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楼与自动化监测与控制系统基础知识目录1、BAS简介31.1、BAS的定义31.2、BAS的功能及工作原理41.3、BAS的发展52、常见名词72.1、相关词汇72.1.1、5A写字楼72.1.2、DDC控制器92.1.2.1、DDC的定义92.1.2.2、工作原理92.1.2.3、功能介绍102.1.2.4、DDC系统的费用及应用112.1.2.5、PLC与DDC的对比142.1.3、PID控制162.1.3.1、PID的定义及概述162.1.3.2、PID的用途182.1.3.3、PID系统的分类192.1.3.4、PID的调节方法202.1.3.5、PID控制器的参数整定222.1.3.6、PID控制的实现232.1.3.7、P 、I 、D 参数的预置与调整262.2、冷热源系统名词272.2.1、冷却塔272.2.1.1、定义272.2.1.2、分类272.2.1.3、工作原理282.2.1.4、冷却塔的危害302.2.1.5、冷却塔风机的节能及安全控制分析302.2.1.6、冷却塔之补给水量计算说明342.2.2、电动蝶阀352.2.2.1、结构和工作原理352.2.2.2、电动蝶阀基本特征352.2.2.3、电动蝶阀的优点和缺点362.2.2.4、施工、安装要点372.2.3、板式换热器372.2.3.1、板式换热器的定义372.2.3.2、板式换热器的特点382.2.3.3、板式换热器清洗402.2.4、制冷机432.2.4.1、制冷机的定义432.2.4.2、制冷机的分类432.2.4.3、制冷机的节能方法442.2.5、定压补气机组442.2.5.1、机组的作用452.2.6、全自动软水器452.2.7、分/集水器452.3、空调系统名词461、BAS简介1.1、BAS的定义楼宇自动化系统（Building Automation System，简称BAS）以节约能源、集中管理、智能控制为目的，将建筑物或建筑群内的照明、空调、送排风、给排水、冷热源（热源与热交换、冷冻和冷却水）等设备或系统集成在一个控制系统内管理的综合性系统。楼宇自动化系统通过对建筑的各种设备实施自动化检测、控制与管理，为业主和用户提供便捷高效、节能、舒适、安全的工作与生活环境，并使整个系统和其中的各种涉别处在最佳的工作状态，从而保证建筑物内各机电设备系统运行的经济性，保证管理的现代化、信息化和智能化。BAS是智能建筑中涉及面最广、设计任务和工程施工量最大的子系统，它的设计水平和工程建设质量对智能建筑功能的实现有直接的影响。1.2、BAS的功能及工作原理BAS通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。根据我国行业标准，BAS又可分为设备运行管理与监控子系统和消防与安全防范子系统。一般情况下，这两个子系统宜一同纳入BAS考虑，如将消防与安全防范子系统独立设置，也应与BAS监控中心建立通信联系以便灾情发生时，能够按照约定实现操作权转移，进行一体化的协调控制。 BAS的基本功能可以归纳如下： （1）、自动监视并控制各种机电设备的起、停，显示或打印当前运转状态。 （2）、自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史数据。 （3）、根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使之始终运行于最佳状态。 （4）、监测并及时处理各种意外、突发事件。 （5）、实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。 （6）、能源管理：水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化。 （7）、设备管理：包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。BAS基于现代控制理论的集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统(Distributed control systems简称DCS)。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置(DDC)完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中的不足和常规仪表控制功能单一的局限性。安装于中央控制室的中央管理计算机具有CRT显示、打印输出、丰富的软件管理和很强的数字通信功能，能完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制等任务，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难、无法统一管理的缺点，保证设备在最佳状态下运行。1.3、BAS的发展楼宇设备自动化系统到目前为止已经历了四代产品： 第一代：CCMS中央监控系统(20世纪70年代产品) BAS从仪表系统发展成计算机系统，采用计算机键盘和CRT构成中央站，打印机代替了记录仪表，散设于建筑物各处的信息采集站DGP(连接着传感器和执行器等设备)通过总线与中央站连接在一起组成中央监控型自动化系统。DGP分站的功能只是上传现场设备信息，下达中央站的控制命令。一台中央计算机操纵着整个系统的工作。中央站采集各分站信息，作出决策，完成全部设备的控制，中央站根据采集的信息和能量计测数据完成节能控制和调节。 第二代：DCS集散控制系统(20世纪80年代产品) 随着微处理机技术的发展和成本降低，DGP分站安装了CPU，发展成直接数字控制器DDC。配有微处理机芯片的DDC分站，可以独立完成所有控制工作，具有完善的控制、显示功能，进行节能管理，可以连接打印机、安装人机接口等。BAS由4级组成，分别是现场、分站、中央站、管理系统。集散系统的主要特点是只有中央站和分站两类接点，中央站完成监视，分站完成控制，分站完全自治，与中央站无关，保证了系统的可靠性。 第三代：开放式集散系统(20世纪90年代产品) 随着现场总线技术的发展，DDC分站连接传感器、执行器的输入输出模块，应用LON现场总线，从分站内部走向设备现场，形成分布式输入输出现场网络层，从而使系统的配置更加灵活，由于LonWorks技术的开放性，也使分站具有了一定程度的开放规模。BAS控制网络就形成了3层结构，分别是管理层(中央站)、自动化层(DDC分站)和现场网络层(ON)。 第四代：网络集成系统(21世纪产品) 随着企业网Intranet建立，建筑设备自动化系统必然采用Web技术，并力求在企业网中占据重要位置，BAS中央站嵌入Web服务器，融合Web功能，以网页形式为工作模式，使BAS与Intranet成为一体系统。 网络集成系统(EBI)是采用Web技术的建筑设备自动化系统，它有一组包含保安系统、机电设备系统和防火系统的管理软件。 EBI系统从不同层次的需要出发提供各种完善的开放技术，实现各个层次的集成，从现场层、自动化层到管理层。EBI系统完成了管理系统和控制系统的一体化。 目前，规模和影响较大的楼宇设备供应公司有美国霍尼维尔公司、江森公司、KMC公司、德国西门子公司等。2、常见名词2.1、相关词汇2.1.1、5A写字楼5A写字楼即甲级写字楼。写字楼市场目前流行两大评定标准，一是甲级写字楼，一是5A写字楼。所谓甲级写字楼，实为一种通行叫法，并没有固定标准，因为谁也不愿意被叫成乙级写字楼。这样，恨不得任何一个有玻璃幕墙、带电梯、“长”得高一些的写字楼都自称为甲级写字楼。相比之下，5A写字楼倒是有一定的标准，类似于酒店星级评定的方法。 所谓5A，是指智能化5A ，包括： OA：办公自动化系统； CA：通讯自动化系统； FA：消防自动化系统 ； SA：安保自动化系统； BA：楼宇自动控制系统。 那么，5A写字楼具体有哪些标准呢？ 第一要素：黄金区位房地产开发有三大要素，第一是地段，第二是地段，第三还是地段。这对于酒店可能并非个个是真理，但对于写字楼，几乎无反例，其无疑是投资和购买写字楼的第一要素。 第二要素：超大规模这里所说的超大规模，不仅是指建筑体量本身比较大，而且更强调其规模的伸展力及拓展性。一方面，不仅是写字楼建筑本身的规模要大，而且必须要有强大的综合配套，经营成一个集写字楼、公寓、商住、星级酒店、会展中心、休闲娱乐及购物中心于一体的大空间。另一方面，还要视其交通条件而论，四通八达的交通一定是其写字楼规模的重要支撑。一个写字楼如果没有相当大的建筑体量和规模化的配套设施，是难以称得上五星级的。 第三要素：建筑文化所谓建筑文化，对酒店可能是指国王饭店、皇后饭店这样的历史，但对于写字楼而言，与其说是世贸中心、国贸中心这样的品牌文化，倒不如直接说成是摩天大楼的建筑文化。无论西方还是东方，无论发达还是落后，一谈到写字楼，都有明显的摩天大楼的情结。尽管美国世贸中心被炸影响了世界各地对摩天大楼的追求，但估计这是暂时的。因为从道理上讲，低矮的五角大楼也同样易于被攻击。 第四要素：硬件设施就像星级酒店在硬件配套上追求奢华极致一样，在写字楼方面追求的硬件，更多的是科技与创新。这好比比尔盖茨的科技豪宅与常规豪宅的区别，当然，科技豪宅也同样拥有奢华，只是强调重点已经转移。除此之外，其所用的建筑技术、标准层高、标准承重、弱电系统、新风系统，以及电梯、智能等，都较酒店更先进。但就写字楼的本质而言，硬件设施的最大追求应该是创新，主要体现在建筑设计和建筑功能的创新上。 第五要素：软件服务相对酒店的五星级服务标准，写字楼服务有了明显的变化，一方面体现在高效的物业管理上，另一方面体现在对入住企业的专业化商务服务上。比如，将洗衣送餐这些酒店式服务改写为卫星会议、活动策划、会展中心等服务。又如，一些新型写字楼不仅能够实现全天候空调节假日无休，而且还在送餐、夜餐甚至代办员工地铁月票等方面下功夫。2.1.2、DDC控制器2.1.2.1、DDC的定义DDC(Direct Digital Control)直接数字控制，通常称为DDC控制器。DDC系统的组成通常包括中央控制设备(集中控制电脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等)、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件,及优于PLC等，特别成为各种建筑环境控制的通用模式。DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。DDC系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。2.1.2.2、工作原理所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。 DDC控制器是整个控制系统的核心。是系统实现控制功能的关键部件。它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道(AI)和数字量输入通道(DI)采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号(A/D转换)，然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号(D/A转换)，并通过模拟量输出通道(AO)和数字量输出通道(DO)直接控制设备的运行。2.1.2.3、功能介绍DDC控制器的软件通常包括基础软件、自检软件和应用软件三大块。其中基础软件是作为固定程序固化在模块中的通用软件，通常由DDC生产厂家直接写在微处理芯片上，不需要也不可能由其它人员进行修改。各个厂家的基础软件基本上是没有多少差别的。设置自检软件和保证DDC控制器的正常运行，检测其运行故障，同时也可便于管理人员维修。应用软件是针对各个空调设备的控制内容而编写的，因此这部分软件可根据管理人员的需要进行一定程度的修改。它通常包括以下几个主要功能： （1）、控制功能提供模拟P、PI、PID的控制特性，有的还具备自动适应控制的功能。 （2）、实时功能使计算机内的时间永远与实际标准时间一致。 （3）、管理功能可对各个空调设备的控制参数以及运行状态进行再设定，同时还具备显视和监测功能，另外与集中控制电脑可进行各种相关的通讯。 （4）、报警与联锁功能在接到报警信号后可根据已设置程序联锁有关设备的启停，同时向集中控制电脑发出警报。 （5）、能量管理控制它包括运行控制(自动或编程设定空调设备在工作日和节假日的启停时间和运行台数)、能耗记录(记录瞬时和累积能耗以及空调设备的运行时间)、焓值控制(比较室内外空气焓值来控制新回风比和进行工况转换)。 评价一个DDC控制器的功能主要看其容量和配套的软件。DDC控制器的容量是以其所包含的控制点的数量来衡量的，即其可接受的输入信号或可发出输出信号的功能和数量。也就是说其有几个模拟量输入点，几个开关量输入点，有多少个模拟量输出点和多少个开关量输出点。点数多少是评价一个DDC控制器的重要指标，一般来讲点数越多表明其功能越强，可控制和管理的范围越大，当然其价格也会越高。2.1.2.4、DDC系统的费用及应用专门使用的DDC系统具有很多优点，以下列出其中最重要的几点： （1）、 操作终端DDC系统是建筑物管理的有力工具，它的操作系统可方便地管理一个或多个岗位，可及时按客户要求或程序要求作出反应，DDC系统允许控制器在操作时间内同时具有其它功能，这一点是区别于传统系统的。DDC系统可以单个终端获得整个建筑操作的所有信息，这就具有很强的故障诊断能力。 （2）、降低费用一个良好设计的DDC系统可在能源和人力方面降低费用。由于所有区域都经中心调度和控制可通过能量的转移而使之不会浪费，而且，系统可自动启动或停止机械设备，使其在不必要时不运转。它还可通过操作终端自动诊断和处理许多问题，而无需维修人员亲临现场，从而省去许多费用，降低维修成本。处于不同位置的多个建筑，可由一个中心控制室统一管理和监控，而不必单独控制，从而节省了人力。 （3）、提高舒适性由于DDC系统比传统系统具有更高的精确度，温度可保持在更接近于设定值的值，为此改善居住环境。 （4）、无需校准多数DDC系统无需校准，可减少维修保养费用，并长期保持精度，而传统系统校准后就开始降低精度。 （5）、改善控制方式DDC系统允许更复杂的控制方式以完成整栋大楼的基本管理，这样可减少执行费用并改善其居住的舒适性。DDC系统可根据建筑各部分的实际制冷量，调节冰水(寒水)机组的供冷量，以达到冷却水温要求又不致过冷，当建筑冷量需求变化时，还可随之调整冰水(寒水)机组。 （6）、提高房产价值一套配有DDC系统的设备比未配DDC的设备具有更高的价值，它经常作的一个完整施工计划的重要组成部分，当一栋建筑预售时，预购者常之考虑该建筑是否装有最新管理系统。 （7）、更优越的控制由于DDC系统可完成各种逻辑功能，可按建筑操作的客观情况作出复杂而精确的控制。因而更具优越性。 （8）、高度灵活的控制建筑物的各种参数往往不是一成不变的，新的客户或旧客户的新要求往往需要改变大楼的控制要求，多数DDC系统可按新要求重新编写程序，而不必改变硬件。而且，DDC系统是模式化系统，便于以后大楼扩建，如大楼改建时，该系统可随之扩展。 （9）、改善居住条件许多大楼的所有者使用DDC系统以鼓励租期已到的客户留在大楼中，当客户看到他们住处具有成效管理系统时，他们对大楼就更满意。 （10）、改善维护和服务整栋建筑采用DDC系统后，维护工作可通过系统自动做到，并纪录需要服务的设备和地点，如需要，DDC系统还可纪录各部分机械的运转性能曲线和各房间的温度变化，这些在分析和诊断机械系统或控制器问题时十分有益，因为系统能发展操作中的许多偏差，故许多问题可在客户察觉前解决。2.1.2.5、PLC与DDC的对比关于PLC与DDC，哪个应用在楼宇自控系统中更有优势，做如下面的比较：（1）、应用领域：DDC是由PLC发展而来的，PLC是专门应用在工业自动化方面的，在国内几乎全部的工业生产流水线控制系统，火力发电厂控制系统，钢铁厂控制系统都是应用了PLC系统，目前也有相当一部分楼控系统也应用了PLC。楼宇自控DDC是生产厂家根据楼宇自控特点从PLC发展而来的，与PLC的区别其实只是在其内部固化了一部分程序，但同时也缺少的PLC的灵活性和应对复杂电磁干扰环境的能力。（2）、结构差别：通过多年的发展，现在的PLC在网络方面其实与DDC是一样的，也支持多种协议，也是分层结构，也可以实现点对点通讯，PLC分布在现场的各站点是不需要通过上位机就能进行通讯管理的。（3）、软件特性：DDC系统的上位机软件多为专用软件，其实从另一个侧面说明其不兼容，每个厂家的软件都有不一样，而且很多是英文的，这对技术员来讲更是恶梦的开始。而PLC系统上位机软件既可是专用软件，又可是通用组态软件，现在国内通用组态软件都是纯中文的，组态灵活方便。通用组态软件能应对复杂的工业控制系统，对区区楼控又何在话下。再说无论是PLC系统还是DDC系统的调试都是有专业调试人员完成组态，再培训业主操作管理，对业主来讲其实是一样的，反观通组态软件既能实现专业软件的所有功能，又能实现专业软件很多不能实现的功能（如高仿真界面、人声报警、用户定制功能等）。（4）、专业性：现在很多楼控工程都应用了PLC系统，事实证明上述DDC功能PLC系统也能完成，经验丰富的PLC楼控实施商，也已积累了全部控制流程程序、能源管理及节能程序，同时由于其对所有流程程序拥有源程序，所以可以针对不同项目迅速做出量身定制的功能。由于也有现成的流程程序，现场调试工作也非常短，同时也会比DDC调试更顺利，因为DDC内置程序只有接口函数，是固定格式，如遇特殊需求就得与远在千里之外的厂家工程师联系，而且能不能解决就不一定了。（5）、扩展性：谁都知道PLC系统是通用性、开放性系统。现阶段大多数PLC系统与大多数DDC系统操作员站之间用的都是TCP/IP协议，都可以做到有网络就可接入。而目前DDC系统软件按用户数收取昂贵费用，令大部分已完工的楼控系统对分控操作站想要而不敢想啊！PLC系统正好有此优势。（6）、安全性： 其实这个问题只要想象一下:一个火力发电厂正在发电，突然一个PLC模块坏了，如像上述所说的要将整个系统停机才能更换，那会是怎样的后果，锅炉都有可能爆炸啊！呵呵！比楼控后果要严重得多吧！现在很多PLC系统的模块都是热拔插、热备冗余（这几个功能，楼控好像是这几年向PLC学的吧），PLC是面向工业环境开发的，在复杂的工业控制环境下模块的故障或系统停机都可能产生重大事故或人员伤亡，可靠性要求较DDC又何止高一等啊！不知上述论述是怎么产生的。PLC控制核心能够在恶劣的环境中长期可靠、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔(MTBF)大于15年。（7）、调试繁简度： PLC编程现在用得最多的是梯形图语言，这种语言形象化、所见即所，不需要英语水平，普通电工就能学会。现在的PLC系统与DDC系统一样，都能坐在舒适的机房内通过一台笔记本电脑和一根网线就能将系统全部调试好。至于精度问题拿产品技术参数一看便知啊！只想说一句：难道工业控制对精度的要求会低于楼控？我想是个人都不会这样想吧！哈哈！现代化工业生产线上的控制系统动不动就是上万点（基本上都采用PLC，却没有一个用DDC），而且要求做到毫秒级网络连接，DDC能做到不？综述：其实DDC是由PLC发展而来的，是生产厂家专门针对细化市场而设计的，其与PLC最大的优势就只有固定的一部分控制程序这一项，其它性能方面应都较PLC差。DDC由于只针对楼控这一个专业细分市场，全国市场容量不大，也就造成DDC为什么性能不突出，价格却较高的根本原因。DDC中固定一部分控制程序，厂家的最初出发点是因为楼控系统的承建方，大多是弱电系统集成商，这个群体对自控技术接触得相对较少，所以厂家必须做一个容易的产品供其调试。但正因为这样也便其失去了灵活性。如碰上了经验丰富的自控工程师，其产品内固定的程序反而成为其发挥能力的包袱。楼控系统完工交付用户后，由于用户维护工程师在社会上接触得更多的是PLC，PLC编程现在用得最多的是梯形图语言，这种语言形象化、所见即所，不需要英语水平，普通电工就能学会，所以其维护技术和成本反而更低。再说一句题外事，现在几个楼控系统由完全由弱电集成商调试成功过，成功的楼控都是由经验丰富的调试工程师全程参与完成的。而经验丰富的调试工程师是用PLC还是DDC就没有关系了。2.1.3、PID控制2.1.3.1、PID的定义及概述在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。PID控制器问世至今已有近70年历史，它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。 （1）、比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 （2）、积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到接近于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后几乎无稳 态误差。 （3）、微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在 调节过程中的动态特性。2.1.3.2、PID的用途目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator），其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC），还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器（PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器（PLC）可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。2.1.3.3、PID系统的分类（1）、开环控制系统开环控制系统（open-loop control system）是指被控对象的输出（被控制量）对控制器（controller）的输入没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 （2）、闭环控制系统闭环控制系统（closed-loop control system）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（ Negative Feedback），若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。 （3）、阶跃响应阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性（stability），一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来（Steady-state error）描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。2.1.3.4、PID的调节方法PID是工业生产中最常用的一种控制方式，PID调节仪表也是工业控制中最常用的仪表之一，PID 适用于需要进行高精度测量控制的系统，可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数。 PID参数自整定控制仪可选择外给定（或阀位）控制功能。可 取代伺服放大器直接驱动执行机构（如阀门等）。PID外给定（或阀位）控制仪可自动跟随外部给定值（或阀位反馈值）进行控制输出（模拟量控制输出或继电器正转、反转控制输出）。可实现自动/手动无扰动切换。手动切换至自动时，采用逼近法计算，以实现手动/自动的平稳切换。PID外给定（或阀位）控制仪可同时显示测量信号及阀位反馈 信号。 PID光柱显示控制仪集数字仪表与模拟仪表于一体，可对测量 值及控制目标值进行数字量显示（双LED数码显示），并同时对测量值及控制目标值进行相对模拟量显示（ 双光柱显示）， 显示方式为双LED数码显示+双光柱模拟量显示，使测量值的显示更为清晰直观。 PID参数自整定控制仪可随意改变仪表的输入信号类型。采用 最新无跳线技术，只需设定仪表内部参数，即可将仪表从一种输入信号改为另一种输入信号。 PID参数自整定控制仪可选择带有一路模拟量控制输出（或开 关量控制输出、继电器和可控硅正转、反转控制）及一路模拟量变送输出，可适用于各种测量控制场合。 PID参数自整定控制仪支持多机通讯，具有多种标准串行双向 通讯功能，可选择多种通讯方式，如RS-232、RS-485、RS-42等，通讯波特率3009600bps 仪表内部参数自由设定。可与各种带串行输入输出的设备（ 如电脑、可编程控制器、PLC 等）进行通讯，构成管理系统。 （1）、PID常用口诀： 参数整定找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频率快，先把微分降下来 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线两个波，前高后低4比1 一看二调多分析，调节质量不会低 （2）、PID控制器参数的工程整定，各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照： 温度T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s 压力P: P=3070%,T=24180s, 液位L: P=2080%,T=60300s, 流量F: P=40100%,T=660s。2.1.3.5、PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。 PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。 PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。两种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。 利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下： （1）、首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作； （2）、仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期； （3）、在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。2.1.3.6、PID控制的实现（1）、PID 的反馈逻辑各种变频器的反馈逻辑称谓各不相同，甚至有类似的称谓而含义相反的情形。系统设计时应以所选用变频器的说明书介绍为准。所谓反馈逻辑，是指被控物理量经传感器检测到的反馈信号对变频器输出频率的控制极性。例如中央空调系统中，用回水温度控制调节变频器的输出频率和水泵电机的转速。冬天制热时，如果回水温度偏低，反馈信号减小，说明房间温度低，要求提高变频器输出频率和电机转速，加大热水的流量；而夏天制冷时，如果回水温度偏低，反馈信号减小，说明房间温度过低，可以降低变频器的输出频率和电机转速减少冷水的流量。由上可见，同样是温度偏低，反馈信号减小，但要求变频器的频率变化方向却是相反的。这就是引入反馈逻辑的原由。 （2）、打开 PID 功能要实现闭环的 PID 控制功能，首先应将 PID 功能预置为有效。具体方法有两种：一是通过变频器的功能参数码预置，例如，康沃 CVF-G2 系列变频器，将参数 H-48 设为 O 时，则无 PID 功能；设为 1 时为普通 PID 控制；设为 2 时为恒压供水 PID。二是由变频器的外接多功能端子的状态决定。例如安川 CIMR-G 7A 系列变频器，如图 1 所示，在多功能输入端子 Sl-S10 中任选一个，将功能码 H1-01 H1-10( 与端子 S1-S10 相对应 ) 预置为 19 ，则该端子即具有决定 PI) 控制是否有效的功能，该端子与公共端子 SC “ ON ”时无效，“ OFF ”时有效。应注意的是大部分变频器兼有上述两种预置方式，但有少数品牌的变频器只有其中的一种方式。 在一些控制要求不十分严格的系统中，有时仅使用 PI 控制功能、不启动 D 功能就能满足需要，这样的系统调试过程比较简单。 （3）、目标信号与反馈信号欲使变频系统中的某一个物理量稳定在预期的目标值上，变频器的 PID 功能电路将反馈信号与目标信号不断地进行比较，并根据比较结果来实时地调整输出频率和电动机的转速。所以，变频器的 PID 控制至少需要两种控制信号：目标信号和反馈信号。这里所说的目标信号是某物理量预期稳定值所对应的电信号，亦称目标值或给定值；而该物理量通过传感器测量到的实际值对应的电信号称为反馈信号，亦称反馈量或当前值。PID 控制的功能示意图见图 2。图中有一个 PID 开关。可通过变频器的功能参数设置使 PID 功能有效或无效。PID 功能有效时，由 PID 电路决定运行频率； PID 功能无效时，由频率设定信号决定运行频率。PID 开关、动作选择开关和反馈信号切换开关均由功能参数的设置决定其工作状态。 （4）、目标值给定如何将目标值 ( 目标信号 ) 的命令信息传送给变频器，各种变频器选择了不同的方法，而归结起来大体上有如下两种方案：一是自动转换法，即变频器预置 PID 功能有效时，其开环运行时的频率给定功能自动转为目标值给定如表 2 中的安川 CIMR-G 7A 与富士 P11S 变频器。二是通道选择法，如表 2 中的康沃 CVF-G2 、森兰 SB12 和普传 P17000 系列变频器。 以上介绍了目标信号的输入通道，接着要确定目标值的大小。由于目标信号和反馈信号通常不是同一种物理量。难以进行直接比较，所以，大多数变频器的目标信号都用传感器量程的百分数来表示。例如，某储气罐的空气压力要求稳定在 1.2MPa ，压力传感器的量程为 2MPa ，则与 1.2MPa 对应的百分数为 60 %，目标值就是 60 %。而有的变频器的参数列表中，有与传感器量程上下限值对应的参数，例如富士 P11S 变频器，将参数 E40( 显示系数 A) 设为 2 ，即压力传感器的量程上限 2MPa ：参数 E41( 显示系数 B) 设为 0 ，即量程下限为 0 ，则目标值为 1 2。即压力稳定值为 1 2 MPa。目标值即是预期稳定值的绝对值。 （5）、反馈信号的连接各种变频器都有若干个频率给定输入端，在这些输入端子中，如果已经确定一个为目标信号的输入通道，则其他输入端子均可作为反馈信号的输入端。可通过相应的功能参数码选择其中的一个使用。比较典型的几种变频器反馈信号通道选择见表 3。2.1.3.7、P 、I 、D 参数的预置与调整（1）、比例增益 P变频器的 PID 功能是利用目标信号和反馈信号的差值来调节输出频率的，一方面，我们希望目标信号和反馈信号无限接近，即差值很小，从而满足调节的精度：另一方面，我们又希望调节信号具有一定的幅度，以保证调节的灵敏度。解决这一矛盾的方法就是事先将差值信号进行放大。比例增益 P 就是用来设置差值信号的放大系数的。任何一种变频器的参数 P 都给出一个可设置的数值范围，一般在初次调试时， P 可按中间偏大值预置或者暂时默认出厂值，待设备运转时再按实际情况细调。 （2）、积分时间如上所述比例增益 P 越大，调节灵敏度越高，但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。为此引入积分环节 I ，其效果是，使经过比例增益 P 放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大 ( 或减小 ) ，从而减缓其变化速度，防止振荡。但积分时间 I 太长，又会当反馈信号急剧变化时，被控物理量难以迅速恢复。因此， I 的取值与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，积分时间应短些；拖动系统的时间常数较大时，积分时间应长些。 （3）、微分时间 D微分时间 D 是根据差值信号变化的速率，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服因积分时间过长而使恢复滞后的缺陷。D 的取值也与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，微分时间应短些；反之，拖动系统的时间常数较大时， 微分时间应长些。 （4）、P 、I、 D 参数的调整原则P 、I 、D 参数的预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况进行如下细调：被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间 I ，如仍有振荡，可适当减小比例增益 P。被控物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益 P ，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间 I ，还可加大微分时间 D。2.2、冷热源系统名词2.2.1、冷却塔2.2.1.1、定义冷却塔（cooling tower）是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置，以保证系统的正常运行，装置一般为桶状，故名为冷却塔。2.2.1.2、分类按通风方式分为：自然通风冷却塔；机械通风冷却塔；混合通风冷却塔 按水和空气的接触方式分：湿式冷却塔；干式冷却塔；干湿式冷却塔。 按热水和空气的流动方向分：逆流式冷却塔；横流（直交流）式冷却塔。 按应用领域分：工业型冷却塔；空调型冷却塔。 按噪声级别分：普通型冷却塔；低噪型冷却塔；超低噪型冷却塔；超静音型冷却塔。 按形状分：圆形冷却塔：方型冷却塔。 其他型式冷却塔，如喷流式冷却塔、无风机冷却塔等。2.2.1.3、工作原理通用术语“冷却塔”是用来描述直接（开路）和间接（闭路）散热设备。虽然大多数想出一个“冷却塔作为一个开放的直接接触散热装置”，间接冷却塔，有时被称为“闭合电路的冷却塔”的是但也是一个冷却塔。 一个直接的，或开路冷却塔是一个密封结构内部的手段，通过将循环水以喷雾方式，喷淋到玻璃纤维的填料上。填料提供了更大的接触面，通过水与空气的接触，达到换热效果。再有风机带动塔内气流循环，将与水换热后的热气流带出，从而达到冷却。 湿式冷却塔结构原理图填充可能包括多个，主要是垂直，湿面赖以传播的水（填充）或横向飞溅要素创造了许多具有较大的地表面积小水滴级联几个层次薄膜（飞溅）。 间接或闭路冷却塔并不涉及对空气和液体，通常是水或乙二醇混合物直接接触被冷却。不同的是开放式冷却塔，冷却塔的间接拥有两个独立的流体电路。一个是外部电路中的水是在第二赛道，这是管束外循环（非公开线圈）的连接到的热流体进程被冷却并在闭路返回。空气是通过循环绘制在整个热管外级联水，提供类似的蒸发冷却冷却塔开放。在运作的热流从内部流体电路，通过线圈管墙，外部电路，然后由空气和水的一些蒸发加热，到大气中。间接冷却塔的行动，因此非常相似，打开冷却塔有一个例外。这一过程被冷却液在一个“封闭”回路中，不直接暴露在大气或外部的循环水。 在逆流冷却塔空中旅行向上通过填充或管束，对面水向下运动。在横流冷却塔空气水平移动通过填补水向下移动。 冷却塔还有一个特点，其中航空移动手段的机械通风冷却塔依靠电力驱动的风扇，以吸引或强行塔空气。自然通风冷却塔使用的排气烟囱的高增长提供空气浮力草案。风扇辅助自然通风冷却塔采用机械草案，以增加浮力的影响。许多早期的冷却塔靠的风向产生的空气草案。 冷却塔工作原理图如果冷却水从冷却塔回到重用，一些水必须添加到更换或构成，流动的那部分蒸发。由于蒸发包括纯净水，溶解的矿物质和其他固体循环水的浓度往往会增加，除非一些溶解，如打击固体控制手段下，提供。一些水也丧失了与正在开展的废气（漂移）飞沫，但是这通常是减少到一个非常小的数额安装挡板样装置，称为漂流排除，收集液滴。弥补的金额必须等于蒸发，吹下来，总漂移，如风力井喷和其他水渗漏损失，保持一个稳定的水位。2.2.1.4、冷却塔的危害冷却塔长时间使用，会滋生细菌，其中典型的细菌是“军团菌”，这种细菌会造成传染病，每个冷却塔周围200米内都会受到影响。城市的冷却塔是城市污染的一种主要来源。军团菌经空气传播。空调系统的水箱是军团菌的理想繁殖地方，可经管道遍布整座建筑物。因此长期在空调室内的人，应特别小心。2.2.1.5、冷却塔风机的节能及安全控制分析（1）、风机节能控制器的分析 提出风机节能控制管理的目的，是实现风机运行闭环自动控制。根据生产的需要预先设定供水温度，由气候气象环境对水温的影响、系统换热条件的改变对水温的影响，用温感探头的实测值及时反应出来，最终通过调控降温设备的能耗来稳定供水温度，实现自控节能。 通常认为，“变频调速技术”是完成上述过程的理想方法。但变频调速技术在循环水冷却塔风机控制上的运用存在如下局限性和缺陷： “变频调速技术”可以做到很高的控温精度，但这在循环冷却水系统却不很重要。 变频器自身的能量损耗（平均运行效率不足90%）影响节能效果。 变速运行造成风扇叶片攻角改变（迎风角），风机脱离工作点运行使效率降低。 电机脱离额定转速的低速运行，以及转速、扭矩、功耗之间的非线性关系，也使电机的运行效率大为降低。 变频调速系统价格较为昂贵（每千瓦1000元左右），新建工程和老设备改造都需较大投入。 设计上还必需考虑变频调速器运行在某些特定转速时的破坏性共振问题，和变频调速器产生强电磁污染对其它仪表的干扰等问题。 （2）、 风机安全监控器分析 提出风机安全监控管理的目的，是为了自动检测出振动、油温、油位的变化数值，并进行显示和记录，同时对检测值超限的风机进行报警和停机，以求达到风机安全平稳运行的目的，减少甚至杜绝风机损坏事故的发生。根据现场管理的实际情况，确定了“风机振动”、“滑油油温”、“减速箱油位”3个参数是保证风机安全最重要的运行参数3。又确定了“测量范围”、“测量精度”、“巡检时间”等共15项设计参数进行研发制作。该系统于1993年9月在循环水场得到首次试用，命