系统控制与数据采集.docx

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系统控制与数据采集

系统控制与数据监测方案

1、系统控制

1）电器控制箱包含如下设备：

①闭式冷却塔的风机及水泵控制回路

②冷却水泵（一用一备）的变频控制回路

③热泵机组（2台）的电源供给回路

④冷冻水泵（2台）的控制回路

⑤恒温水箱电加热控制回路

⑥恒温水箱电加热控制回路

2）控制箱采用PLC可编程系统对系统运行进行启停、运行及系统切换操作，并通过BA系统接入上位终端系统中进行运行控制。

3）系统以DDC为核心，对地源热保系统的冷冻水泵和冷却水泵进行控制，通过液晶屏显示各水泵的状态，显示温度、压力和液体流量等参数，各种参数可以进行再设定，使得系统运行更为合理。

4）液晶屏上的仿真型图形化操作界面可监视整个系统的运行状态，提供动态图形、工艺流程图、实时曲线图、绘制平面布置图，以最贴近现场设备实际情况的直观的图形方式显示设备的运行情况。

5）可根据实际需要提供绘制平面图或流程图并嵌以动态数据，显示图中各监控点状态，提供修改参数或发出指令的操作指示，提供多窗口显示操作功能。

热泵主机：

启停控制、运行状态、运行模式切换、频率调节、故障报警、频率反馈；水泵开关控制、水泵运行状态；水泵故障报警、水泵手自动状态显示、水泵频率调节、水泵频率反馈；新风机组：

启停控制、除湿段和再热段流量调节；风机盘管：

启停控制、水流量调节；辐射末端：

流量调节控制；恒温水槽：

流量调节控制、电加热功率调节；冷却塔：

启停控制、故障报警、风机变频调节。

2、系统主要数据监测

（1）监测内容

1）水—水热泵主机热工参数测量：

冷凝侧和蒸发侧进出口水温；冷凝侧和蒸发侧水流量；热泵机组功率；机组运行效率COP。

2）地埋管水循环回路参数测量：

地埋U型管不同深度管壁面温度（3个测孔、每隔5m深度布置一个测点）；不同埋深的土壤温度（1个测孔、每隔5m深度布置一个测点）；地埋U型管集、分水器进、出口水温度、压力。

3）太阳能集热系统：

太阳能集热板进出口水温、循环流量。

4）末端辐射系统

温度测量包括：

辐射末端分、集水器进出口温度；毛细管网表面设置10温度测点；房间空间沿垂直高度的3个截面设置18个温度测点；2）流程测量：

主回路流量、毛细管回路流量；3）测试间环境湿度；4）电功率测量：

电加热水箱加热功率。

（2）温度测量：

温度参数主要包括三部分：

不同地埋深度土壤温度、末端房间空间温度和管道内流体温度。

1）地埋管不同埋深土壤温度、末端房间空间温度测量要求：

采用二线制K型热电偶，传输型号为4~20mA电流信号，并采用数据采集仪读取数据，数据采集仪携带三个插槽，可同时测试60个温度测点。

2）管道内流体温度包括地埋管侧管道水温和新风排风管道风温度。

温度测量要求：

采用铂电阻温度传感器，精度为工业A级。

（3）流量测量：

流量参数主要包括：

地埋管侧管内水流量、太阳能集热器环路流量、末端负荷侧总水流量、毛细管末端水流量。

测试流量仪表为涡轮流量计，量程为0.6~10m3/h，精度为0.1%±R，通过通讯接口与数显流量积算仪连接，实时显示流体的瞬时流量和累计流量。

（4）功率测量：

功率参数主要包括：

2台热泵主机压缩机功率、3台水泵、1台新风冷凝除湿机组和2台风机盘管。

采用了三相导轨式电能表，电能表采用LCD显示，可进行时钟、费率时段等参数设置，并具有电能脉冲输出功能，精度等级1.0级，性能指标符合国际GB/T17215、GB/17883和电力行业DL/T164对仪表的各项技术要求，可采用通讯接口与上位机实现数据交换，电能表可以显示压缩机、水泵等瞬时功率，同时也可以和上位机进行通讯。

（5）机组及系统能效测试：

系统运行时，实时记录机组、水泵、PLC、风机等设备的耗电量。

通过PLC200下位机完成对现场信号的采集与测量，将现场的基础热工参数（温度、流量）通过OPC（OLEforProcessControl）通讯协议传递至上位机数据库中，让生产数据更加直观的反映在人机界面上。

上位机监控系统由WinCC来完成，由WinCC来完成现场各个环节的组态，并且能在监管界面上完成实时的检测和动态数据的展示，异常报警，数据归档和导出，实现报表功能，趋势控件。

并且通过WinCC自带的C语言或VB脚本通讯接口，根据需求来编写相关的程序，实现非直接变量的读取、显示及归档，如机组COP，系统能效等。

3、监测设备要求

表1主要监测设备

序号

监测设备

性能参数要求

1

不同埋管土壤温度和末端房间空间温度测量设备

测量范围：

0℃～100℃

测量准确度：

≤±0.2℃

测量分辨率：

≤0.1℃

2

管道内流体温度测量设备

测量范围：

0℃～100℃

测量准确度：

≤±0.2℃

测量分辨率：

≤0.1℃

3

新风机组送排风干球温度和湿球温度测量设备

测量范围：

0℃～50℃

测量准确度：

≤±0.5℃

测量分辨率：

≤0.1℃

4

新风机组送排放风口风速测量设备

测量范围：

0.05-30m/s

测量准确度：

≤±4%U

测量分辨率：

≤0.01m/s

工作温度：

-10℃-40℃

5

功率计量设备

精确度等级应不低于1.0级。

应具有监测和计量三相（单相）有功电能的功能。

具有数据远传功能，至少应具有RS-485标准串行电气接口，采用MODBUS标准开放协议或符合《多功能电能表通信规约》DL/T645-1997中的有关规定。

6

流量计量设备

测量范围：

依据测量设备或者系统循环流量确定，不得小于测量设备或者系统循环流量的1.5倍。

测量准确度：

≤2%

测量分辨率：

≤0.1m3/h

工作环境：

电源为直流24V；环境温度：

-10~50℃,相对湿度：

5％～90％。

备注

（1）监测设备应满足相关产品标准的技术要求；

（2）监测设备应有出厂合格证等质量证明文件。

表2数据采集装置性能参数要求

参数

指标要求

采集接口

能够采集模拟信号（含电量测量模块和其他模拟量测量模块）和数字信号，支持Modbus协议

支持计量设备数量

按照现场数据采集点数确定并进行预留

采集周期

根据数据中心命令或主动定时采集，定时周期从1分钟到1小时可配置，默认5分钟

数据处理方式

协议解析、转换和数据处理

存储容量

不少于500GB

远传接口

至少1个有线接口（含485接口）或无线接口

远传周期

定期1分钟到12小时可配置，默认30分钟

支持数据服务器数量

至少3个

配置/维护接口

具有本地和远程配置/维护接口，支持接收来自数据中心的查询、校时等命令。

具备自动恢复功能，在无人值守情况下可以从故障中恢复正常工作状态。

平均无故障时间（MTBF）

应不小于3万小时

网络功能

接收命令、数据上传、数据加密、断点续传、DNS解析，支持TCP/IP协议

功耗

宜使用低功耗嵌入式系统

电磁兼容性

应符合国家和行业的相关电磁兼容性标准要求。

备注

（1）数据采集装置应满足相关产品标准的技术要求；

（2）数据采集装置应有出厂合格证等质量证明文件。

4、监测系统安装

（1）地埋U型管不同埋深土壤温度传感器安装

地埋U型管壁面温度传感器，根据学校实验要求数量进行安装。

温度传感器应为一体式防水传感器，建议安装在相应U型管管壁上，与壁面接触紧密，管箍固定并用环氧树脂进行保护，防止损坏和脱落。

要求传感器同一个位置建议安装两个不同回路监测点，在U型管安装时同步安装到位，对传感器进行导通测试后才进行回填。

（2）水管内温度传感器安装

水管内温度传感器建议采用订制支架安装。

温度传感器应与被测介质形成逆流，安装时温度传感器应迎着被测介质的流向插入，至少应与被测介质成正交。

温度传感器的感应部分应处于管道的中间部位。

温度传感器应有足够的插入深度，一般应将温度传感器斜插或管道轴线安装。

（3）新风机组送/排风口干球温度和湿球温度传感器安装

新风机组送/排风口温度传感器建议采用订制支架安装。

温度传感器应与被测介质形成逆流，安装时温度传感器应迎着被测介质的流向插入，至少应与被测介质成正交。

温度传感器的感应部分应处于风道中流速最大的地方，温度传感器的保护管的末端应超过风道中心线约5~10mm。

温度传感器应有足够的插入深度，一般应将温度传感器斜插或沿风道轴线安装。

其中，湿球温度传感器要求水平安装，方便包裹湿纱布，同时其下方应能放置盛水的容器。

（3）新风机组送/排风速传感器安装

新风机组送/排风速传感器同温度传感器，建议采用订制支架安装。

安装时注意传感器保护管开口方向，需定向安装。

风速传感器的感应部分应处于风道中流速最大的地方，传感器的保护管的开口处应处于风道中心线位置。

（4）耗电量计量模块安装

水源热泵数据监测系统的功率参数功率传感器及普通电表应安装在被测设备或者系统的配电输入端，具体安装要求如下。

互感器：

同一组的电流互感器应采用制造厂、型号、额定电流变比、准确度等级、二次容量均相同的互感器。

电流互感器进线端的极性符号应一致，电流互感器的二次回路应安装接线端子，变压器低压出线回路宜安装接线盒。

电能表：

在原配电柜（箱）中加装时，电能表下端应加有回路名称的标签，二只三相电能表相距的最小距离应大于80mm，单相电能表相距的最小距离应为30mm，电能表与屏边最小距离应大于40mm。

单独配置的表箱在室内安装时宜安装在0.8m～1.8m的高度（安全距离内可清楚观察电量参数）。

电能表安装必须垂直牢固，表中心线向各方向的倾斜不大于1°。

（5）流量传感器安装

安装方向，在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，测量应保证管路中总是充满液体；

直管段长度，上游不少于10D，下游不少于5D，直管段内部要求光滑，流量计量设备的流向应与管内流体的流动方向一致。

（6）数据采集装置安装

水源热泵数据采集装置具备采集包括温度传感器、流量传感器和功率传感器等信号的功能。

示范项目安装的数据采集装置通道数应根据项目具体监测要求确定，应至少预留2个数据采集通道。

水源热泵系统数据采集装置施工安装应符合《自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093中的规定。

信号线导体采用屏蔽线；尽量避免与强信号电缆平行走线，必要时使用钢管屏蔽。

信号的标识应保持清楚。

一个模块的多路模拟量输入信号之间的压差不得大于24V。

5、监测系统调试

（1）设备校对

基本原则

a.计量设备和数据采集装置能提供出厂合格证等技术文件；

b.对计量设备和数据采集装置的证明文件进行归档；

c.每年对计量设备自行校核一次，校核设备满足计量要求，且保存校核记录。

温度传感器校对

a.采用标准温度计量设备对环境温度传感器进行现场校对，每五分钟取一个数据，共校对10个数据，确保两者平均偏差不大于10%。

b.采用标准温度计量设备对水温温度传感器进行现场校对，取5个典型温度点进行校核，确保两者平均偏差不大于10%。

流量传感器的校对和比对

流量传感器安装后应采用检定有效的超声波流量计，对各流量传感器所在管路进行测量校核，校核时间≥1小时两者误差在10%内。

功率传感器/普通电能表的校验和比对

a）功率传感器安装后应采用检定有效的三相功率仪，对各功率传感器所在支路进行测量校核，校核时间≥1小时，两者误差在5%内；

b）电能表安装后应采用检定有效的便携式电能表现场校验仪，对各电能表进行现场校验，校核时间≥1小时，两者误差在5%内。

（2）系统的调试

数据计量设备采集的数据正确。

数据采集装置接收数据正常，数据打包后能正常发送，满足业主试验要求。

附图1：

复合能源热泵系统图

附图2：

复合能源热泵系统设备布置图