中央空調(diào)模型實訓(xùn)臺的設(shè)計組成功能原理與自控系統(tǒng)的構(gòu)成
空調(diào)自動控制指空氣調(diào)節(jié)（簡稱空調(diào)）的作用是在室外氣候條件和室內(nèi)負(fù)荷變化的情況下使空間（如房屋建筑、列車、飛機(jī)等）內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)參數(shù)保持期望的數(shù)值�？照{(diào)自動控制就是通過對空氣狀態(tài)參數(shù)的自動檢測和調(diào)節(jié)，保持空調(diào)系統(tǒng)處于最優(yōu)工作狀態(tài)并通過安全防護(hù)裝置，維護(hù)設(shè)備和建筑物的安全。主要的環(huán)境狀態(tài)參數(shù)有溫度、濕度、清潔度、流速、壓力和成分等。
一、中央空調(diào)實訓(xùn)臺的組成及設(shè)計目的
中央空調(diào)實訓(xùn)臺由空調(diào)系統(tǒng)、冷水機(jī)組、供熱系統(tǒng)、冷卻水、冷凍水系統(tǒng)等組成。該實訓(xùn)臺以制冷、供熱系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)為控制對象，融合了傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)；可以演示中央空調(diào)的結(jié)構(gòu)和工作原理，可以將中央空調(diào)按功能不同分為空調(diào)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、冷凍水冷卻水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)等四個單元學(xué)習(xí)和理解，可以進(jìn)行：
(1)系統(tǒng)設(shè)備認(rèn)識實驗；(2)監(jiān)控空調(diào)機(jī)組的運行狀態(tài)、啟�？刂茖嶒灒�(3)新風(fēng)閥及回風(fēng)閥的比例調(diào)節(jié)實驗；(4)溫度設(shè)定、參數(shù)回顯實驗；(5)環(huán)境溫度及濕度檢測實驗；(6)一次回風(fēng)系統(tǒng)啟�？刂茖嶒�。通過這一系列的實訓(xùn)練習(xí)可以增強學(xué)生對中央空調(diào)及其控制的理解和掌握。
二、中央空調(diào)模型實訓(xùn)臺各部件的介紹
中央空調(diào)模型實訓(xùn)臺由冷、熱源系統(tǒng)，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)及輔助部件組成。圖l所示為中央空調(diào)模型實訓(xùn)臺實樣圖。
1.冷熱源系統(tǒng)
冷源是一臺壓縮機(jī)為l匹的制冷系統(tǒng)，為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供所需冷量；熱源由一臺3KW的電熱水器模擬鍋爐，為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供模擬房間所需的熱量。
2.空氣處理系統(tǒng)
空氣處理系統(tǒng)主要包括：新風(fēng)段、空氣混合段、空氣過濾段、冷卻段、加熱段、送風(fēng)段、回風(fēng)段和排風(fēng)段等。在新風(fēng)段、排風(fēng)段設(shè)有電動風(fēng)閥，可控制閥門開度，可模擬房間冬季省熱量，夏季省冷量，以達(dá)到節(jié)能要求。
圖1中央空調(diào)模型實訓(xùn)臺實樣
三、空調(diào)自控系統(tǒng)的特點
1.依調(diào)節(jié)對象不同而控制方式不同的特性
空調(diào)自控的主要任務(wù)是維持空調(diào)房間一定的溫度、濕度�？刂菩Ч绾�，除與空調(diào)系統(tǒng)本身有關(guān)外，自控部分對空調(diào)系統(tǒng)的運行效率也起著非常重要的作用。自控系統(tǒng)對空調(diào)設(shè)備的控制不單是簡單唯一的控制，也要依據(jù)調(diào)節(jié)對象的不同而采用不同的控制方式，所以了解空調(diào)對象的特性，是很關(guān)鍵的一個方面。
2.空調(diào)系統(tǒng)的整體控制性
空調(diào)自控系統(tǒng)是以空調(diào)房間的溫、濕度控制為中心，通過工況轉(zhuǎn)換與空氣進(jìn)行處理的過程，每個環(huán)節(jié)都是一個緊密聯(lián)系在一起的整體控制系統(tǒng)，任意環(huán)節(jié)有問題，都將影響空調(diào)調(diào)節(jié)效果，甚至使整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)無法工作。
四、中央空調(diào)自控系統(tǒng)的基本功能
中央空調(diào)系統(tǒng)在自控方面應(yīng)實現(xiàn)的基本功能有：
1.中央空調(diào)系統(tǒng)各部件設(shè)備的啟停控制
主要能控制壓縮機(jī)、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔風(fēng)扇、送風(fēng)機(jī)、回風(fēng)機(jī)等。
2.中央空調(diào)系統(tǒng)各參數(shù)監(jiān)控
主要可以進(jìn)行主要部件設(shè)備的啟停運行狀態(tài)監(jiān)控和進(jìn)行冷水機(jī)組回水端、供水端水溫、新風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度、室內(nèi)溫度等監(jiān)控、
3.中央空調(diào)系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測和各電動閥控制
主要調(diào)節(jié)冷、熱水電動閥，新風(fēng)閥、回風(fēng)閥、排風(fēng)閥等電動閥開度和運行狀態(tài)的監(jiān)測。
4.其它監(jiān)控：如過濾網(wǎng)堵塞報警等
五、中央空調(diào)模型實訓(xùn)臺自控系統(tǒng)的構(gòu)成
根據(jù)中央空調(diào)模型系統(tǒng)及其自控系統(tǒng)特點、技術(shù)要求，本系統(tǒng)采用DDC控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)如圖2所示�？刂圃O(shè)備及傳感器有：溫度和濕度傳感器、壓差開關(guān)、大氣壓力傳感器、電動三通閥、DDC控制器等。整個中央空調(diào)模型實訓(xùn)臺自動控制系統(tǒng)主要有自動控制系統(tǒng)軟件、冷水機(jī)組控制和空氣處理器控制三部分組成。
1.自動控制系統(tǒng)軟件
中央空調(diào)模型實訓(xùn)臺整個系統(tǒng)的核心是自動控制系統(tǒng)軟件。管理用計算機(jī)的系統(tǒng)軟件采用Windows7操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件的人機(jī)界面由HMI／SCADA自動化軟件平臺"組態(tài)王6．5"開發(fā)。組態(tài)王具有數(shù)據(jù)采集與控制功能，可以通過硬件驅(qū)動程序與現(xiàn)場設(shè)備通信，完成對數(shù)據(jù)的采集和控制。組態(tài)王具有圖形化用戶接El，允許開發(fā)者用圖形化的組態(tài)方式進(jìn)行系統(tǒng)配置，并可以定義圖形對象的動態(tài)特性。
系統(tǒng)運行時有兩種控制狀態(tài)：自動控制狀態(tài)和手動控制狀態(tài)。當(dāng)選擇自動控制模式時，通過傳感器檢測到的模擬房間溫度、風(fēng)系統(tǒng)溫度、水系統(tǒng)溫度以及壓差信號作為反饋，根據(jù)控制算法實時地控制電動閥、壓差開關(guān)、電動風(fēng)閥，從而使模擬房間的溫度、新風(fēng)量達(dá)到目標(biāo)值。當(dāng)選擇手動控制模式時，所有控制用電動閥、壓差開關(guān)、電動風(fēng)閥的控制都由操作人員直接用鼠標(biāo)點擊操作的方式進(jìn)行控制。其中空氣處理系統(tǒng)自控軟件界面如圖3所示。
2.空氣處理系統(tǒng)自控
空氣處理系統(tǒng)自控的要求有：1．監(jiān)測風(fēng)管道內(nèi)的溫度；2．監(jiān)測及控制新風(fēng)、排風(fēng)電動風(fēng)閥開肩度；3．監(jiān)測及控制表冷器冷水與加熱器熱水進(jìn)水閥開度；4．監(jiān)測新風(fēng)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓差，以了解過濾網(wǎng)是否堵塞；5．監(jiān)測送風(fēng)、回風(fēng)機(jī)的啟停狀態(tài)及啟�？刂��？諝馓幚硐到y(tǒng)監(jiān)控原理圖如圖4。
圖4空氣處理系統(tǒng)監(jiān)控原理圖
圖4上方風(fēng)管為回風(fēng)管，下方風(fēng)管為送風(fēng)管，回風(fēng)管中裝有同風(fēng)機(jī)，送風(fēng)管中裝有過濾網(wǎng)、加熱器、表冷器、送風(fēng)機(jī)；T表示溫度傳感器，可以分別監(jiān)測回風(fēng)管、送風(fēng)鋝、模擬房間、新風(fēng)側(cè)溫度；H表示電動閥，可以分別：|在測和控制新風(fēng)、排風(fēng)、混合段電動風(fēng)閥及表冷器、加熱器電動閥的開度；△P表示壓差開關(guān)，當(dāng)空氣過濾網(wǎng)上灰塵增多時，通過時空氣阻力增大，將影響空調(diào)的正常運行，此時濾網(wǎng)兩端壓差增大，對其兩邊設(shè)置壓差監(jiān)測�？梢詫V網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。圖中5個電動閥連接至DDC的模擬輸出(AO)端口，5個溫度傳感器連接至DDC的模擬輸入(AI)端口，送風(fēng)機(jī)與同風(fēng)機(jī)由DDC的數(shù)字輸出(DO)端口控制，2臺風(fēng)機(jī)的丌啟狀態(tài)和濾網(wǎng)壓差由DDC的數(shù)字輸入(DI)端口監(jiān)控。
由以上連接可以通過同風(fēng)管、送風(fēng)管、模擬房間、新風(fēng)側(cè)的溫度傳感器經(jīng)模擬信號輸入端送至DDC控制器中，經(jīng)采樣、模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換將模擬溫度信號變成數(shù)字信號，與給定溫度值進(jìn)行比較得出偏差，經(jīng)DDC控制器運算，從輸出端口輸出與偏差成一定關(guān)系的信號，夏天輸入的2～15℃的冷凍水流量，對空氣進(jìn)行等濕冷卻或除濕冷卻，冬季控制輸入的30℃以上的熱水流量，可以對空氣進(jìn)行加熱，從而實現(xiàn)對送風(fēng)溫度、濕度的調(diào)節(jié)；過渡季節(jié)控制新風(fēng)閥、排風(fēng)閥與混合段風(fēng)閥的開度，調(diào)節(jié)系統(tǒng)回風(fēng)與新風(fēng)混合比例，以適應(yīng)冷熱負(fù)荷的變化。在DDC控制器中，可以根據(jù)控制對象的不同特性，選用最合適的控制算法編程，如新風(fēng)溫度補償控制、模糊控制等，以保證在滿足舒適性的同時，最大程度地節(jié)能。
3.空調(diào)水系統(tǒng)監(jiān)控
空調(diào)水系統(tǒng)有兩個循環(huán)回路。一是冷凍水系統(tǒng)，由冷凍水循環(huán)泵通過管道系統(tǒng)連接冷水機(jī)組蒸發(fā)器與空氣處理系統(tǒng)中表冷器。冷凍水在系統(tǒng)中起載冷作用，通過低溫水和外界的換熱，而達(dá)到空調(diào)所需要的效果，冷凍水系統(tǒng)可以極大地減少制冷系統(tǒng)的冷媒充注量；二是冷卻水系統(tǒng)，主要由冷卻塔、水泵和管道組成。冷水流過冷水機(jī)組的冷凝器后，溫度上升，使升溫冷水流過冷卻塔則水溫下降，用泵送回冷水機(jī)組后再次循環(huán)。
對空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控制的主要要求有：1．保證冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)有足夠的水量使蒸發(fā)器正常工作：2．冷水機(jī)組可以向空調(diào)機(jī)組的表冷器提供足夠的冷水量以滿足使用要求；3．保證冷水機(jī)組冷凝器側(cè)有足夠的冷卻水通過；4．保證冷卻塔風(fēng)機(jī)和各水泵的安全運行。空調(diào)水系統(tǒng)監(jiān)控原理圖如圖5。
圖5空調(diào)水系統(tǒng)監(jiān)控原理圖
圖5空調(diào)水系統(tǒng)監(jiān)控原理圖中有兩個循環(huán)系統(tǒng)，每個循環(huán)系統(tǒng)都連有進(jìn)出冷水機(jī)組側(cè)的溫度傳感器，水泵和電動閥。冷水溫度的控制是根據(jù)室內(nèi)溫度傳感器的反饋信息來經(jīng)DDC計算控制水閥的開度進(jìn)而控制冷水的溫度。
六、結(jié)語
中央空調(diào)模型實訓(xùn)臺為我院建筑設(shè)備工程技術(shù)專業(yè)熱工儀表與空調(diào)白控課程教學(xué)實訓(xùn)和學(xué)生工程實踐實訓(xùn)平臺。通過對計算機(jī)自動控制軟件的操作，可以讓學(xué)生掌握中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理，掌握中央空調(diào)監(jiān)控與自動控制的基本理論，可以通過對該實訓(xùn)平臺更深入地研究開發(fā)，能夠更進(jìn)一步了解和掌握組態(tài)軟件、LonWorks總線技術(shù)與應(yīng)用、控制理論等方面的知識。本實訓(xùn)臺的研究和探索是中央空調(diào)調(diào)試實訓(xùn)及自動控制系統(tǒng)實訓(xùn)的新思路，具有較高的實用和推廣價值。
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