温度，也是主控制器的设定值；水温控制器设定值根据对设备运行状态的了解进行设置，用于辅助四冲量控制将冷冻水供水温度控制在设定值。
94.在步骤s6-5中，还包括：
95.s7-1，获取冷水机组的历史数据；
96.s7-2，计算每个冷水机组的历史制冷量q，q＝k
×
l
×
e，其中，k＝1.163是换算系数，将吨转换为千瓦；l是冷冻水流量，是单位时间内通过冷水机组的冷冻水量，单位为吨每小时；e是冷冻水温差，是冷冻水供水口回水口之间的温度差；冷冻水流量通过压力传感器测量压差，采用伯努利方程或者流体动能方程进行计算；
97.s7-3，计算每个冷水机组的综合性能系数cop，cop＝q/es，es为电能消耗，大小为冷水机组及支撑冷水机组工作的所有设备总的用电量；
98.s7-4，将温差和cop在平面直角坐标系中绘制出来，温差为横坐标，将这些离散的数据点通过拟合方式进行连续化，得到连续函数f(x)；
99.s7-5，对f(x)求一阶导数得到f'(x)，找到f'(x)为零的点，综合根据f'(x)和f(x)找到cop最大时的温差；
100.s7-6，重复步骤s7-4和s7-5，确定所有冷水机组的cop最大时对应的温差；
101.s7-7，分别计算cop最大时，每个冷水机组的制冷量；按照cop从大到小的顺序，逐个挑选冷水机组，直到制冷量大于或等于所述制冷量需求；选中的冷水机组将会被开启，未被选中的冷水机组则不会被开启。
102.确定需要开启的冷水机组之后，群控模块给对应的设备控制柜发出启动和控制指令，控制柜再根据指令执行相应的动作。
103.冷水机组开启之后，采用四冲量控制和冷却水进水温度控制来实现控制室内温度的目的；四冲量控制为冷冻水供水温度制冷剂流量串级控制、冷冻水回水温度前馈控制和冷却水进水温度前馈控制；冷冻水供水温度制冷剂流量串级控制通过调整膨胀阀改变制冷剂流量，进而改变冷冻水供水温度；冷冻水回水温度前馈控制通过事先对冷冻水回水温度进行测量，由第一前馈控制器根据冷冻水回水温度测量值，生成第一控制信号抵消冷冻水回水温度波动对冷冻水供水温度的影响；冷却水进水温度前馈控制，通过事先对冷却水进水温度进行测量，由第二前馈控制器根据冷却水进水温度测量值，生成第二控制信号抵消冷却水进水温度波动对冷冻水供水温度的影响；冷却水进水温度控制，用于将冷却水进水温度维持在设定值，当冷却水进水温度出现波动时，水温控制器对冷却塔进行调节，使冷却水进水温度回到设定值，在冷却水进水温度回到设定值的过程中，由冷却水进水温度前馈
控制抵消冷却水进水温度波动对冷冻水供水温度的影响。
104.在冷水机组运行的过程中，群控模块监视冷水机组冷却塔风机、冷冻泵、冷却泵、电动压差旁通阀、冷却水侧二通阀、定压补水裴置、水处理设备和加药装置等的运行状态，监测冷冻水供/回水温度、冷冻水流量、冷却水供/回水温度、冷却水流量、冷冻水流开关状态、冷却水流开关状态，并分别累计冷水机组、冷却泵、冷冻泵冷却塔的运行时间。群控模块能够监视结果,进行设备的启停控制、冷水机组台数控制、冷却水温控制、补水箱的自动补水控制、二通阀的开度控制，自动监测冷水机组冷冻水泵冷却水泵、冷却塔、定压补水装置、水处理设备的故障过载报警。
105.当地铁车站关闭时，达到设定的系统运行时间，按照顺序关闭所有的设备。
106.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
107.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于冷水机组的节能控制系统，其特征在于，包括：冷水机组，用于产生吸收室内热量所需的冷冻水；冷冻泵，用于将冷水机组产生的冷冻水加压后送入冷冻水管道；冷却泵，用于冷却水压入冷却塔；冷却塔，用于对冷却水进行降温；压力传感器，用于测量各个设备和阀组运行时的压力；温度传感器，用于测量室内温度、冷冻水和冷却水温度；电子水处理仪，用于改善冷冻水和冷却水的物理和化学性质，净化去除污染物并防止水垢；加药装置，在冷冻水和冷却水中添加化学药剂用于改善水质；定压补水装置，用于补充冷却水循环和冷冻水循环中消耗的水，确保循环系统稳定运行；压差旁通阀，用于根据压差的变化实现流量调节和压力平衡；电动二通阀，使用电动装置来控制冷却水和冷冻水的流量；群控模块，群控模块通过通讯线和各个设备和阀组的控制箱控制柜相连接，通过控制线和冷水机组相连接，所述群控模块还包括群控柜和主机；群控柜用于进行设备的启停控制、冷水机组台数控制、冷却水温控制、补水箱的自动补水控制、二通阀的开度控制，自动监测冷水机组冷冻水泵冷却水泵、冷却塔、定压补水装置、水处理设备的故障过载报警；主机，用于提供操作界面，设定和修改系统的各类运行参数，给群控柜发出动作指令；多个控制箱和控制柜，各个设备和阀组之间都独立设置控制箱或控制柜，通过控制箱或控制柜的接口，将信号传递到群控模块；通过设置接口对接，开关量信号为无源干接点信号。2.根据权利要求1所述的一种用于冷水机组的节能控制系统，其特征在于，所述冷水机组包括蒸发器、压缩机、冷凝器、过滤器和膨胀阀，所述压缩机用于将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂，所述冷凝器通过冷却水和高温高压的气态制冷剂之间的热交换，将高温高压的气态制冷剂冷却成高压液态制冷剂，所述过滤器用于过滤高压液态制冷剂中的杂质和颗粒物，所述膨胀阀用于调节高压液态制冷剂流量，使高压液态制冷剂变为低压低温液态制冷剂，所述蒸发器用于冷冻水和液态制冷剂之间的热量交换，制冷剂从液态转为气态，吸收冷冻水的热量。3.根据权利要求1所述的一种用于冷水机组的节能控制系统，其特征在于，冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、电动二通阀、压差旁通阀与冷水机组联锁，1台冷水机组对应1台冷却塔冷却水泵、冷冻水泵。接到动作指令后，由群控模块计时器决定开启运行时间，给对应的冷水机组、冷却泵、冷冻泵、电动二通阀、压差旁通阀和冷却塔发出动作指令,实现相应设备的启停；群控模块冷水机组控制采用微电脑plc控制系统，机组的所有元器件都装在一个控制箱内。4.根据权利要求1所述的一种用于冷水机组的节能控制系统，其特征在于，所述主机还包括主控制器、副控制器、第一前馈控制器、第二前馈控制器和水温控制器；所述主控制器根据冷冻水供水温度测量值，生成主控制信号给所述副控制器，所述第一前馈控制器根据冷冻水回水温度测量值，生成第一控制信号给所述副控制器，所述第二前馈控制器根据冷
却水进水温度测量值，生成第二控制信号给所述副控制器，所述副控制器根据主控制信号、第一控制信号、第二控制信号和制冷剂流量测量值，生成控制信号对膨胀阀进行调节；所述水温控制器根据冷却水进水温度测量值，生成水温控制信号对冷却塔进行调节。5.一种用于冷水机组的节能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s5-1，获取冷水机组历史数据和环境历史数据；s5-2，测量当前的环境数据；s5-3，根据当前环境数据和冷水机组历史数据，确定需要开启的冷水机组数量和冷水机组的运行状态，给系统中的设备发出开机指令，生成设定值给控制器；s5-4，系统先开启冷却塔风机和冷却水阀，再开启冷却泵，接着开启冷冻水阀和冷冻泵，并且每开启一个设备之后，都需要经过群控模块确认才能开启下一设备；s5-5，系统进行自检，检测系统中的冷却水电动二通阀是否打开，冷却水泵、冷冻水泵是否正常运转，水流开关检测是否有系统运行需要的最低水量，冷却水温度是否满足开机要求；当检测完毕所有检测结果都达到开机条件时，冷水机组启动，群控模块发出的开启指令为非强制性指令，当任一设备或部件检测结果不能正常工作时，冷水机组均不能开启；s5-6，所有设备开启之后，系统通过四冲量控制和冷却水进水温度控制方式调整室内温度，在系统运行过程中，在运行过程中，当任一设备或部件发生问题时，冷水机组均停止工作，上传故障信号至群控模块，重新开启能正常运行的设备；s5-7，系统运行时间达到设定时间之后，先关闭冷水机组，接着关闭冷冻泵和冷冻水阀，然后关闭冷却泵，最后关闭冷却水阀和冷却塔风机，并且每关闭一个设备之后，都需要经过群控模块确认才能关闭下一设备。6.根据权利要求5所述的一种用于冷水机组的节能控制方法，其特征在于，在步骤s5-3中，所述确定需要开启的冷水机组数量、冷水机组的运行状态和系统的运行时间包括以下步骤：s6-1，获取历史环境数据和冷水机组的历史数据，计算冷水机组的制冷量历史数据；s6-2，建立制冷量需求的神经网络模型；s6-3，建立人流量的神经网络模型；s6-4，使用人流量的神经网络模型得到人流量的预测值，通过人流量预测值和制冷量需求神经网络模型得到未来的制冷量需求；s6-5，根据制冷量需求，确定需要开启的冷水机组、各个冷水机组的温差δt。7.根据权利要求5所述的一种用于冷水机组的节能控制方法，其特征在于，在步骤s6-5中，还包括：s7-1，获取冷水机组的历史数据；s7-2，计算每个冷水机组的历史制冷量q，q＝k
×
l
×
e，其中，k＝1.163是换算系数，将吨转换为千瓦；l是冷冻水流量，是单位时间内通过冷水机组的冷冻水量，单位为吨每小时；e是冷冻水温差，是冷冻水供水口回水口之间的温度差；冷冻水流量通过压力传感器测量压差，采用伯努利方程或者流体动能方程进行计算；s7-3，计算每个冷水机组的综合性能系数cop，cop＝q/es，es为电能消耗，大小为冷水机组及支撑冷水机组工作的所有设备总的用电量；s7-4，将温差和cop在平面直角坐标系中绘制出来，温差为横坐标，将这些离散的数据
点通过拟合方式进行连续化，得到连续函数f(x)；s7-5，对f(x)求一阶导数得到f'(x)，根据f'(x)找到cop最大时的温差；s7-6，重复步骤s7-4和s7-5，确定所有冷水机组cop最大时对应的温差；s7-7，分别计算cop最大时，每个冷水机组的制冷量；按照cop从大到小的顺序，逐个挑选冷水机组，直到制冷量大于或等于所述制冷量需求；选中的冷水机组将会被开启，未被选中的冷水机组则不会被开启。8.根据权利要求5所述的一种用于冷水机组的节能控制方法，其特征在于，在步骤s5-6中：所述四冲量控制为冷冻水供水温度制冷剂流量串级控制、冷冻水回水温度前馈控制和冷却水进水温度前馈控制；所述冷冻水供水温度制冷剂流量串级控制通过调整膨胀阀改变制冷剂流量，进而改变冷冻水供水温度；所述冷冻水回水温度前馈控制通过事先对冷冻水回水温度进行测量，由第一前馈控制器根据冷冻水回水温度测量值，生成第一控制信号抵消冷冻水回水温度波动对冷冻水供水温度的影响；所述冷却水进水温度前馈控制，通过事先对冷却水进水温度进行测量，由第二前馈控制器根据冷却水进水温度测量值，生成第二控制信号抵消冷却水进水温度波动对冷冻水供水温度的影响；所述冷却水进水温度控制，用于将冷却水进水温度维持在设定值，当冷却水进水温度出现波动时，水温控制器对冷却塔进行调节，使冷却水进水温度回到设定值，在冷却水进水温度回到设定值的过程中，由冷却水进水温度前馈控制抵消冷却水进水温度波动对冷冻水供水温度的影响。

技术总结
本发明公开了一种用于冷水机组的节能控制系统及方法，涉及轨道交通建设的技术领域，可增强对空调系统的自动控制，同时增强冷水机组的自行调节运行，提高运行的安全性和节能性；系统包括启停控制、加载和卸载、冷却水温控制、定压补水装置控制、补水箱补水控制、压差旁通阀控制、水处理设备控制；同时还包括群控模块在提高运行效率、降低劳动强度、强化诊断能力、协作完成工作等方面的作用以及运用。协作完成工作等方面的作用以及运用。协作完成工作等方面的作用以及运用。


技术研发人员：王浩 戴禹 王扬 王东东 周希敏 王凡 舒刚 高鹏伟 周涛
受保护的技术使用者：中建安装集团南京建设有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/8