本发明涉及暖通空调节能控制领域，特别是针对地铁车站通风空调使用的节能控制系统。
背景技术：
地铁的快捷和方便，使其成为我国大型城市解决日益紧张的交通问题的主要方式。目前，我国北京、上海、天津、广州、深圳、武汉、成都、宁波等38个城市都在积极发展地铁，为城市的迅速发展解决交通问题。与此同时地铁能源消耗总量过大且运营成本居高不下的问题也日益突出。在地铁系统的日常运行需要消耗大量的能源，而通风空调系统在地铁日常运行中，其能源消耗占到地铁系统总能源消耗的40%以上。因此，如何在保证地铁室内环境满足舒适性、不影响行车安全的前提下，降低通风空调系统的能源消耗，减少运营费用，成为研究地铁通风空调控制系统节能技术的关键。
现有技术中，地铁通风空调控制系统的运行还存在诸多问题和缺陷，例如：风机运行模式单一，缺乏全生命周期的控制运行策略；风系统和水系统独立运行控制；风机定频率运行，不能根据站内负荷变化实时调频；冷冻水系统运行方式缺乏对冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔的统一优化控制。上述问题均会导致能源浪费。
技术实现要素：
为了克服并有效解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种适用于地铁通风空调的节能控制系统。它能在保证原系统功能完整、安全稳定以及满足室内环境需求的前提下，达到节能减排的目的，并可实现对全系统的在线远程管理。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种适用于地铁通风空调的节能控制系统，它包括管理层和控制层。其结构特点是，所述管理层包括人机界面和内嵌节能控制算法的主控制模块。所述控制层包括车站a端风机变频控制模块、车站b端风机变频控制模块、冷水全局效率优化控制模块和三台交换机。人机界面通过主控制模块和三台交换机相连接，主控制模块通过它的工业云接口与云平台互通。三台交换机分别与车站a端风机变频控制模块、车站b端风机变频控制模块和冷水全局效率优化控制模块一一对应连接。车站a端风机变频控制模块、车站b端风机变频控制模块和冷水全局效率优化控制模块还分别与各自的通信接口模块、io接口模块相连接。所述通信接口模块和io接口模块与地铁车站原控制系统、通风空调设备、仪表进行连接。
本发明由于采用了上述结构，管理层与控制层通过工业网络交换机组网，实现管理层与控制层控制模块数据的实时交互；通信接口模块与io接口模块负责完成对被控地铁车站通风空调设备、现场仪表的接口工作，完成与地铁车站原控制系统权限无扰切换及设备状态数据共享。管理层主控制模块内嵌入节能控制算法，优化后的控制指令下发给控制层各个控制模块，来实现本发明节能控制系统对通风空调系统的优化控制，节能降耗。同时，本发明在满足信息安全防护的要求下，通过主控制模块上的工业云接口可接入上一级的管理平台，解决了“端”问题。以工业云为基础，实现了远程对车站级通风空调系统的数据分析、节能监测、能耗诊断、系统报警、预测性维护、维修管理等功能，实现通风空调全系统效率优化，延长了设备使用寿命，节约通风空调电能能耗30%以上，减少碳排放，有效降低现有地铁车站的运营成本，获得良好社会效益的同时创造了巨大的经济效益。另外，本发明节能控制系统还具备高度的容错能力，当管理层设备出现故障后，控制层控制模块具有分布式控制器的功能，可以独立完成对地铁车站风机、空调的控制，保障地铁车站通风空调系统稳定运行。同现有技术相比，本发明节能控制系统可以实现风机变频及风机模式多样化运行、风系统与水系统联动运行、冷冻水系统集中优化控制运行，并且该系统可以自动跟踪和学习车站的运行规律和负荷变化特点，实时调整通风空调系统的运行模式和设备出力。同时，有效解决了本发明系统与原控制系统之间因控制权限切换导致的原控制系统安全性降低和功能缺失等问题，本节能控制系统可以实现与原控制系统之间无扰切换，保证原控制系统的安全稳定运行以及功能的完整性。
下面结合副图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明适用于地铁通风空调的节能控制系统包括管理层和控制层。管理层包括人机界面1和内嵌节能控制算法的主控制模块2。控制层包括车站a端风机变频控制模块4、车站b端风机变频控制模块5、冷水全局效率优化控制模块6和三台交换机3。人机界面1通过主控制模块2和三台交换机3相连接，主控制模块2通过它的工业云接口与云平台9互通。三台交换机3分别与车站a端风机变频控制模块4、车站b端风机变频控制模块5和冷水全局效率优化控制模块6一一对应连接，车站a端风机变频控制模块4、车站b端风机变频控制模块5和冷水全局效率优化控制模块6还分别与各自的通信接口模块7、io接口模块8相连接。通信接口模块7和io接口模块8与地铁车站原控制系统、通风空调设备、仪表进行连接。
本发明对已开通运营地铁车站的改造是增加了一套节能控制系统，被控对象是车站通风空调设备。本发明中的通信接口模块7接现场变频风机、水泵和原控制系统与该风机/水泵的通信模块、智能电表。接风机和原系统通信模块是为了实现本节能控制系统与车站原控制系统对风机的控制权限切换及风机状态数据的共享。接智能电表是为了实现系统的分项计量，以便核算节能量。本发明中的io接口模块8接现场组合风阀、电动阀门和原控制系统与所控阀门的io模块，以及现场传感器。接阀门和原系统io模块是为了实现本节能控制系统与车站原控制系统对阀门的控制权限切换及阀门状态数据的共享。本发明中的io接口模块8还要连接车站公共区温湿度传感器、设备房间温湿度传感器、送回风温湿度传感器、公共区二氧化碳传感器、水管压力、温度和流量传感器。
当本发明系统运行模式通过上位机人机界面1切换到节能工况时，车站通风空调设备的控制由本节能控制系统完成，保留原控制系统监视功能，通信接口模块7通过rs-485通讯方式把风机的参数、电表数据分别传至车站a端风机变频控制模块4、车站b端风机变频控制模块5、冷水全局效率优化控制模块6。io接口模块8通过硬线方式把风阀、传感器数据分别传至车站a端风机变频控制模块4、车站b端风机变频控制模块5、冷水全局效率优化控制模块6。由于车站a端风机变频控制模块4、车站b端风机变频控制模块5、冷水全局效率优化控制模块6具备分布式控制器的功能，可独立主控制模块2工作，分别对车站送回排风机、组合风阀、冷水系统设备完成简单的控制功能。正常节能工况下需要完成车站通风空调全系统优化控制功能，a端风机变频控制模块4、车站b端风机变频控制模块5、冷水全局效率优化控制模块6通过modbustcp通讯方式把采集上来的设备层数据，如地铁车站送回排风机、组合风阀、两通阀、冷水机组、水泵、冷塔风机、各种传感器、智能电表数据上传至主控制模块2，主控模块2作为核心专用控制器，完成该车站通风空调全系统的优化控制策略，指导a端风机变频控制模块4、车站b端风机变频控制模块5、冷水全局效率优化控制模块6自动跟踪和学习车站的运行规律和负荷变化特点，实时调整通风空调全系统的运行模式和设备出力，实现节能降耗的目标。本发明中的上位机人机界面1具备友好的人机交互功能，便于运营人员实时掌握车站通风空调系统运行状态、环境指标和能耗数据。主控制模块2把所采集的数据通过gprs或以太网接入云平台9，将数据存于云平台9数据库中，可实现远程专家式节能监测、能耗诊断、故障预警等功能。
当本发明节能控制系统接收到车站灾害信号或人为操作，可迅速退出对该车站通风空调设备的控制，控制权限可无扰交还原控制系统，保证原控制系统按照车站火灾联动策略执行火灾模式或人工操作模式，不降低原控制系统的安全性。