地铁空调冷水设备群控系统维护探讨

地铁空调冷水设备群控系统维护探讨

田澎涛

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要：地铁空调系统的能耗非常惊人，而中央空调系统中的冷水能耗作为空调系统能耗占比最大的一部分。如何对空调冷水设备的运行进行有效维护，对能耗节能方面具有重要意义。本文根据多年工作实践，对空调冷水设备群控系统的功能及作用、维护及管理等进行探讨，供同行借鉴参考。

关键词：地铁；空调冷水；群控系统；维护管理

前言

随着我国科学技术的发展，地铁中央空调冷水系统的群控装置的应用，对空调冷水的机组、水泵、电力阀等设备进行有效控制，达到了节能的目的。而空调冷水设备的群控系统的维护管理工作也是一门科学，如何有效进行维护管理，以下通过对地铁空调冷水设备群控的作用及功能进行分析，提出可行的维护管理措施。

一、空调冷水机组群控功能及作用

（一）状态监视功能

群控系统监视冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、水处理器、电动压差旁通阀、冷冻水电动蝶阀、冷却水电动蝶阀等设备的运行状态，监测冷冻水进/出水温度、冷却水进/出水温度、冷冻水流量、冷却水流量等状态，并累积记录冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的运行时间。

（二）自动控制功能

群控系统可根据运行时间表，自动开启或停止冷水机组系统设备。

地铁站冷水系统一般按照远期规划、主备设计原则，根据实际需求安装有2~3台冷水机组，每台机组有1~3个不等的压缩机。冷水机组每台压缩机均可根据实际需求独立工作或协同工作。冷水机组群控系统分析冷水机组运行状态信息，根据负荷需求大小，自动优化加载或卸载冷水机组，提高系统运行效率。例如运行中的两台冷水机组的工作负荷均只有一半，群控系统停止一台机组，改为由另一台机组运行，冷水机组的COP（能效比，即压缩机制冷量与消耗的电功率的比值）就可提高，并且可以停止一台冷冻水泵和冷却水泵，达到高效节能目的。

冷水机组长期持续性工作会缩短机组寿命，群控系统可根据自动记录的冷水机组运行时间分析，启动使用时间相对较少的冷水机组，达到均平衡各机组运行时间，延长机组寿命的目的。

除了自动控制外，群控系统也可以执行操作员的指令，启动或停止指定的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵等设备。

群控系统还可以自动记录和打印冷水系统运行状态信息，也可以给不同级别的操作员提供不同的操作权限。

（三）联锁保护功能

群控系统对冷水系统的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、冷冻水阀、冷却水阀等进行了联锁，必须按照正确的顺序启动或停止设备。

启动顺序：冷却塔风机→冷却水阀→冷却泵→冷冻水阀→冷冻泵→冷水机组。停止顺序：冷水机组→延时5min关闭冷冻水泵→冷冻水阀→冷却水泵→冷却水阀→冷却塔风机。

每一步开/关操作须经群控系统确认后，才能开/关下一设备，过程中如遇故障，群控系统将自动停泵以保护设备。同时系统运行返回初始状态，并且将故障报警信息上报群控监控电脑和BAS监控平台。

（四）群控系统主要作用

1.提高系统运行效率

①以往的冷水机组系统主要依靠人的感觉和温度测量等简单信息进行人工控制，对人的依赖性很大，并且由于每个操作者的感觉和测量水平是不一样的，加上操作者无法感知环境的实时变化而对冷水机组系统进行的操作，将导致环境温度过冷或过热，冷水机组系统运行效率大打折扣。冷水群控系统则从节能角度出发，允许用户从使用的经济性和环保两个角度来管理冷水系统的能源消耗，达到降低操作者劳动强度，提高空调舒适度，促进系统节能降耗的目的。

②快速报告系统故障，提高故障维修效率。冷水机组拥有自控系统，能够根据用户设定的上下线值以及根据冷水机组自控系统故障判断值，快速响应系统故障，通过群控系统作出报警，提高故障维修效率。

③冷水群控系统可以保存设备运行时间和能耗等数据，为用户作出能耗分析，为用户决策提供依据。

2.提高地铁环境舒适度

冷水机组群控系统可以通过传感器对冷冻水、冷却水、空气温度、相对湿度、中央空调系统空气通风量的精确控制来提升地铁乘客和工作人员的舒适度。

3.强化系统诊断能力

①为操作者提供了辨别设备非正常运行状态和对其他设备产生影响的功能。

②所有的维护请求需要进行现场或远程操作的确认，不能自动清除。

4.完成协同工作

基于网络数据共享和远程监控的需要，地铁冷水机组群控系统通过专用的通信模块，可以实现与地铁BAS系统的双向数据通信，完成群控系统内部数据上传和接收车站BAS系统控制命令。

二、空调冷水机组群控原理

（一）冷水机组的控制

1．冷水机组自控系统

冷水机组控制采用微电脑PLC（ProgrammableLogicCon-troller，可编程控制器）控制系统，机组所有元件装在一个控制箱内，实现冷水机组单体自动运行管理。它具有启停控制、冷冻和冷却水出水温度、压缩机和节流装置的调节等控制功能，具有吸气压力过低保护、排气压力过高保护、油温过高保护、油压差过低保护、冷冻和冷却水流量过小保护、冷冻和冷却水温度过低保护、低压保护、短路保护、电流失衡保护、压缩机故障停机保护、紧急停车等功能，具有自动记录和显示故障报警信息功能。一台冷水机组对应一台冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵，且它们与冷水机组联锁。具有高度自控能力的冷水机组也可以接受群控系统的指令。

2．群控系统控制冷水机组

群控系统接收到BAS发出的开机动作指令后，由群控系统根据累积计时器记录，开启运行时间相对较少的无故障的冷水机组。冷水机组接到开机命令后，首先进行系统自检，检测系统中的冷却水电动蝶阀、冷冻水电动蝶阀是否打开，冷冻水泵、冷却水泵是否正常运转，水流开关检测是否有系统运行的最低水量，冷却水温是否满足开机条件。当检测完毕达到开机条件时，冷水机组启动。若在检测过程中发现某一项或多项不满足开机条件，冷水机组将不执行群控开机指令，以保护设备。若在运行过程中检测到某一设备或部件发生故障时，冷水机组停机，并报警。运行过程中，群控系统自动根据空调负载调整设备运行台数，冷水机组是逐台、逐压缩机启动的，达到节能、优化运行的目的。

群控系统接收到BAS系统发出的关机指令后，先关闭冷水机组，待5min后关闭冷冻水泵和冷冻水阀，在关闭冷却水泵和冷却水阀，最后关闭冷却塔。

（二）电动压差旁通阀控制

为了提高空调舒适度，在空调器进出水管道上设置了电动压差旁通阀。电动压差旁通阀为独立执行部件，群控系统只显示其阀位反馈状态和手/自动运行状态，不对其进行操作控制。它通过压力传感器来检测供回水压差，自动调节电动阀阀门的开度来维持供回水压差的稳定，最终达到空气调节稳定的目的。

（三）定压补水装置控制

定压补水装置自带控制系统，实现自动定压补水功能。在系统运行过程中，定压补水装置自动运行，群控系统仅对其给出允许运行信号，并对其运行状态进行监视。

（四）水处理设备控制

水处理设备自带控制器，实现自动运行。在冷水系统运行过程中，水处理设备自动工作，群控系统仅对其运行状态进行监视。

（五）群控系统接口

所有开关量信号为无源干结点信号，模拟量信号为0~10V/4~20mA的标准信号，信号电缆采用低烟无卤阻燃的控制电缆。群控箱与冷水机组的通信接口为RJ45以太网接口，群控箱与BAS的接口为标准的RS485通信接口，通信协议为Modbus-RTU。

群控系统接收BAS系统的控制信号并判断执行，同时也可以向BAS系统上传冷水系统的各项运行参数，便于远程管理。

三、冷水机组群控维护

地铁中央空调冷水机组系统使用时间是每年的5~10月。群控系统需要定期维护保养，具体分为日巡和月检和年检。

群控系统操作员必须是经本公司认可并经过专业培训的技术人员，主要以车控室值班员为主。要求必须具有一定的电脑技能，了解一定的电气知识和空调暖通工艺。

群控系统维修员必须是经本公司认可并经过专业培训的技术人员。要求必须具有一定的电脑技能和英语基础，熟悉电气知识和空调暖通工艺，熟悉群控系统工作原理。维修员按照相应的维修规程对群控系统进行维护保养，并做好相关记录。

（一）日巡

每年5~10月运行冷水机组系统，运行期间每日巡查冷水群控系统一次。地铁冷水机组群控系统一般有3个CCN控制箱，电源来自旁边的配电柜。每日巡查一次AC220V电源、AC24V电源和DC24V电源，确保电源24h不间断供电；每日巡查CCN控制模块指示灯，有红色、绿色、黄色指示灯。红色指示灯正常情况下1Hz闪烁，表示模块有电源。绿色指示灯正常情况下闪烁，指示CC6400和扩展模块CC6400-I/O之间有通讯。黄色指示灯闪烁表示模块中有程序运行。每日巡查CCN控制柜内控制冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机的继电器的手自动转换拉柄是否处于正常位置，继电器的绿色小拉柄向上拉可实现控制设备的手动控制，向下拉可实现控制设备的自动控制。每日巡查该类继电器的强制开关，该类强制开关可强制继电器触点吸合。该功能非常实用，当群控系统失效时，可按此强制开关启停水泵、风机和水阀等；每日巡查控制箱门关闭是否严实，防止小动物、水蒸气等异物进入箱体。

巡查冷水机组电源是否正常，自控功能是否正常，机组是否处于群控受控状态。

巡查每个蝶阀开关、调节是否处于正常状态。

巡查冷冻、冷却水泵就地控制箱上的旋钮是否处于“自动”档。如某一水泵有故障，需把控制旋钮打至“手动”档，并悬挂设备故障标识牌，组织维修。维修完成后，把控制旋钮恢复至“自动”档，并在监控电脑上对该水泵的禁用指令解除。

巡查冷却塔风机电源是否供电正常，风机就地控制箱上的旋钮是否处于“自动”档。

巡查监控电脑，确保电脑24h开机并运行群控监控界面；每日巡查电脑与群控控制箱的通讯电缆的连接是否可靠。

（二）月检

每年5~10月运行冷水机组系统，运行期间每月检修冷水群控系统一次。所有月检包含日巡内容，且要求细致检查。另外冷水群控系统的月检还包括如下内容，每月一次：

对CCN控制箱内部做清洁，检查各线头是否松动。

对冷水机组在群控系统中的地址进行检查，确保不被改动。

检查电动蝶阀的阀门连接线是否松动或损坏。

检查群控系统对冷冻冷却水泵的控制回路是否正常，线头是否松动。

检查群控系统对冷却塔风机的控制回路是否正常，线头是否松动。

检查监控电脑上是否安装了与群控系统无关的应用软件或驱动程序。检查电脑中的各项设置是否正确，硬盘文件是否被删除。

（三）年检

每年3月份或4月份对群控系统进行年度检修，确保接下来的5~10月份群控系统功能正常。

年检包含月检内容，各个部件需详细检查，并检查继电器触点是否生卤，箱内元器件的铁质部分是否生锈，紧固各连接线线头。

对水温传感器进行精度校正，并在监控电脑上修正参数。在日巡、月检和年检过程中，如遇无法及时修复的故障，维修员需将故障设备的手自动转换开关置于手动位置。

五、结束语

地铁空调冷水机组群控系统将会越来越多地应用于地铁冷水机组系统。只有对冷水机组群控系统基本知识全面了解，才能深入研究和掌握各个环节的运行维护与养护规律，以促进运行管理和维护效率的提高，全面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，避免车站温度过低造成的能源浪费，实现节能运行；只有科学组织群控系统设备维修，严格按照群控系统设备维修规程操作，避免过修和欠修，才能保障群控系统长时间高效运行。

参考文献：

[1]翁雪飞.冷水机组群控系统在北京地铁的应用[J].都市快轨交通，2012（10）：118~121.

[2]陈国徽.地铁中央空调系统运行管理与维护[J].城市建设，2013（10）：263~264.