【《地铁车站设备节能控制策略分析》13000字】

I地铁车站设备节能控制策略研究摘要城市轨道交通的特点是高效，干净，安全，方便、运量较大等特点，近年来，国内发展迅速。大多数地铁车站的主体都位于地下，地铁车站内人员密集，通风性较差，以满足地铁舒适度需求，空调通风系统的建立是十分必要的，这一系统正是人民群众对地铁的需求，属地铁中不可或缺的一部分。国家着力于节能减排，采取适当通风和空调形式，选用了高效节能控制策略，是地铁车站中央空调系统实现节能，提高地铁运营经济性的重点。文章首先对地铁车站中央空调系统构成进行分析，地铁站内中央空调节能控制系统自动控制技术主要类别，针对地铁车站中央空调，接着对相应装置进行节能控制策略分析。研究认为，利用智能控制技术可以有效地解决地铁车站中央空调的节能控制，最后，提出利用风水联动控制系统的方案，本实用新型可以解决风系统与水系统之间的不和谐，取得了较好节能效果。关键词：地铁车站；中央空调；风系统；水系统；系统节能目录TOC\o"1-3"\h\u320331前言 1130942地铁车站节能控制系统节能原理 1143182.1地铁车站通风空调系统的组成与配置 160202.1.1地铁站风系统介绍 2183412.1.2地铁站水系统介绍 3165162.2地铁车站通风空调系统的发展 462262.3水泵与风机变频节能原理 6284412.4压缩机节能原理 881623地铁车站节能控制策略 8161523.1水系统能控制 966423.2主机节能控制 9144343.3冷冻水系统节能控制 1017363.4压差旁通阀调节能控制 12149483.5冷却水温度能控制 12121213.6风系统节能控制 1473144地铁站设备节能控制系统 15159524.1控制系统分类 15296424.1.1自动控制技术 15159804.1.2控制系统的分类 16112054.1.3简单PID控制系统 1742734.1.4智能控制 18237964.1.5控制系统的基本要求 18167064.2风水联动节能控制系统逻辑组成 19190804.3风水联动节能控制系统设备清单 2061035结论 214467参考文献 231前言地铁车站较其他建筑形式有它的特殊性。大多数地铁车站的主体都位于地下，穿过站进出口，风亭、区间风井和行车隧道对外连通。地铁车站的环境相比较于地面上的建筑来说，人员较为稠密、空间较为封闭，通风性较差，为适应营运要求，需借助站内通风空调系统，营造舒适人工环境。轨道交通在运营期间，以消耗电能为主，分牵引耗电40%-50%，空调和照明耗电，其中通风空调耗电25%-35%、照明8%-12%，动力耗电占10%-14%，10%的其他耗电包括给排水、弱电和地铁物业。其中，通风空调设计均为长期满负荷设计，而且实际使用时只是在某些负荷时工作，在系统始终满负荷工作的情况下，就会造成能源的极大浪费。因此，对地铁车站空调系统进行节能，既是顺应了我国节能减排的发展趋势，还可以降低地铁运营方运营成本，增强地铁运营经济性。中央空调系统可以为地铁车站营造出一个舒适的氛围，在计算机技术不断发展和节能，环保要求下，使控制技术在中央空调系统节能上得到了应用，通过研究地铁车站中央空调节能控制系统，既可以较好地满足地铁车站内热舒适性需求，还可以起到节能减排作用。当前，大多数新建建筑都已开始引进中央空调节能控制系统。近年来，铁路运输产业飞速发展，并且地铁能源消耗占我国能源消耗较大比例，故地铁中央空调系统节能控制系统的研究对于我国节能减排具有重要意义，满足地铁的运营需求具有重大意义。2地铁车站节能控制系统节能原理2.1地铁车站通风空调系统的组成与配置制冷系统从中央空调的角度来看，有直接制冷剂式和间接制冷系统两种。直接制冷式即多联机系统（VariedRefrigerantVolume,简称VRV），采用制冷剂作为传热介质，通过制冷剂管路与室内外的一部分相连，系统内制冷剂与室内空气直接接触换热，适合小范围舒适性空调使用。间接制冷系统主要由制冷剂循环和载冷剂循环两部分组成，通过载冷剂将室内热量带走，间接制冷系统在大多数大型中央空调中都有使用。图2.1地铁中央空调系统工艺流程图从上面可以看出地铁中央空调系统主要包括五个换热过程，也就是室内空气和末端设备之间换热、冷冻水循环，制冷剂循环等、冷却水的循环，室外空气的循环。地铁车站中央空调系统原理：制冷剂把冷量转移到冷冻水中，采用冷冻水循环，向末端空调设备承载冷量，冷量以热量交换的方式传递给地铁站的内部环境，从地铁站空气中吸热，沿着冷冻水循环回流到冷水机组；冷冻水在机组的蒸发器中将热量传递给制冷剂，然后经过制冷剂循环，向冷凝器输送热量；制冷剂从冷凝器放热，冷却水从制冷剂中吸热，并带至冷却塔，热量经冷却塔外排。这样周而复始地把站里的热散发出去，实现制冷。2.1.1地铁站风系统介绍地铁车站的空调通风系统主要有隧道通风系统；大系统（承担地铁车站公共区域负荷）；小系统（承担车站内管理用房负荷）。隧道通风系统具有以下主要作用:（1）地铁运营过程中带走了隧道的热量和湿度，保证了40°C是隧道最高温月份日均温上限；（2）本实用新型在火车紧急停运时，满足火车通风需要，从而控制隧道温度，维持火车内部空调器工作需要；（3）列车起火后，能够及时排烟，控制烟气的流向，确保旅客安全撤离。车站空调系统的风系统（大系统）示意图如上2.2所示：图2.2地铁车站大系统原理图地铁车站通风空调大系统构成有：组合式空调器等、回排风机双风机初级回风系统采用小型新风机和排烟风机，回排风管兼作排烟之用。根据不同的气候条件，可以实现小型新风空调、全新风空调，通风良好、和排烟的若干运行方式。组合式空调箱如图2.3所示：图2.3组合式空调箱组成示意图组合式空调箱由过滤段，表冷段和风机段三部分组成、消声段4个主要组成部分。组合式空调箱的运行原理：通过滤网形成组合式空调箱的过滤段，主要功能是净化空气；冷冻水在表冷段中循环往复流动，能起到使空气温度下降的效果；风机段增加冷空气的压力，实现了对输送冷空气进行驱动的效果；消声段采用消声装置进行消声，使房间保持良好声环境。2.1.2地铁站水系统介绍车站空调水系统等：一般为分站供冷，每台车站设冷水机组2台，相应地设有冷冻水泵和冷却水泵、冷却塔等附属设备，异程式管路系统的使用。其中，冷冻水循环工艺如图2.4所示,冷水机组流出7°C冷冻水，流入末端设备，在房间里吸热，当气温升至12°C时，由冷冻水泵带动，进冷水机组蒸发器，由关外制冷剂吸热，当温度降至7°C时,7°C冷冻水将来自冷水机组的冷量带入室内末端设备（冷却盘管或冷却器）中，以此类推，实现制冷。图2.4冷冻水循环的原理图冷却水循环过程见图2.5,冷却塔出32°C冷却水，承载了来自大气冷量，由冷却水泵提供动力驱动，流入冷水机组冷凝器，实行热量交换，从制冷剂吸热，气温升至37°C时，进冷却塔，放热后气温降到32°C,32°C冷却水带冷量流入冷水机组凝汽器内，这样循环往复，本实用新型实现了把室内热量从户外带走。图2.5冷却水循环的原理图2.2地铁车站通风空调系统的发展中央空调控制系统在其发展历程中经历了一个由简到繁的较长时期，大致可划分为如下几个时期:（1）90年代前，所有空调系统均为工频控制，系统采用定流量，定风量工作，通过对装置本身进行启停控制，从而实现对室内环境温度进行调节的功能。控制器的放大元件（例如接触器、继电器），调整时易产生自震荡，减少了设备机械传动部分使用寿命。包括冷水机组，冷却水泵，冷冻水泵等、冷却塔风机满负荷工作时，造成了电能的极大浪费。还有业主为了节能，调高了空调温度，也可以使用其他单独空调方式，该方法无法满足空调舒适性需求。（2）至90年代后，大部分民用建筑中央空调系统都可以实现简单控制，对散布在系统内的常规控制仪表，采用集散式控制，系统中各个装置运行参数及状态，由数据采集器将其转换为数字信号，经由计算机网络传输至楼宇控制系统。现阶段中央空调控制系统可以远程实现简单启停，大部分中央空调系统设备仍需由有关管理人员进行人工启动，设备运行好坏，和人员素质高低关系极大。（3）在计算机技术不断发展和节能要求不断提高，冷水机组压缩机变频在中央空调节能中的应用越来越广泛。在室内温度超过设定值后，提高压缩机频率，从而提高制冷量，随室温下降，压缩机频率随降低，让室温逐步向设定值靠近。这种调节方式的舒适性得到了改善，但加大设备初期投入，并且因为压缩机并非无极调节而限制了节能的效果。设定温度确定后，制冷量也和冷却水泵，冷冻水泵流量相关。泵的特性，变频器控制器的特性在不断地改进，使得变流量系统成为可能，水泵的变频技术已经大量运用到现在空调系统的节能控制当中，并且达到较好的节能效果。（4）当前，变风量，变流量节能控制系统在中央空调节能控制系统中得到了广泛运用。传统的定风量系统是指定风量恒定，根据最不利环路情况决定房间送风量大小的一种制度。在室内负荷降低的情况下，通过调整再热度，送风通过“温差小，流量大”进入室内，保持温度恒定，该方法耗能大。变风量系统根据室内实际负荷调节送风量，维持送风参数恒定，节省了为了增加送风温度而耗费的能源，与此同时，处理风量降低，降低了风机，制冷机电耗。一些研究比较了集中式中央空调的定风量和变风量系统，分析认为，变风量系统在运行过程中可以取得较好的运行性能和明显的节能效果。天津大学开展了空调系统风机变频运行时性能参数研究，认为风机变频可以达到工艺调节要求，并能维持高效，实现节能。变流量系统由冷却水泵驱动、冷冻水泵采用变频调节流量，降低了水泵和主机的能耗。中央空调水系统变流量研究显示，中央空调水循环变频较空调正常运行可节电32%。（5）空调水量与风量是互相影响的两方面，地铁中央空调系统也有很多的装置组成，由若干体系构成的复杂体系，控制策略互相影响，因此，控制策略需兼顾各个装置、各个系统之间互相影响，为了实现空调系统稳定，节能运行。目前，我国大多数车站的通风空调水系统与风系统是分开控制的，通常情况下，水系统是暖通节能公司控制的，风系统控制BAS系统，水系统与风系统的单独控制，很难使系统保持平稳。经过大量的实践证明，分开控制的模式还不够成熟，仍有很多难以解决的难题。水系统和风系统互为影响的一对、协调统一整体，如果把这两个子系统作为一个整体加以控制，即能达到风，水系统全局优化和全面节能，但要确立这种控制模式，是有困难的。中央空调的节能技术属于通讯技术、将自动化技术与暖通空调节能技术进行整合。因空调冷负荷具有时变性，中央空调系统冷量调节变量（水量、风量）在一个不断变化的过程中，在空气处理过程中，最佳风量与水量搭配最为有利，就是在不断地改变着自己，如何针对实时运行工况变化，对机组风量，水量进行动态优化，做到风水联动，实现了节能的最大化，就是未来发展的方向。2.3水泵与风机变频节能原理对同一台风机和水泵，其流量、扬程、转速和轴功率之间的关系如下式2.1：其中n，n’转速（r/min）；G，G’流量（m3/h）；H，H’扬程（m）；N，N’轴功率（kW）。从上面的公式可以看出，泵，风机功率与转速呈三次方关系，转速变化对能耗影响最明显，故为了达到节省能耗，可采用调整转速来达到目的。多种变风量方式离心式风机工况，节能效果比较见图2.2，包括风机节能和变转速调节、入口导叶的调整与出口风阀的调整。有了图就知道，节能效果是由原来的小到变转速调整的、入口导叶的调整与出口风阀的调整。图2.6离心风机各种变风量方式的节能效果图2.6是风机经调整速度而达到节能目的的示意图。通过系统管路获得的特性曲线，分别用图R1,R2表示。风机转速取n1时、当管路阻力取值R1后，点一确定输送总流量Q1,这时，风机出力H1,需要轴功率：图2.7风机节能原理图如果系统流量是Q2,管路阻力恒定时，实际所需压力，即H3,较H1降低，如果风机的转速没有变化，风机压力输出则无法由H1下降至H3,但加入H2,并通过调整风阀开度，实现压头变化，与此同时，使得管道阻力加大，管道特性曲线的变化是R2,此时，损耗转变：2.4压缩机节能原理中央空调系统中所用冷水机组根据制冷原理不同，有压缩式和吸收式两种，根据设备安装工程的分类，可分为活塞式冷水机组、螺杆式冷水机组等、离心式冷水机组等等。本文所研究地铁车站中央空调采用螺杆式冷水机组，属压缩式制冷机，压缩机作为系统中主要耗能设备，具有重要意义。压缩式冷水机组具有负荷的阻转矩几乎保持不变的特性，电机以各种速度运行，阻转矩几乎为常数。负载功率PL与转矩TL、转速n间关系式为：式2.4：TL阻转矩（N*m）；n转速(rpm)；PL负载功率（kW）。异步电机转速n与频率f之前的关系如下2.5：f频率;p电机旋转磁场极对数；s转差率上式2.5中在电机旋转磁场极对数和转差率不变的情况下电机转速与频率成正比。由上式2.4和2.5可得：恒转矩负载功率和电机运行频率之间的关系如下式：其中，当压缩机确定后，电机旋转磁场的极对数是一个决定的常量，当转差率没有多大改变时,KL为一个常数量。通过上式2.6可以得到当需要冷冻水或者冷却水流量变化时，可采用降低电机运行频率，实现节约电能。3地铁车站节能控制策略3.1水系统能控制如果需要空调制冷系统的正常运行，那么就应该发挥中央空调节能控制系统应有的作用，例如，数据处理功能、数据分析功能等，本实用新型使得制冷系统质量提高，与此同时，也尽可能地减少能源消耗，最大利润将增加。地铁车站空调水系统的能耗主要由主机电耗，水泵电耗和风机电耗组成。故，以下3个方式可达到水系统的节能控制优化的目的:（1）使端部维持最小冷量需求并能最大程度地提高冷水机组输出水温；（2）冷水机组的运行台数是按逐时冷负荷来决定的；（3）在冷水机组的运行许可范围内尽量降低冷却水的出水温度。3.2主机节能控制地铁车站中央空调的水系统，主机能耗比例在80%左右，因此，节能控制系统，主机节能尤其重要。冷水机组进出水温度采用机组自带控制系统；所以对主机进行节能控制，主要是通过提升主机制冷效率，智能控制冷水主机操作台数等方式来实现，为实现节能。地铁车站中央空调节能控制系统与冷水机组之间采用RS485接口方式进行通信，收集其开放数据，实现机组的启停控制；通过数据采集，实现了数据的高效保存，并为机组检修打下坚实基础。表3.1冷水机组的负荷率、制冷量与耗电量的关系从上表3.1中可以看出，负荷率为90%~40%的范围内，制造单位冷量能耗比额定负荷低，负荷率范围为10%~40%时，制造单位冷量能耗大于额定负荷从而得出，主机应该以40%以上负荷率工作。图3.1主机负荷率与COP的关系曲线图从图3.1中可以看出，当主机负荷率为60%时，生产单位冷量所消耗的能量最小，此时，冷水机组COP最高。在COP取极大值的情况下，每产1Rt制冷量耗电量比额定负荷少20.09%。通过以上的分析可以得出，采用冷水主机动态补偿控制法（主机负荷加上冷冻水的回水温度），使得主机处于任意许可的运行状态，一直处于高能效负荷下运行，为实现高效节能控制。按照冷冻水的供回水温度，压力、流量指标能推测系统负荷变化。推测系统负荷增大，将相应地引起系统内冷冻水泵功率升高，为了实现提高冷冻水供给的效果。如果两台机组同时工作，负荷降低由系统预测出后，从末端空调发出回水温度下降，同时降低了冷冻水泵的运转频率，水量改变信号传递给制冷机，当制冷机的制冷量大于等于系统总负荷时（设两台机组的%FLA<50%），控制系统开始延时减机延时55Min（跟据具体情况变化），经过减机延时，若%FLA低于负荷设定的最低值，控制系统立即向其中一个制冷机组发出停机指令，某制冷主机停机时，另一制冷主机不受影响，能够在满负荷情况下达到系统要求。制冷主机每次加，减机，控制系统都要延时20Min才能执行加，减机的程序，为了避免频繁启动或停止主机对系统寿命及系统稳定性造成影响。3.3冷冻水系统节能控制1.冷冻水最佳能量输出的节能控制根据实时检测到的参数和历史数据进行分析，对系统进行负荷QD计算,传输至智能控制器，智能控制器，用于将数据库内存储原始数据和实时反馈值进行比对，通过逻辑控制理论的应用，对其作了比较修正，求出了能够求得被控制量的最佳控制值。经过控制系统处理后，转换成准确控制值，通过执行器，制冷系统的主要机组由冷水机组，冷冻水泵和冷却水泵等组成、冷却塔共同工作，为了实现最佳的运行策略，对冷冻水进行流量调节，对末端负荷的变化做出实时的反应。地铁车站中央空调节能控制系统能够对末端负荷，天气等因素做出实时的反应、气象因素发生变化，按照末端系统的形式（定流量或者变流量的系统），择优（温差控制，最恶劣压差控制等）选择最优控制策略。消除了冷量供需在数量和时间上的差异，达到供需匹配。2.冷冻水出水温度重设控制冷冻水出水温度与制冷量及耗电量的关系曲线见下图3.2：图3.2冷冻水出水温度与制冷量及耗电量的关系曲线由上图3.2曲线可见，冷冻水的出水温升高，制冷量随之增加，耗电量却减少得更快。综合实际操作的体会，冷冻出水温度每隔增加1℃，主机效率可提高3%~5%。故在过渡季节时的低负荷工况下，主机出水温度可以通过升高，重新设定主机的冷冻出水温度，因而减少了能量消耗，增加主机COP值。3.冷冻水变流量压差运行控制地铁车站中央空调节能控制系统，通过对冷冻水供应回水总管压差进行检测，并结合压差设定值进行PID偏差控制。压差设定值通过智能动态设置，通过对各个支路的压差变化率进行实时检测，并将其传送给智能压差控制器，结合中央数据系统，比较并计算当前最优压差设定值，从而调整水泵的运行频率，相对于传统的最不利环路定压差控制，能够显着降低冷冻水的输送能耗。冷冻水的供回水压差偏离压差设定值，进而降低末端负荷，控制器输出PID调节信号，控制水泵运行频率下降至设定值并降低流量；当冷冻水的供回水压差偏离压差设定值，末端负荷加大，控制器输出PID调节信号，控制水泵运行频率升高至设定值且流量增大；同时配压差旁通阀，泵的频率达到下限值，压差仍然大于设定值，以确保末端设备水力平衡，确保机组具有充足的水通过，此时，压差旁通阀启动调整，压差较大的阀门开启较多；压差较小时阀门开启较少。使得冷冻水泵一直工作在一个最为经济实用的环境中，同时为了满足机组流量，我们设定了一个下限频率，以确保机组下限流量（可调），确保机组运行安全。3.4压差旁通阀调节能控制空调系统中，为使水泵送出的水在空调末端得到充分的利用，不致尚未达到末端需求时，水流回旁通阀的旁边，使得泵的做功得不到充分的利用，所以旁通阀打开时，一定要确保主机处于低流量限制下才能打开，否则旁通阀无法打开。采用如下控制策略:中央空调节能控制系统在冷水泵最低频率的情况下进行探测，且压差仍然大于设定值，此时旁通阀作用，确保冷水供回压差不变，确保主机最小流量要求。3.5冷却水温度能控制我们知道，当其他条件相同时，冷却水的温度每提高1°C，机组制冷量降低4%-6%，这时能耗增加，机组在非经济运行工况下运行，反之亦然，冷却水每下降1°C,机组制冷量将增加3%-5%，这时机组能耗降低，机组是在高效率的条件下工作。所以在控制时，我们将尽可能地降低冷却水的温度，提高了机组的运行效率。图3.3为冷却水温度随主机制冷量的变化特征图。图3.3冷却水温度与主机制冷量特性图冷却塔控制在理论上可由一系列参数合成完成，如下图所示，为影响控制部分参数发挥作用的结果实例。图3.4冷却塔出水温度的影响因素冷却塔风量恒定时，冷却塔进水温升高，流量增大，大气湿度增加，气温升高、气压的升高均能使冷却塔的出水温度升高。这些运行数据从理论上得到以后，根据它们之间量化关系，就可以对冷却塔运行数据进行调整，但是问题是，要得到这些数据中的一部分，存在着一些难度，它在检测设备上的投入较大，复杂的关系是其中最为重要的因素。因此，这类方法在实践中很难做到。所以，该研究利用湿球趋近技术对冷却塔进行了控制。湿球温度趋近调控技术原理如下：不考虑室外温度和湿球温度的变化规律，冷却塔内冷却水出水温度均向湿球温度接近。依据这一原则，冷却塔风机工作工频点可通过控制系统获得，通过对系统的自动化控制，将冷却塔风机工作工频点控制在风机有效工作范围，实现减少能源消耗。从上述分析来看，例如，采用传统的控制手段，当操作者把设定值设定为湿球温度以下，甚至当冷却水温度已达到室外湿球温度后，并且由于设定值和检测值之间还存在着偏差。系统还将随时下达增开风机个数命令，加大能源无谓浪费。若设置偏高，则对主机节能不利，理论主机冷却水温度越高，主机的能效越高。因此，若操作人员设定值较高，则主机能效不能得到改善，没有达到节能的目的。3.6风系统节能控制一种风系统节能控制系统，其特征在于，它是一种使得通风空调风系统的运行更加高效的技术方案，含组合式空调机组节能控制、表冷器用电动调节阀等进行调节控制。风系统应用了风机智能变频控制技术，该控制系统可以通过采集和分析多种工艺参数，控制组合式空调机组动态平衡电动调节阀开度。将空调通风区域的回风温度和设定温度进行对比分析，对送风机频率，动态平衡电动调节阀开度等参数进行智能调节，以便调整它们的送风量及冷量，使得空调通风区域温度趋于平衡，实现了各个环路水流量动态调节，减少冷源消耗等。以达到更好的控制品质，使用串级控制方式。设定外环反馈输入信号作为回风温度，与回风温度设定值进行比较，经PID1#进行信号输出，用作设置内环，与空调末端送风温度进行比较，经PID2#进行信号输出，调整组合式空调加工机组风机频率及动态平衡电动调节阀执行机构，对空调器的冷冻水量，送风量进行调整，这样就可以适时的控制室温，使其达到设计值。1.组合式空气处理机组的控制风阀由焓控制，按焓值选择空调方式（小新风，全新风以及全通风），模式的转换由风阀切换完成；风系统应用了风机智能变频控制技术，将所述回风温度（最不利点回风温度）与设定温度进行比较，实现了送风机频率的智能调节，以便对其送风量进行调整，使得空调通风区域温度趋于平衡。以保持系统的正压，回排风机的工作频率和送风机是同步进行的，确保系统可靠性。控制系统采集系统的所有参数，确定了系统的最佳运行参数，达到了温度精确控制，同时减少了系统能耗。组合式空调箱的控制点见图3.5。图3.5组合式空调箱控制系统点位图2.空气处理机组表冷器水阀控制水阀应用了水阀智能控制技术，在历史负荷，室内参数的情况下、室外参数作为基础数据，依据运行时刻表，结合系统参数反馈及湿度反馈，对最佳送风温度进行智能计算，开度由水阀来调整，本实用新型实现了通风空调系统的节能，同时，避免了过度除湿造成能源浪费。运行原理：第一次启动的时候，风机按下限频率工作（下限频率由现场调试时设定），模块化空调机组动态平衡电动调节阀开度为100%；发现回风温度超过设定值时，通过控制器下达命令使风机升频，使得回风温度趋向设定值；在风机工作在下限频率的时候，检测回风的温度是否小于设定值，通过降低动态平衡电动调节阀开度来调整冷量，满足车站内温度，湿度要求。4地铁站设备节能控制系统4.1控制系统分类4.1.1自动控制技术所谓自动控制，就是不需要有任何一个直接参加控制的个体，自控设备用于控制受控对象的行为，或保持受控对象系列有关参数于期望值运行。在自动控制方面经常使用一些名词:（1）自动控制装置可根据被控对象的当时状态或所测数值而自行发的对受控对象进行调节，以使受控对象能处于预设状态下的设备，又称作控制器。中央空调节能控制系统中应用最广泛的是可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController,PLC）。并且PLC的功能也在不断完善。它在逻辑控制、运动控制中、过程控制等等方面都起到了非常大的影响。（2）被控对象主要是指控制系统的装置，运行过程或周边环境。（3）被控变量是指要求受控对象能按照某种规律发生变化的物理量又称被控参数、被控制量等。（4）控制变量是指那些可以由操作者或者控制机构进行调整的变量又称操作变量。4.1.2控制系统的分类自动控制系统的分类方式是多种多样的，其分类方式大致有以下几种:（1）按控制系统的结构分，有开环控制与闭环控制两种。开环控制是控制装置对被控对象只产生顺向作用的控制方式，并且不受反馈控制。普通开环控制系统，例如自动测量等、自动操作，自动报警的功能。开环控制系统的基本原理如图3.6所示：图4.1开环控制系统原理图开环控制系统包括被控对象，控制器，执行器，保护等、报警与连锁及其他构件等构成。开环控制系统比较简单，反应速度很快，但抗干扰性能差。闭环控制（反馈控制）就是用被控变量直接测量值来调整控制变量，保持被控变量保持给定值。闭环控制系统具有使被控对象输出返回的功能，作用在控制器输出上，构成闭环的一种或几种。闭环控制系统示意图如图4.2所示：控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统的原理图如下图4.2：图4.2闭环控制系统原理图闭环控制系统包括被控对象，控制器等、实施机构（如调节机构）、温度，压力等过程参数检测和变送装置、流量和其他传感器及变送器；其他组件，如保护，报警，连锁。闭环控制系统中被控变量受到扰动的干扰，扰动影响可从偏差中获得，其效果可由控制系统自动校正，且抗干扰能力强。本文所研究的是地铁车站自动控制系统，指用闭环控制系统。（2）根据控制系统的特点，有线性控制系统与非线性控制系统之分。线性控制系统等它是一个线性元件组成的系统。所谓线性元件，就是输入与输出之间关系呈线性。线性系统以符合叠加原理及其次原理为最大特征。所谓叠加原理，指的就是在一个系统中存在着多种输入的情况下，系统的输出相当于各输入分别作用时系统输出总和。第二原理指的是当投入增加或者减少几倍的时候，系统输出相应地增加或减少数倍。如果控制系统至少包含有一非线性元件，系统是一个非线性系统。非线性微分方程具有系数和方程变量相关的性质。在现实中，理想线性系统并没有。特定条件下，若变量靠近工作点作小幅度改变，或者系统内某些次要因素作用可忽略不计，因此，线性系统在许多非线性系统中都可用作简化模型。对于非线性系统，至今尚缺乏一种统一的数学处理方法。地铁车站中央空调控制系统在实际运行工况中是非线性的。（3）根据输入变量的不同，可分为定制控制系统与随动控制系统。在控制系统输入变量（控制变量）是常量情况下，叫做定制控制系统，也叫恒指控制系统。这样一个控制系统，其任务是要克服系统中存在的各种干扰，使得输出变量符合给定的数值。有的时候，控制系统输入变量不能预先设定，但它是一个时间随机函数。例如，中央空调系统负荷控制等。这种控制系统的任务是确保输出变量在一定精度下迅速地追随输入变量。（4）根据被控变量数目不同，可分为单变量控制系统与多变量控制系统。单变量控制系统也称为输入、输出控制单元（SISO），就是仅有1个输入变量,1个输出变量控制系统。随着生产与科技的进步，被控对象日趋复杂，对控制的要求也在不断提高，因而出现了多变量控制系统，即多输入、多路输出控制系统（MIMO），在这种控制系统下，变量间是耦合的，控制困难，控制系统结构复杂。（5）根据被控制参数的不同，划分为温度控制系统、压力控制系统等、流量控制系统等、液位或者物位控制系统、物性控制系统等等。（6）根据控制策略与算法的不同，可以分为简单控制系统，智能控制系统等。4.1.3简单PID控制系统简单的控制系统，有时亦称单输入的、单输出系统在项目中应用最为广泛、最常见的控制系统。PID控制具有投资少的特点，是一种经典的控制策略。PID对系统稳定性有很大帮助，使得控制品质整体提升。在对控制器控制动作规律进行选择，要按照系统控制要求、被控对象的特点，负荷的变化、主要扰动和其他特定情况，又要兼顾系统的经济性和其他方面。在控制通道的时间常数或者容积延迟较大时，当负荷变化同样较大，单纯的控制系统已经无法满足控制的要求，要使用复杂的控制系统。控制系统仅有1个被控变量，是当前应用最为广泛的形式。但也存在着局限性，对多变量，变量之间又有联系的物体、对具有较大时滞和时间常数的物体、对干扰较多，次数较多的物体，使用简单控制系统会使控制品质达不到控制要求。简单的控制系统可以对线性过程进行有效的控制，但是在实际应用中，多数工艺为非线性。对某些非线性程度较低的工艺，可近似地作为一个线性过程来处理。对某些具有较强非线性的工艺，单纯的控制已经无法达到要求。为了解决这一问题，应在一个简单控制系统中加入辅助回路或者其他步骤，使得简单控制系统复杂化了一些，统称复杂控制系统。常用的复杂控制系统主要是串级控制系统、比例控制系统等、分程控制系统等、选用控制系统、前馈控制系统等。4.1.4智能控制实际项目中，在地铁中央空调系统中，被控对象或者过程常数往往是非线性和多因素的、时变性和各种各样的不确定性等等，精确的数学模型是比较难以建立的。通过人工智能，自动控制、运筹学的三大学科的有机综合，构成了智能控制系统。一种控制方式，也称控制系统，若能对被控对象（过程）与环境的高度复杂性与不确定性进行有效客服，并能实现预期目的，则把这样的控制系统称为智能控制系统。智能控制应该叫做智能信息反馈控制，它的基本要素：智能信息，智能反馈和智能决策。4.1.5控制系统的基本要求不同控制系统通常具有不同控制需求，常见需求可归纳为稳定性，准确性及快速性等。（1）在任何闭环控制系统中，稳定性、稳定都是第一位的。说明控制系统受外界干扰时是否能保持平衡、过渡过程完成后是否能到达预定状态等特征。工作在平衡状态下的体系，当外部环境条件（例如，负荷，温度，湿度，压力）发生变化时，系统的平衡会被打破，但是，在进行了一次调整暂态过程之后，能够回复到平衡状态，也可以构建一个新平衡状态，那么，系统就会保持稳定。（2）准确性、精度是系统控制精度的高低，常以系统稳态误差表示。系统稳态误差是指系统输出稳态值和期望值之差。在提高系统控制精度的同时，很可能导致系统的失稳；在增强系统稳定性的同时，存在控制精度下降的风险。（3）快速性是指系统在输入阶跃信号的情况，输出量与时间关系的曲线叫做瞬态响应。实际控制系统瞬态响应研究，大多是阻尼振荡过程。控制系统响应时间一般由调节时间与上升时间共同表征，调节时间是指系统到达稳定时所用的时间，系统的惯性越大，调整时间会更长，系统响应越慢。（4）稳健性，控制系统若灵敏度不高，抗干扰性好，谓为稳健。灵敏度就是系统参数变化对系统响应所产生的作用。闭环系统比开环系统灵敏度更低，稳健性更好。当外界扰动时，控制系统应尽量使被控参数变化不大，为了排除或减少干扰可能带来的不利影响。（5）安全性方面，生产时，保障人身及设备安全，是首要的，也是根本要求。控制系统一般采用越限报警的方式、故障报警及连锁保护，确保工艺安全。在线故障预测和诊断等、容错控制等能进一步增强控制过程安全性。4.2风水联动节能控制系统逻辑组成风水联动节能控制系统全部控制柜以强电为主，弱电为辅，计量为辅，电力监测为辅、节能与控制一体化总体设计；独立控制器配置在柜体内，同时，遵循“集中管理，分布控制”的设计理念，减少了对系统进行控制的风险。风水联动节能控制系统主要包括以下几个环节：集中管理的平台、水系统的节能控制子系统、大系统中的节能控制子系统。配电图见图4.3：图4.3风水联动节能控制系统配电图所述节能控制系统的水系统节能控制子系统的集中控制柜包括冷却塔风机控制箱、现场信号采集装置等、冷却水泵的控制、冷冻水泵控制柜构成；所述大系统节能控制子系统包括集中控制柜、组合式空调机组的控制柜、回排风机控制柜构成。4.3风水联动节能控制系统设备清单本论文研究的地铁车站风水联动节能控制系统的设备清