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摘要：本文根据笔者所参建的某工程实例，分析了空调冷冻水系统的特点，并分别讨论空调机组、冷却塔换热器和冷冻水换热器这3种冷却方式的控制方案，通过尽量使用高性能指数冷却源、合理分担负荷、设备间协调运行实现精确控制、节能高效的目的。
关键词：冷却水；控制；方案
中图分类号：U664.81+4文献标识码： A 文章编号：
某生产车间总建筑面积51000㎡，车间内有多台恒温恒湿空调机组，分别为多个设备测量间和电子信息机房服务；同时，为了提高焊接质量和生产效率，车间内采用了数百台焊接机器人。焊接机器人在工作过程中焊接电流大、温度高，需要采用循环冷却水系统保证其正常工作。
车间制冷站设在车间屋顶机房内，制冷站包括冷冻水系统和冷却水系统2部分。冷冻水系统主要为恒温恒湿空调机组和冷却水系统提供冷源(供／回温度14℃／20℃)；冷却水系统主要为车间焊接机器人提供冷却水(供／回温度35℃／40℃)。笔者以车间冷却水系统(简化图如图1所示)为例，讨论其控制策略。
1控制原则
系统采用了三种冷却水冷却方式，分别为，空调机组、冷却塔换热器和冷却塔冷冻水换热器，这三种方式的性能系数(COP)依次降低，所以控制策略应该尽量多用空调机组冷却，尽量少用冷冻水换热器冷却。最后确定3种冷却方式的控制关系为：当上一种冷却方式的冷却温度达不到设定值时，启用下一种冷却方式继续冷却。
冷却水系统主要设备包括冷却塔、冷却水泵、换热器等，各类设备均包含多台设备并行运行。控制策略应根据负荷变化，相应地增加或减少设备的运行台数，使各个设备合理分担负荷。
各类设备间的能耗往往是相互影响的，控制策略应以整个系统的能耗最小为目标，而不是以某类设备或子系统的能耗最小为目标。
2用户侧冷却水泵控制
2．1泵的联锁控制
系统共有5台用户侧冷却水泵(PU1～PU5)，其中1台作为备用。根据负荷情况，启动1～4台运行。泵的运行是整个冷却水系统运行的条件，它与静压力P1联锁。当冷却水系统启动时，若P1正常(≥0．5bar)，第一台泵启动；若P1过低(<0．4bar)持续30S，停止所有正在运行的泵，并发出报警。
2．2供回压差控制
冷却水用户负荷的变化会引起冷却水供回压差DP1的波动。通过反向PI(比例积分)法调节泵的转速和旁通阀RV1的开度，使供回压差DP1达到设定值(6．5bar)，其控制方式如下：
1)当PI值为0～50％时，调节RV1的开度为100％～0；
2)当PI值为50％～100％时，调节4台正在运行的泵的转速40％～100％。
2．3泵的启停控制
系统启动时，第一台泵启动运行；系统停止时，停止所有正在运行的泵。
若正在运行的泵的转速≥98持续2min，增加1台泵运行；当多于1台泵运行时，若泵的转速<60％持续2min，减少1台泵运行。
2．4冷却水泵故障切换
当某一台正在运行的泵出现故障(如：变频器故障、过载)时，立即切换到备用泵。
3空调机组冷却方式
车间共安装了8台风量为100000m³／h的空调机组为车问通风服务。根据工厂所在地气温冬冷夏暖、寒冷期长、高温时段短的特点，空调机组采用冬季送热风、其他季节送新风的方式。为了节约能源，空调机组的加热方式采用了预热器段和加热器段：预热器段与冷却水系统连接；加热器段与车间供热系统连接。在冬季，可以使用空调机组预热器为冷却水系统的冷却水降温。这样，通过循环方式把焊接机器人产生的热量传送到空调机组的预热器，不仅能够降低冷却水降温所需的能耗，同时还会降低空调机组加热所需的能耗。
3．1运行条件
当同时满足下面2个条件时，使用空调机组冷却方式为冷却水降温。此时，打开阀BV1和BV3，关闭阀BV2。
1)室外温度<15℃；
2)至少一个空调机组的预热器调节阀开度(RV2RV9)>10％
当下面任一个条件满足时，退出空调机组冷却方式。此时，关闭阀BV1和BV3，打开阀BV2。
1)室外温度>17℃；
2)所有空调机组的预热器调节阀开度(RV2RV9)<1％。
3．2预热器调节阀控制
预热器调节阀RV2～RV9既受空调机组本身控制，又受冷却水系统控制，取二者的较小值作为实际控制值。
通过PI法调节RV2～RV9，使温度T1达到设定值(32℃)。
4冷却塔换热器冷却方式
4．1运行条件
当温度T1>35℃时，使用冷却塔换热器冷却方式为冷却水降温。
当温度T1<33．5℃时，退出冷却塔换热器冷却方式。
4．2换热器启动控制
换热器HE1配有开关阀BV4，调节阀RV10和出水温度T2；换热器HE2类似。启动换热器时，相应地打开开关阀，通过PI法控制调节阀；关闭换热器时，相应地关闭开关阀和调节阀。
当运行条件满足时，启动第1台换热器，关闭阀BV6；当运行条件不满足时，关闭所有换热器，打开阀BV6。
换热器HE1和HE2的额定功率均为1600kW，假定最大进出水温差为5．5℃，则额定功率下的流量约为250m³／h。
当用户侧流量C1>250m³或第1台换热器的出水温度>35℃时，启动第2台换热器；当用户侧流量C1<230m³／h且第1台换热器的出水温度<33．5℃时，关闭第2台换热器。
4．3换热器出水温度控制
通过正向PI法控制换热器调节阀的开度和冷却塔变频风机的转速使换热器出水温度达到设定值(33℃)，其控制方式如下：
1)当PI值为0～30％时，换热器调节阀开度范围为0～100％；
2)当PI值为30％～100％时，冷却塔变频风机的转速范围为0～100％。
4．4冷却塔侧冷却水泵控制
系统共有5台冷却塔侧冷却水泵PU6～PU10，其中1台作为备用。根据负荷情况，启动1～4台运行。水泵运行是使用冷却塔换热器方式降温的运行条件，它与静压力P2联锁。
当调节阀RV10的开度>5％或调节阀RV11的开度>5％时，若P2正常(≥0．5bar)，第一台泵启动；当RV10和RV11的开度均为0，或P2过低(<0．4bar)时，停止所有正在运行的泵，并发出报警。
通过PI法调节水泵的转速范围为40％～100％，使供回压差DP2达到设定值(1．5bar)。
若正在运行的泵的转速≥98％持续2min，增加1台泵运行；当多于1台泵运行时，若泵的转速<60％持续2min，减少1台泵运行。
当某一台正在运行的泵出现故障(如变频器故障、过载)时，立即切换到备用泵。
4．5冷却塔启动控制
冷却塔RA1配有开关阀BV11；冷却塔RA2～RA4类似。启动冷却塔时，相应地打开开关阀；关闭冷却塔时，相应地关闭开关阀。冷却塔RA1～RA4额定功率为800kw，假定最小进出水温差为4℃，則额定功率下的流量约为170m³／h。
当冷却塔换热器冷却方式运行条件满足时，启动第1台冷却塔；当运行条件不满足时，关闭所有冷却塔。
当C2流量>170m³／h时，启动第2台冷却塔；当C2流量<150m³／h时，关闭第2台冷却塔。
当C2流量>340m³／h时，启动第3台冷却塔；当C2流量<320m³／h时，关闭第3台冷却塔。
当C2流量>510m³／h时，启动第4台冷却塔；当C2流量<490m³／h时，关闭第4台冷却塔。
4．6冷却水温度T6最低控制
通过反向PI法调节旁通阀RV12和冷却塔变频风机使冷却水温度T6不低于5℃，其控制方式如下：
1)当PI值为0～50％时，冷却塔变频风机的转速范围为100％～20％；
2)当PI值为50％～100％时，RV12的开度范围为0～100％。
4．7冷却塔的其他控制
1)变频风机控制
共有3个PI值控制冷却塔变频风机：2个换热器的出水温度控制PI值，1个冷却水温度最低控制PI值。取前2个PI值中的较大值，将该较大值与最后1个PI值比较，取较小值作为实际控制值。
2)冷却塔模式冷却塔为干湿两用冷却塔。当室外温度低于15℃时，以干式模式运行，关闭喷淋泵；当室外温度高于17℃时，以湿式模式运行，启动喷淋泵。
3)冷却塔水位
在湿式模式下冷却塔通过浮球检测水位的方式自动补充由于喷淋而蒸发消耗的水量，使水位保持在设定高度。补水管路与软化水站连接。在湿式模式下冷却塔有最低水位限制，由水位开关检测，并与喷淋泵互锁。
4)冷却塔排水报警
当室外温度低于5℃后，发出报警，通知维护人员手动排出冷却塔内的水。
5)冷却塔故障切换
当正在运行的冷却塔发生下列故障时，自动转换到下一个冷却塔：变频器风机故障、维修开关关闭、喷淋泵故障、水位过低、通讯故障和远程I／0站电源关闭。
5冷冻水换热器冷却方式
5．1温度T5控制
当温度T5>35℃时，使用冷冻水换热器冷却方式为冷却水降温。通过正向PI法控制RV13和RV14的开度使温度T5达到设定值(35℃)，其控制方式如下：
1)当PI值为0～50％时，控制HE3调节阀RV13的开度范围为0～1O0％；
2)当PI值为50％～100％时，控制HE4调节阀RV14的开度范围为0～100％。
5．2换热器启动控制
当调节阀RV13的開度>10％时，打开阀BV7，关闭阀BV8；当调节阀RV13的开度<1％
时，关闭阀BV7，打开阀BV8。
当调节阀RV14的开度>10％时，打开阀BV9，关闭BV10；当调节阀RV14的开度<7％时，
关闭阀BV9，打开阀BV10。
6结束语
综上所诉，在实践中应根据设备参数和运行工况计算、调试其控制参数，使系统运行在最佳状态。随着设备运行年限的增加，设备的性能也在变化。可以让系统在运行过程中根据设备参数和运行工况自动计算和调节控制参数，提高系统的智能性。
关键词：冷却水；控制；方案
中图分类号：U664.81+4文献标识码： A 文章编号：
某生产车间总建筑面积51000㎡，车间内有多台恒温恒湿空调机组，分别为多个设备测量间和电子信息机房服务；同时，为了提高焊接质量和生产效率，车间内采用了数百台焊接机器人。焊接机器人在工作过程中焊接电流大、温度高，需要采用循环冷却水系统保证其正常工作。
车间制冷站设在车间屋顶机房内，制冷站包括冷冻水系统和冷却水系统2部分。冷冻水系统主要为恒温恒湿空调机组和冷却水系统提供冷源(供／回温度14℃／20℃)；冷却水系统主要为车间焊接机器人提供冷却水(供／回温度35℃／40℃)。笔者以车间冷却水系统(简化图如图1所示)为例，讨论其控制策略。
1控制原则
系统采用了三种冷却水冷却方式，分别为，空调机组、冷却塔换热器和冷却塔冷冻水换热器，这三种方式的性能系数(COP)依次降低，所以控制策略应该尽量多用空调机组冷却，尽量少用冷冻水换热器冷却。最后确定3种冷却方式的控制关系为：当上一种冷却方式的冷却温度达不到设定值时，启用下一种冷却方式继续冷却。
冷却水系统主要设备包括冷却塔、冷却水泵、换热器等，各类设备均包含多台设备并行运行。控制策略应根据负荷变化，相应地增加或减少设备的运行台数，使各个设备合理分担负荷。
各类设备间的能耗往往是相互影响的，控制策略应以整个系统的能耗最小为目标，而不是以某类设备或子系统的能耗最小为目标。
2用户侧冷却水泵控制
2．1泵的联锁控制
系统共有5台用户侧冷却水泵(PU1～PU5)，其中1台作为备用。根据负荷情况，启动1～4台运行。泵的运行是整个冷却水系统运行的条件，它与静压力P1联锁。当冷却水系统启动时，若P1正常(≥0．5bar)，第一台泵启动；若P1过低(<0．4bar)持续30S，停止所有正在运行的泵，并发出报警。
2．2供回压差控制
冷却水用户负荷的变化会引起冷却水供回压差DP1的波动。通过反向PI(比例积分)法调节泵的转速和旁通阀RV1的开度，使供回压差DP1达到设定值(6．5bar)，其控制方式如下：
1)当PI值为0～50％时，调节RV1的开度为100％～0；
2)当PI值为50％～100％时，调节4台正在运行的泵的转速40％～100％。
2．3泵的启停控制
系统启动时，第一台泵启动运行；系统停止时，停止所有正在运行的泵。
若正在运行的泵的转速≥98持续2min，增加1台泵运行；当多于1台泵运行时，若泵的转速<60％持续2min，减少1台泵运行。
2．4冷却水泵故障切换
当某一台正在运行的泵出现故障(如：变频器故障、过载)时，立即切换到备用泵。
3空调机组冷却方式
车间共安装了8台风量为100000m³／h的空调机组为车问通风服务。根据工厂所在地气温冬冷夏暖、寒冷期长、高温时段短的特点，空调机组采用冬季送热风、其他季节送新风的方式。为了节约能源，空调机组的加热方式采用了预热器段和加热器段：预热器段与冷却水系统连接；加热器段与车间供热系统连接。在冬季，可以使用空调机组预热器为冷却水系统的冷却水降温。这样，通过循环方式把焊接机器人产生的热量传送到空调机组的预热器，不仅能够降低冷却水降温所需的能耗，同时还会降低空调机组加热所需的能耗。
3．1运行条件
当同时满足下面2个条件时，使用空调机组冷却方式为冷却水降温。此时，打开阀BV1和BV3，关闭阀BV2。
1)室外温度<15℃；
2)至少一个空调机组的预热器调节阀开度(RV2RV9)>10％
当下面任一个条件满足时，退出空调机组冷却方式。此时，关闭阀BV1和BV3，打开阀BV2。
1)室外温度>17℃；
2)所有空调机组的预热器调节阀开度(RV2RV9)<1％。
3．2预热器调节阀控制
预热器调节阀RV2～RV9既受空调机组本身控制，又受冷却水系统控制，取二者的较小值作为实际控制值。
通过PI法调节RV2～RV9，使温度T1达到设定值(32℃)。
4冷却塔换热器冷却方式
4．1运行条件
当温度T1>35℃时，使用冷却塔换热器冷却方式为冷却水降温。
当温度T1<33．5℃时，退出冷却塔换热器冷却方式。
4．2换热器启动控制
换热器HE1配有开关阀BV4，调节阀RV10和出水温度T2；换热器HE2类似。启动换热器时，相应地打开开关阀，通过PI法控制调节阀；关闭换热器时，相应地关闭开关阀和调节阀。
当运行条件满足时，启动第1台换热器，关闭阀BV6；当运行条件不满足时，关闭所有换热器，打开阀BV6。
换热器HE1和HE2的额定功率均为1600kW，假定最大进出水温差为5．5℃，则额定功率下的流量约为250m³／h。
当用户侧流量C1>250m³或第1台换热器的出水温度>35℃时，启动第2台换热器；当用户侧流量C1<230m³／h且第1台换热器的出水温度<33．5℃时，关闭第2台换热器。
4．3换热器出水温度控制
通过正向PI法控制换热器调节阀的开度和冷却塔变频风机的转速使换热器出水温度达到设定值(33℃)，其控制方式如下：
1)当PI值为0～30％时，换热器调节阀开度范围为0～100％；
2)当PI值为30％～100％时，冷却塔变频风机的转速范围为0～100％。
4．4冷却塔侧冷却水泵控制
系统共有5台冷却塔侧冷却水泵PU6～PU10，其中1台作为备用。根据负荷情况，启动1～4台运行。水泵运行是使用冷却塔换热器方式降温的运行条件，它与静压力P2联锁。
当调节阀RV10的开度>5％或调节阀RV11的开度>5％时，若P2正常(≥0．5bar)，第一台泵启动；当RV10和RV11的开度均为0，或P2过低(<0．4bar)时，停止所有正在运行的泵，并发出报警。
通过PI法调节水泵的转速范围为40％～100％，使供回压差DP2达到设定值(1．5bar)。
若正在运行的泵的转速≥98％持续2min，增加1台泵运行；当多于1台泵运行时，若泵的转速<60％持续2min，减少1台泵运行。
当某一台正在运行的泵出现故障(如变频器故障、过载)时，立即切换到备用泵。
4．5冷却塔启动控制
冷却塔RA1配有开关阀BV11；冷却塔RA2～RA4类似。启动冷却塔时，相应地打开开关阀；关闭冷却塔时，相应地关闭开关阀。冷却塔RA1～RA4额定功率为800kw，假定最小进出水温差为4℃，則额定功率下的流量约为170m³／h。
当冷却塔换热器冷却方式运行条件满足时，启动第1台冷却塔；当运行条件不满足时，关闭所有冷却塔。
当C2流量>170m³／h时，启动第2台冷却塔；当C2流量<150m³／h时，关闭第2台冷却塔。
当C2流量>340m³／h时，启动第3台冷却塔；当C2流量<320m³／h时，关闭第3台冷却塔。
当C2流量>510m³／h时，启动第4台冷却塔；当C2流量<490m³／h时，关闭第4台冷却塔。
4．6冷却水温度T6最低控制
通过反向PI法调节旁通阀RV12和冷却塔变频风机使冷却水温度T6不低于5℃，其控制方式如下：
1)当PI值为0～50％时，冷却塔变频风机的转速范围为100％～20％；
2)当PI值为50％～100％时，RV12的开度范围为0～100％。
4．7冷却塔的其他控制
1)变频风机控制
共有3个PI值控制冷却塔变频风机：2个换热器的出水温度控制PI值，1个冷却水温度最低控制PI值。取前2个PI值中的较大值，将该较大值与最后1个PI值比较，取较小值作为实际控制值。
2)冷却塔模式冷却塔为干湿两用冷却塔。当室外温度低于15℃时，以干式模式运行，关闭喷淋泵；当室外温度高于17℃时，以湿式模式运行，启动喷淋泵。
3)冷却塔水位
在湿式模式下冷却塔通过浮球检测水位的方式自动补充由于喷淋而蒸发消耗的水量，使水位保持在设定高度。补水管路与软化水站连接。在湿式模式下冷却塔有最低水位限制，由水位开关检测，并与喷淋泵互锁。
4)冷却塔排水报警
当室外温度低于5℃后，发出报警，通知维护人员手动排出冷却塔内的水。
5)冷却塔故障切换
当正在运行的冷却塔发生下列故障时，自动转换到下一个冷却塔：变频器风机故障、维修开关关闭、喷淋泵故障、水位过低、通讯故障和远程I／0站电源关闭。
5冷冻水换热器冷却方式
5．1温度T5控制
当温度T5>35℃时，使用冷冻水换热器冷却方式为冷却水降温。通过正向PI法控制RV13和RV14的开度使温度T5达到设定值(35℃)，其控制方式如下：
1)当PI值为0～50％时，控制HE3调节阀RV13的开度范围为0～1O0％；
2)当PI值为50％～100％时，控制HE4调节阀RV14的开度范围为0～100％。
5．2换热器启动控制
当调节阀RV13的開度>10％时，打开阀BV7，关闭阀BV8；当调节阀RV13的开度<1％
时，关闭阀BV7，打开阀BV8。
当调节阀RV14的开度>10％时，打开阀BV9，关闭BV10；当调节阀RV14的开度<7％时，
关闭阀BV9，打开阀BV10。
6结束语
综上所诉，在实践中应根据设备参数和运行工况计算、调试其控制参数，使系统运行在最佳状态。随着设备运行年限的增加，设备的性能也在变化。可以让系统在运行过程中根据设备参数和运行工况自动计算和调节控制参数，提高系统的智能性。