《暖通空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展問題研究5600字》

自動控制系統(tǒng)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的發(fā)展研究目錄TOC\o"1-2"\h\u1050淺談自動控制系統(tǒng)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的發(fā)展 19721關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)；自動控制；PLC技術(shù) 1224701引言 1246532暖通空調(diào)系統(tǒng)自動控制概述 2942.1暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制過程 2309552.2暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制功能 4133043自動控制在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的發(fā)展 5184073.1設(shè)備集中啟停控制系統(tǒng) 5254133.2模擬儀表控制系統(tǒng) 6226173.3直接數(shù)字控制系統(tǒng) 7321334結(jié)論 813051參考文獻 8摘要：隨著現(xiàn)代自動控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和現(xiàn)代計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速的應(yīng)用也越來越廣泛，暖通空調(diào)系統(tǒng)也成為了必不可少的一部分，應(yīng)用在工廠企業(yè)、辦公大樓、商廈、酒店中。暖通空調(diào)能給人提供舒適的環(huán)境，但是其耗電量也是非常的大的。據(jù)此，本文對暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用進行分析，對控制提供的工作原理、硬件結(jié)構(gòu)進行一整套設(shè)計，引入了用于過程溫度測量和控制的PLC控制，該控制方法可以自動在任何環(huán)境中具有較強的適應(yīng)能力，具有廣泛的開發(fā)和適用性，最終實現(xiàn)了暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制。關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)；自動控制；PLC技術(shù)1引言現(xiàn)在，空調(diào)已深入千家萬戶。這一方面讓人們的居住、辦公環(huán)境更加舒適，但另一方面，對空調(diào)不合理的使用造成了資源的巨大浪費，傳統(tǒng)的空調(diào)對環(huán)境的影響有兩點，一是所使用的冷媒如：氟利昂，在循環(huán)制冷后排入室外會對臭氧層產(chǎn)生極大的破壞；第二點是，空調(diào)用電負荷高峰期與電網(wǎng)用電高峰重疊，這不僅讓電能使用效率降低，而且不利于電網(wǎng)負荷的平衡。暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)是樓宇自動化系統(tǒng)的許多子系統(tǒng)和設(shè)備中最重要的部分，但它也是在許多設(shè)備中消耗最多能量的系統(tǒng)。人們對環(huán)境中空氣質(zhì)量，溫度和濕度的高要求導致能耗增加，在這種情況下，應(yīng)該盡可能的去避免高能耗的現(xiàn)象。變頻調(diào)速技術(shù)和PLC自動測溫控制的應(yīng)用不僅可以節(jié)約能源，提高系統(tǒng)的自動化程度，還可以提供系統(tǒng)穩(wěn)定運行，結(jié)構(gòu)簡化和維護保養(yǎng)的優(yōu)點。本文以暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用進行分析，對控制系統(tǒng)的工作原理、硬件結(jié)構(gòu)以進行一整套分析，給暖通空調(diào)自動控制系統(tǒng)的發(fā)展提供一點思路方向。2暖通空調(diào)系統(tǒng)自動控制概述2.1暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制過程通過溫度傳感器，測量每個區(qū)域的溫度參數(shù)，測量散熱器的入口和出口溫度，測量空調(diào)單元的入口和出口溫度，并測量室外溫度。通過選擇壓力傳感器，測量冷卻水，冷凍水，供水的回水壓力，并測量制冷劑蒸發(fā)器壓力的參數(shù)。通過選擇CO2傳感器來測量目標區(qū)域的空氣質(zhì)量。以上測量參數(shù)通過A/D適配器和接口電路發(fā)送到計算機控制器，并且系統(tǒng)CRT上將顯示相關(guān)參數(shù)，例如系統(tǒng)每個設(shè)定點的壓力和溫度。微處理器系統(tǒng)使用測量的參數(shù)來預測操作條件的變化模式，邏輯操作的執(zhí)行以及版本控制命令。在控制器上，對警報點參數(shù)進行采樣，并在超出限制時發(fā)出警告消息，并由系統(tǒng)應(yīng)用軟件根據(jù)設(shè)定點時間順序生成每個設(shè)定點參數(shù)。利用模糊控制器對難以建立精確的數(shù)學模型的控制對象具有較好的控制效果。在運用模糊控制器具有以下幾個優(yōu)勢：它無需精確的數(shù)學模型；控制精度高以及穩(wěn)定性強；對于非線性控制系統(tǒng)有比較好的控制效果。由于模糊控制器的設(shè)計是依靠技術(shù)人員的思維或者依靠人工經(jīng)驗對規(guī)則設(shè)定，所以對不同的控制對象所用的規(guī)則很可能不同。對于模糊控制器的一般設(shè)計過程如下圖2.1所示。大概主要包括如下四個步驟：（1）模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。模糊控制是結(jié)合多種學科構(gòu)成具有反饋調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，對于控制算法是數(shù)字與機器語言相融合的結(jié)果，一般是由輸入、控制器、控制對象以及輸出等構(gòu)成。（2）模糊化過程。該過程是把輸入?yún)?shù)的精確量經(jīng)轉(zhuǎn)化處理成為模糊量并利用隸屬度函數(shù)來描述模糊子集。（3）知識庫與模糊推理。在此過程中建立數(shù)據(jù)庫以及模糊規(guī)則庫，數(shù)據(jù)庫就是參數(shù)的隸屬函數(shù)以及量化因子的尺寸變換。模糊規(guī)則就是模糊控制的條件語句的集合，每一條控制語句都是一定情形下的控制策略。（4）反模糊化。在執(zhí)行機構(gòu)上的得到的是系統(tǒng)輸出精確量，此過程包過兩個過程：首先是把得到的模糊控制量進行清晰化處理；然后將得到的清晰量進行尺度變換。控制規(guī)則表中的全部模糊關(guān)系是利用隸屬度表通過運算可計算出，因此通過給定任意一組輸入時，經(jīng)過Fuzzy決策都能最終獲得相應(yīng)的控制量。圖2.1模糊控制器結(jié)構(gòu)圖2.1.1節(jié)流過程從冷凝器流出的常規(guī)高壓冷卻劑通過高壓液罐并流入膨脹閥，由于其阻滯作用，冷卻劑的流動阻力大，并且在流動過程中冷卻劑壓力迅速降低。隨著壓力降低，一些液體開始蒸發(fā)，并且由于蒸發(fā)熱，冷卻劑溫度也迅速下降。制冷劑的最終溫度（蒸發(fā)溫度）取決于閥門的開度，如果閥門開度小，則阻力增大，蒸發(fā)高，并且溫度降低。2.1.2蒸發(fā)過程低溫低壓冷卻器從膨脹閥流向蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的外部空氣為內(nèi)部空氣。由于飽和氣體溫度仍低于空氣溫度，冷卻液將繼續(xù)吸收熱量，并且由于冷卻液溫度低于空氣溫度，冷卻器吸收空氣溫度，一方面，空氣溫度下降，同時，降低液體空氣的溫度。熱量被吸收，蒸發(fā)（沸騰）變成飽和氣體。因此，當冷卻劑離開蒸發(fā)器時，其溫度（吸入溫度）高于蒸發(fā)溫度，并且兩者之間的溫差稱為高溫。2.1.3吸氣壓縮和排氣過程在壓縮機中，蒸氣的溫度和壓力通過壓縮過程而升高，然后高壓和高壓蒸汽從壓縮機排放到排放管線。在壓縮機的影響下，蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽從壓縮機噴嘴中的蒸發(fā)器吸收。2.1.4冷凝過程當冷卻劑到達冷凝器底部時，蒸汽完全冷凝并冷卻更多。之后，過冷的液體流入儲罐，準備回收。冷凝器被冷凝器風扇拉過冷凝器，蒸汽通過排水管進入冷凝器，并且當熱的蒸汽熱量釋放到低溫空氣中時，蒸汽冷凝器的溫度被釋放到較低的溫度。溫度將下降到與其新壓力相對應(yīng)的飽和溫度，熱量將被進一步除去，蒸氣將以液態(tài)冷凝。2.2暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制功能數(shù)據(jù)顯示功能：顯示運行參數(shù)，包括冷水出口溫度，冷水入口溫度，冷卻水出口溫度，冷卻水入口溫度，蒸汽壓力，蒸汽閥開度，所有屏蔽泵（如泵）的運行狀態(tài)溶液和冷卻液泵。以及各種故障警報的詳細信息。控制功能：根據(jù)給定的實驗運行數(shù)據(jù)參數(shù)，可編程控制器應(yīng)使用反饋數(shù)據(jù)（如室內(nèi)溫度等）。進行PIC調(diào)整以確保操作參數(shù)滿足系統(tǒng)要求?；ユi和保護功能：啟動和停止與每個單元相關(guān)的設(shè)備有特定的關(guān)系和糾纏。因此，單元可以實現(xiàn)的熱處理包括除濕、冷卻、加濕、吸濕冷卻和等溫加濕。2.2.1空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)冷水機組出水溫度的變化調(diào)節(jié)機組的制冷量，根據(jù)水溫的變化，可以預測和補償空調(diào)負荷的影響水溫的變化。當風速較低要求的場所可調(diào)節(jié)內(nèi)圈45只電動噴口的送風量，同時調(diào)整送風主要電動閥門開度，降低支配在球場上的送風量。2.2.2空氣濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)冬天室內(nèi)溫度很高時，熱水盤管可以關(guān)閉。在集中監(jiān)控的情況下，仍然需要監(jiān)控空調(diào)的室內(nèi)溫度和濕度。數(shù)控系統(tǒng)通過反饋溫濕度傳感器采集。根據(jù)這些值分析溫度測量和控制，然后調(diào)節(jié)組合空調(diào)單元的運行狀態(tài)。例如，當濕度低時，打開加濕器的供水閥以增加加濕量；直接引入新鮮空氣進行室內(nèi)溫度預處理；當夏季室內(nèi)濕度相對較高時，可以提高容量以降低空氣濕度，并且可以通過低溫電加熱來提高濕度。2.2.3空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計冷卻水系統(tǒng)是空調(diào)控制中最重要的部分。我們使用空調(diào)的原因是為了調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的溫度，因此我們必須確保冷水系統(tǒng)提供適量的冷（熱量）。根據(jù)空調(diào)專家的多年研究，冷凍水出口的溫度保持在7℃，冷凍水的水溫保持在12℃，這是最節(jié)能的狀態(tài)。因此，首先設(shè)置流出水的溫度，并通過觸摸屏返回水溫，然后將返回的水溫差設(shè)置為5℃?？删幊炭刂破髦鳈C從指令中實時讀取模擬輸入單元溫度，從實際回水溫度中減去實際回水溫度，并將其與PIC控制的實際溫差進行比較。（1）冷卻水系統(tǒng)的邏輯控制。首先，選擇自動模式控制，調(diào)節(jié)溫差，然后開始自動冷卻水控制。可編程控制器主機首先控制冷凍水出口和回水閥，并在5秒鐘的延遲后啟動冷凍水再循環(huán)泵。冷凍水泵由變頻器控制并行控制（主回路分開，變頻器頻率信號相同）。逆變器的頻率由模擬數(shù)據(jù)采集單元輸出的電流信號控制。最小輸出頻率在可編程控制程序中設(shè)置。最小輸出頻率由空調(diào)房末端的壓力傳感器控制。使用此壓力傳感器的目的是確保在較高樓層的房間中有足夠的冷水供應(yīng)，以便終端空調(diào)房間可以像其他空調(diào)房間一樣適當?shù)乜刂剖孢m的溫度。為了提供易于使用的控制解決方案，可以通過觸摸屏自動激活冷卻循環(huán)泵。例如，辦公樓工作人員從星期一到星期五工作，暖通空調(diào)系統(tǒng)可以在工作前設(shè)置半小時。當上班族上班時，室內(nèi)溫度會自動設(shè)置為指定的舒適溫度，為上班族提供一個舒適的工作環(huán)境，以確保他們高效地工作。您還可以設(shè)置一個自動暖通空調(diào)系統(tǒng)，在辦公室工作人員下班后將其關(guān)閉；這種人為的控制使您感到高興。如果您在星期六和星期日不上班，則可以設(shè)置暖通空調(diào)系統(tǒng)，以使其在星期六和星期日不啟動。一切都交付給可編程控制臺的主機，不需要辦公室工作人員花費大量時間進行管理?？删幊炭刂破鲿詣訖z測溫度傳感器和壓力傳感器的狀態(tài)，并在傳感器異常時發(fā)出警報;當變頻器發(fā)生故障時，可編程控制器的主機會檢測到變頻器故障并發(fā)出警報信號，提醒維護人員消除故障。（2）水冷式PLC控制系統(tǒng)。當規(guī)定的溫差大于實際的溫差時，表明實際的制冷量不足以滿足空調(diào)房間的需求，必須增加制冷量?？删幊炭刂破魍ㄟ^指令增加數(shù)據(jù)采集單元的輸出電流，提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速以增加實際的制冷量，實際的溫差將逐漸減小，直到接近指定溫度為止。規(guī)定溫度小于實際溫度差，表示實際制冷量超過了空調(diào)室的需求，因此有必要降低制冷量?？删幊炭刂茊卧≒LC）控制數(shù)據(jù)采集單元（DA）以減小輸出電流，從而降低冷卻泵速度并降低實際冷卻能力，并且實際溫差將逐漸減小，直到接近溫差為止。溫度傳感器檢測到水并返回水的原因是為了確保低溫水系統(tǒng)的完整性，并且單個傳感器的故障不會破壞整個低溫水系統(tǒng)。3自動控制在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的發(fā)展3.1設(shè)備集中啟?？刂葡到y(tǒng)通過開關(guān)、接觸器、繼電器和電源系統(tǒng)（大功率系統(tǒng)）的強大電流線路激活暖通空調(diào)設(shè)備，即可激活系統(tǒng)的功能。同時，設(shè)置一些顯示符號（信號燈等）以顯示設(shè)備的當前工作狀態(tài)（啟動或停止）。根據(jù)GB50155-92對自動控制系統(tǒng)的定義，這種系統(tǒng)不能稱為自動控制系統(tǒng)，而是通過集中集中控制，可以控制系統(tǒng)中設(shè)備的啟動和停止。3.2模擬儀表控制系統(tǒng)模擬儀表控制系統(tǒng)是20世紀80年代以前暖通空調(diào)控制系統(tǒng)中使用的典型自動控制系統(tǒng)之一，其原理由傳感器、控制器、執(zhí)行器等環(huán)節(jié)控制或在預定范圍內(nèi)。以室溫控制為例，控制系統(tǒng)的原理如圖3.1所示。圖3.1室溫自動控制系統(tǒng)原理圖從圖3.1可以看出，這是一個典型的負反饋系統(tǒng)。通過傳感器對室溫的測量反饋，通過多個控制環(huán)節(jié)對最終的室溫進行有效控制。根據(jù)控制信號的特點，大多數(shù)模擬器件控制系統(tǒng)都是弱電系統(tǒng)（電壓0～10V，電流1～20mA）。在模擬儀表控制系統(tǒng)中，最重要的是控制器（也稱為功能單元）的功能特性。常用的模擬控制器有兩個位置控制器（開/關(guān)控制）、比例控制器（P控制）、比例積分控制器（PI控制）和比例積分微分控制器（PID控制）。初始模擬控制器的特性參數(shù)（比例帶、積分時間、微分時間等）是固定的，不能根據(jù)現(xiàn)場需要改變。隨著技術(shù)的進步，逐步更新的產(chǎn)品基本上可以根據(jù)控制內(nèi)容的要求在現(xiàn)場調(diào)整特性參數(shù)。模擬控制因其可靠性好、適應(yīng)性強、價格低廉等特點，在許多地方得到了廣泛的應(yīng)用（目前仍在工業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)中）。它還可以與強大的電流系統(tǒng)相結(jié)合，以監(jiān)測和顯示模擬控制系統(tǒng)中的多個設(shè)備（傳感器等），以監(jiān)測和顯示多個控制參數(shù)（使用單點或多點循環(huán)檢測器），同時它還提供了遠程對焦啟動和顯示功能，實現(xiàn)設(shè)備的啟停控制功能。3.3直接數(shù)字控制系統(tǒng)隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，模擬控制逐漸被數(shù)字控制所取代。自20世紀70年代末以來，北美空調(diào)自動控制系統(tǒng)引入了數(shù)字控制。與分布式系統(tǒng)相比，其核心是：控制器采用數(shù)字控制器（DDC控制器）直接代替模擬電器。從而實現(xiàn)了從控制參數(shù)到控制信號的數(shù)字化。上世紀80年代末，我國開始引進直接數(shù)字控制系統(tǒng)。在近年來的大型私人建筑中，主流系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。3.3.1DDC控制器的結(jié)構(gòu)與原理DDC控制器是一種基于微處理器的數(shù)字控制器，集成了計算、數(shù)模轉(zhuǎn)換、輸入、輸出、存儲、編程等功能。其組成和原理如圖3.2所示。圖3.2DDC控制器構(gòu)成及原理圖3.3.2DDC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)DDC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖3.3和3.4所示，Bus總線結(jié)構(gòu)和環(huán)流結(jié)構(gòu)兩類。圖3.3總線結(jié)構(gòu)示意圖圖3.4環(huán)流結(jié)構(gòu)示意圖以上兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于自動空調(diào)系統(tǒng)中。前者更簡單，但如果有許多DDC控制器，則需要支持更高的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而后者更具可擴展性。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步，通信速度越來越快，帶寬越來越大。從目前的情況來看，以太網(wǎng)絡(luò)作為支撐平臺，通信帶寬達到100～1000mhz時，圖3.3的結(jié)構(gòu)逐漸成為相對主流。4結(jié)論本文對自動控制在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的發(fā)展和應(yīng)用研究，從暖通空調(diào)的工作原理、可編程控制器和變頻器的工作原理以及基于觸摸屏的可編程控制器和變頻器在暖通空調(diào)中的應(yīng)用幾個主要方面詳細闡述了如何實現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的集中控制。暖通空調(diào)系統(tǒng)配置應(yīng)滿足工藝要求（工業(yè)建筑和有特定工藝要求的建筑）或舒適性要求（民用建筑）。由于暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑能耗的很大一部分，在應(yīng)急能源和環(huán)境保護的條件下，暖通空調(diào)系統(tǒng)也應(yīng)承擔相應(yīng)的“節(jié)能減排”