我國國防工程智能化的發(fā)展概況
2012-06-05
讀：隨著科技的發(fā)展，智能化已經(jīng)普及到社會的各個方面，而國防工程由于其特殊性，更是離不開智能化要求，智能化國防工程是一個網(wǎng)絡化的集成系統(tǒng)，其人員、設備、信息是一個有機整體，實現(xiàn)了資源、功能、任務共享，具有安全、高效、快捷的特點。
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和軍事要求的提高，國防工程不同程度地實現(xiàn)了智能化管理。智能化國防工程以軍事化任務為核心，由軍事指揮、安全防衛(wèi)、設備管理和網(wǎng)絡通信等分系統(tǒng)組成。其中，設備管理是指對發(fā)電、變配電、給排水和通風空調(diào)等設備的自動化管理。智能化國防工程是一個網(wǎng)絡化的集成系統(tǒng)，其人員、設備、信息是一個有機整體，實現(xiàn)了資源、功能、任務共享，具有安全、高效、快捷的特點。國防工程是典型的地下工程，國防工程中的通風空調(diào)系統(tǒng)需要在戰(zhàn)時正常工作。
通風空調(diào)系統(tǒng)承擔國防工程內(nèi)部環(huán)境保障任務，其自動化管理包含參數(shù)測量、狀態(tài)評價、運行控制和故障診斷等內(nèi)容。其中，自動化管理是24小時全天候管理。空調(diào)設備的運行控制分為啟停機控制、聯(lián)鎖控制、舒適性控制和節(jié)能控制等。設備控制以設備參數(shù)測量和技術(shù)性能狀態(tài)評估為基礎，只有運行正常的系統(tǒng)才能夠進行節(jié)能控制。
設備狀態(tài)監(jiān)測
對通風空調(diào)設備進行狀態(tài)監(jiān)測，一方面是了解設備的工作過程和進行設備的工作性能評價，另一方面是對工作參數(shù)進行控制，以便得到所需的空氣品質(zhì)。狀態(tài)監(jiān)測也為通風空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行和適時維修提供依據(jù)。通風空調(diào)設備狀態(tài)監(jiān)測應根據(jù)監(jiān)測對象類型及其工作狀態(tài)，選擇適當?shù)膫鞲衅鳌⒈O(jiān)測點和監(jiān)測方法，實時采集制冷循環(huán)、空氣熱濕處理過程和冷卻水循環(huán)的工況參數(shù)。
通風空調(diào)系統(tǒng)由各種機械設備和部件相互耦合而成，反映其狀態(tài)變化的參量既有模擬量也有開關(guān)量，且這些狀態(tài)參量分布在各種設備和部件上，監(jiān)測的對象為流體機械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。前者包括對制冷劑、通風及水流參數(shù)的測量，后者包括對電氣信號敏感元件、處理器件和控制部件的監(jiān)測。
狀態(tài)監(jiān)測硬件平臺設計分為傳感器或、信號處理模塊、PLC控制器模塊和執(zhí)行機構(gòu)的選用以及PLC控制器與中央服務器連接方式的選擇和中央處理器的配置。軟件設計包括PLC監(jiān)控軟件和中央服務器軟件設計。PLC監(jiān)控軟件包括參數(shù)測量、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信等模塊。PLC控制器根據(jù)設備狀態(tài)反饋信息和傳感器采集信號，通過控制程序?qū)Ω鞣N執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)節(jié)。中央服務器軟件設計分為監(jiān)控界面、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)庫等模塊的設計，在中央服務器上可以實時監(jiān)控除濕機各部分的狀態(tài)，建立、查看或保存數(shù)據(jù)庫信息，同時可以根據(jù)系統(tǒng)相關(guān)信息(如故障報警等)迅速作出反應，控制相關(guān)設備，進行相應處理。獲得工況參數(shù)以后，人們通過計算可以得到除濕機、、風機等設備的工作性能。除濕機的性能指標COP還能反映出制冷系統(tǒng)的效率，可作為系統(tǒng)性能檢測和故障判斷的依據(jù)。制冷量采用焓差法計算，功耗通過功率傳感器測得。
水泵的性能指標用泵總效率表示。泵總效率是出水的總位能增量與泵的軸功率之比，水的總位能通過測量流量、壓差后計算得到。泵的軸功率是電機功率(可測)與效率(近似常量)之積。風機性能指標用風機總效率表示。風機總效率可以通過測量風機全壓、風量和電機功率后計算得到。
設備節(jié)能控制
通風空調(diào)設備節(jié)能控制含有豐富的內(nèi)容，如制冷、風機、水泵的變?nèi)萘靠刂疲L系統(tǒng)避免冷熱抵消、除濕加濕抵消的控制，水系統(tǒng)避免有用能損失的冷凍水旁通、熱水旁通的控制等。國防工程又有自身特點，特別要考慮具有顯著節(jié)能效果的新風量控制和變頻冷卻水泵控制。
我國中部地區(qū)國防工程環(huán)境保障的主要任務是“防潮除濕”。工程內(nèi)部空調(diào)負荷主要是濕負荷，工程運行過程中空氣需要降濕。一般采用冷凍除濕機對空氣進行降濕，而當室外空氣的含濕量比較低時，也可以使用通風的方法對空氣進行降濕。顯然，通風降濕與除濕機降濕相比，所節(jié)約的能耗就是除濕機組的耗電量。一般而言，除濕機組的功率大于風機的功率，如此運行可以節(jié)能50%以上。
一年中，室外氣象條件變化很大，一般將可劃分為夏季、冬季和過渡季三種空調(diào)季節(jié)。夏季多是雨季，應盡量少使用新風;冬季雖然干燥，但由于室外空氣溫度太低，也不宜長時間進行全新風運行;過渡季可以使通風系統(tǒng)全新風運行。一天中，室外空氣的含濕量也是變化的，一般在后半夜達到最低值。根據(jù)工程外氣象條件的變化特點以及工程內(nèi)人員及設備運行規(guī)律，適時調(diào)節(jié)新風量，才能達到運行節(jié)能的目的。
國防工程通風空調(diào)系統(tǒng)可以采用無新風、維護新風量、根據(jù)工程內(nèi)二氧化碳濃度連續(xù)調(diào)節(jié)新風量以及全新風四種運行模式。首先，新風量必須滿足工作區(qū)域人體呼吸的需要，由二氧化碳濃度傳感器控制新風量的大小;其次，通過對工程內(nèi)外含濕量進行比較，決定全新風或無新風。這里需要說明的是，基于維護的需要，每周要定期維護新風系統(tǒng)。
實際上，國防工程中存在多個空調(diào)區(qū)域，不同區(qū)域的新風要求也各自不同。此外，雨雪、風沙天氣不宜大量使用新風，因而新風控制更復雜。上述新風控制策略的實現(xiàn)，不僅需要借助于國防工程設備自動化管理系統(tǒng)，還需要準確的氣象觀測數(shù)據(jù)的支持。
變頻冷卻水泵控制
調(diào)溫除濕機是出風溫度可以調(diào)節(jié)的除濕機，配備風冷和水冷兩個冷凝器，其電控系統(tǒng)采用PLC控制器。水冷冷凝器的冷卻水量由除濕機的出風溫度控制，當設定出風溫度高時減少冷卻水量，反之則增加冷卻水量。
大型國防工程往往采用十多臺甚至更多調(diào)溫除濕機同時運行，每一臺的運行工況隨著室外氣象條件、室內(nèi)負荷的變化而發(fā)生較大變化，這時對冷卻水的需求也會發(fā)生變化。調(diào)溫除濕機冷卻水系統(tǒng)原來的設計是，無論除濕機工作工況如何，均按設計負荷定水量供應冷卻水。如果除濕機運行過程中需要的冷卻水少了，則通過水量將多余的冷卻水旁通掉，造成水泵部分能耗浪費。而變頻冷卻水泵的控制方式為：以水冷冷凝器供水壓力為目標，控制水泵的運行。當由于水冷冷凝器需水量減小而使供水壓力升高時，PLC控制頻率降低使電機轉(zhuǎn)速降低，從而使水泵供水量減少;反之，使水泵供水量增加，以實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運行。
筆者曾在某國防工程進行試驗：一年8760小時中，除濕機的工作時間為2630小時，工作過程中平均負荷率為50%，水冷冷凝器的平均負荷率為60%，通過變頻冷卻水泵的年節(jié)電率為52%。
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