《暖通空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展問(wèn)題研究5600字》

自動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制；PLC技術(shù) 1224701引言 1246532暖通空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制概述 2942.1暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制過(guò)程 2309552.2暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制功能 4133043自動(dòng)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(xiàn) 8摘要：隨著現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速的應(yīng)用也越來(lái)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(duì)暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行分析，對(duì)控制提供的工作原理、硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行一整套設(shè)計(jì)，引入了用于過(guò)程溫度測(cè)量和控制的PLC控制，該控制方法可以自動(dòng)在任何環(huán)境中具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，具有廣泛的開發(fā)和適用性，最終實(shí)現(xiàn)了暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)；自動(dòng)控制；PLC技術(shù)1引言現(xiàn)在，空調(diào)已深入千家萬(wàn)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(duì)空調(diào)不合理的使用造成了資源的巨大浪費(fèi)，傳統(tǒng)的空調(diào)對(duì)環(huán)境的影響有兩點(diǎn)，一是所使用的冷媒如：氟利昂，在循環(huán)制冷后排入室外會(huì)對(duì)臭氧層產(chǎn)生極大的破壞；第二點(diǎn)是，空調(diào)用電負(fù)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(fù)荷的平衡。暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)是樓宇自動(dòng)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(duì)環(huán)境中空氣質(zhì)量，溫度和濕度的高要求導(dǎo)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(dòng)測(cè)溫控制的應(yīng)用不僅可以節(jié)約能源，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，還可以提供系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和維護(hù)保養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)。本文以暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行分析，對(duì)控制系統(tǒng)的工作原理、硬件結(jié)構(gòu)以進(jìn)行一整套分析，給暖通空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展提供一點(diǎn)思路方向。2暖通空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制概述2.1暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制過(guò)程通過(guò)溫度傳感器，測(cè)量每個(gè)區(qū)域的溫度參數(shù)，測(cè)量散熱器的入口和出口溫度，測(cè)量空調(diào)單元的入口和出口溫度，并測(cè)量室外溫度。通過(guò)選擇壓力傳感器，測(cè)量冷卻水，冷凍水，供水的回水壓力，并測(cè)量制冷劑蒸發(fā)器壓力的參數(shù)。通過(guò)選擇CO2傳感器來(lái)測(cè)量目標(biāo)區(qū)域的空氣質(zhì)量。以上測(cè)量參數(shù)通過(guò)A/D適配器和接口電路發(fā)送到計(jì)算機(jī)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(gè)設(shè)定點(diǎn)的壓力和溫度。微處理器系統(tǒng)使用測(cè)量的參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)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(duì)警報(bào)點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行采樣，并在超出限制時(shí)發(fā)出警告消息，并由系統(tǒng)應(yīng)用軟件根據(jù)設(shè)定點(diǎn)時(shí)間順序生成每個(gè)設(shè)定點(diǎn)參數(shù)。利用模糊控制器對(duì)難以建立精確的數(shù)學(xué)模型的控制對(duì)象具有較好的控制效果。在運(yùn)用模糊控制器具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：它無(wú)需精確的數(shù)學(xué)模型；控制精度高以及穩(wěn)定性強(qiáng)；對(duì)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(jì)是依靠技術(shù)人員的思維或者依靠人工經(jīng)驗(yàn)對(duì)規(guī)則設(shè)定，所以對(duì)不同的控制對(duì)象所用的規(guī)則很可能不同。對(duì)于模糊控制器的一般設(shè)計(jì)過(guò)程如下圖2.1所示。大概主要包括如下四個(gè)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(xué)科構(gòu)成具有反饋調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)于控制算法是數(shù)字與機(jī)器語(yǔ)言相融合的結(jié)果，一般是由輸入、控制器、控制對(duì)象以及輸出等構(gòu)成。（2）模糊化過(guò)程。該過(guò)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(lái)描述模糊子集。（3）知識(shí)庫(kù)與模糊推理。在此過(guò)程中建立數(shù)據(jù)庫(kù)以及模糊規(guī)則庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)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(yǔ)句的集合，每一條控制語(yǔ)句都是一定情形下的控制策略。（4）反模糊化。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的得到的是系統(tǒng)輸出精確量，此過(guò)程包過(guò)兩個(gè)過(guò)程：首先是把得到的模糊控制量進(jìn)行清晰化處理；然后將得到的清晰量進(jìn)行尺度變換?？刂埔?guī)則表中的全部模糊關(guān)系是利用隸屬度表通過(guò)運(yùn)算可計(jì)算出，因此通過(guò)給定任意一組輸入時(shí)，經(jīng)過(guò)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(guò)程從冷凝器流出的常規(guī)高壓冷卻劑通過(guò)高壓液罐并流入膨脹閥，由于其阻滯作用，冷卻劑的流動(dòng)阻力大，并且在流動(dòng)過(guò)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(guò)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(shí)，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(dāng)冷卻劑離開蒸發(fā)器時(shí)，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(guò)程在壓縮機(jī)中，蒸氣的溫度和壓力通過(guò)壓縮過(guò)程而升高，然后高壓和高壓蒸汽從壓縮機(jī)排放到排放管線。在壓縮機(jī)的影響下，蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽從壓縮機(jī)噴嘴中的蒸發(fā)器吸收。2.1.4冷凝過(guò)程當(dāng)冷卻劑到達(dá)冷凝器底部時(shí)，蒸汽完全冷凝并冷卻更多。之后，過(guò)冷的液體流入儲(chǔ)罐，準(zhǔn)備回收。冷凝器被冷凝器風(fēng)扇拉過(guò)冷凝器，蒸汽通過(guò)排水管進(jìn)入冷凝器，并且當(dāng)熱的蒸汽熱量釋放到低溫空氣中時(shí)，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(duì)應(yīng)的飽和溫度，熱量將被進(jìn)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(yùn)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(yùn)行狀態(tài)溶液和冷卻液泵。以及各種故障警報(bào)的詳細(xì)信息?？刂乒δ埽焊鶕?jù)給定的實(shí)驗(yàn)運(yùn)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(jìn)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(hù)功能：?jiǎn)?dòng)和停止與每個(gè)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(shí)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(jī)組出水溫度的變化調(diào)節(jié)機(jī)組的制冷量，根據(jù)水溫的變化，可以預(yù)測(cè)和補(bǔ)償空調(diào)負(fù)荷的影響水溫的變化。當(dāng)風(fēng)速較低要求的場(chǎng)所可調(diào)節(jié)內(nèi)圈45只電動(dòng)噴口的送風(fēng)量，同時(shí)調(diào)整送風(fēng)主要電動(dòng)閥門開度，降低支配在球場(chǎng)上的送風(fēng)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(shí)，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(guò)反饋溫濕度傳感器采集。根據(jù)這些值分析溫度測(cè)量和控制，然后調(diào)節(jié)組合空調(diào)單元的運(yùn)行狀態(tài)。例如，當(dāng)濕度低時(shí)，打開加濕器的供水閥以增加加濕量；直接引入新鮮空氣進(jìn)行室內(nèi)溫度預(yù)處理；當(dāng)夏季室內(nèi)濕度相對(duì)較高時(shí)，可以提高容量以降低空氣濕度，并且可以通過(guò)低溫電加熱來(lái)提高濕度。2.2.3空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guò)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(jī)從指令中實(shí)時(shí)讀取模擬輸入單元溫度，從實(shí)際回水溫度中減去實(shí)際回水溫度，并將其與PIC控制的實(shí)際溫差進(jìn)行比較。（1）冷卻水系統(tǒng)的邏輯控制。首先，選擇自動(dòng)模式控制，調(diào)節(jié)溫差，然后開始自動(dòng)冷卻水控制?？删幊炭刂破髦鳈C(jī)首先控制冷凍水出口和回水閥，并在5秒鐘的延遲后啟動(dòng)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(hào)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(hào)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(dāng)?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(guò)觸摸屏自動(dòng)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(shí)。當(dāng)上班族上班時(shí)，室內(nèi)溫度會(huì)自動(dòng)設(shè)置為指定的舒適溫度，為上班族提供一個(gè)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(gè)自動(dòng)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(dòng)。一切都交付給可編程控制臺(tái)的主機(jī)，不需要辦公室工作人員花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行管理?？删幊炭刂破鲿?huì)自動(dòng)檢測(cè)溫度傳感器和壓力傳感器的狀態(tài)，并在傳感器異常時(shí)發(fā)出警報(bào);當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，可編程控制器的主機(jī)會(huì)檢測(cè)到變頻器故障并發(fā)出警報(bào)信號(hào)，提醒維護(hù)人員消除故障。（2）水冷式PLC控制系統(tǒng)。當(dāng)規(guī)定的溫差大于實(shí)際的溫差時(shí)，表明實(shí)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^(guò)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(shí)際的制冷量，實(shí)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(shí)際溫度差，表示實(shí)際制冷量超過(guò)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(shí)際冷卻能力，并且實(shí)際溫差將逐漸減小，直到接近溫差為止。溫度傳感器檢測(cè)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(gè)傳感器的故障不會(huì)破壞整個(gè)低溫水系統(tǒng)。3自動(dòng)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(guò)開關(guān)、接觸器、繼電器和電源系統(tǒng)（大功率系統(tǒng)）的強(qiáng)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(shí)，設(shè)置一些顯示符號(hào)（信號(hào)燈等）以顯示設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)（啟動(dòng)或停止）。根據(jù)GB50155-92對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的定義，這種系統(tǒng)不能稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)，而是通過(guò)集中集中控制，可以控制系統(tǒng)中設(shè)備的啟動(dòng)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(jì)80年代以前暖通空調(diào)控制系統(tǒng)中使用的典型自動(dòng)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(yù)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(dòng)控制系統(tǒng)原理圖從圖3.1可以看出，這是一個(gè)典型的負(fù)反饋系統(tǒng)。通過(guò)傳感器對(duì)室溫的測(cè)量反饋，通過(guò)多個(gè)控制環(huán)節(jié)對(duì)最終的室溫進(jìn)行有效控制。根據(jù)控制信號(hào)的特點(diǎn)，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(gè)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(shí)間、微分時(shí)間等）是固定的，不能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要改變。隨著技術(shù)的進(jìn)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(chǎng)調(diào)整特性參數(shù)。模擬控制因其可靠性好、適應(yīng)性強(qiáng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，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(qiáng)大的電流系統(tǒng)相結(jié)合，以監(jiān)測(cè)和顯示模擬控制系統(tǒng)中的多個(gè)設(shè)備（傳感器等），以監(jiān)測(cè)和顯示多個(gè)控制參數(shù)（使用單點(diǎn)或多點(diǎn)循環(huán)檢測(cè)器），同時(shí)它還提供了遠(yuǎn)程對(duì)焦啟動(dòng)和顯示功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟?？刂乒δ?。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(jì)70年代末以來(lái)，北美空調(diào)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了從控制參數(shù)到控制信號(hào)的數(shù)字化。上世紀(jì)80年代末，我國(guó)開始引進(jìn)直接數(shù)字控制系統(tǒng)。在近年來(lái)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(jì)算、數(shù)模轉(zhuǎn)換、輸入、輸出、存儲(chǔ)、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(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中。前者更簡(jiǎn)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(kuò)展性。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，通信速度越來(lái)越快，帶寬越來(lái)越大。從目前的情況來(lái)看，以太網(wǎng)絡(luò)作為支撐平臺(tái)，通信帶寬達(dá)到100～1000mhz時(shí)，圖3.3的結(jié)構(gòu)逐漸成為相對(duì)主流。4結(jié)論本文對(duì)自動(dòng)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(gè)主要方面詳細(xì)闡述了如何實(shí)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(hù)的條件下，暖通空調(diào)系統(tǒng)也應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)的“節(jié)能減排”