火力发电厂中央空调监控系统的研究与设计.pdf

自 动化与仪器仪表 2 0 1 4 年4 期 总第 1 7 4 期 火力发 电厂 中央空调监控 系统的研 究与设计 牛春刚 ，刘淑静 中国核 电工程有 限公 司河北分公司，河北石 家庄0 5 0 0 1 9 。 河北交通职业技术学院运输管理 系，河北石 家庄0 5 0 0 3 5 摘要针对某电厂 I O 0 0 MW机组工程 电子设备间、集控室的通风要求，通过对空调系统功能、温湿度控制进行了分 析，搭建了一套中央空调监控系统。系统采用了施耐德公司的空调专用P L C ，其结构合理、功能完备、运行稳定可靠、易 于维修，取到了良好效果。 关键词中 央空调控制；P L C ；温湿度控制 Ab s t r a c t Ce n t r a l a i r - c o n d i t i o n i n g c o n t r o l s y s t e m i s d e s i g n e d b a s e d O H d e s i r e o f c e n t r a l c o n tr o l - r o o m a n d e l e c t r o n i c e q u i p me n t r o o m i n o n e c o a l fir e d p o we r p l a n t wh i c h i s I O 0 0 MW u n i t ． Th e p a p e r d e t a i l e d l y d e s c r i b e s t h e f u n c t i o n ， t e mp e r a t u r e a n d h u mi d i - t y c o n tro 1 ． S c h n e i d e r S p e c i fic P LC i s a d o p t e d wi th r e a s o n a b l e c o n fig u r a t i o n ， s e l f - c o n t a i n e d f u n c t i o n ， a n d r e l i a b l e o p e r a t i o n an d e a s y t o ma i n tai n ． Ke y wo r d s Ce n tra l Ai r _ C0 n d i t i O n i n g Co n tro l ； P LC； T e mp e r a t u r e a n d h u mi d i t y Co n tr o l 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 - 9 2 2 7 2 0 1 4 0 4 0 o 8 5 一 O 3 1 工艺概 况 1 ． 1 空调对 象 随着国内技术水平和 自动化程度的提高，火力发电厂的生 产环 境得到 了大幅 改善。但 集控室和 电子设备 间对 于空气参数 的要求比较高，其中电子设备间装有全厂的电气、控制机柜 等 ，是机 炉 电运行 的控制核 心，集控室除 了是值班操作 人员的 工作场合，同时放置了大量的后备盘、炉膛监视器、操作台 等，这就要求对环境的温湿度和洁净度有严格的要求。 某 电厂 I O 0 0 MW 机组工程集中控制楼 1 4 ． 7 0 m层的集中控 制室 含工程师站 、电子设备间根据要求分别设置 1 套独立 的全空气式空调系统，空调系统采用顶送项回形式。两套空调 系统全年运行，夏季制冷，空调冷冻水来 自制冷站，冬季采 暖，热源来 自主厂房热水采暖加热站，过渡季节尽可能使用室 外新风 ，以节约能源 。 室外设计参数为冬季温度一1 0 ％ 2 ，相对湿度 5 5 ％；夏季 温度 3 6 ． 5 ℃，相对 湿度 7 5 ％。 室 内设计 参数为 冬季温度 2 4 C1 ℃ ，相对湿度 6 2 1 0 ％；夏季温度2 6 q C 1 C，相对湿度6 2 ％ 1 0 ％ 。 1 ． 2 空调 系统概 述 集控室空调监控系统设置2 台空调机组，布置在2 8 ． 0 0 m平 面 ，B ～ C列 1 0 - 1 2 号柱 间 。电子设备 间空调系 统设置 2台空调 机组 ，布置在 2 8 ．0 0 m平面，6 ／ D 8 ／ D柱间。 单台空调机组由回风段、新回风段、初效过滤段、中间 段、中效过滤器段、表冷段、中间段、加热段、加湿段及送风 段等组成。在正常运行时，空气处理机一用一备，配置如图1 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 2 1 8 作者 简介 牛春刚 1 9 8 0 一 ，男 ，河北灵寿 县人 ，硕 士研 究生 主要从事核 电仪控 ，火电厂热工 自 动化等方面的研究与设计。 I ／ 组 合 式 空 调 机 纽 1 _ _ I 1 T ／ H 图 1 中央空调配置系统图 集控室和电子设备间内分别安装了室内温湿度传感器，取 平均值作为调节空调的温湿度参数。 2 控制 系统 2 ． 1 系统功能 根据业 主对 中央空调系统的要求 ，以及设计指标要 求，对 控制系统功能提出如下要求 操作员在控制室可实现远程手动、全自动／ 就地模式； 对主 要设 备如 风机 等进行 运行 监视 、手 动启停 以及 远地 “ 硬手动 ”功 能； 为满足风量和新风比的调节，采纳定风量系统设计； 风道防火阀的控制与消防系统联锁 ，并反馈动作状态 ； 控制系统提供各设备的实时运行数据，配以柱状图或曲线 图进行监视设备运行，并提供分析数据； 对集控室和电子设备区域，进行可温度度调节，实现换季 运行和冷热区间的平稳切换； 通过传感器等检测设备监视各设备如水泵、过滤器等设备 的运行状况，并判断设备是否需要维护或检修等； 可通过工程师站或操作员站下达指令，实现 自动模式下的 全 自动操作或 “ 软手动 ”操作 。 8 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 火力发电厂中央空调监控系统的研究与设计牛春刚等 2 ． 2控制 系统的设计与应用 2 ．2 ． 1 监控方案 集中控制室空调系统与电子设备间空调系统的监控方案如 图 2 所示 雌 - 一 * _ ． * o ． t *。 - ＆ 4 。 2 抽 。 - * 。 图 2 空调机组P I D图 根据工艺要求，空调机组的监控点数， 以一台空调机组 为例说明见表 1 。 表 1 空调机组的监控点表 序号 控制回路或监测 功能与陛能描述 通过对设定值与测量值的差值进行 P I D控制热、 冷阀开 1 回风温湿度控制 度， 调节回风温度。通过控制加湿器打开和关闭， 保证 回 风湿度。 2空 气 质 量 控 制 ，风 阀 控 制 鲞 霸 爨 } 饕 蒉 誊 嚣 省 翥 器 { 妻 爱 璺 3 新风温湿监测 作为一年合理利用室外新风冷源的判断根据。 4 监控信号 监控送风段温度， 监控机组运行／停止状态。 保护监控 报警 联 动 6 定时启停及维护 7 节能控制 8 送风温湿度监控 当冬季室外温度低于2 摄氏度时停机， 调节阀的开度设为 1 5 ％， 表冷器温度低于 5 摄 氏度时报警， 并开启热水调节 阀开 度。 各监控数据超限报警 ， 过滤器前后堵塞报警， 风机异常报 警 。 季节切换与调节阀的正、 反切换 ， 机组启停与调节阀、 风 阀联动。 可根据工作时间表实现定时启停机组， 统计机组的运行 时间， 以及提示维护等。 在过度季节， 根据C 0 2 浓度， 调节排风量减少热损 ， 目的 是节能。 对于空间较大的空调区域 ， 空调系统具有较大惯性特性 ， 通过设置送风温湿度参数监测有效防止在调节过程中发 生超限现象． 同时也可作为中间变量实行串级调节。 2 ． 2 ． 2 空调控制 系统 的构成 空调机组本体控制系统由2 套P L C与上位机组成，本体控 制系统与暖通程控系统设有冗余通讯接口。正常运行时，在辅 控网操作员站可实现对空调机组整体启停，安装调试及设备检 修时，通过就地操作员进行操作。 硬件系统连接图如图3 所示。 8 6 图3 空调控制系统的构成 2 ． 2 ．3 主要控制回路 1 空气温度调节系统 当温度调节系统以回风温度参数作为控制依据时，温度信 号存在较大的滞后性，从而导致被控参数超调的现象发生，影 响了控制效果和空调系统的安全运行。 通过设置送风温湿度参数能够第一时间反馈调节手段的影 响，同时将其作为中间变量实现串级控制，可防止室内温度超 调，提高系统的调节品质。 其串级调节系统框图如图4 所示。 图4 送风温度串级调节系统框图 夏季制冷采用表冷段冷却空气的温度调节，空调冷冻水 来自制冷站。水量的量调节可利用双通阀改变通过表冷段的冷 水量来调节；水温的调节可利用三通阀改变冷冻水和回水的混 合 比调节水温 ；调节 通过表冷段的风量来调节最后混合后 的送 风温度。 冬季加热采用加热段加热空气的温度调节，热源来自主 厂房 热水采 暖加热站。水量的量调节可利用双通 阀改变通过 加 热段的热水量来调节；水温的调节可利用三通阀改变热水和回 水 的混合比调节水温；调节通过加热段的风量来调节最后 混合 后的送风温度。 2 空气湿度调节系统 在夏季，由于空气湿度较大，需要降低湿度；而冬季由于空 气干燥，又需要加大湿度。系统除湿可通过控制表冷阀来实现， 空气加湿通过加湿器启动来实现。同时，与温度调节系统一样， 湿度调节系统利用回风湿度来进行调节，系统必然会滞后，因 此，也采用了与送风湿度控制相串联的方式，如图5 所示。 图5 送风相对湿度串级调节 系统框 图 3 空气质量控制 根据室内空气要求的二氧化碳含量，调节混风流量，排风 量和送风量随着混风量的增加而减小，或反之。控制框图如图 6 所示 。 图6 空气品质调节系统框图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表} 2 0 1 4 年4 期 总第 1 7 4 期 4 系统联锁 空调机组起动顺序控制为起动送风机、开启新风阀、起 动回风机、开启排风阀、开启回水调节阀、开启加湿阀。 空调机组停机顺序控制为停送风机、停加湿阀、关闭回 水阀、停回风机、关排风阀和新风阀、打开回风阀。 火灾情况下由上位机统一发出指令停机。 机组切换当空调系统在2台机组之间切换时，应严格按 照逻辑顺序开闭相关设备，否则会形成风道喘振或反转现象。 其顺序为关表冷 段或加热段调节 阀，停送 、 回风机 ，关送 、回 风 门；开 启第 2台机组送 、 回风 门，起 送 、回风机 ，开冷水 或 加热段调节阀，进入正常运行状态。 排 烟 当火灾发 生被 扑灭后 ，空调系 统的回风风机作为排 风风机，回风管可作为排烟风管进行排烟控制。 3 控制系统设备选型 3 ． 1 硬件设备 空调机组设备表如表3 所示 表 3 空调机组设备表 3 ．2 软件 实现 施耐德 空调专用控制器提供 了基本的运算处理功 能函数和 通用的控制软件模块，如P I D 自适应控制、趋势记录与分析、 顺控、报警。利用控制器内专属软件模块进行编程连接，使被 控设备达 到了最佳 的控制效果 。 4 结论 本文通过对某电厂 1 0 0 0 MW机组工程集控室和电子设备间 的中央空调系统的设计与研究，阐述了温湿度、空气品质等的 控制，根据系统功能选择施耐德P L C控制器作为控制手段，该 系统 己运 行，效果 良好。 参考文献 [ 1 】郭永吉， 王兴贵． P L C在中央空调改造系统中的应用[ J ] ． 电气自动化 E l e c t r i c a l a u t o m a t i o n ， 2 0 0 7 年第2 9 卷第5 期． 【 2 ]敖顺荣． 中央通风空调系统节能控制方案探讨[ J ] ． I N T E L L I G E N T B U I L D ING ， 2 0 0 8 年， 总第 9 0 ． 9 2 期． 【 3 ]刘明涛． 火力发电厂单元控制室空调系统设计的思考[ J 】 ． 制冷与空 调 R e f r i g e r a t i o n A i r C o n d i t i o n i n g ， 2 0 0 3 年第4 期． [ 4 ]4杨 芳， 张 瞳． 智 能 化 中央 空 调 监 控 系 统 [ J ] ． 河 南 科 技 J o u r n a l o f He n a n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 1 ． 7 ． [ 5 】郭向阳． 定风量空调系统的监测与自动控制[ J ] ． 制冷 R e f r i g e r a t i o n ， 2 0 0 1 年9 月， 第2 O 卷第3 期． 【 6 ]定风量与变风量空调系统的检测与控制[ J ] ． B A手册摘录， 2 0 0 7 年4 月， 第 l 卷， 第 2 期． [ 7 ]费伟东． 现代控制理论在电厂中央空调系统中的应用研究【 J ] l 自动 化技 术 与应用 T e c h n i q u e s o f Au t o mi o n a n d Ap p l i c a t i o n s ， 2 0 0 8年 第 2 7 卷第 1 期． [ 8 ]易伟峰． 发电厂中央空调的智能化设计[ J ] l 湖南电力 H u n a n E l e c t r i c P o w e r ， 第2 6 卷， 2 0 0 6 年第5 期． [ 9 】 黄勇理， 瞿坦， 付军． 一个高性能中央空调控制系统的设计实例[ J ] ． 设计 参考， 2 0 0 0 年第 3 O 卷 ． [ 1 0 】 陈曦， 常金朝， 刘俊峰． 中央空调系统监控设计[ J ] l 微计算机信息 C o n t r o l Au t o ma t i o n ， 2 0 0 7 年 1 6 期． 上接第8 4页 3 ． 3 测量结果 表1 测量结果 在表 1 中，我们可以看到，经过对不同输入信号采取不同 分频系数后，测量的频率值的误差范围都很小，测量采样时间 均控制在 5 0 ms 以内。改进的M／ T算法可以达到较好结果。 4 结束语 文 中介绍了一种基于C AN总线频率变送安全栅的设计方 案 ，其特 点在于 结合现场 总线及本质安全实现 了传统 DC S 控制 系统到 F C S 控制系统的过渡。并在设计中采用 了改进的M／ T 算法在提高测量精度的同时，保证响应时间，得到了市场的 认可 。 参考 文献 [ 1 ] 白海成， 陈星， 郝 刚， 何熙文 ， 智能等精度频率计的设计与实现[ J 】 ， 微处 理机 ， 2 0 0 5 6 8 7 ～ 9 3 ． 【 2 】杨 潇 ， 翟玉文， 艾学忠， 基于 C P L D和V H D L的等精度频率测量【 J ] ， 吉林化 工学 院学报 ， 2 0 0 4 ，2 1 3 4 9 ～ 6 1 ． [ 3 ]李锶， 刘先文， 段 日文， 一种改进型等精度宽频频率计的设计[ J ] ， 湖 南理工学 院学报 自然科学版 ， 2 0 0 7 ， 2 0 2 5 3 ～ 5 6 ． [ 4 】张凤登． 现场总线技术与应用．北京 科学出版社， 2 0 0 8 ．9 ． [ 5 ]籁文娟 ， 曾 利， 雷雨能． 基于C 8 0 5 1 F 0 4 5 单片机的轮速测量电路设计 [ J ] ． 四川兵工学报 ， 2 0 1 3 3 1 0 3 ． 1 0 5 ． [ 6 】G B 3 8 3 6 ．4 ． 2 0 0 0 ． 爆炸性气体环境用电器设备 第4 部分 本质安全型 “ 州s ] ． 8 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m