中央空调课程设计论文-楼宇自动化中央空调新风机组控制系统

吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 1页 共 23 页 前言 随着 21 世纪的到来，人们对人类的生存和地球环境的问题空前的关注，现代人类 大约有五分之四的时间在建筑中度过，人们已经逐渐认识到，建筑环境对人类的寿命、 工作效率、产品质量起着极为重要的作用。以满足人类自身生活，工作对环境的要求， 和满足生产， 科学实验对环境的要求。 人们对现代建筑的要求， 不只有挡风遮雨的功能， 而且还应该是一个温湿度适宜的、空气清新、光照柔和、宁静舒适的环境。生产与科学 实验对环境提出了更为苛刻的条件。 在建筑微环境内， 室内空气调节已经成为控制建筑温湿环境和室内空气品质的重要 技术和主要手段。 空气调节能实现对某一房间或空间温湿度、 洁净度和空气流动速度等进行调节和控 制，并提供足够的空气。未来空调技术的发展方向， “节约能源，保护环境和获取趋近 于自然条件的舒适健康”必是空调的发展目标。 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 2页 共 23 页 第 1 章 设计概述 1.1 设计题目 楼宇自动化中央空调新风机组控制系统 1.2 设计要求 1.新风机组三种启动方法：星三角启动、软起动器、变频器，三种方法任选 一种。 2.新风机组含两重过滤：初虑、中虑，开关分防冻开关和风机运行状态开关。 3.系统含有新风阀、回风阀、排风阀，开度为 0100%。 4.系统含有新风温度传感器、 回风温度传感器、 排风温度传感器， 新风为-30%70%， 其他为 050%。 5.送风有湿度传感器，范围在 0100%。 6.四管制，带冷热水调节阀，调节冷热水流量控制送风的温度，实行 PI 调节。 7.加湿装置由 010VDC 信号控制。 8.温湿度有显示，由各种故障、报警指示。 1.3 设计特点 一、空调系统的选择 空调系统一般均有空气处理设备和空气分配设备组成，根据需要，他颗组成许多不 同形状的系统，在工程上，应考虑建筑物的用途和性质，热湿负荷特点，温湿度调节和 控制的要求，空调机房的面积和位置，初投资和运行费用等多方面的因素，选定合理的 空调系统。 根据负担室内热湿负荷作用的介质不同分为全空气系统、全水系统、空气-水系统、 冷机系统。按热量移动（传递）的原理来分可分为对流式空调和辐射式空调，按被处理 空气的来源来分又可分为封闭式系统、直流式系统和混合式系统。按空气处理设备的集 中程度可分为集中式空调系统、半集中式空调系统和分散式空调系统；集中式是指所有 的空气处理设备均设在一个集中的空调机房内。半集中式除了集中空调机房（主要处理 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 3页 共 23 页 室外新风）外，还包括分散放在空调房间内的二次设备，其中多半设有冷热交换装置， 如风机盘管等。全分散式没有集中空调机房，而是完全采用组合式设备向各房间进行空 调，自带制冷机组的空调机组方式就属于这一类，入个房间的空调器等。集中式和半集 中式也可统称为中央空调，而全分散式系统也称为局部空调。 中央空调和局部空调相比，具有以下优点： 1.空气调节效果好，可以严格的控制室内温度和室内的相对湿度，并能满足室内空 气清洁度的不同要求； 2.可向室内送新风，保证室内空气新鲜度；并且可以进行理想的气流分布设计； 3.机组相对故障少，运行管理方便，运行费用低； 4.空调与制冷设备集中安设在机房；便于管理与维修； 5.设备使用寿命长； 6.可以有效的采取消声和隔振措施，顾噪声小； 7.宜于装饰配合，达到现代建筑要求的高档、舒适和美观的目的。 二、冷热湿负荷的概念 为了保持建筑物的热湿环境，在某一时刻需向房间供应的冷量称为冷负荷；相反， 为了补偿房间失热需向供应的热量称为热负荷； 为了维持房间相对湿度恒定需从房间除 去的湿量称为湿负荷。房间冷、热、湿负荷也是确定空调系统送风量及各种设备容量的 依据。 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 4页 共 23 页 第 2 章 系统设计原理 空调监控系统主要利用 PLC 的控制功能， 通过执行装载在 PLC 内部的预先设定的控 制程序并执行上位机实时的命令语句，调节空调系统中的阀门开度、控制水泵启停、监 控并采集空调系统中温度传感器、湿度传感器、压力传感器、水流开关等现场仪器仪表 的数据， 转换为可用的数据格式传送出去。接受到的 PLC 采集的现场数据并实时的显示 出来。 2.1 空调系统原理 空调系统主要就是调节室内空气的冷、热、干、湿，并起净化空气的作用，使人们 工作、生活在比较舒适的环境中。空调系统主要由三部分组成：空气调节系统、制冷系 统、供热系统。 2.2 PLC 工作原理 (1)CPU（中央处理器） CPU 是 PLC 的核心，由运算器、控制器、寄存器、系统总线，外围芯片、总线接口 及有关电路构成。它的功能是接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输 入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源 PLC 内部电路的工 作状态和编程过程中的语法错误等，是 PLC 不可缺少的组成单元。主要功能包括以下几 个方面。 1）接收从编程器或者计算机输入的程序和数据，并送入用户程序存储器存储。 2）监视电源、PLC 内部各个单元电路的工作状态。 3）诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。 4）在 PLC 进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。 5）采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。 6）按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器 的内容。 7）根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。 8）响应中断和各种外围设备（如编程器、打印机等）的任务处理请求。 (2) I/O 接口 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 5页 共 23 页 PLC 是通过各种 I/O 接口模块与外界联系的，按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模 块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或机 架槽数限制。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出 点反映输出锁存器状态。 PLC 的对外功能主要是通过各种 I/O 接口模块于外界联系来 实现的。输入模块和输出模块是 PLC 与现场 I/O 装置或设备之间的连接部件，起着 PLC 与外部设备之间的传递信息的作用。I/O 模块分为开关量输入、开关量输出、模拟量输 入和模拟量输出等模块。 (3)存储器 存储器（内存）主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。一般包括 系统程序存储器和用户程序存储器两部分。 系统程序存储器用于存储整个系统的监控程 序，一般采用只读存储器（ROM） ，具有掉电不丢失信息的特性。用户程序存储器用于存 储用户根据工艺要求或者控制功能设计的控制程序，早期一般采用随机读写存储器 （RAM） ，需要后备电池在掉电后保存程序。目前则倾向于采用电可擦除的只读存储器 （EEPROM）或闪存(Flash Memory)，免去了后备电池的麻烦。 (4)电源模块 PLC 中的电源，是为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。电源可分直流和交流两 种类型，交流输入 220VAC 或 110VAC， ，直流输入通常是 24V。 （5)智能模块 除了上述通用的 I/O 模块外， PLC 还提供了各种各样的特殊 I/O 模块， 如热电阻、 热电偶、温度控制、中断控制、位置控制、以太网、远程 I/O 控制、打印机等专用型或 智能型的 I/O 模块，用以满足各种特殊功能的控制要求。I/O 模块的类型、品种与规格 越多，系统的灵活性越好，模块的 I/O 容量越大，系统的适应性就越强。 (6)编程设备 常见的编程设备有简易手持编程器、智能图形编程器和基于 PC 的专用编程软件。 编程设备用于输入和编辑用户程序，对系统作些设定，监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的 工作状况。编程设备在 PLC 的应用系统设计与调试、监控运行和检查维护中是不可缺少 的部件，但不直接参与现场的控制。 PLC 本质上就是一台微型计算机，其工作原理与 普通计算机类似，具有计算机的许多特点。但其工作方式却与计算机有着较大的不同， 具有一定的特殊性。PLC 采用循环扫描的工作方式。工作时逐条顺序扫描用户程序，如 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 6页 共 23 页 果一个线圈接通或断开，该线圈的所有触点不会立即动作，需等扫描到该触点时才会动 作。本次设计采用 S7-200 可编程控制器进行控制。 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 7页 共 23 页 第 3 章 中央空调系统简介 3.1 中央空调概述 空调是空气调节的简称，是使室内空气温度、湿、清洁度和气流速度（简称四度） 保持在一定范围内的一项环境工程技术，它满足生活舒适和生产工艺两大类的要求。 中央空调是由一台主机通过风道过风或冷热水管接多个末端的方式来控制不同 的 房间以达到室内空气调节目的的空调。采用风管送风方式，用一台主机即可控制多 个不同房间并且可引入新风，有效改善室内 空气的质量，预防空调病的发生。家用中 央空调的最突出特点是产生舒适的居住环境，其次从审美观点和最佳空间利用上 考虑， 使用家用中央空调使室内装饰更灵活，更容易实现各种装饰效果，即使您不喜欢原来的 装饰，重新装修，原来的中央空调系统稍微改变即可与新的装修和谐一致。因此称家用 中央空调为一步到位、永不落后的选择。家用中央空调（或称户式中央空调、单无式可 调中央空调）是指由一个室外机产生冷（热） 源进而向各个房间供冷（热）的空调， 它是属于（小型）商用空调的一种。家用中央空调分为风系统和水系统两种。风系统由 室外机、室内主机、送风管道以及各 个房间的风口和调节阀等组成；水系统由室外机、 水管道、循环水泵及各个室内的末端（风 机盘管、明装等）组成。 3.2 中央空调系统构成 一、中央空调系统的构成 1.冷冻机组 这是中央空调的“制冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交 换”，降温为“冷冻水”。 2冷却水塔用于为冷冻机组提供“冷却水”； 3“外部热交换”系统由两个循环水系统组成； （1）冷冻水循环系统 由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水 管道，在各房间内进行热交换，带走房间热量，使房间内的温度下降。 从冷冻机组流出、进入房间的冷冻水简称为“出水”：流经所有的房间后回到冷 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 8页 共 23 页 冻机组的冷冻水简称为“回水”。 （2）冷却水循环系统 由冷冻泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时， 必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷 却水压入冷却塔，使之在冷却塔与大气进行热交换，然后在将降了温的冷却水，送回到 冷却机组。如此不断循环，带走了冷冻机组释放的热量。 流进冷冻机组的冷却水简称为“进水”；从冷冻机组流回冷却塔的冷却水简称为 “回水”。 二、冷却风机有两种情况： （1）室内风机 安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速 房间内的热交换。 （2）冷却塔风机 用于降低冷却塔中的水温， 加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。 可以看出， 中央空调系统是工作过程室一个不断地进行热交换的能量转换过程。在这里，冷冻水和 冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中 央空调控制系统的重要组成部份。 三、温度检测 通常使用热电阻，如图 1 中的 Rt1、Rt2、Rt3。中央空调的拖动系统通常由以下部 份组成： 冷冻机组拖动系统； 冷冻泵拖动系统 由若干台水泵组成； 冷却泵拖动系统 也由若干台水泵组成； 风机（包括室内风机和冷却塔风机）拖动系统。拖动系统一般均不能调速，故耗 能大，且温度的调节比较粗略。 3.3 中央空调控制系统依据 中央空调系统的外部热交换两个循环系统来完成。循环水系统的回水与进（出）水 温度之差，反映了需要进行热交换的热量。因此，根据回水与进水（出）水温度之差来 控制循环水的流动速度，从而控制了进行热交换的速度，是比较合理的控制方法。 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 9页 共 23 页 （1）冷冻水循环系统的控制 由于冷冻水的回水温度是冷冻机组“冷冻”的结果，常常是比较稳定的。因此，单 是回水温度的高低就足以反映房间内的温度。所以，冷冻泵的变频调速系统，可以简单 地根据回水温度进行如下控制： 回水温度高， 说明房间温度高， 应该提高冷冻泵的转速， 加快冷冻水的循环速度；反之，回水温度低，说明房间温度低，可降低冷冻泵的转速， 减缓冷冻水的循环速度，以节约能源。简言之，对于冷冻水循环系统，控制依据是回水 温度，即通过变频调速，实现水的恒温度控制。 （2）冷却水循环系统的控制 由于冷却塔的水温是随环境温度而变的其单侧水温度不能准确地反映冷冻机组内 产生热量的多少。所以，对于冷却泵，以进水和回水间的温差作为控制依据，宙实现进 水和回水的恒温差控制是比较合理的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷 却泵的转速，增大冷却水的循环速度；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可以降低 冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以节约能源。 3.4 中央空调发展史 今天，我们的生活当中已经离不开空调了，各种新型空调还在不断涌现。空调从诞 生发展到今天，从简单的空调扇到传统的制冷空调，再到今天节能化、智能化的超空调 时代，已经走过了百余年的历程。 1902 年， 美国人威利斯?开利设计了第一个空调系统， 1906 年他以 “空气处理装置” 为名申请了美国专利。开利的发明缘于一个印刷作坊，印刷机由于空气温度与湿度的变 化使得纸张伸缩不定，油彩对位不准，印出来的东西模模糊糊。为此开利打开了空调机 商业化之门。自那以后的 20 年间，开利的空调逐渐被用来调节生产过程中的温度与湿 度。并进入诸多行业，如化工业、制药业、食品及军火业。 空调发明后的 20 年间，享受的对象一直是机器，而不是人。1922 年开利工程公司 研制成 功在空调史上具有里程碑地位的产品离心式空调机，简称离心机。离心机 最大的特点是效率高， 这为大空间调节空气打开了大门。 从此， 人成为空调服务的对象。 家用空调的研制始于 20 世纪 20 年代中期。1928 年开利公司推出了第一代家用空 调。但因经济大萧条和二次大战，空调一直没能得到广泛的应用。50 年代后经济起飞， 家用空调才开始真正走入千家万户。 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 10页 共 23 页 20 世纪 60 年代，新型的燃气空调在日本出现了。燃气空调是以燃气为能源的空调 设备，与电力空调相比，具有如下优势：功能全、设备利用率高、综合投资省；设备能 源利用率高、运行费用省；天然气为清洁能源、燃烧后产生的有害气体少；机械运动部 件少、震动小、噪音低、磨损小、使用寿命长；制冷工质为溴化锂的水溶液，价格低廉 且无公害；最为重要的是：大量使用燃气空调不仅有利于改善供电紧张状况，而且对于 提高电力负载率，改善电力峰谷平衡率都有十分可观的效果。这不仅能解决能源综合利 用， 减少资源浪费。而且对于提高电力设备运转利用率和有效控制电力设备投资的盲目 增长，降低电力成本和稳定供电能力都有显著的经济效益和社会效益。另外。大量使用 燃气空调对于有效平衡燃气季节峰谷、提高燃气管网利用率、降低供气综合成本起到不 言而喻的作用。 20 世纪 60 年代末，日本从政府到民间一致推动燃气空调的发展，大约用了 lO 年 的时间， 燃气空调占据了日本中央空调市场的 85%左右。 韩国在研究了日本的经验之后， 也推动了燃气空调的生产和应用。 如今， 其燃气空调在国内市场上的占有率比日本还高。 20 世纪 70 年代后期，世界各国对太阳能利用的研究蓬勃发展，太阳能空调技术也 随之出现。随着太阳能制冷空调关键技术的成熟特别在太阳能集热器和制冷机方面取 得了迅猛发展，太阳能空调也得到了快速发展。 80 年代初期，变频空调技术在日本开始运用。1982 年，日本生产了第一台交流变 频空调。 变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统 的空调。 它的基本结构和制冷原理和普通空调完全相同。传统空调压缩机依靠其不断地 “开、 停” 来调整室内温度， 其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热， 并消耗较多电能。 变频空调的主机是自动进行无级变速的，它可以根据房间情况自动提供所需的冷（热） 量；当室内温度达到期望值后，空凋主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转， 实现“不停机运转” ，从而保证环境温度的稳定。变频空调具有节能、噪音低、温控精 度高、调温速度快、电压要求低、环境温度要求低等特点。 90 年代中期，太阳能空调技术获得了长足的进步，真空管集热器和溴化锂吸收式 制冷机大量进入了市场。 新式太阳能空调的实现方式主要有两种， 一是先实现光电转换， 再用电力驱动常规压缩式制冷机进行制冷。这种实现方式原理简单、容易实现，但成本 高。像青岛海尔就生产过这种太阳能冰箱和空调；二是利用太阳的热能驱动进行制冷， 这种制冷方式技术要求高，但成本低、无噪音、无污染。后一种方式正得到越来越广泛 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 11页 共 23 页 的应用。 1998 年，变频空调技术取得了重大突破，日本研制出了直流变频技术，直流变频 空调性能比交流变频空调更加优异。 从这以后， 直流变频空调迅速成为现代空调的主流， 目前直流变频空调已在日本和欧美家用空调市场占 90%以上。在我国，继海尔在 1998 年率先推出国内首台直流变频空调以后，国内生产变频空调的厂家也迅速增加，中国变 频空调市场尤其是直流变频空调市场开始有了突飞猛进的发展。 1999 年，燃气空调在中央空调领域也获得了重大的发展。空调使用大户美国由于 早期电力基础设施雄厚，燃气空调的发展在相当长的时间里受到制约。1999 年 7 月， 因连续高温导致空调用电剧增，美国国内推广燃气空调的呼声高涨。在 2000 年美国中 央空调销售市场中，燃气空调份额迅速提高到 7%。欧洲、非洲及东南亚各国近几年对 燃气空调逐渐有了认识， 有许多销售商因看到其巨大的市场潜力而开始全面开展燃气空 调的推广工作，现已取得实质性进展。中国的燃气事业起步较晚，发展速度也较慢，燃 气空调占整个空调的比率还很低，燃气空调所耗燃气占燃气总消耗的比率更低。 进入到 21 世纪，燃气空调的发展前景更为广阔。如今，全球能源专家己充分认识 到天然气将是 2l 世纪的全球能源，随着燃气空调的巨大经济效益和社会效益逐渐被世 人所了解和认识，燃气空调发展前景非常广阔，燃气空调的优势被全球能源专家和空调 专家一致认同，许多国家已经或正准备实施一系列燃气空调推广措施。 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 12页 共 23 页 第 4 章 新风机组控制系统 4.1 新风机组简介 新风机组是提供新鲜空气的一种空气调节设备。功能上按使用环境的要求可 以达到恒温恒湿或者单纯提供新鲜空气。工作原理是在室外抽取新鲜的空气经过 除尘、除湿（或加湿）、降温（或升温）等处理后通过风机送到室内，在进入室 内空间时替换室内原有的空气。当然以上所提到的功能得根据使用环境的需求来 定，功能越齐全造价越高。 4.2 新风机组的控制 新风机组控制包括：送风温度控制、送风相对湿度控制、防冻控制、CO2 浓度 控制以及各种联锁内容。如果新风机组要考虑承担室内负荷（如直流式机组）， 则还要控制室内温度（或室内相对湿度）。 1. 送风温度控制 送风温度控制即是指定出风温度控制，其适用条件通常是该新风机组是以满 足室内卫生要求而不是负担室内负荷来使用的。因此，在整个控制时间内，其送 风温度以保持恒定值为原则。由于冬、夏季对室内要求不同，因此冬、夏季送风 温度应有不同的要求。也即是说，新风机组定送风温度控制时，全年有两个控制 值冬季控制值和夏季控制值，因此必须考虑控制器冬、夏工况的转换问题。 送风温度控制时，通常是夏季控制冷盘管水量，冬季控制热盘管水量或蒸汽 盘管的蒸汽流量。为了管理方便，温度传感器一般设于该机组所在机房内的送风 管上。 2. 室内温度控制 对于一些直流式系统，新风不仅能使环境满足卫生标准，而且还可承担全部 室内负荷。由于室内负荷是变化的，这时采用控制送风温度的方式必然不能满足 室内要求（有可能过热或过冷）。因此必须对使用地点的温度进行控制。由此可 知，这时必须把温感器设于被控房间的典型区域。由于直流系统通常设有排风系 统，温感器设于排风管道并考虑一定的修正也是一种可行的办法。 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 13页 共 23 页 除直流式系统外，新风机组通常是与风机盘管一起使用的。在一些工程中， 由于考虑种种原因（如风机盘管的除湿能力限制等），新风机组在设计时承担了 部分室内负荷，这种做法对于设计状态时，新风机组按送风温度控制是不存在问 题的。但当室外气候变化而使得室内达到热平衡时（如过渡季的某些时间），如 果继续控制送风温度，必然造成房间过冷（供冷水工况时）或过热（供热水工况 时），这时应采用室内温度控制。因此，这种情况下，从全年运行而言，应采用 送风温度与室内温度的联合控制方式。 3. 相对湿度控制 新风机组相对湿度控制的主要一点是选择湿度传感器的设置位置或者控制参 数，这与其加湿源和控制方式有关。 （1） 蒸汽加湿 对于要求比较高的场所，应根据被控湿度的要求，自动调整蒸汽加湿量。这 一方式要求蒸汽加湿器用间应采用调节式阀门（直线特性），调节器应采用 PI 型 控制器。由于这种方式的稳定性较好，湿度传感器可设于机房内送风管道上。 对于一般要求的高层民用建筑物而言，也可以采用位式控制方式。这样可采 用位式加湿器（配快开型阀门）和位式调节器，对于降低投资是有利的。 采用双位控制时，由于位式加湿器只有全开全关的功能，湿度传感器如果还 是设在送风管上，一旦加湿器全开，传感器立即就会检测出湿度高于设定值而要 求关阀（因为通常选择的加湿器的最大加湿量必然高于设计要求值）；而一旦关 闭，又会使传感器立即检测出湿度低于设定值而要求打开加湿器，这样必然造成 加湿器阀的振荡运行，动作频繁，使用寿命缩短。显然，这种现象是由于从加湿 器至出风管的范围内湿容量过小造成的。因此，蒸汽加湿器采用位式控制时，湿 度传感器应设于典型房间（区域）或相对湿度变化较为平缓的位置，以增大湿容 量，防止加湿器阀开关动作过于频繁而损坏。 （2） 高压喷雾、超声波加湿及电加湿 这三种都属于位式加湿方式。因此，其控制手段和传感器的设置情况应与采 用位式方式控制蒸汽加湿的情况相类似。即：控制器采用位式，控制加湿器启停 （或开关），湿度传感器应设于典型房间区域。 （3） 循环水喷水加湿 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 14页 共 23 页 循环水喷水加湿与高压喷雾加湿在处理过程上是有所区别的。理论上前者属 于等培加湿而后者属于无露点加湿。如果采用位式控制器控制喷水泵起停时，则 设置原则与高压喷雾情况相似。但在一些工程中，喷水泵本身并不做控制而只是 与空调机组联锁起停，为了控制加湿量，此时应在加湿器前设置预热盘管，如图 4-41 所示，其机组处理空气的过程如图 4-42 所示。通过控制预热盘管的加热量， 保证加湿器后的“机器露点”tL（L 点为 dN 线与 =80%85%的交点），达到控 制相对湿度的目的。 （4） 二氧化碳（CO2）浓度控制 通常新风机组的最大风量是按满足卫生要求而设计的（考虑承担室内负荷的 直流式机组除外），这时房间人数按满员考虑。在实际使用过程中，房间人数并 非总是满员的，当人员数量不多时，可以减少新风量以节省能源，这种方法特别 适合于某些采用新风加风机组盘管系统的办公建筑物中间隙使用的小型会议室等 场所。 为了保证基本的室内空气品质，通常采用测量室内 CO2 浓度的方法来衡量， 如图 4-43 所示。各房间均设 CO2 浓度控制器，控制其新风支管上的电动风阀的开 度，同时，为了防止系统内静压过高，在总送风管上设置静压控制器控制风机转 速。因此，这样做不但新风冷负荷减少，而且风机能耗也将下降。 很显然，这一控制属于变风量控制（关于变风量控制详见后述）、这种控制 方式目前应用并不很多，一个重要原因是 CO2 浓度控制器产品并不普及（仅有少 数厂家生产），同时，这种控制方式的投资较大，其综合经济效益需要进行具体 分析。 （5） 防冻及联锁 在冬季室外设计气温低于 0的地区，应考虑盘管的防冻问题。除空调系统设 计中本身应采用的预防措施外，从机组电气及控制方面，也应采用一定的手段。 1）限制热盘管电动阀的最小开度 在盘管选择符合一定要求的情况下，才能限制热盘管电动阀的最小开度。尤 其是对两管制系统中的冷、热两用盘管更是如此，最小开度设置后应能保证盘管 内水不结冰的最小水量 Wmin； 2） 设置防冻温度控制 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 15页 共 23 页 这是防止运行过程中盘管冻裂的又一措施。通常可在热水盘管出水口（或盘 管回水连箱上）设一温度传感器（控制器），测量回水温度。当其所测值低到 5 左右时，防冻控制器动作，停止空调机组运行，同时开大热水阀。 3） 联锁新风阀 为防止冷风过量的渗透引起盘管冻裂，应在停止机组运行时，联锁关闭新风 阀。当机组起动时，则打开新风阀（通常先打开风阀、后开风机、防止风阀压差 过大无法开启）。无论新风阀是开启还是关闭，前述防冻控制器始终都正常工作。 除风间外，电动水阀、加湿器和喷水泵等与风机都应进行电气联锁。在冬季 运行时，热水阀应优先于所有机组内的设备的起动而开启。 4.3 新风机组和空调机组区别 新风机组和空调机组区别一：新风机组是用来处理新风的，在一座大形建筑 内，一般新风机组是和风机盘管配合起来使用，风机盘管+新风机其实就和空调机 差不多了。一般情况下，空调机本身有新风口，新风用来保证室内空气的质量， 并补充室内排风。由于风机盘管没有新风口，所有需要新风机提供，新风机组提 供的经过处理的新风和经过风机盘管处理过的回风，或者是先混合再由风机盘管 处理，然后送入房间内。 新风机组和空调机组区别二：新风机组主要处理室外空气，而空调机组用于 处理经过新风机处理的空气，但是新风机可以有回风，回风也可以有新风，其目 的都是为了更好的调节温度和湿度等参数。 新风机组和空调机组区别三：新风机组一般来说不承担空调区域的热湿负荷， 主要功能就是送新风，当然理想状态是送风的温度和湿度恒定了，所以新风机组 一般控制送风温湿度。 新风机组和空调机组区别四：空调机组负荷空调区域的热湿负荷，对空调区 域的空气起到综合处理的作用，同时保证一定的新风量。空调机组通常主要是控 制空调区域的温度湿度和空气质量等，空气处理过程一般比较复杂。 新风机组和空调机组区别五：空调机组对于空气处理较新风机组在工艺上要 相对复杂，所以空调机组多应用在不能安装风机盘管的大范围公共区域，而新风 机组多配合安装有风机盘管的小范围空间使用。 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 16页 共 23 页 无论是空调机组还是新风机组使用和安装都较为普遍，新风机组和空调机组 有所区别，但可以功能互补，舒适 100 建议大家安装新风机组的同时，然后每个 房间内再单独安装风机盘管，这样可以做到取长补短，同时还可以达到更加节能 舒适的目的。 4.4 新风机组工作原理 一般空调系统的新风机组组合方式 1- 进风段2- 初效过滤段3- 中效过滤段4- 加热段 5- 加湿段6- 表冷段7- 送风机段 图 4-1 新风机组温度控制系统是由比例积分温度控制器、 安装在送风管内的温度传感器和 电动调节阀组成。 控制器的作用是把置于送风风道的温度传感器所检测到的送风温度传 送至温控器与控制器设定的温度进行比较，并根据 PI 运算的结果，温控器给电动调节 阀一个开/关阀的信号，从而使送风温度保持在所需要的范围。 电动调节阀与风机连锁，以保证切断风机电源时风阀亦同时关闭。电动调节 阀亦可实现与风机的联动，当风机切断电源时关闭电动调节阀。 新风机组温度控 制系统由比例积分温度控制器、 安装在送风管内的温度传感器和电动调节阀组成。 控制器的作用是把置于送风风道的温度传感器所检测到的送风温度传送至温控器 与控制器设定的温度进行比较，并根据 PI 运算的结果，温控器给电动调节阀一个 开/关阀的信号，从而使送风温度保持在所需要的范围。 当过滤网堵塞时或当其超过规定值时，压差开关给出开关信号。 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 17页 共 23 页 在需要制冷时，温控器置于制冷模式，当传感器测量的温度达到或低于设定 温度时，温控器给电动阀一个关阀信号，电动阀的关阀接点接通阀门关闭。如果 测量温度没达到设定温度，温控器给电动阀一个开阀信号，电动阀开阀接点接通 阀门打开。在需要制热时，温控器置于制热模式，当传感器测量的温度达到或高 于设定温度时，温控器给电动阀一个关阀信号，电动阀的关阀接点接通阀门关闭。 如果测量温度没达到设定温度，温控器给电动阀一个开阀信号，电动阀开阀接点 接通阀门打开。 当盘管温度过低时，低温防冻开关给出开关信号，风机停止运行，防止盘管 冻裂。 新风机组原理和中央空调相比不算复杂，新风机组分为单向流、双向流新风 机和全热交换新风机，前两种新风机组原理更为简单，而全热交换新风机有节能 温度控制系统，工作原理复杂一点，使用效果也是最好的，当然，价格也是最贵 的。 4.5 新风机组故障原因 新风机组产生故障的原因如下： 1.新风机组自控防冻保护装置在人工调节加热器流量时失控 2.自控阀门指示的阀位有误 3.新风机组冬季停用时表冷器中有存水 4.临时管线未经冲洗即对新风机组供水 4.6 新风机组选型指南 新风机设备选型步骤如下 1、据安装设置选择新风机的形式； 2、设备风量、风压选用时以不小于设计值为原则； 3、确定制冷量及制热量的设计工况； 4、原则上一台新风机组只负责一层楼面所需的新风量。 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 18页 共 23 页 第 5 章 中央空调新风控制系统设计 5.1 中央空调控制技术 中央空调系统的控制有 3 种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器 DDC 以及 PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障率高，系统复杂， 功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器 DDC 虽然在智能化方面 有了很大的发展。但由于 DDC 其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而 限制了其应用范围。相反，PLC 控制系统以其运行可靠、使用与维护均很方便，抗干扰 能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。 中央空调控制系统是由变频器、温度传感器、压力传感器、露点温度传感器、烟雾侦测 器、室内静压传感器、滤网压差开关、风机压差开关、外气温湿度传感器、可编程控制 器（PLC）以及人机界面等几部分组成。它根据空调系统需要控制部位的参数（如冷却 水温度等） ，由 PLC 来控制调整冷却水电机、冷冻水电机等机组动力单元的运行状态， 在精确进行温度控制的同时，大幅度的节约了电能。 自动控制理论通过传递函数的数 学描述， 以根轨迹法和频率法作为分析和综合系统的基本方法求解不同生产过程的 PID 经典控制理论，发展到目前更高级的智能控制。 现代自动控制技术使空调控制技术由 最初的手动调节发展到单环节的自动调节，再到各环节的联合控制，从而形成完整的中 央空调的自动控制系统。 5.2 S7-200 工作原理 根据设定的参数，并考虑经验运行数据，PLC 应用反馈数据 (如室内温度等)进行 PID 调节，以保证运行参数满足系统要求。风机采用星三角启动，选择 S7-200:CPU224; 数字模块 EM221；EM222;模拟模块 EM231;EM232.进行对新风机组的控制及监控。 风机：设备容量为 45KW,可选择星三角启动，额定电流 Ie=P/3Ucos=80A,按照 要求选择电流 I=1.3Ie=104.5A,选择断路器 NS160/3300-125A；刀开关的额定电流应该 为电动机的额定电流的 35 倍,选择刀开关的型号为：HR5-400A；交流接触器的额定电 流比电动机额定电流稍大即可，选择交流接触器型号为：西门子系列 3TF5022-0XQ0 110A； 吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 第 19页 共 23 页 温度传感器的接线原理图为： G, G0 工作电压 AC 24 V (SELV) 或 DC 13.5-35 V U1 信号输出 DC 0-10 V 为测量范围50-+50 C (出厂设置) 风阀的接线原理图为： G, G0 工作电压 AC 24 V (SELV) 或 DC 13.5-35 V G1,G2 工作电压 DC13.5-35 V U1 信号输出 DC 0-9.5 V 为相对湿度 0-95 % U2 信号输出 DC 0-10 V 为温度范围 0-50 C 或 35-+35 C I1 信号输出 4-20 mA 为相对湿度 0-100 % I2 信号输出 DC 0-10 V 为温度 0-50 C 或者 35-+35 C 其具体接线图如附录中的接线图所示。 由设计要求可得出：DDC 监控表如表一所示： DI（数字 量输入） 风机启动、风机停止、差压开关检测信号（2 个） 、风机过载、风机运行状 态、防冻开关信