（工程热物理专业论文）中央空调智能控制节能系统的研究与应用.pdf

ab s t r a c t abs tract n o w a d a y , w e f a c e a n e n e r g y c o n j u n c t u r e w i t h t h e c o n d i t i o n g e tt i n g m o r e a n d m o r e b a d l y . e n e r g y s a v i n g o f c i v i l c o n s t r u c t i o n t a k e s u p t h e p l a c e t o w h i c h w e s h o u l d p a y m o r e a tt e n t i o n . o b v i o u s l y , w e k n o w t h a t t h e u s e o f t h e e n e r g y ( a b o u t e l e c t r i c i t y ) c o n s u m e d i n c e n t r a l a i r c o n d i t i o n i n g s y s t e m o c c u p y 4 0 % o f t h e t o t a l . e s p e c i a l l y , t h e t r a d i t i o n a l o n e s w i t h u s e l e s s c o n t r o l l e r , n o t o n l y w a s t e a l o t o f e n e r g y b u t a l s o c a n n o t m e e t r e q u i r e s o f n e w t e c h n o l o g y . g e n e r a l l y , a n a d v a n c e d c o n t r o l s y s t e m s h o u l d c o m p a r e w i t h g o o d f u n c t i o n t e n d i n g t o s a v i n g e n e r g y a n d p r o t e c t i n g e n v i r o n m e n t . s o , w e n e e d t o r e s e a r c h c o n t r o l s y s t e m -i t i s a p u b l i c b u s i n e s s f o r u s t a k i n g a i r c o n d i t i o n e r a n d a u t o - c o n t r o l a s c a r e e r , t o d e s i g n a n o p t i m u m c o n t r o l s y s t e m a c c o r d i n g t o t h e r ig h t p r o j e c t , w h a t e v e r , i t j u s t w i l l b e o f s i g n i f i c a t i v e t o u s . h i g h p r e c i s i o n ( h i g h n e e d f o r t e m p e r a t u r e , h u m i d i t y , e t c . ) a i r c o n d i t i o n e r s y s t e m n o w b e c o m e s t h e b a s i c t e c h n i c a l g u a r a n t e e o f m o d e m h i g h t e c h n o l o g y l a b . t h i s p a g e i s a i m t o m a k e a b l u e p r i n t o f a a u t o - c o n t r o l s y s t e m i n c l u d i n g c o n f i g u r a t i o n o n s o f t w a r e b u t a l s o s o ft w a r e a n d d e s i 加n g d e t a i l s , j u s t b a s e d o n t h e a i r c o n d i t i o n e r s y s t e m u s e d b y n a t io n a l me a s u r e a n d t e s t i n g c e n t e r . t h i s t h e s i s h a s b e e n d i v i d e d i n t o 7 c h a p t e r s , t h e f u l l s t r u c t u r e o f c o n t e n t s a n d c h a p t e r d e t a i l s a s f o l l o w i n g . c h a p t e r i , m a i n l y r e v i e w h i s t o ry o f a u t o - c o n t r o l s y s t e m d e v e l o p m e n t p r o c e s s , t e l l t h e a p p l i c a t i o n v a l u e o f s m a r t c o n t r o l s y s t e m i n a i r c o n d i t i o n e r f i l e d a n d s u m m a ri z e c o n d i t i o n s a l s o f e a t u r e s o f i t s t e c h n o l o g y n o w c h a p t e r 2 , m a k e a p a r t i c u l a r e x p l a n a t i o n t o c e n t r a l a i r c o n d i t i o n e r c o n t r o ll i n g s t a t i o n , c o n t r o l l i n g p r i n c i p l e , s o ft w a r e s u p p o rt a n d l i k e t h a t c o n c e p t s . c h a p t e r 3 , s h o w y o u c o n t r o l l i n g s p e c i a l t y , s u r v e i l l a n c e s t r a t e g y o f h v a c , e x c h a n g e i d e a s o f m a i n m e a n s o n e n e r g y s a v i n g c o n t r o l , a n a l y s i s s e l e c t i o n s o f d e c r e a s i n g w a s t e w a y s . c h a p t e r 4 t o c h a p t e r 6 , b y t h e w a y , a n a l y z i n g t a r g e t , d r a w i n g o u t p l a n , m a k i n g u s e o f c e n t r a l i z e d - d i s t ri b u t e d c o n t r o l t e c h n o l o g y , c o n s t r u c t s c o n t r o l l i n g s y s t e m w it h a d v a n c e d s o ft a n d h a r d wa r e . c h a p t e r 7 , s u m ma r i z e t h e d e s ig n p r o c e s s . i n m y e x p e ri e n c e , f e e l t h e g r e a t s u c c e s s a n d p o w e r o f d d c f u n c t i o n t h a t c h e d w i t h c e n t r a l i z e d - d i s t ri b u t e d t e c h n o l o g y o f c o m p u t e r . t h e n m o r e , b e a u t i f u l p l a n c o m e s o u t f o r t h e f u t u r e d e v e l o p m e n t . k e y w o r d s : c e n t r a l a i r c o n d i t i o n e r ; c o n t r o l ; e n e r g y s a v i n g ; 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明 所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其 他 人 己 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 业 业 l或 其 他 教 育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学 位 论 文 作 者 签 “ 手 写 ):% t签 字 日 磷 年 月 i 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解选鱼a 遭 一有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 有权保留 井向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和 借 阅 。 本 人 授 权 鱼鱼a 生可 以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学 位 论 文 作 者 签 名 手 24 ) : 导 师 签 名 (手 “ ) r 签 字 日 期 : 少 ，) 年6 月 广 日 ， v 1 1- s m :介 ” i 日 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话: 邮编: 第 i 章引言 第 1 章引言 1 . 1概述 当今日 益 流行的 智能建 筑 ( i n t e l l i g e n t b u i l d i n g s ) 是建筑技术与 计算机信息 技术相结合的产物，是信息社会的需要，也是未来建筑发展的方向，智能建筑 物 ( i n te llig e n t b u i ld in g ) 是楼宇自 动化系 统( b a s : b u ild in g m a n a g e m e n t a u t o m a t i o n s y s t e m ) 、 通信自 动化系统( c a s : c o m m u n i c a t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m ) 和办公自 动化系统 ( o a s : o ffi c e a u t o m a t i o n s y s t e m) 三者的有机结合; b a s 是智能建筑中最基本和最重要的组成部分，而空调中央监控系统监控点占整个 楼宇自动化系统 ( b as )监控点的 6 0 %以上，而且集中空调系统的能耗约占整 个建筑能耗的 4 0 % 以上，因 此空调系统的计算 机中央监控系统既是楼宇自 控系 统设计的重点 之一，也是节电 节能的 重点 川 。 因此空调系统的计算机中央监控系统设计就显得十分重要，该系统的运行 不仅对整个智能 建筑b a s 系统的 影响很大， 而且对b a s 系统的投资 效果也起着 至关重要的作用。楼宇 自动化系统的主要内容之一就是对建筑内的各种机电设 施进行全面的计算机监控管理，其中对空调系统的监控体现在实现温度调节、 湿度调节、通风气流速度调节以及空气洁净度的调节，此外还对主机、空调机 组、 新风机组、变风量末端风机盘管等进行 监控。通过这些监控和 对监控信息 进行记录处理，实现分散节能控制和集中科学管理，能为建筑物的管理者提供 方便的管理手 段， 减少建筑物的能耗，降 低管理成本。 但是，现阶段智能建筑空调系统的中央监控系统设计普遍存在着一些问题， 其根本原因在于空调专业与自控专业人员沟通不够或难于沟通。主要体现在两 个方面:第一， 不少空调专业人员 对智能建 筑中计算机监控系统 缺乏了解和研 究，仅按传统的方法进行设计，在方案比 较时，局限在该专 业的传统观念范围 内，很少从计算机监控系统角度进行比 较;第二，从事智能 建筑技术的建设、 设计及施工人员， 大都又对被控对 象中央空调系统了 解的 较少，进行系统 设计时只是被动盲目 地接受空调专业人员 提出的工艺过程及控制要 求，而没有 从计算机监控系统本身的优势及特点 入手对空调专业的要求进行分析研究，导 致系统控制对象增加，不合理的控制环节增多，输入、输出点增多，投资增加， 第 1 章引言 故 障 率 升 高 ， 甚 至 系 统 运 行 的 可 靠 性 也 受 到 严 重 影 响 12 1 。 另 一 方 面 ， 为 了 切实 保 障科研生产对计量测试的基本要求，完善科研生产的计量测试手段，及时有效 地为科研生 产提供计量 测试技术 保证，高精度空调系统是现代高 科技实验室 必 须的技术保障条件. 由此，本文选题结合了暖通空调专业与自控专业知识，依托深圳计量测试 中心 工程空调与 控制系统设计为背景展开了课题的 研究，具有良 好的学术价 值 和使用价值。 1 .2楼宇自 控系统的发展历程 在现代建 筑中， 空调控制系统与安全保卫系 统、自 动办公 系统、 信息管理 系统一起成为大楼智能化控制系统 ( b a s )的重要组成部分。如此同时， 空调产 品及空调系统中都或多或少地应用了 计算机技术 和自 动控制技术，几乎所有的 制冷机组都安装了计算机控制装置，以便根据负荷的变化调整冷量和水量，从 而保证节能和最优化运行:计算机 自 动控制技术和变频技术相结合，在空调领 域产生t 不可忽 视的影响， v a v ( v a r i a b l e a i r v o l u m e )系 统和 v r v ( v a r i e d r e fr ig e ra n t v o lu m e ) 系 统 就是 在 这 种 情 况 下 取得 飞 速发 展 的 . 计算机技术与自 动控制技术相结合， 在空调技术实验室、空调设 备生 产车 间、 恒温恒湿空调房间及智 能化大 楼等空调领域得到了 广泛的 应用， 大致经历 了以下几个发展阶段: 1 . 中央监控系统 ( c e n t r a l c o n t r o l a n d m o n i t o r i n g s y s t e m ， 简称c c m s ) b a s 从 仪表系 统发展成计算 机系统， 采用计算机键盘和c r t ( c a t h o d e r a y t u b e )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 d g p ( d a t a g ra th e rin g p la n t ， 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。 d g p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。 2 .集 散 控 制系 统 ( d is tr ib u te d c o n t ro l s y s te m ， 简 称d c s ) 随着微处理机 技术的 发展和成本降低， d g p 分站安装了c p u . 发展成 直接 数字 控制器d d c 。 配 有微处理机芯片的d d c分 站， 可以独立完 成所有控制工作， 第 t 章引言 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。 b a s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。 3 .现场总 线控制系统 ( f i e l d b u s c o n t r o l s y s t e m ，简 称f c s ) 随着现场总线技术的发展， d d c分站连接传感器、 执行器的输人输出模块， 应用o n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，由于技术的开放性，也使分站具有了一定程度的 开放规模.b a s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 ( d d c分站) 和现场网络层 ( o n)。 4 . 网络集成系统 随着企业网i n t r a n e t 建立， 建筑设备自 动 化系统必 然采用 w e b 技术， 并力 求在企业网中占据重要位置， b a s中央站嵌入 we b 服务器， 融合we b功能，以 网页形式为工作模式，使b a s与i n t r a n e t 成为一体系统. 目前，网络集成系统无论结构还是软件开发，都还处于研究开发阶段。应 用最多的是 d c s 和 f c s 。 有些控制专家预测 f c s 将取代 d c s 成为2 1 世纪控制 系统的主流” 。但也有人认为，在现场总线出现以后，现场控制站将向总线结构 发展，其控制功能将进一步分散到现场设备上，而现场控制站的主c p u则越来 越像一个通信控制器，因此说 d c s将被 f c s取代，还不如说 d c s将向更加分 散 化 的 方向 发 展 3 1 1 3 b a s 的应用价值 强化物业管理方面 作为现代化建筑在硬件上的突破并不是代表其本质的唯一方面，如何提升 物业管理的水准是每个使用者面临的重要问题，而工程在投入使用后，在内部 管理机制上的改革将通过楼宇自控系统的应用而达到节约人力、强化内部管理， 减少传统内部管理 所带来的 不必要的 人为消耗。 节约人力 由于主要设备由计 算机监 控，工程人员可以 通过电 脑很快获得各区域的 温 度、湿度情报，了解设备的运行状况，及时确定维修保养措施，并且直接对设 第 1 章引言 备进行启停控制，大大提高了控制精度。 减低机器磨损程度，延长设备使用寿命 由于电脑对各种设备运行时间及启停进行设定并控制，使操作者可以合理 运行，避免某一台设备长期 超负荷运作，因而延 长设备的 平均使用寿命。 及时 发出报警信号，避免意外事故发生。 强 化内 部管理， 提高 工作效率 由于所有出现的故障及数据更改，计算机均有不可删除的记录，因此对内 部管理工作的 监督、岗位 检查、维护内 容及费 用控制具 有传统管理不可 及的功 能。 节约能 源的作 用 作为大厦内主要机电设备 ( 如空调、冷热源、水泵、照明等)，其能耗占 全部能 耗的大 部分， 它直接关系到整个大厦的 总经济性， 反过来， 也正 是由 于 楼宇自 控系统的应 用， 使得在节能降耗的方法及效 果上，日 趋完善和提高。 表1 . 1 几 个 城 市 的 公 共 建 筑 中 空 调 能 耗 的 比 较 u 1 调查空调平均装 城市的建机冷量 筑数( w/ m 2 ) 实测能耗 建筑数 实测单位面积 空调能耗 ( w/ m2 ) 空调能 耗比例 实测年均一次 能耗 ( g j / ( m2 -a ) 上海2 0 0 1 2 7 9 1 2 7 .3 3 5 1 . 8 北京5 0 1 1 2 . 5 1 0 6 3 . 1 4 7 . 4 1 .9 5 武汉2 0 1 1 5 .6 9 9 6 .5 4 2 . 9 1 .3 3 从以 上 数 据 ， 反 映 t h v a c ( h e a tin g v e n t ila t io n a n d a i r c o n d it io n in g ) 占 据 整个建 筑的能 源大户， 几个城市的建筑空调系统普遍存在制冷机组选型偏大， 这与建筑空调负荷设计有关，而建筑空调设计的冗余现象是极其普遍的。空调 设计中的冗余大致出于二个原因:一种是静态设计带来的合理冗余。设计师按 照当 地气象资 料的 极端气温条件来 确定各台空调的负荷峰值，然后再根据全部 峰值之和来确定最大 需求值和供能设备。显然， 在实际运行中肯定不会始终处 于极端 气象条 件下。 这就 产生了设计的冗余。 另外， 运行过程中各空间的 最大 负 荷并不是产生在同一时间 段，在时间上有一定的 参差，这又形成了 供能的 冗 余。 这二种设 计冗余应该 说是不可避免的， 或者说 是合理的设计冗余。 还有另 一种人为的冗余则是完全不合理的。由于至今对空调系统的设计和认识缺乏足 够的实践， 虽然早就 在 1 9 8 6 年就颁布有 民 用建筑节 能设计标准 ( 采暖 居住建 第 1 章引言 筑部分)，但是在实际设计中大多沿用经验设计，只考虑“ 冬天热得上去，夏 天冷得下来” 。 在计算出来的能量负荷上不仅没有乘以小于 i 的“ 同时使用系数， 反而乘上了总负荷的倍数仅按估计的 “ 保险系数” 。 此外， 节能 设计标准对运行管 理部门还没有足够的约束力，这种不合理的冗余自然造成了空调能源的极大浪 费，因此，在空调节能方面除了诸如提高制冷机效率、回收排风中的能量、杜 绝管道泄漏、 采用保温材料等等措施以外， 更需要依靠智能 化系 统来弥补 合理 冗余与不合理冗余带来的不足，彻底解决“ 大马拉小车” 问题。 1 .4空调自 动控制的 研究现状及节能技术发展趋势 在中央空调系统中，要求根据室内、 外工作条件的变化，不断调整空调设 备的运行工况，因 此，自 动控制系统早就 得到了应用，例如在楼宇自 动化系统 里中央空调的控制就是一个重要的组成部分。 但中央空调系统是一个具有强烈动态特点的时交性、非线形系统，不可测 因素非常多，空调 自动化控制节能技术也同样处于动态且不断变化和发展之中， 企盼用一两种先进技术解决系统的所有节能和控制问题不仅是不可能的，也是 不现实的。就目 前而言，空调自 动控制 和节能方面正 涌现出以 下的 新的技术4 . 1 采用现代数 码程控节能 技术， 它是 利用微处理器来控制 调节建筑空调并节 省能耗，数码程控系统的规模以“ 点” 或“ 单元” 计，每一个输入或输出的控制点、 甚至数据处理工作时间 表等， 都是一个“ 单元” ，系统可应用模糊逻辑 ( f u z z y l o g i c ) 、 专家系统 ( e x p e r t s y s t e m ) 、 人i神经网络 ( a r t i f i c i a l n e u r i a l n e t w o r k ) 等人工智能软件对系统进行监控预测和节能设置。它与过去应用模拟量的电动、 气动自 控节能系统相比，应用既有硬件、 又有软件，多 功能的微处 理器指令控 制空调过程的 运行，大大 地改善了自 动 控制的 功能、 控制 逻辑和精度。 2 . 采用更进一步的p i d自 适应和变频技术控制等节能 方法， 克 服设备运行冗 余，节能降耗。 3 一 运用新的微机技术及网络 数据通讯 技术， 发展和完善空 调自 控系统中自 动 化管理软件能量管理模块功能，以实 现最优控制节能运行。 4 . 用新的理论技术建立更精 确、 更 合理、 更准确的空调负 荷模型与 能耗模型， 使模型的 输入输出参数应更直接简单易 测且无须考虑随机因 素、次要变量的影 响，以达到更精密的节能控制目的。 第 i 章引言 5 . 可编程序控制器 ( p l c)在空调自动控制领域中的深入应用。 总之， 随着现代通讯、 计算机 及网 络技术的飞 速发展， 空调自 控系统正从 设施集 成向 系统集成方向飞 速发展， 使空调系统资源得到更加充分的利用，节 能 效果 更加显著， 功能更齐全，管 理更 加集中、方 便和高效。因此设计者应时 刻注意新技术的发展， 不断 地将实践 证明 成熟的技术应用到工程中去，只有这 样才能出色的完成中央空调系统的自 动控制设计任务，构造出一个完美的、能 为广大用户接受和欢迎的设计精品。 1 .5本文的主要研究内 容 本文以深圳计量测试中心工程中央空调系统为实例，根据计量测试中心提 出的技术要求，运用空调系统节能原理的有关原理，采用可编程控制器与计算 机组成集散控制系统，设计中央空 调系 统的 控制方法。 其主要工作分为以下几 个环节: 1 、参与计量 测试中心中央空调系统 进行设 计. 2 、对计量测试中心中央空调系统的控制系统进行设计。 3 、控制系统硬件进行选型。 包括集散控制系统的安排，可编程控制器、传感器、电动调节阀、执行器 等硬件系统的选择。 4 、上位机监控界面的组态。 1 .6论文的创新点 1 、 成功 地实 现了 计算机集散控制系统 ( d c s ) 对高精度中央空 调系 统进行 计算机集中管理. 由 于传统的空调 控制系统采用集中控制或分布控制， 不仅控制系统的可靠 性低， 故障率高， 而且管理十分不方便。 特别是在大型楼宇及高 层建筑中， 一 旦空调系统繁多时， 这样的控制系统的管理功能方面的缺点就显得十分突出。 当空调 系统采用计 算机集散 控制系 统 ( d c s ) 进行控制 后， 所有空调系统 均可以 在集中 控制室进行统一 集中管 理， 其优点十分明显。 2 、 通过调节二次回风及风机变频控制理论等来达到空调系统的节能 控制与 高精度系统的要求，节约了能源。 第1 章 引言 即采用一次回风和新风经过表冷器后，使这部分空气 进行 冷却析出冷凝水， 然后与二次回风进行混合。这样的调节系统能够达到空调系统的节能与高精度 控制的要求。 3 、 在高精度空调系统中， 利用双回路串级控制理论， 使系统具有极强的自 适应性和抗干扰能力。 第2 章h v a c控制站及其控制原理 第2章h v a c控制站及其控制原理 在b a s自 控系 统中 ，大多由 中央控制和分站组成， 显示与操作功能集中在 中央站，在分站一般不设置 c r t显示器和操作键盘，但对于 h v a c各个分站， 也有各种便于操作的人机界面。下面简单介绍一下分站和中央站的组成。 2 . 1分站15 1 在b a s 系统中 的中央空调控制子系统中，从 各种现场检测仪表 ( 如各种传 感器、变送器等) 送来的信号均由 分站进行实时的数据采集、 滤波、非线性校 正及各种补偿运算、上下限报警及累积量计算等。所有测量值和报警值经通信 网络传送到中 央站数据库， 供实时 显示、 优化计算、报警打印等等， 在分站还 可完成数据采集， 各种闭环反馈控制， 批量控制与顺序控制等功能，并可 接受 从中央站发来的各种手动操作命令进行手动控制。 中央空调分站是组成 b a s的量大面广的设备，无论是硬件配置，还是软件 设置，均应从保证其按独立的方式运行的原则出发，真正实现危险分散， 基于 这 种考虑， 分站的软件 设置应当 是自 成体系的， 其软 件至少 应包括系 统软 件 ( 包 括监控程序和实时操作系统) 及一 系列应 用软件。它们包括通信控制软 件 ( 以 从其他站读入共享数据);输入输出点就地处理软件 ( a / d和 d / a转换、标度 和偏离 极限比 较、 报警 检查); d d c .能量 管理软 件 ( e ms ) 以及积算软件等。 在分站的设置与选择中，要注意以下几个问题: 系统的开 放性 分 站的开放性主 要针对通信系统而言，而并非针对各种软件。 一般不 希望 在分站的平台 上运行各类软件， 对软件的开放性往往是对中央站和上位管 理机 的 要求。通信上的开放性使分站可以获得更多的信息，以了 解、控制过程，同 时使分站可以送出更多的数据，用于更高级的管理。 程序间的相互联系问题 分站的驻留的主要程序是 d d c , p l c和 e ms程序。解决此类程序的协调 问 题，可采用程序命令 优先级的方法。 根据各种工作条 件的特点， 通过在 分站 软件中设置优先级来控制各程序执行的先后顺序。 如， 当d d c或 p l c控制程序 第2章h v a c控制站及其控制原理 准备保持风门 开启以维持混合风温， 而此时的烩值控制程序却要 把新风风门关 到最小， 解决程序协调问 题的一种方法是对各种“ 程序命 令” 设定优 先级， 由 优先 级的高低来控制各 种程序的超越能 力。 对于刚才提到的情况可以设 定恰值 控制 命令的优先级高于混合风 温的控制命令， 借此安排烩值控 制程序可超越d d c控 制程序。只有当烩值程序转变到就地控制，优先级变到d d c的设定优先级时， d d c程序才能继续执行。 现场设置通信接口问题 早期的系统有时会在分站就地加装字符显示器或者有图形功能的微型显示 器 ， 方 便 用户 。 随 着4 c技 术 ( 即c o m p u te r 计算 机技 术 、 c o n tr o l 控 制 技 术、 c o m m u n i c a t i o n 通信技术、c r t图形显示技术)的飞速发展，这类问题已解决， 现通过在现场分站上 装液晶显示屏， 或者预留通信接口， 通过软件支持使用户 在系统投入后可自行编辑、增删、修改系统软件。 分 站软 件的针 对性.备份与防 病毒问题 在b a s中， h v a c分站占了 整个分站的大部分，但也有少部分的 分站不同 于h v a c 分站， 其节能与 控制程 序差异 较大， 软件针对性问 题是必须考虑的问 题，这类问题在设计之初可由设计者向厂家提出，也可自己开发。为防止运行 中软件的缺损与丢失，不仅是对分站软件，对中央软件也一样，应该备份:存 储所有的软件。在维护和运行过程中，最好使用最新的防毒软件保护着。 2 .2中央站 b a s中 央站一般由处理机系统、显 示设备、操作键盘、打印设 备、 存储设 备，以及一个支撑和固定这些设备的操作台。 中央站、中 央控制室 和监控中 心是相关的， 但又不是完全 相同的 概念， “ 中 央站 是从网 络中的一个或数个节点引出的终端设备， 通常由p c 及其外 围设备 ( 亦称周边设备)组 成，对系统的集中 监控就在此处实现， 起码在逻辑 上它处 在网络的中心地位。 “ 中 央控制室” 是中央站所处的 位置， 如果说中央 站是 从网 络的角 度来定义的，那么，中央控制室则是指建筑中一个特定的房间，围 绕这个 特定 房间在一些大系统中又需有若干为中央站服务的附属用房， 如单独 设置的 媒体存放室、 u p s 室 等， 这样就组成了一个 “ 监控中 心 ” 。 图2 . 1 展示出了 它们在组态方面的联系与区别。 第 z 章h v a c控制站及其控制原理 中史 佗一 系晚 客一一不到 中失 站一 中 乡. ft自 ， . 一 盆 护 之中 心 的旧 之 图 2 . 1 监控中心 图 2 .2 .1中 央站 软件 中央站软件 应支持中 央站的集中管理和监控，同 时也应支持与管理层 及分 站的通信功能. 有关中 央站软件， 应注意以 下几个问 题: 通 信软件问 题 b a s的中央 站是整个的控制中心，中央站与 各分站以 及外部联系都是 通过 网络通信来完成的。除了硬件设备外，对于软件的功能配置，应单独规划、设 计和造型 ( 如单通道或多通道、墙装或p c内附、是否需要调制解调端口等)， 并针 对具体 功能设置 必要的软 件。设计者可根据用户的需要， 通过厂商的详细 产品说明或咨询去掌握必要的细节，并确定取舍。 系 统软件问题 随着 4 c的发展， b a s己经发展到以图形作为操作员的基本框架的阶段， 此 前， b a s多以 屏幕文字显示作为基本 框架， 采用的是单任务操作系统。 要想让 系统 软件具有很强的 实时性，就须利用中断 技术， 这种环境下的开发工 具简单， 软 件编制难度大， 用户 使用也不方便. 目 前运行于m s -d o s 环境下的系 统软件 基本 上都己 经退出 市场。 现用的b a s 的 计算机操作系统大部分是wi n d o w s n t . 在多 任务的 环境下，由 于操作系统直接支持多 任务，系统软件的 性能得到了 全 面加强。 系统软件一般都由 若干组件构 成，而 且组 件的数量也在不断增长，功 能不 断加强. 系统软 件普遍使用了 “ 面向 对象” 的编程和设计 方法， 使 软件更加易 于学习和掌握，功能也更强大. 组态软件的问题 早期的d c s 软 件是专 用和封闭的， 且成 本居高 不下。 随着4 c的飞 速发展， 在自 动化系 统的“ 水平” 和 “ 垂直 ” 集 成中 起着桥梁和纽带作用的组态软件已 成为 自 动化系统中的重要组成部分。 组态软 件是面向 监控与数据采集的软件平台工 第2 章h v a c控制站及其控制原理 具，具有丰富的设置项目，使用方便灵活，功能强大。随着它的快速发展，实 时 数 据 库、 实 时 控 制、 s c a d a ( s u p e r v is o ry c o n t r o l a n d d a t a a c q u i s it io n ) 、 通 信及联网、 开放数据接口、 对i / o设备的支持已经成为其主要内容。 组态软件具 有实时多任务、 接口开放、 使用灵活、 功能多样、 运行可靠等特点。目前， b a s 的中央站及分站软件都使用组态软件来编制。 b a s 软 件的新动向 随着计算机网络的飞速发展，智能建筑里的各种设备真正实现分散控制和 集中 管 理的 综 合 监控及管理功能. 美国h o n e y w e l l 公司为b a s 系 统提供的 集成 管理系统 ( i b m s )可了解到代表目 前b a s 系统软件技术先进水平的5 个要素: a )网络技术 管理网 络)， 用b / s ( b r o w s e r / s e rv e r ) 结构。 b )数据 库 管理系 统， 用于开 放性关系数 据库 ( 如m s s q l s e r v e r 7 .0 ) 。 c )选用可以 访问关系型数据库的we b s e rv e r . d )实现远程的 监控和管理操作及数据库访问. 幻 i n t e m e t / i n t r a n e t 技术及w e b 技术在系 统集成中的应用。 2 .3小结 上述先进技术使得传统的b a s 与智能建筑的管理系统融合在一起，设计与 系统开发工程师可以根据工程实际，选择很方便时合适的形式去监控 b a s ，进 而与智能建筑里的其他系统协调工作，实现智能建筑的系统集成化，或者说管 理控制一体化。 当然， 要做到合理开发， 使b a设备发挥最大的效益， 需要各专 业工程师的配合，在不久的将来，复合型工程师将扮演重要的角色。 第3 章中央空调节能控制技术 第3 章中央空调节能控制技术 空调系统的作用就是对室内空气进行处理，使空气的温度、湿度、流动速 度及新鲜度、洁净度等指标符合场所的使用要求。为此必须对空气进行冷却或 加热、减湿或加湿以及过滤等处理措施。其相应设备有制冷机组、热水炉、空 调机组、风机盘管等。当被调房间温度与湿度受内部热源干扰或室外温湿度变 化而发生波动时，首先由 温度与湿度传感器把信号送给调节器，调节器与设定 值进行比较后发出指令给执行器，执行器动作后，不断调整以符合要求。在中 央空调系统中，冷水机组是由设备生产厂成套供应的，它一般是根据空气调节 原理及规律等由微处理器自 动控制的，由于目前世界上的控制领域还没有统一 的标准通信协议，不同品牌的产品不能通信，故设计中一般另外考虑安装水温、 流量传感器等以监视这些主机的工作状况.冷水机组由压缩机、冷凝器、蒸发 器与节流元件组成，压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷剂进入冷凝器，被冷 却水冷却后，变成液体，析出的热量由 冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。 液体制冷剂由 冷凝器经过节流元件进入蒸发器进行蒸发吸收，使冷冻水降温， 然后冷冻水进入水冷风机盘管吸收空气中的热量，如此循环不已，把房间的热 量带出。 空调系统按处理设备及处理方法不同可以分为喷淋与表冷式两种类型。这 两种类型又可分为全新风直流系统、一次回风系统与二次回风复合系统及旁路 系统。按调节精度要求不同可分为高精度空调，一般精度空调及舒适性空调。 舒适性空调一般应按照等效温度 ( e t )和c 0 2 浓度来进行设计。所谓等效温度 是反映人们舒适感觉的一个综合感觉的一个综合指标，它结合干球温度、湿球 温度和空气流速的效应来反映人的冷热感觉。因此等效温度随四季变化有较大 变化。 3 . 1中 央空调的 控制 特点13 1 空调系统的特性可以归纳如下: t 、干扰性 空调系统在全年或全天的运行中，由于外部条件 ( 如气温、 太阳辐射、 风、 第3 章中央空调节能控制技术 晴、雨、雪)和内部条件 ( 如空调房间中设备、照明的启、停和投入运行的多 少，以及工作人员的增减等)的变化，都将对空调系统的运行形成干扰。 2 、调节对象的特性 不同的被控对象，在相同的干扰作用下，被控量随时间的变化过程也并不 一样。空调自 控系统的任务就是为了克服这些干扰因素，维持空调房间一定的 温、湿度和空气品质。但温、 湿度的控制效果不但取决于自 控系统，更主要的 是取决于空调系统的合理性及空调的对象特性。对象的特性包括以 下内容: i . 放大系数 k 。可以表示为房间温度每升高 1 时所需要加入的热量.如果 一个空调房间的放大系数k愈大，在系统受到干扰的影响时，调节参数离开给 定值的偏差就愈小，也就是说自动调节系统容易保持平衡，反之，调节参数离 开给定值的偏差也就愈大，调节系统就愈不容易保持平衡。 i i .对象的时间常数 ( 反映时间) t 。它表示当调节对象的负荷发生最大变化 时，调节参数保持初始的变化速度，使其值改变到规定数值所需的时间，以 t 表示。 对于空调房间来讲， 时间常数t越大， 被调室温变化越慢: t越小， 室温 变化越快。因此时间常数 t不仅反映了调节参数改变速度的快慢，同时也表示 热惯性的大小。 i i i . 对象的 滞后时间屯 。 空调系统受到突发的干扰作用后， 调节参数 ( 如房间 温度)并不能立即发生变化，而需要经过一段时间才开始变化，这段时间称为 滞后时间。例如用于调节送风温度的电加热器的电源接通后，尽管电加热器已 有热量传给输送空气，空气温度也有上升但空调房间内的温度并不会立即起变 化，而是要经过一段时间后室温才开始升高。这是因为经过电加热器加热后的 空气，需要沿风道输送一段时间后才能到达送风口处，而从送风口处送出的气 流与室内空气进行混合产生换热也要有一个过程，这就产生了滞后的问题。对 象的滞后时间对调节过程将产生不利的影响，它降低了调节系统的稳定性，增 加了 调节参数的偏差，延长了调节时间。 i v .对象的负荷。当空调系统处于稳定状态，空调房间的空气温度保持恒定 时，单位时间流入或流出空调房间的热量，就称为空调房间的负荷。这时流出 的热量和流入的热量相平衡。由于外部干扰的作用，将引起对象负荷的变化， 从而破坏了原来的能量平衡状态，引起调节参数的变化，于是调节过程便开始， 以改变对象的输入或输出的能量，使能量达到新的平衡，令调节参数回到给定 值。由此可知:调节对象负荷的变化情况，直接牵涉到对自 动调节系统的要求。 第3 章中央空调节能控制技术 如果调节对象的负荷发生急剧变化时，就要求自 动调节系统具有较高的灵敏度， 能够在调节参数变化很小时就开始调节动作，以便迅速恢复平衡。 3 . 湿度的相关性 在空调的控制中，大多数情况下主要是对空调房间内温度和湿度的控制， 这两个参数常常是在一个调节对象里同时进行调节的两个被调量.两个参数在调 节过程中又相互影响。如果由于某些原因使空调房间内温度升高，引起空气中 水蒸气的饱和分压力发生变化，在含湿量不变的情况下，就引起了室内 相对湿 度的变化 ( 温度升高相对湿度就会降低，温度降低相对湿度就会增加)，在调 节过程中，对某一参数进行调节时，同时也引起另一参数的变化。例如在夏季 采用表冷器进行去湿处理时，开大冷水阀使相对湿度控制在要求范围内，但如 果不进行送风的再热处理，则会使送风温度过低， 这种互相影响、互相牵制关 联即为互为相关性。 4 、多工况运行及转换控制 由于空调系统是在全年的室内外条件变化下，按照一定的运行方式 ( 即工 况)进行调节的。同时在内外条件发生显著变化时要改 变运行调节方式，即进 行运行工况的转换。 5 、整体控制性 空调自 动控制系统一般是以空调房间内的空气温度和相对湿度控制为中 心，通过工况转换与空气处理过程每个环节紧密联系在一起的整体控制系统。 空调系统中空气处理设备的启停都要根据系统的工作程序，按照有关的操作规 程进行，处理过程的各个参数调节及联锁控制都不是孤立进行， 而是与室内 温、 湿度密切相关的。空调系统在运行过程中，任一环节出 现问题，都将直接影响 空调房间内的温、湿度调节，甚至使系统无法工作而停运。因此空调自 控系统 是一个整体的控制系统。 3 .