中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì).doc

目目 錄錄 第 1 章 控制系統(tǒng)工藝分析 1 1 1 控制系統(tǒng)工藝發(fā)展背景 1 1 2 控制系統(tǒng)工藝目標(biāo) 1 1 3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 2 第 2 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 2 1 儀表的選擇 4 2 2 傳感器的選型 5 2 3 控制方案分析 5 第 3 章 基于組態(tài)王的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 9 3 1 主控界面 9 3 2 趨勢(shì)界面 9 3 3 儀表界面 10 第 4 章 結(jié)論與體會(huì) 11 參考文獻(xiàn) 12 自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 1 第第 1 章章 控制系統(tǒng)工藝分析控制系統(tǒng)工藝分析 1 1 控制系統(tǒng)工藝發(fā)展背景控制系統(tǒng)工藝發(fā)展背景 隨著電腦技術(shù)的不斷發(fā)展 BAS 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng) 是目前智能化設(shè)計(jì)最重 要的一部分 而在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中 中央空調(diào)系統(tǒng)則是建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng) 最主要的控制系統(tǒng) 首先 這個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)自于 EBI 企業(yè)自動(dòng)化建設(shè) 中 BAS 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng) 的自動(dòng)邏輯模塊 這個(gè)系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)是被引進(jìn)過(guò)來(lái) 的 具有先進(jìn)的硬件及軟件環(huán)境 其次 該軟件包括的 EBI 和 CARE 計(jì)算機(jī) 輔助整治工程 與上位機(jī) 下位機(jī)控制器相對(duì)應(yīng) 最后 中央空調(diào)系統(tǒng)在建筑 學(xué)中的控制能力經(jīng)過(guò)的嚴(yán)格探討 其中包括 PIN 控制 模糊控制和混合模糊 PIN 控制算法 特別是對(duì)控制方法 溫度和濕度在空調(diào)系統(tǒng)中的影響進(jìn)行了探 討 實(shí)驗(yàn)是在一個(gè)規(guī)模較大的辦公系統(tǒng)大樓中進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明 混合模糊 PIN 控制比模糊控制具有更好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性 能夠減少超調(diào) 有更快的響 應(yīng)速度和更高的精確度 1 2 控制系統(tǒng)工藝目標(biāo)控制系統(tǒng)工藝目標(biāo) 大樓中的中央空調(diào)系統(tǒng)包括有兩個(gè)冷卻機(jī)組的冷卻水系統(tǒng)和有 11 個(gè)空氣調(diào) 節(jié)裝置的空氣處理系統(tǒng) 穩(wěn)定空氣量的系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足下列要求 基本參數(shù)測(cè)量和開(kāi)關(guān)控制設(shè)備 能量調(diào)整和管理 調(diào)整和控制能源 水和空氣系統(tǒng) 總之 監(jiān)控系統(tǒng)包括控制面板 操作界面 數(shù)據(jù)收集與分析 中央空調(diào)系 統(tǒng)管理等 這些參數(shù)包括空調(diào)中的溫度 濕度和二氧化碳濃度 冷卻水中溫度和壓力 以及冷卻水系統(tǒng)是用來(lái)使這些參數(shù)工作在最佳狀態(tài) 所以先進(jìn)的控制系統(tǒng)是必 要的 另外 隨著季節(jié)的變化和不同的設(shè)備使得監(jiān)控系統(tǒng)要根據(jù)不同條件而改 變工作方式以便能夠節(jié)約能源 在 BAS 中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)適應(yīng)于分布式控制系統(tǒng) DCS 中 其中包括中 央處理器通信設(shè)備 和 11 個(gè)數(shù)字信號(hào)控制器 DDS BAS 中制冷監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)見(jiàn)圖 1 1 圖 1 1 中 AI 表示模擬輸入 AO 為 模擬輸出 DI 為數(shù)字輸入 DO 表示數(shù)字輸出 I 代表溫度 F 代表流量 有兩 自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 2 個(gè)充滿冷水的冷卻裝置 分別由三個(gè)水泵來(lái)促進(jìn)冷卻水的循環(huán) 其中有兩個(gè)泵 是備用的 冷卻水由集成模塊通過(guò)傳輸管道發(fā)送到 AHU 端 典型的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)如圖 1 2 所示 系統(tǒng)維持空氣的流通 AHU 包括 過(guò)濾器 線圈 加濕器 風(fēng)扇等 圖 1 1 中 TO 與 HO 分別代表溫度和室外空氣濕度 Ts 和 Hs 代表循環(huán)的 溫度和濕度 也就是空調(diào)內(nèi)部的溫度和濕度 CA 代表壓力差開(kāi)關(guān) MV 代表電 氣控制閥門 LT 是為了防止線圈凍壞 MCC 控制風(fēng)扇的開(kāi)關(guān) 圖 1 1 樓宇控制制冷監(jiān)控系統(tǒng) 1 3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 溫度 濕度和通風(fēng)是中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的重要因素 對(duì)通風(fēng)造成的能 源損失以及空氣流動(dòng)的預(yù)測(cè)成為加熱和冷卻的主導(dǎo)原因 下面列出的特點(diǎn)包括 了支持監(jiān)控系統(tǒng)和操作調(diào)度控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 提供安全可控的通道 能夠監(jiān)測(cè)和故障排除 顯示設(shè)置點(diǎn) ON OFF 按鈕 監(jiān)測(cè)職能 濕度 空氣質(zhì)量和溫度控制使用傳感器監(jiān)測(cè)空氣入口及出口的 自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng) 以提供或者鎖定冷卻和通風(fēng) 優(yōu)化啟動(dòng)和溫度預(yù)測(cè) 區(qū)域監(jiān)測(cè)和控制 能量記錄及審核 可用數(shù)據(jù)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)中內(nèi)置傳感器匯聚在一起 實(shí)時(shí)報(bào)告監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 故障自動(dòng)報(bào)警 計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)智能化大樓中所有設(shè)備的檢測(cè)和監(jiān)控是樓宇自動(dòng)化的一部分 其中包括 HAVC 系統(tǒng) 導(dǎo)通系統(tǒng)和截止系統(tǒng)等 中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)體現(xiàn)了溫度 控制 溫度調(diào)節(jié) 濕度 風(fēng)速和室內(nèi)空氣質(zhì)量等問(wèn)題 另外 新鮮空氣聚集和 VAV 風(fēng)機(jī)盤管的監(jiān)控系統(tǒng)也包括在 BAS 中 通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)和記錄的信息 能 自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 3 源節(jié)約的分布式控制和中央處理將被執(zhí)行 為智能化樓宇的管理提供便利 以 減少能源的消耗和管理成本 然而 目前中央空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)在智能化樓宇中的設(shè)計(jì)還存在一些普遍的 問(wèn)題 比如 在中國(guó) 由于室內(nèi)室外的不確定因素 導(dǎo)致 HVAC 系統(tǒng)受到影響 以致控制不是很理想 甚至一些自動(dòng)化系統(tǒng)在某些大樓中不工作 有些控制系 統(tǒng)也不穩(wěn)定 不能節(jié)能 事實(shí)上 根本原因在于空調(diào)專業(yè)設(shè)計(jì)人員與自動(dòng)化專 業(yè)設(shè)計(jì)師之間的溝通不足 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與本地化專業(yè)領(lǐng)域不同限制了計(jì)算 機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施 另一方面 自動(dòng)化設(shè)計(jì)師不了解中央空調(diào)系統(tǒng) 以致他們 只能被動(dòng)的接受專業(yè)空調(diào)設(shè)計(jì)人員傳遞過(guò)來(lái)的工藝過(guò)程和控制要求 最終導(dǎo)致 計(jì)算機(jī)監(jiān)控的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法得到優(yōu)化 從而增加了投資成本和故障的 發(fā)生 圖 1 2 BAS 中的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng) 考慮到在中央空調(diào)控制系統(tǒng)監(jiān)控的難度 本文介紹了在 TV 建筑中的中央 空調(diào)控制系統(tǒng) 這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)建筑物集成 BAS 的 EBI 的一 個(gè)邏輯系統(tǒng) 詳細(xì)介紹控制系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī) 下位機(jī)的 EBI 和 CARE 軟件要求 最后是智能控制策略在監(jiān)控系統(tǒng)中的研究 實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了 該系統(tǒng)的有效性 自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 4 第第 2 章章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 1 儀表的選擇儀表的選擇 XMT 智能型單 雙路輸入數(shù)字顯示報(bào)警控制儀 采用國(guó)外大規(guī)模單片機(jī)專用電路 將數(shù)顯控制儀表的功能匯集于該芯片的 軟件中 集成度高 各項(xiàng)性能指示穩(wěn)定可靠 抗干擾能力強(qiáng) 功能設(shè)置方便 是目前國(guó)內(nèi)數(shù)字顯示控制儀表的先進(jìn)水平 型號(hào)代 碼說(shuō) 明 XMT 雙四位顯示 D單路輸入 輸入回路 S雙路輸入 6 160 80mm 8 80 160mm 外形尺寸 9 96 96mm D 1 2 單 3 路 9 普通位式兩位控制 普通位式三位控制 三位控制 聲響報(bào)警 多位控制 4 路 控 制 或 報(bào) 警 S 5 6 雙 7 路 8 9 主 付回路之差值報(bào)警控制 主 付回路之和值報(bào)警控制 主回路 付回路二位控制或單限報(bào) 警 主 付回路二位控制有聲響報(bào)警 主 付回路分別三位控制 輸入信號(hào)X X見(jiàn)輸入信號(hào)代號(hào)表 表一 配電輸出 Y無(wú)配電輸出 自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 5 注 雙路輸入 僅適用于都為 0 10mA 4 20mA 0 5V 1 5V 熱電阻 熱電偶 2 2 傳感器的選型傳感器的選型 傳感器 一旦控制問(wèn)題和監(jiān)控參數(shù)確定下來(lái) 傳感器的選擇 I O 驅(qū)動(dòng) 計(jì)算機(jī)硬件 軟件 還有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng) 以及鏈接線路即可確定 中央空調(diào)硬件系統(tǒng)通常是 小型分散控制系統(tǒng)沒(méi)有一個(gè)工作站點(diǎn)和一些較低級(jí)的控制器 中央空調(diào)監(jiān)控系 統(tǒng)是在 EBI 系統(tǒng)上設(shè)計(jì)和發(fā)展起來(lái)的 整個(gè)系統(tǒng)由硬件 如中央處理器 DDS 傳感器等構(gòu)成 控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖 2 1 所示 圖 2 1 DCS 中央空調(diào)系統(tǒng) 溫度傳感器有四種主要類型 熱電偶 熱敏電阻 電阻溫度檢測(cè)器 RTD 和 IC 溫度傳感器 IC 溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型 接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸 又稱溫度計(jì) 溫度計(jì)通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡 從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè) 對(duì)象的溫度 一般測(cè)量精度較高 在一定的測(cè)溫范圍內(nèi) 溫度計(jì)也可測(cè)量物體 內(nèi)部的溫度分布 但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體 小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的 測(cè)量誤差 常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì) 玻璃液體溫度計(jì) 壓力式溫度計(jì) 電阻溫度計(jì) 熱敏電阻和溫差電偶等 它們廣泛應(yīng)用于工業(yè) 農(nóng)業(yè) 商業(yè)等部 門 在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì) 隨著低溫技術(shù)在國(guó)防工程 空 間技術(shù) 冶金 電子 食品 醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的 研究 測(cè)量 120K 以下溫度的低溫溫度計(jì)得到了發(fā)展 如低溫氣體溫度計(jì) 蒸 汽壓溫度計(jì) 聲學(xué)溫度計(jì) 順磁鹽溫度計(jì) 量子溫度計(jì) 低溫?zé)犭娮韬偷蜏販?差電偶等 低溫溫度計(jì)要求感溫元件體積小 準(zhǔn)確度高 復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好 PDC24V 配電輸出 自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 6 利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)的一種感 溫元件 可用于測(cè)量 1 6 300K 范圍內(nèi)的溫度 2 3 控制方案分析控制方案分析 軟件的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括兩個(gè)子系統(tǒng) 其一是監(jiān)督和管理系統(tǒng)的工作站 一個(gè)是智能控制系統(tǒng)的 DDC 現(xiàn)場(chǎng)控制器 EBI 系統(tǒng)軟件工作點(diǎn)和 DDS 軟件可用來(lái)對(duì) CARE 進(jìn)行編程控制 EBI 是一個(gè)復(fù)雜的管理和控制應(yīng)用系統(tǒng) 1 以一種簡(jiǎn)單明了的方式顯示數(shù)據(jù) 2 允許手動(dòng)輸入程序控制 3 自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)計(jì)劃 4 顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài) 5 生成報(bào)告 EBI 的支持其他工業(yè)協(xié)議如 BACnet OPC 和 LonWorks 技術(shù)等 一個(gè)典型 的 EBI 的系統(tǒng)包括服務(wù)器 站點(diǎn) 控制器和通信鏈路等 如圖 2 2 所示 EBI 的在服務(wù)器上運(yùn)行 主機(jī)收集和處理數(shù)據(jù) 管理系統(tǒng)活動(dòng)并執(zhí)行自動(dòng)化任務(wù) 圖 2 2 典型的 EBI 控制系統(tǒng)裝置 該站實(shí)際上是我們通過(guò)監(jiān)視和控制的系統(tǒng)在 控制面板設(shè)置 該站點(diǎn)是一 個(gè)單獨(dú)的 EBI 的程序 運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)以及在服務(wù)器上 在該系統(tǒng)中 站點(diǎn)和 服務(wù)器運(yùn)行在相同的計(jì)算機(jī)上 此站點(diǎn)表現(xiàn)為一系列的信息 每個(gè)顯示屏是一 個(gè) 控制面板 顯示設(shè)置或某一類型的信息 并具有一套適當(dāng)?shù)目刂?如 按 鈕 和 滾動(dòng)條 有兩個(gè)基本類型的顯示模式 系統(tǒng) 這是有 EBI 和顯示提供信息標(biāo)準(zhǔn)化方式 系統(tǒng)會(huì)顯示包括列表和 包含系統(tǒng)配置的細(xì)節(jié) 電子表格 自定義 這些已建立專門為特定的系統(tǒng) 并使其更容易理解和控制系統(tǒng)的 活動(dòng) 例如 securityrelated 顯示可能會(huì)顯示一個(gè)特定的布局 而空氣調(diào)節(jié)顯示 器可能包括示意圖的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng) CARE 軟件通過(guò)提供的圖形來(lái)創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件和控制器的控制程序 CARE 自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 7 是 Windows 應(yīng)用程序 需要利用的菜單欄 會(huì)話框 指向并點(diǎn)擊功能 CARE 提供了四個(gè)主要職能創(chuàng)建程序文件下載到控制器 裝載原理圖 控制策略 開(kāi) 關(guān)邏輯和時(shí)間程序 設(shè)備原理圖 在建立工程的第一步是定義一個(gè)項(xiàng)目 一個(gè)項(xiàng)目是一個(gè) 1 到 30 集控制器上的總線 一個(gè)控制器可負(fù)責(zé)超過(guò)一個(gè)工程 然后為每個(gè)工程創(chuàng)建 原理圖 例如圖 2 3 這是空調(diào)器的原理圖 圖 2 3 空調(diào)器原理圖 時(shí)間控制 時(shí)間程序來(lái)控制設(shè)備開(kāi) 關(guān)時(shí)間 以配合設(shè)備日程安排 例如 平日 周末和節(jié)假日 可以定義并分配一周時(shí)間表 在完成一個(gè)工程之后 我們使用其他 CARE 的默認(rèn)編輯功能和轉(zhuǎn)換文件的 控制器的格式 然后我們可以下載該文件在控制器上進(jìn)行操作和測(cè)試 下面的 圖 2 4 顯示 CARE 項(xiàng)目 裝載和性能 圖 2 4 CARE 功能表 控制方式 空調(diào)系統(tǒng)正常良好的運(yùn)行 不僅與相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)有關(guān) 而且還自動(dòng)控制 相關(guān) 這個(gè)空調(diào)系統(tǒng)控制模塊主要包括開(kāi)關(guān)控制 連續(xù)調(diào)整 控制空調(diào)內(nèi)溫度 和濕度 開(kāi)關(guān)主要控制開(kāi)關(guān)冷凍裝置 風(fēng)扇和水泵等相互關(guān)聯(lián)的控制器件 溫度控制系統(tǒng) 在這里 采用溫度控制混合模糊 PID 控制 混合模糊 PID 控制的配置顯示 如圖 2 5 所示 圖 2 5 中 r 為設(shè)定值 e 為錯(cuò)誤輸入值 U 是控制輸出變量 E 是錯(cuò)誤的 自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 8 模糊狀態(tài)的隸屬度 EC 不同程度錯(cuò)誤的模糊狀態(tài) C 是控制模糊狀態(tài)輸出 R 代表識(shí)別器 F 代表輸入頻率 RULE 代表模糊尺度 D 代表模糊輸出 圖 2 5 溫度控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 9 第第 3 章章 基于組態(tài)王的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)基于組態(tài)王的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 3 1 主控界面主控界面 主控制界面顯示了整個(gè)中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模擬圖 采用組 態(tài)王 6 5 進(jìn)行界面的繪制 清晰明確地顯示出整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)流程和各部分之間的工 作聯(lián)系情況 3 2 趨勢(shì)界面趨勢(shì)界面 顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)曲線 自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 10 3 3 儀表界面儀表界面 進(jìn)行各配置部件相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控與記錄的界面 自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 11 第第 4 4 章章 結(jié)論與體會(huì)結(jié)論與體會(huì) 我們從綜合自動(dòng)控制上與數(shù)字電路找到結(jié)合點(diǎn) 經(jīng)過(guò)對(duì)相關(guān)軟硬件的研究 學(xué)習(xí)和實(shí)踐 成功的模擬出一套中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和整體設(shè)計(jì)模式 通 過(guò)模擬 PLC 的連接等 進(jìn)行了多項(xiàng)數(shù)據(jù)的模擬測(cè)量和運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄 得到了比 較滿意的成品 經(jīng)過(guò)本次課程設(shè)計(jì)之后 我感覺(jué)這是一次理論與實(shí)際相結(jié)合的考驗(yàn) 我們 在這次實(shí)習(xí)中受益頗多 也讓我們?cè)谝徊讲降奶剿髦信囵B(yǎng)了解決問(wèn)題的能力 讓我們的所學(xué)知識(shí)得以應(yīng)用 并且認(rèn)識(shí)到我們的不足 任何事情只有一步步的 探索才能最終發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的方法 兩個(gè)星期以來(lái) 我們對(duì)自動(dòng)控制的理論有了初步的系統(tǒng)了解 我們學(xué)會(huì)了 面包板組裝與電路調(diào)試登機(jī)橋 我們了解到了焊普通元件與電路元件的技巧 印制電路板圖的設(shè)計(jì)制作與工藝流程的作用等 這些知識(shí)不僅在課堂上有效 對(duì)以后的電子工藝課的學(xué)習(xí)有很大的指導(dǎo)意義 在日常生活中更是有著現(xiàn)實(shí)意 義 也對(duì)自己的動(dòng)手能力是個(gè)很大的鍛