制冷空調(diào)裝置自動控制技術(shù)

1、第一章第一章 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本原理調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本原理 與調(diào)節(jié)對象特性與調(diào)節(jié)對象特性第一節(jié)第一節(jié) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念 制冷（含空調(diào)）裝置自動化是熱工對象自動化的一 個特例，實現(xiàn)計算機控制，其基礎(chǔ)仍是引用經(jīng)典自動調(diào)節(jié)理論及對各熱工參數(shù)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，因此掌握自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本原理是實現(xiàn)制冷裝置自動化所必需的基本知識。一、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其組成一、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其組成 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)對象發(fā)信器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器 自動調(diào)節(jié)設(shè)備例例11 房間溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)（見圖房間溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)（見圖11） 例例12 溴化鋰吸收式制冷機產(chǎn)冷量溴化鋰吸收式制冷機產(chǎn)冷量 調(diào)節(jié)系統(tǒng)（見圖調(diào)節(jié)系統(tǒng)（見圖12）二

2、、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖二、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖 為了更簡潔地表示自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)間相互影響和信號聯(lián)系，一般用框圖來表示調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各組成部分。如圖11b和12b 所示。 每一個框表示一個具體作用的環(huán)節(jié)。框之間用箭頭表示信號聯(lián)系及傳遞方向。框中可用文字注明環(huán)節(jié)的內(nèi)容，也可以用傳遞函數(shù)代替文字表示環(huán)節(jié)的性質(zhì)。 l從圖11b和12b可看出，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的信號傳遞是單向作用的，框圖上帶箭頭的聯(lián)接線，僅表示框間的信號作用方向。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中信號沿箭頭方向前進，形成一個閉合回路，叫做閉環(huán)系統(tǒng)。l從這兩個圖還可看出，被調(diào)參數(shù)是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出信號，通過發(fā)信器把此輸出信號引回調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸入端的比較元件。這種方式稱為反

3、饋。負反饋：反饋信號使被調(diào)參數(shù)變化減小 正反饋：反饋信號使被調(diào)參數(shù)變化增大 反饋 在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中都采用負反饋。偏差信號的標法符號為： e=rz其中 r給定值信號； z負反饋信號。三、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念三、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念（一）調(diào)節(jié)系統(tǒng)分類 反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)按給定值的變化規(guī)律不同，可以分為： l定值調(diào)節(jié)系統(tǒng) l程序控制系統(tǒng) l自適應(yīng)控制 （二）干擾作用（亦稱擾動作用）問題 如圖13a所示，階躍干擾在t0時刻作用于系統(tǒng)，干擾量不隨時間而變化，也不消失。 當干擾作用f(t)= 1時，則稱為單位階躍干擾，其動態(tài)方程為：f(t)=1 tt00 tTs ? Tx時，用時，用PD控制；控制； 當當e(n)

4、時，用時，用PID控制?？刂?。 積分分離值積分分離值應(yīng)根據(jù)具體對象及要求應(yīng)根據(jù)具體對象及要求確定。若確定。若值過大，達不到積分分離的目的；值過大，達不到積分分離的目的；若若值過小，一旦被控量值過小，一旦被控量y y無法進入積分區(qū)，無法進入積分區(qū)，只進行只進行PDPD控制，將會出現(xiàn)殘差?？刂?，將會出現(xiàn)殘差。積分分離曲線圖積分分離曲線圖 兩種積分形式兩種積分形式 （2 2）抗積分飽和）抗積分飽和 如果執(zhí)行機構(gòu)已到極限位置仍然不能消除偏如果執(zhí)行機構(gòu)已到極限位置仍然不能消除偏差時，由于積分作用，盡管計算差時，由于積分作用，盡管計算PID差分方程式差分方程式所得的運算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，而執(zhí)行機構(gòu)所得的

5、運算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，而執(zhí)行機構(gòu)已無相應(yīng)的動作。已無相應(yīng)的動作。使超調(diào)量增加，控制使超調(diào)量增加，控制品質(zhì)變壞。品質(zhì)變壞。措施措施對運算出的控制量對運算出的控制量u(n)限幅，同時把限幅，同時把積分作用切除掉。積分作用切除掉。 為了減少殘差，應(yīng)提高積分項的運算精為了減少殘差，應(yīng)提高積分項的運算精度?？蓪⒕匦畏e分改為梯形積分，梯形積分度。可將矩形積分改為梯形積分，梯形積分的計算式為：的計算式為： （3 3） 梯形積分梯形積分 njtTjejedtte0021（4 4）消除積分不靈敏區(qū)）消除積分不靈敏區(qū) PID PID數(shù)字控制器的增量型數(shù)字控制器的增量型PIDPID算式中積算式中積分作用的輸出為：

6、分作用的輸出為： neTTKnuipi 由于計算機字長的限制，當運算結(jié)果小于字由于計算機字長的限制，當運算結(jié)果小于字長所能表示的精度時，計算機就將此數(shù)作為長所能表示的精度時，計算機就將此數(shù)作為“零零”丟掉。丟掉。uui i(n(n）容易出現(xiàn)小于字長的精度而丟數(shù)，容易出現(xiàn)小于字長的精度而丟數(shù)，此時也就無積分作用，這就稱為積分不靈敏區(qū)。此時也就無積分作用，這就稱為積分不靈敏區(qū)。 為了消除積分不靈敏區(qū)，通常采用以下措施為了消除積分不靈敏區(qū)，通常采用以下措施: : kjiijuS1增加增加A AD D轉(zhuǎn)換位數(shù)，加長運算轉(zhuǎn)換位數(shù)，加長運算字長，這樣可提高運算精度；字長，這樣可提高運算精度； 當積分項當積

7、分項uui i(n)(n)連續(xù)出現(xiàn)小于連續(xù)出現(xiàn)小于輸出精度輸出精度的情況時，不要把它們作為的情況時，不要把它們作為“零零“舍掉，而是把它們一次次累加起來舍掉，而是把它們一次次累加起來 直到累加值直到累加值S Si i大于大于時時, , 才輸出才輸出S Si i，同，同時把累加單元清零，其程序流程為：時把累加單元清零，其程序流程為：消除積分不靈敏區(qū)程序流程消除積分不靈敏區(qū)程序流程 微分項是微分項是PIDPID數(shù)字控制器中響應(yīng)最敏感數(shù)字控制器中響應(yīng)最敏感的一項應(yīng)盡量減少數(shù)據(jù)誤差和噪聲，以消的一項應(yīng)盡量減少數(shù)據(jù)誤差和噪聲，以消除不必要的擾動。為此，可作以下二項改除不必要的擾動。為此，可作以下二項改進

8、。進。 1) 偏差平均偏差平均 2) 測量值微分測量值微分 第三節(jié)第三節(jié) 現(xiàn)代控制理論在制冷空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)代控制理論在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用中的應(yīng)用 隨著計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)隨著計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代控制理論也越來越多地被應(yīng)用于制冷空代控制理論也越來越多地被應(yīng)用于制冷空調(diào)系統(tǒng)中，包括模糊控制、自適應(yīng)控制等。調(diào)系統(tǒng)中，包括模糊控制、自適應(yīng)控制等。 這些先進控制技術(shù)的引入，使這些先進控制技術(shù)的引入，使得制冷空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化，得制冷空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化，系統(tǒng)運行更節(jié)能，也更接近于人系統(tǒng)運行更節(jié)能，也更接近于人們的實際需要。們的實際需要。 一、以高效節(jié)能為目標的制冷系統(tǒng)的控制一、以高效節(jié)

9、能為目標的制冷系統(tǒng)的控制 在系統(tǒng)的控制中就加入一系列的自適應(yīng)在系統(tǒng)的控制中就加入一系列的自適應(yīng)控制與智能控制方法，與常規(guī)控制系統(tǒng)相比，控制與智能控制方法，與常規(guī)控制系統(tǒng)相比，能夠達到更高的能效比。能夠達到更高的能效比。 機組中普遍采用的智能控制方法包括機組中普遍采用的智能控制方法包括以下幾種：以下幾種： 1) 采用變頻器并應(yīng)用現(xiàn)代控制理論控制采用變頻器并應(yīng)用現(xiàn)代控制理論控制 2) 控制壓縮機的啟動負載控制壓縮機的啟動負載 3) 實施冷量優(yōu)先控制，避免系統(tǒng)不必實施冷量優(yōu)先控制，避免系統(tǒng)不必 要的故障停機要的故障停機。二、采用變頻器并應(yīng)用現(xiàn)代控制理論控制二、采用變頻器并應(yīng)用現(xiàn)代控制理論控制 下面我

10、們敘述一個家用分體式變頻下面我們敘述一個家用分體式變頻空調(diào)系統(tǒng)模糊控制的實現(xiàn)過程?？照{(diào)系統(tǒng)模糊控制的實現(xiàn)過程。 常規(guī)的節(jié)流元件常規(guī)的節(jié)流元件- -熱力膨脹熱力膨脹閥的調(diào)節(jié)方式閥的調(diào)節(jié)方式節(jié)流控制元件電子膨脹閥節(jié)流控制元件電子膨脹閥 能達到能達到要求要求達不到要求達不到要求 變頻壓縮機控制實現(xiàn)了冷量的連續(xù)調(diào)節(jié)變頻壓縮機控制實現(xiàn)了冷量的連續(xù)調(diào)節(jié)使得被控溫度波動更小使得被控溫度波動更小 滿足了人們對于熱舒適性的需要滿足了人們對于熱舒適性的需要實現(xiàn)了系統(tǒng)的高效節(jié)能。實現(xiàn)了系統(tǒng)的高效節(jié)能。 目前生產(chǎn)的變速驅(qū)動的離心式機組具目前生產(chǎn)的變速驅(qū)動的離心式機組具有一個冷量控制板。有一個冷量控制板。 這個冷量控制

11、板具有智能化的自適應(yīng)這個冷量控制板具有智能化的自適應(yīng)控制功能?？刂乒δ?。 三、控制壓縮機的啟動負載三、控制壓縮機的啟動負載 為防止螺桿式、離心式壓縮機在機組為防止螺桿式、離心式壓縮機在機組初始起動的短時間內(nèi)，負載上升過快初始起動的短時間內(nèi)，負載上升過快 控制壓縮機啟動時負載的上升速控制壓縮機啟動時負載的上升速度。使冷水溫度緩慢地達到控制點。度。使冷水溫度緩慢地達到控制點?？梢匝娱L壓縮機的使用壽命可以延長壓縮機的使用壽命可以減小機組運行過程中的電可以減小機組運行過程中的電力需求量。力需求量。 四、實施冷量優(yōu)先控制四、實施冷量優(yōu)先控制, , 避免系統(tǒng)不必要避免系統(tǒng)不必要的故障停機的故障停機 在大型

12、機組的控制中，出現(xiàn)某些異在大型機組的控制中，出現(xiàn)某些異常工作情況時常工作情況時 系統(tǒng)不會立即關(guān)機，而對壓縮機系統(tǒng)不會立即關(guān)機，而對壓縮機的移動滑閥進行控制的移動滑閥進行控制從而控制了壓縮機的能量從而控制了壓縮機的能量 如果異常工作情況不能因此而消除，如果異常工作情況不能因此而消除，系統(tǒng)才會關(guān)機報警，以待檢修。系統(tǒng)才會關(guān)機報警，以待檢修。五、單片機在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用五、單片機在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用 大型的機組大型的機組PLC控制控制小型的機組小型的機組大多采用單片機大多采用單片機 實現(xiàn)了機組的智能控制實現(xiàn)了機組的智能控制 節(jié)約控制系統(tǒng)的制作費節(jié)約控制系統(tǒng)的制作費用用 單片機在制冷空調(diào)中的應(yīng)用

13、單片機在制冷空調(diào)中的應(yīng)用 紅外遙控信號的信息流由紅外遙控信號的信息流由5部分組成：部分組成： 識別碼 0 15ms 4ms 0.5ms 1.5ms 0.5ms引導碼 起始碼 數(shù)據(jù)碼 結(jié)束碼引導碼引導碼識別碼識別碼起始碼起始碼數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)碼結(jié)束碼結(jié)束碼用戶碼用戶碼控制碼控制碼校驗碼校驗碼遙控中斷服務(wù)程序流程遙控中斷服務(wù)程序流程( (實現(xiàn)解碼過程實現(xiàn)解碼過程) )現(xiàn) 場 保 護入 口第 一 次 中 斷 ?YN重 復 中 斷 次 數(shù) 計 數(shù) 器YN恢 復 現(xiàn) 場中 斷 返 回寫 112 位 遙 控 數(shù) 據(jù) 蜂 鳴 0.5s清 中 斷 標 志第 二 次 中 斷 ?末 次 中 斷 ?結(jié) 束 碼 ?和 數(shù)

14、校 驗 對 ?TM R1 清 零引 導 碼 ?對 應(yīng) 引 導 碼 ?中 斷 次數(shù) 計 數(shù)器 減 1讀 取 TM R1重 復 中 斷 次數(shù) 計 數(shù) 器TM R1 清 零中 斷 次 數(shù) 計數(shù) 器 減 1讀 取 TM R1轉(zhuǎn) 換 成 一 位數(shù) 據(jù) 緩 沖 區(qū)YYYYYNNNNN 單片機控制軟件的主程序流程圖見圖單片機控制軟件的主程序流程圖見圖5-77。軟件采用軟件采用模塊結(jié)構(gòu)模塊結(jié)構(gòu)，由一個主程序和若，由一個主程序和若干子程序組成。主程序通過調(diào)用各個子程序干子程序組成。主程序通過調(diào)用各個子程序來完成所有的空調(diào)控制器功能。其中，初始來完成所有的空調(diào)控制器功能。其中，初始化子程序完成單片機端口、控制寄存

15、器、化子程序完成單片機端口、控制寄存器、RAM單元的初始設(shè)定工作單元的初始設(shè)定工作。 單片機還可實現(xiàn)循環(huán)風功能、定單片機還可實現(xiàn)循環(huán)風功能、定時運行功能、睡眠功能以及自動除霜時運行功能、睡眠功能以及自動除霜功能等。功能等。恢 復 備 份 單 元 數(shù) 據(jù)入 口已 初 始 化 ?Y鍵 盤 檢 測 子 程 序紅 外 接 收 處 理 子 程 序初 始 化三 個 備 份 單 元數(shù) 據(jù) 相 比Y有 兩 個 單 元 數(shù)據(jù) 相 同 ?紅 外 接 收 處 理 子 程 序定 時 器 處 理 子 程 序定 時 處 理 子 程 序風 速 調(diào) 節(jié) 子 程 序風 向 控 制 子 程 序主 功 能 處 理 子 程 序步 進

16、 電 機 狀 態(tài) 處 理 子 程 序輸 出 子 程 序自 檢 子 程 序工 作 數(shù) 據(jù) 備 份NNYN主程序流程圖主程序流程圖 第四節(jié)第四節(jié) PLCPLC在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用中央處理器電 源編 程 器輸入接口輸出接口PLC的基本組成PLC是一種計算機控制系統(tǒng)是一種計算機控制系統(tǒng)與其他控制器相比與其他控制器相比PLCPLC具有獨特的優(yōu)點：具有獨特的優(yōu)點： 1 1、 與繼電器控制相比較與繼電器控制相比較繼電器繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯控制邏輯采用硬接線邏輯 ，利用繼電器，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)及延時繼電器的滯機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)及延時繼電器的滯后動作等，組合成控制

17、邏輯后動作等，組合成控制邏輯 。缺點缺點連線多而復雜、體積大、功耗大連線多而復雜、體積大、功耗大 靈活性和擴展性很差靈活性和擴展性很差PLCPLC靈活性和擴展性好靈活性和擴展性好,功耗小。功耗小。一、一、PLCPLC的特點的特點工業(yè)控工業(yè)控制計算機制計算機缺點缺點具有豐富的軟件支持具有豐富的軟件支持 以編制出生動的動畫圖象以編制出生動的動畫圖象 運行速度快運行速度快 軟件編制復雜軟件編制復雜 價格高價格高 抗干擾能力不如抗干擾能力不如PLC強強 優(yōu)點優(yōu)點2 2、與工業(yè)控制計算機相比較、與工業(yè)控制計算機相比較單板單板計算機計算機 優(yōu)點優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單 使用方便使用方便 價格較便宜價格較便宜

18、 一般用于數(shù)字采集和工業(yè)控制一般用于數(shù)字采集和工業(yè)控制 ，不是不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動化控制而設(shè)計專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動化控制而設(shè)計 缺點缺點抗干擾能力差抗干擾能力差 編程復雜不宜掌握編程復雜不宜掌握 不如不如PLC可靠可靠 3 3、與單板計算機相比較、與單板計算機相比較 由由PLCPLC與觸摸控制屏組成的制冷空調(diào)機組的控制系統(tǒng)與觸摸控制屏組成的制冷空調(diào)機組的控制系統(tǒng)PLC所實現(xiàn)的功能可以劃分為所實現(xiàn)的功能可以劃分為 ：檢測功能檢測功能 記憶功能記憶功能 預報功能預報功能 執(zhí)行功能執(zhí)行功能 能夠做到一鍵開機、一鍵關(guān)機能夠做到一鍵開機、一鍵關(guān)機 能夠?qū)崿F(xiàn)機組的能量調(diào)節(jié)、輕故障自動處理能夠?qū)崿F(xiàn)機

19、組的能量調(diào)節(jié)、輕故障自動處理與重故障報警、開停機程序控制等功能與重故障報警、開停機程序控制等功能 與常規(guī)的控制系統(tǒng)相比與常規(guī)的控制系統(tǒng)相比 ：可以實現(xiàn)包括自適：可以實現(xiàn)包括自適應(yīng)控制、模糊控制在內(nèi)的更復雜的調(diào)節(jié)控制規(guī)律、應(yīng)控制、模糊控制在內(nèi)的更復雜的調(diào)節(jié)控制規(guī)律、改善調(diào)節(jié)品質(zhì)、提高機組運行的經(jīng)濟性。改善調(diào)節(jié)品質(zhì)、提高機組運行的經(jīng)濟性。 為實現(xiàn)機組運行狀態(tài)的監(jiān)視、參數(shù)的控制、故為實現(xiàn)機組運行狀態(tài)的監(jiān)視、參數(shù)的控制、故障的診斷以及安全保護等功能，障的診斷以及安全保護等功能，PLCPLC必須對機組各部必須對機組各部件中的主要參數(shù)進行檢測與顯示。件中的主要參數(shù)進行檢測與顯示。 PLCPLC系統(tǒng)與常規(guī)的控制系統(tǒng)存在的一個較大系統(tǒng)與常規(guī)的控制系統(tǒng)存在的一個較大的不同點在于它可以的不同點在于它可以記錄以往的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)記錄