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暖通空调计算机控制系统设计

暖通空调计算机控制系统设计

2022-06-21 pp真人_官网网站_pp真人(AG)-首页

内容提示:以沈阳建筑大学建筑环境第一实验室的空调试验系统为对象,设计了以PC机、PLC为核心的计算机分布式控制系统,并结合各种智能传感器和执行机构来实时的检测 、调节空调系统的运行状态 。保证空调系统正常运行,并在满足技术要求的前提下最有效的节约能源,提高经济效益。延伸阅读:分布式控制系统 暖通空调 闭环控制 (一)引言 随着科技的飞速发展,智能控制的应用范围在逐渐拓展 ,并且引起了空调控制方案的变革。同时,计算机技术的飞速发展,引起了自动化系统结构的变革 ,逐步形成了以计算机控制系统为基础的空调控制系统 。(参考《建筑中文网》) 据统计,空调系统的能耗通常占楼宇能耗的 60%以上,为使空调系统以最小的能耗达到最佳的运行效果 ,即满足国际上最新的“能量效率”的要求 ,因此,研究空调的控制系统具有很大的经济意义。 (二)闭环控制系统的基本结构 整个调节系统采用的是闭环反馈控制,由传感器、调节器、执行器 、调节对象组成。当传感器检测出被调节对象的参数θa后 ,与给定值θG进行比较得出偏差信号 e,然后再把偏差信号送入调节器中 。调节器得到偏差信号后,根据其调节规律 ,自动输出调节信号 p 来控制执行器 。执行器根据输入信号而动作,如控制调节阀开度,从而控制流过调节阀的介质流量 ,这样就实现了被控对象参数的自动调节。 本次实验室空调自动控制系统中,共有 4 个闭环控制环节,分别为:空调系统制冷量的闭环控制、空调系统供热量的闭环控制、实验房间空气温湿度的闭环控制 、实验房间送风风速的闭环控制。 图 1 闭环控制原理图 (三)自动控制系统设计 1.控制系统组成原理图 图 2 为计算机分布式控制系统原理图 。其上位机采用 PC机 ,与通信接口等组成中央控制设备。PC 机通过通信接口和RS-485 总线冷连接,实现上位机与制冷系统 、供热系统、主/副空调机组控制器的正常通信。下位机控制器采用 PLC,其主要功能是读取现场数据、控制存储和解读用户逻辑 、执行各种运算程序、输出运算结果、执行系统诊断程序 、完成与中央控制主机和外部设备的通信 。 图 2 空调系统计算机控制原理图 各种控制设备因有 PLC 作为下位机 ,可独立运行 ,完成各自的功能 ;各控制设备也可以在上位机的控制和协调下运行,实现预定的各种功能。由于各控制设备可以脱离上位机工作,上位机的故障影响面大大减小 ,系统运行更加安全、可靠。 2.空调系统冷源控制原理图 实验室空调系统的冷源由制冷系统提供,整个冷源系统由冷却塔、定压补水箱 、冷冻水泵、冷却水泵,冷凝机组组成 。其中冷冻水泵和冷却水泵都是一备一用。控制系统的现场监测和控制设备有下位机 PLC、冷冻水供/回温度传感器 、冷却水供/回水温度压力传感器、水泵流量传感器、水泵压力传感器 、变频控制箱 、电磁阀等组成。其控制系统原理图如图 3 所示: 系统的监控原理如下: (1)PLC 下位机对冷凝机组、冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔的运行状态 、故障状态、手/自动状态反馈信号进行监测 ,并控制这些设备的启停,并能对故障进行报警 。 (2)对冷却水供/回水温度、冷冻水供/回水温度进行监测保证其在正常范围。其中冷冻水供水温度的典型值为 7℃,冷冻水回水温度的典型值为 12℃ ,冷冻水供回水温差为 5℃,冷却水供水温度的典型值为 32℃,冷却水回水温度的典型值为 37℃ ,冷凝机组进出口温差和进水最低温度应按冷凝机组的具体要求确定。 图 3 空调系统冷源自动控制原理图 (3)监测冷冻水流量,再根据供回水温差计算空调系统的冷负荷,根据冷负荷的大小 ,通过变频调速装置调节冷冻水泵转速的快慢 ,实现节能的目的 。其中水泵变频器运行频率上限值为 45Hz 、下限值为 30Hz 。 3.空调系统热源控制原理图 实验室空调系统的热源由供热系统提供,整个热源系统由蒸汽锅炉、补水定压箱、凝水箱 、热水循环泵、补水泵、板式换热器组成。其中热水循环泵为一备一用。控制系统的现场监测和控制设备由下位机 PLC 、热给/回水温度传感器、水泵流量传感器、水泵压力传感器 、锅炉出口蒸汽压力传感器 、锅炉出口蒸汽温度传感器、板式换热器冷介质出/入口温度传感器、板式换热器热介质出/入口温度传感器 、电磁阀等组成 。其控制系统原理图如图 4 所示: 系统的监控原理如下: (1)PLC 下位机对蒸汽锅炉、热水循环泵、补水泵的运行状态 、故障状态、手/自动状态反馈信号进行监测,并控制这些设备的启停 ,并能对故障进行报警。 (2)对热水的供、回水温度进行监测保证其在正常范围。锅炉输出饱和的蒸汽,经热交换后向空调机组提供温度较高的热水 。回水温度反映了系统热负荷的大小,回水温度高 ,系统热负荷小,反之热负荷高。 (3)对板式换热器的运行参量 、运行状态监测及控制,如:板式换热器一次侧蒸汽出/入口温度的检测 ,二次侧热给水出口温度的检测,二次侧热循环水入口温度的检测。 图 4 空调系统热源自动控制原理图 4.试验房间空调机组控制原理图 实验房间空调机组主要由新风阀、回风阀、排风阀 、过滤器、冷/热盘管、送风机组成 。控制系统中的现场设备由下位机 PLC 、送/回风温度传感器 、送/回风湿度传感器、送/回风风速传感器、送风管道静压传感器 、回风二氧化碳传感器、防冻开关、压差传感器 、风阀执行器、电磁阀等组成。其控制系统原理图如图 5 所示: 系统的监控原理如下: (1)电动风阀与送风机回风机的连锁控制。当送风机、回风机关闭时,新风阀 、回风阀、排风阀都关闭 。新风阀和排风阀同步动作 ,与回风阀动作相反根据新风、回风及送风焓值的比较,调节新风阀和回风阀的开度。当风机启动时,新风阀打开;风机关闭时 ,新风阀关闭。 (2)当过滤网两侧压差超过设定值时 ,压差开关送出过滤网堵塞信号,并由监控工作站发出报警信号 。 图 5 实验房间空调机组自动控制原理图 (3)送风温度传感器检测出实际送风温度,送往计算机与给定值进行比较 ,经计算机的计算后,输出相应的模拟信号,控制水阀的开度 ,直到实测温度非常逼近和等于设定温度 。 (4)送风湿度传感器检测出实际送风湿度,送往计算机与给定值进行比较,经计算机的计算后 ,输出相应的模拟信号,调节加湿阀的开度,控制房间湿度达到设定值。 (5)由设定的时间表对风机启停进行控制 ,并自动对风机手动/自动状态 、运行状态和故障状态进行监测;对送风机、回风机的启停进行顺序控制。 (四)结束语 本文设计了以 PC 机和 PLC 为核心的暖通空调计算机分布式控制系统,实现了制冷系统的自动控制、空热系统的自动控制 、空调机组的自动控制,并使各子系统协调工作 ,节能减耗 。并使得实验室暖通空调系统更加完善 ,方便了同学和老师今后进行实验。 【参考文献】 [1] 叶大法,杨国荣.变风量空调系统设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2007 年 12 月. [2] 张少军.建筑智能化系统技术[M].北京:中国电力出版社,2006 年 10 月. [3] 霍小平.中央空调自动控制系统设计[M].北京:中国电力出版社,2007 年 11 月. [4] 电子工业部第十设计研究院主编.空气调节设计手册(第二版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2005 年 10 月. [5] 于海生.微型计算机控制技术[M].北京:清华大学出版社,2006 年 5 月. [6] 梁春生,智勇.中央空调变流量控制节能技术[M].北京:电子工业出版社,2005 年 6 月. 来源: 《建筑中文网》.

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