空调自控系统设计论文.doc

毕 业 设 计 (论 文)题 目： 空调自控系统研究与设计 系 部： 电气工程系 专 业： 机电一体化 学生姓名： 杨欣 班 级： 09232 学 号： 0923213 指导教师： 李建兰 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2012年 5 月 15 日摘 要 随着人们生活水平的日益提高，人们生活、生产及办公的环境要求也日益曾长了，而中央空调自动控制就给人们创造这样一个环境，它在各个领域各个行业占据了重要的位置，空调自动化程度决定着智能楼宇建筑的科技水平高低。所以空调自动控制系统的研究有很高的实用价值，而本论文的作用就是介绍空调的工作原理以及设计自控系统时的一些方案。本论文详细的介绍了空调的原理，并结合一些原理图更加直观的了解空调的工作原理。本论文介绍了空调的自动控制方案以及在设计时应当注意的问题。本论文还通过一些烟厂实际工程的空调自控系统来详细的介绍空调自控方案设计。关键词: 空调原理 监控系统 空调自控系统 水系统目 录第1章 绪 论61.1空调系统的研究意义61.2空调系统的发展状况6第2章 空调的原理及组成部分72.1空调基础知识72.2空调系统的组成部分72.3空调系统的分类92.3.1按空气处理设备的设置情况分类92.3.2按负担室内热湿负荷所用的工作介质分类102.3.3按集中式空调系统处理的空气来源分类10第3章 空气调节的制冷机组113.1制冷机组分类113.1.1电驱动的压缩式制冷机113.1.2热驱动吸收式制冷机组123.1.3各种类制冷机特性及其单机容量比较：123.2 制冷机组的原理及其构造133.2.1液体气化制冷法方式一：压缩膨胀方式制冷原理（氟利昂制冷）133.2.2液体气化制冷法方式二： 蒸发吸收方式制冷原理（溴化锂制冷）153.3 吸收式制冷机的组成及循环过程153.4 发生过程163.5 冷凝过程163.6 节流过程163.7 蒸发过程163.8 吸收过程163.9 热交换器16第4章 空调的自控系统的设计174.1 空调自控系统各个单元的设计原理184.2空调自控系统的监控184.3 下位机、上位机与网络控制器194.4某烟厂设计方案204.5被控设备及被监测控制点204.5.1 空调机组1台204.5.2模拟量输入（ai）204.5.3 开关量输入（di）204.5.4 模拟量输出（ao）214.5.5 开关量输出（do）214.6控制器/电动阀及执行器选择214.6.1空调ddc控制器：214.6.2 彩色液晶触摸屏：214.6.3 电动阀及执行器选型（根据甲方空调机组招标书提供参数）：224.7空调机控制方案224.7.1 温、湿度检测224.7.2 电动阀阀位检测224.7.3 风机电流检测及耗能统计234.7.4 执行机构234.7.5 压差检测234.8 控制方法234.8.1 温、湿度控制244.8.2温、湿度控制的理论策略（卷烟厂多工况恒温恒湿控制软件）244.8.3 新风门控制244.8.4 防凝水控制244.8.5手动操作244.8.6 空调机的起、停254.8.7 风门运行规律254.8.8滤筒反吹控制254.9空调系统安全防火智能监控254.9.1手动试验功能:254.9.2防火温度整定功能：264.9.3报警的检测与处理264.9.4 变频（变风量技术）控制264.10 通讯28结 论29谢 辞30参考文献31第1章 绪 论1.1空调系统的研究意义随着人们生活水平的日益提高，楼宇、厂房的空调自控系统也迅猛的发展起来。并成为21世纪的主流。所谓空调自控就相当于给空调加上“灵魂”和一个大脑，以提高生活和生产环境，给人们一个舒适、安全、便捷的生活和工作环境。而空调自控系统在各行各业、各种办公楼得到了广泛的运用。一方面，在空调自控系统中，通过对空气的纯净度、湿度、温度、流速等的处理以满足人们生产、生活的需求。另一方面，据统计在楼宇建筑中空调的能耗占60%左右，为使空调系统运行效果达到最佳，并且更加节能环保。因此空调系统研究有很大的经济效应。1.2空调系统的发展状况伴随着计算机控制技术的发展。世界上hvac系统的控制从五十年代就采用气动仪表控制。六十年代改进为电动单元组合仪表。七十年代采用专用微型计算机进行集中式控制。直到1984年，美国哈佛福特市第一栋采用微型计算机集散式控制的大厦出现，标志着智能建筑的开始。集散式控制（即集中管理、分散控制）目前以趋于成熟。作为控制系统中的单元控制器，国内外主要采用pid控制, 因其控制简单，成本低、技术较成熟、易于实现、参数方便调整。在空气调节中应用较为广泛。1982年shavil和brandl等对由控制阀门和控制器实现空气湿度、温度控制做了研究。1984年shavil和brandl对pid控制的废气温度控制系统单位阶跃响应做了仿真研究。1995年kalman等人将pid控制用于压缩机和蒸发器的电极速度调节。以实现制冷去湿，并建立了系统的数学模型和pid控制算法。同时给出了两种系统的控制方法。实际上现在大多数空调都是采用pid控制方法。虽然pid控制在空气调节中应用广泛，但是pid算法只有在系统模型不随时间改变的情况下才能取得理想效果。 当一个已经被调好参数的pid控制器用于不同参数模型时，系统的性能就会变差。再加上空调系统高度非线形以及温湿度强耦合关系，研究者有转移到其他控制方法。第2章 空调的原理及组成部分2.1空调基础知识 空气调节简称空调，是一门使某一房间或空间内的空气温度、相对湿度、洁净度和流动速度保持在一定范围内的技术。温 度：温度是表明物体冷热程度的物理量，它的高低反映物体内部分子无规则运动的剧烈程度，是物体状态的基本参数之一。干球温度：温度计的感温球与空气直接接触，测出的空气温度称为空气的干球温度，也就是空气的真正温度（日常说述的温度）。湿球温度：用带有水分的湿纱布包在温度计的赶温球上，这样的温度计称为湿球温度计，有它测出的温度称为湿球温度。也是在定压绝热的情况下，空气与水直接接触，达到热湿平衡时的绝热饱和温度。露 点：对于含有一定量水汽的空气，在气压不变的情况下降低温度，使饱和水汽压降至与当时实际的水汽压相等时的温度，称为露点。露点温度：在恒定压力的条件下，空气的含湿量不变时，降低空气温度，在水蒸气达到饱和时温度叫露点温度。（此时空气相对湿度为=100%rh）湿 度：湿度是表示湿空气中含有水蒸汽量多少的物理量；含湿量：每公斤干空气所含有水蒸汽量称为含湿量，符号为d，单位为 kgkg(干)；相对湿度：湿空气中水蒸汽分压力和同温度下饱和水蒸汽分压力之比，称为相对湿度。 （用表示当 0时，为干空气；100时，为饱和空气。从j 值大小可直接看出空气的干湿程度。)绝对湿度：单位体积湿空气中所含水蒸汽的质量称为空气的绝对湿度。（符号为z，单位为 kgm3）焓是湿空气的一个重要参数。是一个内能与压力位能之和的复合状态参数。 在空调过程中，湿空气的状态经常发生变化，焓可以很方便确定该状态变化过程中的热交换量。湿空气的变化过程是定压过程，焓差等于热交换量，即： t h= q=cmt 式中：h：焓差 kjkg(干) ， q：热交换量 kjkg m：湿空气的质量 kg ， c：湿空气的定压比热 kj（kg)显热：物质在吸热或放热过程中，温度上升或下降，但是物质的形态不发生变化，这种热称为显热。潜热：当单位质量的物体在吸收或放出热量的过程中，其形态发生变化，但温度不发生变化，这种热量无法用温度计测量出来，人体也无法感觉到，但可通过实验计算出来，这种热量就称为潜热。2.2空调系统的组成部分要对空调做研究，就必须全面的去了解空调的组成和原理，只有了解这些，才能决定采用哪种控制方式。本节以中央空调的组成为例做详细的介绍。中央空调是智能楼宇中创造舒适、高效的工作和生活环境必不可少的。中央空调的能耗占智能楼宇建筑的50%以上，监控点数占50%以上。所以中央空调在智能楼宇建筑中占据重要位置。：下面以某烟厂贮叶房空调原理图（图2-1）为例介绍空调原理。30图2-1由图2-1可以看出空调大致分为以下几个部分：空调组成部分（1）进风部分：空调系统中必须由外部采集一些新鲜空气（即新风），以满足室内空气质量，空调的进风口和风管组成了空调系统的进风部分。（2）过滤部分：引进的新风必须通过过滤，过滤是为了把空气中的微小灰尘去除，过滤一般分为初效过滤、中效过滤和高效过滤。（3）空气的热、湿处理部分：对空气进行升温、加湿和降温、去湿，将有关过程组合在一起就称为空气的热、湿处理。处理的方式一般分为:直接接触式：与空气进行热、湿处理的介质和被处理的空气直接接触，通常是将其喷洒到被处理的空气中，如喷水室蒸汽加湿器等。表面式：与空气进行热、湿处理的介质不与空气直接接触，而是和通过处理设备的表面接触。如表冷器。(4) 空调的冷、热源部分：空调系统的冷源通常为冷冻水。空调冷冻水由制冷机（也称冷水机组）提供。空调系统中应用最为广泛的制冷机有压缩式（活塞式、离心式、螺杆式、涡旋式等）和吸收式两种。空调系统的热源通常为蒸汽或热水，可由城市热网或自备锅炉提供。而直接型溴化锂机组和风冷热泵机组可通过模式转换，直接转换成热源装置为空调末端设备提供热源。(5)控制部分：控制、调节装置的作用是调节空调系统的冷量、热量和风量等，使空调系统的工作随时适应空调工况的变化，从而将室内空气状态控制在要求的范围内。2.3空调系统的分类 空调系统按不同的分类方法可以分为以下几种类型。2.3.1按空气处理设备的设置情况分类1 集中式空调系统集中式空调系统是指空气处理设备（过滤、冷却、加热、加湿设备和风机等）集中设置在空调机房内，空气处理后，由风管送入各房间的系统。集中式空调系统的特点是处理空气量大，需要集中的冷源和热源，运行可靠，便于管理和维修，但机房占地面积较大。常用的单风管空调系统、双风管空调系统以及变风量空调系统均属此类。2 半集中式空调系统 半集中式空调系统又称为混合式空调系统，它建立在集中式空调系统的基础上。特点是集中处理部分或全部风量，然后送往各房间（或各区），在各房间（或各区）再进行处理，从而使各房间（或各区）可根据各自不同的具体情况，获得较为理想的空气处理效果。此种系统适用于空调房间（或区）较多，且各房间（或各区）空气参数要求不一致的建筑物中。它是介于集中式空调系统和分散式空调系统之间的空调系统。常用的风机盘管加新风系统、分区机组系统均属此类。3 分散式空调系统分散式空调系统又称局部空调系统。它的特点是将空气处理设备全分散在各空调房间内或邻室内。人们常见的窗式空调器、分体式空调器都属于此类。2.3.2按负担室内热湿负荷所用的工作介质分类1 全空气式空调系统全空气系统是全部由经过处理的空气来担负房间的热（冷）湿负荷的系统。一个全空气空调系统通过输送的冷（热）空气向房间提供显热冷量和潜热冷量（或热量），其空气的冷却（加热）、去湿（加湿）处理完全集中于空调机房内完成。由于空气的比热较小，需要用较多的空气量才能达到消除余热余湿的目的，因此全空气系统需要有较大的风道断面或较高的风速。2 全水式空调系统全部用水作为介质传递室内热（冷）湿负荷的系统称为全水系统。全水系统的管道所占空间较小，但不能解决房间的通风换气问题，因而通常不单独采用这种方式。3 空气-水式空调系统空气水系统是由空气和水共同来承担室内热（冷）湿负荷的系统，除了向室内送入经处理的空气外，还在室内设有以水作介质的末端设备对室内空气进行冷却或加热。由于使用水作为系统的一部分介质，从而减少了系统的风量。4 制冷剂直接蒸发式空调系统制冷剂直接蒸发式空调系统中，通过制冷剂的直接蒸发来担负空调房间的室内负荷。2.3.3按集中式空调系统处理的空气来源分类1 循环式空调系统循环式空调系统又称为封闭式空调系统。它是指空调系统在运行过程中全部采用循环风的调节方式 。此系统不设新风口和排风口，只适用于人员很少进入或不进入、只需保障设备安全运行而进行空气调节的场所。2 直流式空调系统直流式空调系统又称全新风系统，是指系统在运行过程中全部采用新风，新风经处理达到送风状态参数后送入空调房间内，消除室内空气的热湿负荷后又全部排掉，不用室内空气作为回风使用的空调系统。直流式空调系统多用于需要严格保证空气质量的场所或产生有毒或有害气体，不宜使用回风的场所。3 一次回风空调系统一次回风空调系统是指将来自室外的新风和室内的循环空气，按一定的比例在空气热湿处理装置之前进行混合，经过处理后再送入空调房间内的空调系统。一次回风应用较为广泛，被大多数中央空调系统所采用。4 二次回风空调系统二次回风空调系统是在一次回风空调系统的基础上将室内回风分成两部分，分别引入空气处理装置中，其中一部分经一次回风装置处理后，与另一部分没经过处理的空气（称为二次回风）混合，然后送入空调房间内。二次回风空调系统与一次回风空调系统比较更为经济、节能。第3章 空气调节的制冷机组第二章我们提到了冷源和热源，要得到满足要求的冷热源就需要对空调系统的制冷机组和供热设备有所了解，热源主要是锅炉或城市供热管网，冷源主要是制冷机组，下面我们着重论述一下空调系统的制冷机组。3.1制冷机组分类目前，空调系统中的制冷装置主要利用“液体气化制冷法”的原理而工作，其形式主要有电驱动的压缩式和热驱动的吸收式两种。制冷机组就是将制冷系统中的全部或部分设备直接在工厂组装成一个整体，为用户提供所需要的冷量和用冷温度。制冷系统机组化是现代空调用制冷装置的发展方向。3.1.1电驱动的压缩式制冷机电驱动的压缩式制冷机主要以氟里昂、氨为制冷剂，民用制冷机大部分采用氟里昂作为制冷剂。按冷却介质的种类可分为空气冷却和水冷却两种形式，按压缩机种类可分为活塞式、螺杆式、离心式三种形式，按提供的冷源或热源情况可分为冷水机组和热泵机组两种形式。1 活塞式冷水机组 活塞式冷水机组由活塞式制冷压缩机、风冷式或水冷式冷凝器、热力膨胀阀和蒸发器等组成，并配有自动或手动能量调节和自动安全保护装置，常用的水冷式活塞冷水机组冷凝器进出水温分别设置为32、37，蒸发器出口冷冻水温度设置为7度，冷量范围一般为35580千瓦。2 螺杆式冷水机组 螺杆式冷水机组是由螺杆式制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀、油分离器、自控元件和仪表等组成的一个完整的制冷系统。常用的水冷式螺杆式冷水机组冷凝器进出水温分别设置为32、37，蒸发器出口冷冻水温度设置为7度，冷量范围为5801163千瓦。3 离心式冷水机组 离心式冷水机组是由离心式制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构和调节机构以及各种控制元件组成的整体机组。离心式冷水机组的制冷量较大，常用的水冷式离心式冷水机组冷凝器进出水温分别设置为32、37，蒸发器出口冷冻水温度设置为7度，单机容量通常在1163千瓦以上，所以，这种一般用于大型中央空调系统。4 热泵机组 热泵机组的循环流程有几种形式，但不论何种，系统中除装有制冷系统中的四大元件外，还需装有四通换向电磁阀、单向阀等，使制冷剂的流动方向在制冷或制热状态时能得到控制。热泵机组根据冷却方式可分为风冷式热泵机组、水源热泵机组和土壤热泵三种。水源热泵机组是利用地下水、河水、湖水等资源，借助压缩机系统，通过消耗部分电能，冬季，把水中的低品位能量“取”出来，供给室内采暖或空调；夏季，把室内的热量取出来，释放到水中，达到空调的目的。它不受环境和气候的影响，运行稳定，没有风冷热泵机组的除霜以及小区的热岛效应等问题。土壤热泵系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统，它通过循环液在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。在冬季供热过程中，流体从地下收集热量，再通过系统把热量带到室内。夏季制冷时，系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过系统将热量送到地下岩和土中。因此，土壤热泵系统既保持了水源热泵作为冷热源的优点，又克服了空气源热泵效率低下的缺点，是一种可持续发展的建筑节能新技术。5 冰蓄冷空调，简单地说就是低谷时段制冰，高峰时将其冷量释放出来，即将高峰时段较大的制冷负荷转移到低谷时段，起到移峰填谷作用。设备为常规压缩式电制冷空调的主机采用双工况主机，同时增加一套蓄冰装置。利用电力低谷时段让机组工作在制冰工况，将冷量以冰的形式储存在蓄冰装置内，高峰时段通过融冰从蓄冰装置中取出冷量以供空调负荷的需要。3.1.2热驱动吸收式制冷机组热驱动吸收式制冷机组目前主要以溴化锂为吸收剂，有如下分类：1 按溴化锂吸收式制冷机使用的能源可分为：蒸汽型、热水型、直燃型、太阳能型。2 按溴化锂吸收式制冷机使用能源被利用程度可分为：单效型、双效型。3 按溴化锂吸收式制冷机中各换热器布置情况可分为：单筒型、双筒型、三筒型。4 按溴化锂吸收式制冷机的应用范围可分为：冷水型、温水型。5 按溴化锂吸收式制冷机的综合方法可分为：蒸汽单效型、蒸汽双效型、直燃型冷温水机组。3.1.3各种类制冷机特性及其单机容量比较：种 类特 性 及 用 途适宜的单机容量（kw）压缩机离心式通过叶轮离心力作用吸入气体和对气体进行压缩，容量大体积小，可实现多级压缩，以提高效率和改善调节性能。适用于大容量的空调制冷系统。1163螺杆式通过转动两个螺旋形转子相互齿合而吸入气体和压缩气体。利用滑阀调节汽缸的工作容积来调节负荷。转速高，允许压缩比高，排气压力脉冲性小，容积效率高，适用于大、中型空调制冷系统和空气源热泵系统。1163活塞式通过活塞的往复运动吸入气体和压缩气体，适用于冷冻和中、小容量的空调制冷与热泵系统。580吸收式蒸汽热水式利用蒸汽或热水作为热源，以沸点不同而相互溶解的两种物质的溶液为工质，其中高沸点组分为吸收剂，低沸点组分为制冷剂。制冷剂在低压时沸腾产生蒸汽，使自身得到冷却。吸收剂遇冷吸收大量制冷剂所产生的蒸汽，受热时将蒸汽放出，热量由冷水带走，形成制冷循环。在有废热和低位热能的场所应用较经济，适用于中型、较大型容量且冷水温度较高的空调水系统。1703490直燃式利用燃烧重油、煤气或天然气等作为热源。分为冷水和冷温水机组两种。原理与蒸汽热水式相同。由于减少了中间环节的热能损失，效率提高。冷冻水、温水机组一机两用，节约机房面积。有条件的场所均可使用。蒸汽喷射式 以热能为动力，水做工质，当蒸汽在喷嘴中高速喷出时，在蒸发器中形成真空，水在其中气化吸热而实现制冷。适用于需要1020水温的工艺冷却和空调水的制取。因制冷热效率低，蒸汽和冷却水耗量很大，以及运行中噪声大等原因，现已很少是使用。17020903.2 制冷机组的原理及其构造 本章主要介绍电驱动的压缩式和热驱动的吸收式两种制冷机组的原理及其构造。3.2.1液体气化制冷法方式一：压缩膨胀方式制冷原理（氟利昂制冷）蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、节流机构、蒸发器等四大部件组成，各部件间由管道连接，并充注制冷剂。制冷剂在这四大部件内循环流动，在压缩机内从低压气体被压缩变为高压气体，在冷凝器中冷凝放热变为高压饱和液体，经过节流机构之后变为低压的气液混合物，在蒸发器内吸热气化变为低压蒸汽后再进入压缩机，伴随着制冷剂的状态变化，制冷系统与外界环境进行了能量交换，消耗了外界输入的功，实现了将热量从低温环境向高温环境的转移。见图3-1图3-1压缩式制冷循环是由制冷剂循环系统、传递制冷量的冷媒系统与吸收冷凝热量的冷却系统组成，见图3-2。图3-21 制冷剂循环系统由压缩机、冷凝器（水冷、风冷）、蒸发器、节流机构及连接管道所组成。2 传递制冷量的冷媒系统传递制冷量的冷媒系统由冷冻循环泵和所用冷量的末端设备构成（风机盘管、空气处理设备等）。冷冻循环泵用来克服管道阻力和位差，将冷冻水从蒸发器送到末端设备（风机盘管、空气处理柜机等）。末端设备是指风机盘管或有空气处理装置的空调机。这些设备利用风机将空气吸入机组，经过盘管冷却或加热后送入房间。3 吸收冷凝热量的冷却系统冷却系统有风冷式和水冷式两种：风冷式 风冷式是指直接利用风机吸入室外环境中的空气作为介质与冷凝器进行热交换，带走制冷剂冷凝所放出的热量，系统简化为风冷式冷凝器，主要由风机和换热盘管构成。水冷式 水冷式是指利用冷却水作为介质与冷凝器进行换热，吸收热量的冷却水经过冷却塔冷却后再循环回冷凝器换热，如此循环往复。水冷式系统由冷却水循环泵、冷却水塔组成。 冷却水循环泵用来克服管道流动阻力将冷却水送至冷却水塔循环使用，一般采用离心泵。冷却水塔是一个热交换装置，它通过塔顶风机使冷却水与环境空气进行热量交换，使冷却水温降低，以便送到冷凝器中循环使用。3.2.2液体气化制冷法方式二： 蒸发吸收方式制冷原理（溴化锂制冷）1 与压缩式相比较 吸收式制冷与蒸汽压缩式制冷一样同属于液体气化的制冷设备，即都是利用低沸点的液体或者让液体在低温下气化以达到制冷的目的。两者所不同的是：蒸汽压缩式制冷是依靠消耗机械功使热量从低温物体向高温物体转移；而吸收式制冷则是依靠消耗热能来实现这种转移的。2 影响吸收式制冷的外部条件决定吸收式制冷热力过程的外部条件是三个温度：热源温度、冷却介质温度和被冷却介质温度，它们分别影响着机器的各个内部参数。3 吸收式制冷机的基本工作原理吸收式制冷机是以热能为动力的制冷机，其基本工作原理如图3-3所示 。图3-33.3 吸收式制冷机的组成及循环过程它由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器（屏蔽泵）和节流阀等部件组成。机组运行时，在发生器中的溴化锂被热源蒸汽加热后，溶液中的制冷剂-水被加热后变成水蒸气流入冷凝器中，在冷凝器中向冷却水放出热量后，凝结成冷剂水，冷剂水经节流装置节流后流入蒸发器中蒸发，吸收蒸发器中冷媒盘管中冷媒水的热量后变成水蒸气，进入吸收器中被从发生器回来的溴化锂浓溶液吸收，变成溴化锂稀溶液，然后进入发生器中，从而完成循环过程。机组工作时，发生器与冷凝器中的压力较高，将两者密封在一个筒体内，称为高压筒。而蒸发器和吸收器内的压力较低，也将两者密封在一个筒体内，称为低压筒。机组在布置上将高压筒设置在上，低压筒设置在下，这样有利于浓溶液依靠重力与压力差的作用自动从发生器回流至吸收器，高、低压筒之间通过管道连接。3.4 发生过程在发生器中，浓度较低的溴化锂溶液被蒸汽加热，温度升高，并在发生器压力下沸腾，冷剂蒸汽从溶液中逸出，溶液被浓缩，这一过程称为发生过程。在发生器内，溴化锂稀溶液被升温加热产生冷剂蒸汽，变为溴化锂浓溶液，它的浓度是有一定变化范围的，这个范围单效溴化锂制冷机一般控制在3.56。这一容液浓度的变化范围，称放气范围（又称浓度差）。放气范围是溴化锂制冷机运行的重要经济指标，对制冷量控制及其能耗有重要意义。3.5 冷凝过程在发生器内，稀溶液中析出的冷剂水蒸汽进入冷凝器中，淋洒在冷凝器内冷却水管族外表面释放出凝结热，凝结成冷剂水,这一过程称为冷凝过程。凝结过程中放出的凝结热由冷却水携带排出。3.6 节流过程冷凝过程产生的冷剂水，通过节流阀送入蒸发器中。节流阀不仅起到控制冷剂水流量和维持上、下筒压力差的作用，而且还起到一定的水封作用，防止上下筒压力串通而破坏上下筒之间的压力差，这一过程称为节流过程。3.7 蒸发过程进入蒸发器的冷剂水，由于压力急剧下降，一部分冷剂水即刻闪发，使蒸发器内部温度降低。没有闪发的冷剂水经蒸发器内冷媒水管管族外表面向下流淌。积聚在蒸发盘内，由蒸发器泵输送并喷淋在蒸发器内冷媒管管族的外表面，吸收通过蒸发器冷媒管族内冷媒水的热量后蒸发为制冷剂蒸汽，这一过程称为蒸发过程。3.8 吸收过程发生器内的溴化锂稀溶液由于发生出冷剂蒸汽而形成温度较高的浓溶液，依靠上、下筒的压力差和溶液本身的重量，流经热交换器被低温稀溶液吸热降温后，自流进入吸收器，与吸收器中的溶液混合成中间浓度的浓溶液，由吸收器泵输送并喷淋到吸收器管族外，吸收从蒸发器出来的冷剂蒸汽后，使溶液浓度降低，这一过程称为吸收过程。吸收过程中放出的吸收热，被通过吸收器管族内冷却水带走。3.9 热交换器热交换器位于发生器和吸收器之间，来自吸收器送往发生器的冷稀溶液与来自发生器送往吸收器的的热浓溶液在这里进行热交换。这样，既提高了进入发生器的稀溶液温度，减少发生器所需耗热量；又降低进入吸收器的浓溶液温度，减少了吸收器的冷却负荷，故溶液热交换器又可称为节能器。吸收式制冷机是以发生器、吸收器、溶液泵代替了压缩机制冷装置中的压缩机。第4章 空调的自控系统的设计以某烟厂的空调自控系统界面图（图4-1）为例，来探讨空调自控系统的设计。由图4-1可知空调自控系统包括以下几个方面的设计4.1 空调自控系统各个单元的设计原理1、空调机组的启停控制空调的自控系统应具备控制空调机组的起动与停止，并且还要具备就地与远方控制的功能，以方便管理。2、空调机组的送风温度控制与原理如图4-1为温度控制的流程图 上位机plc上的ai模块室内传感器检测的温度 空调机组的 加热器图4-1 温度控制流程图若室内要要求保持恒温的话，则可在上位机的控制软件中设定温度上限和下限当温度超过这个温度设限系统自动做出处理然后发出指令给plc，再由plc 处理数据后传给空调机组的加热器来对空气进行处理。1、空调机组的送风湿度控制与温度 控制的原理相似，湿度的控制同理是在上位机上设定量程，但是应当注意设定参数时要考虑空气的露点温度。2、风量的控制为满足室内空气质量的要求，送风风量应能随着室内要求而变化，由plc的di /do模块来控制着各执行阀的运动状况，来控制风量的调节。3、制冷机组的控制设定好需要的冷水温度，更具冷水机组上安装的各种传感器来调节冷水机组中的补水阀，制冷阀开关，再由网管输送到空调机组内。4.2空调自控系统的监控新风门及风机的监控 通过风阀控制器控制新风的开关状态 监视风机电机的工作状态，确定是处于“开”或“关” 检测风机电机的电流是否过载，过载产生报警信号 过滤网的监测用压差传感器即可监视新风过滤器两则的压差，以了解过滤器是否要求清洗更换。新风温度监控 由新风通道的温度传感器实测新风温度，通过调节冷热水阀开度，使新风温度在设定的范围内，使室内的温度保持相对恒定。新风湿度监控 由新风通道的湿度传感器实测新风的湿度信号，通过调节加湿阀的开度，使新风湿度在设定的范围内。回风温度监控 回风通道的温度传感器实测回风温度，通过控制换热器上的调节阀的开度来调节热水（或冷水）流量，使回风温度控制在设定的范围内 回风湿度监控由回风通道的湿度传感器实测回风通道的湿度信号，通过控制蒸汽阀的开度来调节蒸汽流量，使回风湿度保持在设定的范围内。 室内温湿度监控 用室内温湿度传感器检测空调室内的温湿度是否满足需求，且根据传感器返回的信号来调节送风温湿度以保证恒温恒湿、 由上述这些监控部分组合起来，就构成了空调自控系统的监控部分，根据这些监控部分反馈回来的信号就可以编写程序实现空调的自动控制调节。4.3 下位机、上位机与网络控制器空调集中监控系统主要分为就地计算机控制系统（又称为下位机）、中央操作站（又称为上位机）和通讯网络控制器三部分，三者一起构成完善的计算机自动控制系统。计算机自动控制系统中所有的设备都具有自动和手动运行方式。计算机控制系统在自动时，各设备可根据其组合关系或控制顺序自动投入运行。计算机控制系统将采集到的数据自动传送至中央控制室的上位机里，即能实时查看空调车间内任一设备的运行情况。当空调设备故障或运行数据出现超限时，计算机控制系统马上会记录在报警历史中，记录内容包括报警出现的时间和报警恢复正常的时间等，同时向上位机传送报警数据。就地计算机控制系统主要控制空调设备的联合运行或手动启/停，并向上位机传送所采集的模拟量、设备运行状态等数据。另外当控制系统各部分的运行数据出现超限时，上位机控制系统负责记录报警信息，包括报警出现的时间和恢复正常的时间发生报警对象等。概括的说，就地计算机是整个控制系统中真正对设备直接控制的关键部分。中央操作站（又称为上位机）它通过工业标准以太网络与空调控制器一起构成一个完整控制系统。一方面，它接收来自下位计算机发送的实时数据，利用自身的计算处理能力，对采集来的数据进行统计处理，形成完善的历史曲线、报警记录等统计数据，并提供诸如报表打印等一系列管理功能；另一方面，通过上位机可以完成所有下位机系统的远程参数整定（remote setting）、控制功能选择、设备远程操作（remote operate）等工作，起到一个总管理者的作用。通讯网络控制器，它是对所有数据进行控制的中心，一方面它可以接收来自下位计算机发送的数据和制冷机内部数据，另一方面又接收中央操作站（上位机）的命令数据，对这些数据进行交换，再依次传送给上下两系统，形成了中央网络管理的核心。4.4某烟厂设计方案2000kg/h制丝小线空调机（风量10万m3/h）自控系统仍然设一个独立下位机（智能控制器），它完成检测、控制、积算等实时任务；系统的控制目标为被控区域的温、湿度，即恒温、恒湿控制。控制过程同时采用变频技术，通过变风量技术和新风利用来达到节能的目的，还通过软件程序控制，实施防止风道凝水的预防控制措施。除上述功能外，同时完成防火阀功能控制，真正做到一台空调机由一个ddc控制器完成全部的控制功能。4.5被控设备及被监测控制点4.5.1 空调机组1台空调机被控设备及检测点情况见空调机ddc控制原理图。4.5.2模拟量输入（ai）* 空调区温湿度、水温、压力测点共28个。* 电机电流、频率检测点4个。* 阀位检测点6个。* 过滤器压差测点2个。* 各个模拟量输入信号可分别在上位计算机上进行在线校正，使其达到最佳精度。4.5.3 开关量输入（di）* 每台电机的运行、故障信号、手动/自动三个，共12个点。* 每台空调机的火警输入信号1点。* 每台风机的压差检测信号一个，共4个点。* 防火阀状态，共4个点。4.5.4 模拟量输出（ao）* 空调区的加热、加湿、制冷阀、新风、回风、排风门共8点。* 变频器频率控制输出共2个点。4.5.5 开关量输出（do）* 各电机一个启/停控制，共4点。* 空调机一个火警输出（用于厂里独立的火警检测系统）共1个点。* 防火阀控制，共4个点。* 反吹控制1个点。4.6控制器/电动阀及执行器选择4.6.1空调ddc控制器：* 控制器选用tf500a（原tf400e工业空调智能控制器升级版）一台。该控制器为双cpu结构，一个16位cpu管数据采集及控制输出，另一个32位cpu管数据处理及通讯。* t500a最大具有32ai，12路di，16路ao，48路do，2个rs232/485口，一个rs422/485口，上述通讯口实现与中央站上位机、触摸屏、滤筒反吹控制器等通讯功能。如控制点数多，可加扩展板，可以满足最大的空调机的监控要求。* 控制器在具备诸如dc-dc变换；输入、输出光隔；数字滤波等抗干扰措施。* 控制器带液晶触摸操作屏，可进行就地显示及操作。* 控制器ic元件采用美国英特尔、摩托罗拉公司的产品。4.6.2 彩色液晶触摸屏：* 面板色彩种类：8”tft lcd(65536色)* 分辨率：640480* 内存： nor flash rom 8 m* 中央处理器： 32-bit risc micro-controller* 通讯： com1/com2/com3(rs-232/422/485)* 工作电压：dc24v4.6.3 电动阀及执行器选型（根据甲方空调机组招标书提供参数）：* 电动风阀执行器选用西门子35nm大力钜电动执行器gib161.1e。* 空调表冷器q=520kw，选用西门子vvf45.91（dn125）电动二通阀，配西门子skc62电液控制执行器（带断电复位功能）。* 空调蒸汽加热器 q=260kw,选用西门子vvf52.40（dn40）电动二通阀，配西门子skb62电液控制执行器（带断电复位功能）。* 空调蒸汽加湿器 q=150kg/h，选用西门子vvf52.25(dn25)电动电动二通阀，配西门子skb62电液控制执行器（带断电复位功能）。4.7空调机控制方案4.7.1 温、湿度检测每台控制精度要求较高的空调都设置多个温度和湿度检测点，控制时以多个温、湿度检测值的加权平均值作为控制用的检测值，这样更能真实地反映每个空调区域温、湿度的实际情况，而每个检测点的权值在上位机上设定。为了利用新风达到节能目的，新风口处设一个温度和一个湿度传感器来检测新风焓值。为了防止凝水，在送风口安装一个湿度传感器用于测量送风湿度，此外还装有一个温度传感器，可用于了解送风的情况及对空调机进行温度保护。传感器是系统的关键元件，故所有温、湿度传感器选用奥地利e+e公司产品。4.7.2 电动阀阀位检测各种电动调节阀是恒温恒湿空调系统中最重要的执行元件，系统就是靠它们不断地开大或关小来调节加热量、加湿量或制冷量（除湿量）。由于它们长时间地在恶劣环境中工作，较容易出现故障；而水管、汽管中的异物，也容易将其卡住。本次改造，空调系统全部检测真实阀位，这样给系统的检修保养带来极大的方便，同时可以有效地避免设备设施损坏或质量事故等问题（例如空调机停机后加湿阀未能关闭或未关严，造成蒸汽泄漏而随送回风道带入车间，或在风道内凝水而滴水导致质量事故等）。4.7.3 风机电流检测及耗能统计风机运行电流的大小可以直接反映风机的运行情况，譬如电流偏小可能是风道不畅或者是风机皮带过松，反之电流过大则可能是皮带过紧或者是机械传动摩擦过大（当然也可能是电机有问题），电流不稳则可能是风机轴承不良，风道中有时堵时通的情况。如果计算机系统在检测电流值的同时存贮电流历史曲线，再加上对电流运行上、下限进行报警判断，则可以有效地分析风机运行和送回风状态。空调操作人员就可以根据电流检测值及其历史变化曲线判断出用哪台风机需要调整、更换皮带；需要清洗过滤网；需要更换轴承；哪台空调机的风门或防火阀有问题。在有电流检测的基础上，再加上一个电压检测和运行时间统计就可以算出每台空调机的耗电量，这对能源计量及管理十分有益。4.7.4 执行机构* 控制温、湿度的执行机构为电动调节阀，分别起加热、制冷、加湿、减湿的作用，其中制冷阀同时起降温和减湿的作用。* 风门由电动风门执行器带动,并根据系统的自动调节控制风门的开大、关小。* 所有执行器均为西门子产品，其中组合式空调机组除风门执行器外的执行器为液压执行器，这种执行器均具有掉电自动复位的功能，更加安全可靠。4.7.5 压差检测空调机过滤段设有压差变送器，当过滤器阻力达到设定值，可由压差变送器送报警信号至ddc控制器，并由下位机液晶显示器或上位机显示器显示压差报警信号，通知操作人员及时清洗过滤器。如设置的是压空反吹过滤器，则可通过检测过滤器的压差，根据设定的过滤器压差压力控制压空反吹阀门，对过滤器进行自动清洗，减少过滤器的脏堵，保证空调机组的有效送风量而达到节能的目的。4.8 控制方法4.8.1 温、湿度控制控制器用两个pid控制回路分别控制温度及湿度。为了防止在刚开机时温、湿度误差较大而引起积分量过大，控制程序采用了变积分参数、积分分离的算法来避免积分量过大而引起的超调问题。在出现既加热（升温）又制冷（减湿）的对立工况时，控制器中的专有算法可以在一段时间内以温度优先进行控制，避免出现冷热抵消而浪费能源的情况。4.8.2温、湿度控制的理论策略（卷烟厂多工况恒温恒湿控制软件）本软件根据车间温湿度要求及最小新风量要求，自动将全年分成为若干个工况区域，每个工况区域内制定出一个最合理、最节能的温湿度控制模型，计算各区温湿度控制回路的输出值，保证全年各时段的温湿度控制精度，寻求空调系统的最佳节能运行方案。4.8.3 新风门控制采用美国nimstec公司焓调节控制算法。控制器根据检测到的新风温、湿度计算新风的焓值；根据被控区（车间）的温、湿度算出车间的焓值，然后根据双方的焓值来判断新风是否可利用，对新风门进行比例调节。控制程序中考虑到能源成本的因素，即制冷成本大于加热成本，而不是仅根据新风焓值及室内焓值的能量来决定新风门输出。所以我们的新风门控制体现了节约能源及节约成本的双重因素。4.8.4 防凝水控制控制器根据检测送风湿度判断送风接近凝水的程度，当送风接近凝水区域时，控制器进行凝水偏差计算，然后根据此偏差对加湿阀进行串级调节，保证在不凝水的情况下最大地发挥加湿器的加湿能力。这种连续式的串级调节比简单地限制加湿量来防止凝水的效果好得多。4.8.5手动操作* 实现空调区所有电动调节阀及风门的手动调节。* 实现所有电机的手动起停。以上手动操作在上、下位机上均可进行。4.8.6 空调机的起、停空调机停止时控制器先关掉加热、加湿、制冷阀，保持风机运行2分钟再当需要启动全部空调机时，上位机可对空调机组进行间隔一段时间逐台启动。该起动间隔时间可在上位机上设定。空调机可根据日历表自动启/停，发生火灾后能自动停机并给出火灾报警信号。空调机ddc控制器可选择脱离监控层独立运行或联网运行。记录空调机的累计运行时间。4.8.7 风门运行规律* 风门运行遵循先开后关的原则，所以每个风门用独立的ao通道控制。* 当在上位机上选择了新回风门联动后，回风门开度与新风门开度互补。即新回风门开度相加始终等于100。* 每个风门可在调试时独立动作。4.8.8滤筒反吹控制空调机组自带的滤筒脉冲反吹自洁净清灰系统（含电磁阀箱、压差清灰器、时间控制器、脉冲拍打阀等），已具备根据滤筒前后压差自动控制反吹装置工作的能力；同时滤筒脉冲反吹自洁净清灰系统也可接受ddc控制器手动启、停指令进行反吹清灰工作。4.9空调系统安全防火智能监控增设空调系统安全防火智能监控，多层次加强防火功能，实现空调机组与防火阀联动，达到如下防火阀智能控制功能： 4.9.1手动试验功能:当空调系统保养或试验期间，由空调机组的控制程序输出防火阀打开或关闭信号，可以做到定期远程试验防火阀动作，提高防火阀工作可靠性。4.9.2防火温度整定功能：当送回风管道内送回风温度达到55和35（该数据可以在中央操作站工程参数中由授权工程师调整），进行声光报警提醒操作人员。当送回风温度继续上升达到60和40（该数据可以在中央操作站工程参数中由授权工程师调整）后，空调ddc控制器自动发出停止送回风机运行命令，同时发出关闭空调机组回风阀和防火阀的指令，切断空调送回风管道内的送回风而降低含氧量，达到防火阻燃的目的。4.9.3报警的检测与处理控制器检测空调机以下报警状态* 车间温度过高或过低* 车间湿度过高或过低* 风机电流过大或过小* 送风温度过高或过低* 送风湿度过高* 电机故障脱钩* 火警处理* 过滤器发生堵塞后给出报警信号。* 当出现火警时控制器将关掉送、回风电机；关闭所有阀门，输出一个无源的开出信号给厂火警系统。* 当出现送风温度过高时控制器将减小加热量进行保护。* 一般的报警将在上位机显示并记录，见上位机功能介绍。4.9.4 变频（变风量技术）控制变频控制的优点：低负荷时可以通过降低空调机转速来节约电能消耗.低负荷时可以通过降低空调机转速来降低车间噪声.变频调速便于调整空调机转速以此来适应风管阻力,达到设计工况.变频起动电流小而起动力矩大