（电气工程专业论文）计算机集散控制系统（dcs）在中央空调控制系统中的应用.pdf

州人学t 驯触 y 7 7 9 0 6 7 计算机集散控制系统( d c s ) 在中央窄调控制系统e f = t 的应用 研究生任万兴 电气工程专业 指导老师汪道辉王文斌 高精度( 温度、湿度要求较高) 的空调系统已经是现代高科技实验室必须 的技术保障条件。传统的空调系统的控制技术落后，不仅浪费大量的能源，而 且根本无法满足新技术条件的要求，本文以国家国防计量站的空调系统改造为 背景，介绍计算机集散控制系统( d c s ) 在中央空调自动控制系统中的应用。 中物院计量测试中心是国防计量站，它对温度、湿度的要求较高，它j j 有 两台螺卡r 制冷机及配套水循环系统，打套t l ，央空凋系统、个一；压站， 彳r if ：系 统的代袭性。本文针对计聚测试一 i 心的1 6 0 l 啊l ( j i 楼) 、1 6 1 ) ：j ( 描u 楼) 、1 6 0 卜2 ( 冷冻站、空调机房、运行车f 日j ) 的空凋改造工程，阐述了根据工艺要求确定 的改造方案。文中分别对硬件系统、软件系统以及操作界面等进行了阐述。 通过系统调试表明，采用计算机集散控制系统( d c s ) 改造传统的空调控制 系统不仅技术成熟，而且能够满足技术进步的j 莆要，对提- 矗防商技术实验装 备j 有十分重要的意义。浚系统通过史际运彳，证f 删j e 运 j ：”r ，刈审内温度、 湿度的控制稳定，达到了工艺和设计要求。 关键词：中央空调控制系统i ) c s 系统 ! ! 型叁兰三! ! 型! ! ：堡兰 a p p l i c a t i o no ft h ec o m p u t e ri n t h ec o n t r o ls y s t e mo f c e n t r a la i rc o n d i t i o n e ro fc o l1 e c t i n ga n dd is t ，r i b u tj n g c o n t r ols y s t e m ( d c s ) m a j o r ：e l e c t r ic a le n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：w a n x in gr e na d vis o t ：d a o h uiw a n g t h ea i rc o n d i t i o n e rs y s le mo f t h eh i g ha c c u r a c y ( t h ( ，t e m p ( r a lu r e ， h u m i djt ya v er e q u ir e dt h a ni tish i g h ) i st h a tt h en e c e s s n r yt e c h n 0 1 0 9 y int h em o d e r nh i t e e hl a b o r a t o r ye n s u r et h et e r m s t h ec e n t r e io ft h e t r a d i t i o n a la i rc o n d i t i o n e rs y s t e mi sb a c k w a r di nt e c h n i q u e ，n o tm e r e l y w a s t ea1 a r g ea m o u n to fe n e r g y ，a n dc a n tm e e td e m a n d ，n e wt e c h n o l o g y ( 】ft e r m sa ta l l t h i st e x tt r a n sj o r mw i t hn t t i o n a tn a t i ( m 、i d e l e n c ea i r c o n d i l i e n e rs y s t e r ns t o o dt om e a s u r ea st h eb a c k g r o u n d ，i n t r a d u c et h e a p p l i c a t i o no ft h ec o m p u t e ri nt h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo fc e n t r a l a i re o n d it i o n e ro fc o l1e c t in ga n dd i s t r i h u t in gc e n t r e ls y s t e m ( d c s ) i t i st h a tt h en a t i o n a ld e f e n c em e a s u r e st h es t a t i o nt h a tc h i n a p h y s i c si n s t i t u t em e a s u r e st h e t e s tc e n t e r ，i th a sr e l a t i v e l yh i g h e x p e c t a t i o r sf o rt h et e m p e r a t u r e ，h u m id it y ，ith a v et w os p i r a ls h e 1p o l e r e f r g e r a t i o np l a n ea n dr e l | 1 t e dw i t t e rc ir c u l a t o r ys y s t e m ，t i v oc e n t r a l a irc o n d i ti o n e rs y s t e m ，o n oe m p t yt o isits t a n dt o p r e s s ，h a v e r e d r e s e n t a c i v e n e s so ft h ee l ds y s t e m t h ist e x ti st om e a s u rj n gj 6 0 1 1 ( m a i nb u i l d i n g ) o ft h et e s tc e n t e r ，t h ea i r e o n d i t i o n e ri m p r o v e m e n t p r o j e c t s o f1 6 0 2 ( p a c k so ff lo o r ) ，1 6 0 1 2 ( f r e e z es t a n d n g ，a i r r e n d i t i o n e rc o m p u t e rl a b ，o p e r a t et h ew o r k s h o p ) ，h a v ce x p t a in e d t h a t t r a n s i e r m st h es c h e m ea c c o r d i n gt ot h et e c h n o l o g i c i l l r e q t l i i e m o n t c o n f i r m e d h a v ee x p l a i n e dt h eh a r d w a r es y s t e m ，s o f t w a r es y st e aa n d 2 ! ! 型叁兰! 堡塑l ! 丝二! ： o p e r a t i n g in t e r f a c e s ，o t c s e p a r a t e l y i nt h ea r t i c l e i ) o 1 u zi n d i c a t i n g ，i tisr ip c t oa d o p tt h ec o l l ( 2 c t in ga r i dd is lr b u t in g c ( ) n t r 0 1s y s t e m ( d e s ) o ft h ec o m p u t e ra n dt r m m o l t r a d i t i o n a n o t l l 】e r e 】vt e c h n o o g yo fc o n t r o ls y s t e mo fa i re o n d i t i o n e rt h r o u g ht h es y s t e m a n dc 3 nm e e td e m a n d so ft e c h n o lo g ic a p r o g r e s s ，e q u i p i n gt oi m p r o v i n g t h eh i g h t e c he x p e r i m e n t o ft h en a t i o n a ld ec e n c eh a sv e r y m p o r t a “t m e a n i n g s , t h iss y s t e mp r o v e st h r o u g hr u n n n g a c t u a ll yili sr ( ：jj a b l et h a t nr u n s ，t h es t a b i l i t yo fc o l 3lr o lo ni n d o o rt e m p e r i t t u r e ，h u f f id i ly ，h a v e r e a c h e dt h ec r a f ta n dd e s i g n in gr e q u i r e m e n t k e y w o r d ：c e n t r a la i rc o n d i t i o n e r c o n t r o ls y s t e md c s 3 川川k i ：! f mi 沦正 第一章项目概述 1 1 本项目的背景、意义及概况 计量测试标定配套建设项目( 包括计量测试中心的空凋改造) 按照“有所为、 有所不为”和“有限目标、突出重点”的指导思想，切实保障科研生产对计量 测试的基本要求，利用已有的计量测试能力优化配詈资源，对现有的计量基础 设施进行扩充、完善和配套，对原有陈旧设备进行改造和更新，完善科研生产 的计量测试手段，及时有效地为科研乍产提供计量测试技术f 5 f 证。 计踣测试标定配套建设项 川t 的f 艺设备设汁m ：r ：艺久宠成，彳i 存本 次设计范围之内。 计量测试中心的1 6 0 卜l ( 主楼) 、1 6 0 2 ( 副楼) 、1 6 叫一2 ( 冷冻站、空调机 房、运行车州) 工程自交付使用至今已十余年，限于当时国内空调技术、设备、 及自控设计水平，加之长期运行，造成系统设备严重老化、磨损，调节装置失 灵、损坏，各类调节器、执j ，器可靠性不高、搜备性能卜降、f j 控系统完全瘫 痪，严重影n j a j i = t 量测试工作对明：境条仆的要水，根崭：膀划洲髂 伯0 使用要求， 对原空调系统、自控系统进行技术改造。 前端技术的研究对科研环境的要求越束越高，不仅对环境洁净度有要求， 而且对温度、湿度的要求也在不断提高。恒温系统、恒湿系统的精度等级要求 就需要对制冷设备调节性能予以选择。特别是高糙度的机械装配室、计量站、 激光制靶等场合在这些方面的要求就较高。 由于科研环境的温度稳定性就确定了制冷设备的调。盯t l ：，审训系统温度的 稳定性受多方面的影响，。+ 个蚶i 佝空凋系统它必须l 仃返村的j j 能：不竹日i 现 什么情况的扰动，都应能够通过i l 动渊1 7f 以克服，w 此，冷沁、热源的稳定 性也就显露出来，冷冻水的温度的稳定性是决定冷源稳定的最重要的技术参数， 而冷冻水的温度的稳定性又受制冷机的性能决定，至此，制冷设备的无级调节 就显的十分重要。 目前国产的大型制冷机属于尤级凋节的就有“9 7 l ”：f 程r l t 人特使用的螺杆 式制冷机。嗣此，采片j 新技术改造对螺卡j 式制冷机l 订 r n 蛆的意义。 中物院计量测试中心足国防计量站，它对温度、泓度的要求较高，它棚有 两台螺丰丁制冷机及配套水循环系统，丘套中央空调系统、一个空压站，具有旧系 统的代表性，通过对该项目的改造可以为其他项目改造提供火量的设计、施工 经验。通过对旧系统的改造不仪可以节约投资，而且缩短了基建周期，保证了 6 p u j i i 凡。i 毛1 f l j ! 1 1 沦迁 打：焉 伪科研： f 1 ；。 1 2 本项目的技术关键 本项目由5 套空调系统( k 1 、k 2 、k 3 、k 4 、k 5 ) 及一个冷冻站组成。冷冻 站及空调k 1 - - k 4 四套组装式空调器均设置在1 6 0 卜2 子项内，k 5 系统设置在 1 6 0 2 子项内。k 1 一k 4 空调房间分别在1 6 ( 1 1 1r - 项的筇一层、筑：层、第：乏层、 第四层及第五层；k 5 空调房间神! 1 6 0 2f 项的笫：层殷镪：层。制冷站m2 台 制冷机、承循环系统( 由冷冻泵、冷却泵、循环永箱、冷冻水箱组成) 及2 台 凉水塔组成。设备较多，控制点多，各个系统的控制精度要求不同，工艺要求 由一个中央控制室进行集中控制。 本项目的技术关键是温度控制精度比较严格，尤以k l 空调系统技术指标最 为严格，分别为2 0 + 0 34 c 或2 0 4 - - 0 5 。c ，k 2 一k 5 系统的温度控制指标相对宽松 一蝗，分别为2 0 1 、2 0 2 c 、2 0 3 及2 0 5 小等。存f 内桐对湿度的 控制指标方丽，比较容易。典现，6 5 h 1 1 【u 。 1 3 楼宇自动化控制系统概述 楼宇管理自动化系统( b m s ) 是由智能大厦机电设备自控系统( b a s ) 、综合 保安管理系统( s m s ) 、火灾报警系统( f a s ) 、广播系统( p a ) 、卫星电视系统( m a t v ) 、 停车场管理系统( c p s ) 、 v 能卡系统( s c s ) 等组成。楼! j ；设备r | 拄系统( b a s ) 是其， l 个暄要组成部分，它的功能包括：空测系统拧制、给排水系统 窀制、 变配电系统控制、照明系统控制、电梯控制等。本文将对计量测试中心中央空 调控制系统进行阐述。 空调系统的监视和控制功能包括对以下设备的监控：风机盘管、板式换热 器、风量控制器、送风机、变频调速排风机、双速排风机、排风机、v a vb o x ( 带加热盘管) 、汽水热交换器、膨胀水箱、蒸汽锅炉及管道、新风空调箱、双 风机空调箱、变频调速r 靼风机空凋箱、变频调速新风- 卜凋器、一n 风机宅调器、 采暖热水管道、冷冻水及冷却水钙道。 1 4 中央空调系统概述、现状及发展展望 当代空调技术实际上是以促进人类居住的舒适性、健康性，保护地球环境， 对能源有效利用等，基于可持续发展的观点为原则而取得进展的，其发展的背 7 景体现在以下几个方面： 1 4 1 对地球环境的保护 防止地球温暖化( 温室效应) 对人类的危害，要求控制化石燃料燃烧排放 出的c o ? 量，它对于地球温暖化的影响占i 2 以上，对化l i 能源不仪是关心其 “枯竭”的问题，要重视c o ! 排放的、u j 题。1 9 9 7 年1 2 j ，联合c 候，燕化枷；架 公约缔约方第二i 次会议在床都召外，确定了发达闺家拍“i 7 体n ：巾成排i ：i 标。 电子技术和计算机技术的进步，使建筑物智能化成为。玎能。空调臼控技术 的电子化与计算机技术的结合使空调设计、控制、运行水平提高到了新的阶段。 c a d 、人工智能、远程控制的运甩证在改变着传统的空调技术面貌。应用计算机 技术，将设计方法从静念设计工况发展为动态过程的研究对夺调运行控制与 节能魁了很大的作用，通过对守蒯装苒! 】：作过和的模拟j 仿真，使窄调设计实 现优化决策，并获得最佳的能源利用效率。 1 4 2 空调节能技术的原则 舒适性与节能之间的矛盾统一，以节能为原则，将热舒适指标p m v 在工程 中加以实际应用，即利用支配热舒适的6 个因素( 温度、湿度、平均辐射温度、 风速、衣服热阻、劳动强度) 的巧妙组合，达到舒适和节能的协调。如大空j 建筑内对“可感气流”的利用，n j 以降低对窀张 的要求。此外，还i 】，以、利用 p m v 传感器对热环境进行优化控制，满足个人爱求，一二强? j 之个i f i i 统( 溯皮、 湿度) ，个人与群体兼顾，对常能徊控制的灵活性均自。利。 满足新的舒适要求，尽管影响人体舒适的主要因素为温热环境，但对与生 活环境中的声( 噪声) 、光( 照明) 、色( 色彩) 要求同样应予以满足。现今研 究指出，环境参数的脉动化( 如变动风) 有利满足人的舒适感，实现动念自然 境界，对节能也是有利的。现今对舒适环境的研究足在业列! 承l 心删两方i f d 进 ： 的。 控制室内空气品质( i a q ) 。有关为消除c o ! v o c 、浮游尘埃、细菌、臭味等 的通风量( 新风) 的研究一直在进行中，法规不断有所修改。欧洲建议用o i f ( 污染源单位) 和d e c i d o i ( 感知污染等级) 束确定通j x l 量，总的趋势是通j x l 量应增大，因而排风热回收措施将不可缺少。此外从提高通风效率出发，应注 意室内进、排风的气流组织，以便有效地利用进入室内的通风量。 8 p u 川人。 私椰! i 沦迁 1 4 3 新的空调节能手法 空调新技术无不环绕着节能和优化环境的思路来发展，常见的手法如下： 建筑节熊 建筑节能是空调节能的基础，解决好建筑设计构思和空调节能的矛盾是设 计水平的体现，平面、朝向、霜o 结构和材料的确定，以及起遮舟f 作j 订的挑桥 的处理等，对减少困护结构的空调负荷起到熏要作月j 。 传统空调节能技术的应用 7 0 年代中期以来行之有效的空调节能方法仍应采用和改进，这些技术主要 是：排风中热量的回收；水蓄热( 冷) 技术：热泵应用；变风量系统 ( v a v ) ；变水量系统( v w v ) 。现今许多节能技术是从它们发展起来的 舒适、节能、灵活性相结合的各种手法，体现在空调方式方面 大中型办公楼建筑内外分。为提高灵活性和能源利川合册e ：，拒过去常 规的分区基础上，有的把外区做成独护的热泵，p 元万一，内蔓热泺则可采剐区 域供热供冷( d h c ) 、集中吸收式制冷方式等。 不分内外区的中小型办公楼。空调采用新型的机组方式，如：穿墙式空 调机组( t w u ) ，有立式和卧式，有的可供新风并有排风热回收器，建筑立面应 有协调设计；v r v 系统，即冷剂可变系统，一个室外机可拖达十多台室内机， 压缩机带变频调速，在节能方西f 足十分占优势的。 背景空调和个人空调相结合。对j i 智能人厦。鲋介综合响线熨求做成双重 地板，可以实现近似于置换通风的方式，从下向上送风。在此基础上设计成个 人空调( 送到工作点) 和背景空调相结合的系统。前者可出工作人员自己调节 以满足个人需要，背景空调参数可以有所降低，有利与节能和舒适的统一。 利用辐射方式供热供冷。辐射方式与人体的热交换较易满足舒适感： 利用辐射方式可以降低对室温的要求，例如电热地毯和挂壁式空调机的组合使 _ f j ，可比单用对流空调方式节能2 5 ；叮以利用高温冷水( 如，l ：水) 和低温 热水( 太阳能加热水) 节约能源；波拍：结构物i ，盘竹j 他绌构起莆热作用， 如可利用夜间电力，将热! 建蓄存n ：建筑物内供f ，| 天使川。 零能带( z e 8 ) 的应用。在建筑节能设施较为完备的建筑物内，夏季利用自 然通风，冬季利用太阳能供热( 被动式) ，不采用空调，让室内p b l v 值在容许的 范围内波动。 夜间电力的应用和移峰蓄热措施 o 洲川凡掌t 程坝i 。论殳 从6 0 年代丌始，发展了利用夜j 日j 廉价电力( 白天价格的l 3 ) 的水蓄热技 术。到8 0 年代，逐步开发了冰蓄热技术，对平衡城市电力供应有重大的社会和 经济效益。冰蓄冷技术的制冰蓄冷方式多达2 0 几种，装置方式从机组到大型系 统均可实现。同本1 9 9 4 年完成的删2j 地区d j e ( 区城供热供冷) 设嚣的冰蓄 冷量达i 0 6m w h ( 3 0 0 0 0 u s t t h ) ，爻国芝加 ：于地k f 向d h c 已迩坡莆冷鞋达2 3 2 1 师h ( 6 6 0 0 0 u s t t h ) 的集中供冷站。我国6 渤f t j ：钉初步摊j r 冰矫挎披术。 建筑结构蓄热( 冷) 。利片j 空心混凝土板构成的空气通道在晚问向室内供 冷或供热，同时使建筑材料蓄热，白天运行时再调整送风参数，可以节约费用 15 ；将热泵机组的室外侧盘管理在土壤内或混凝土桩基内。相当于利用地热 热源的热泵，发挥了季节性的蓄热效果；拍! 用护结构中嵌罱某种p c m 材料， 冬季白天p c m 吸收太阳热j 最成液十n ，晚l ：凝肺向窀山放热。 自然能直接和j 用 免费供冷( f r e e c o o l i n g ) 的各种应用。过渡季节空调系统最大限度地利 用新风，不仅节约能量而且提高了室内空气品质；晚间通风降温( n i g h t p u r g e ) 利用夏季晚间自然通风( 大换气量) ，可以降低白天的室内温升；冬季利用冷 却塔获得冷水供建筑物内区冷却；利用地道风降温等。 井水、河水的利用。有条件的场合可利用地下水直接供冷并采用“冬灌夏 用”的技术，保证冷源的稳定性，反之办可“复浓冬川”秋褂热水。 太阳能。用于被动式建筑物供暖，利用爪m 能加热热水i ，j f i - 为热泵的热沥f 或直接j h 于辐射供暖。 蒸发冷却技术的应用。蒸发冷却也是一种自然能直接利用的方法。蒸发冷 却技术包括直接蒸发冷却( d e c ) 和问接蒸发冷却( t e c ) 。在干燥地区完全可以 应用这种方法丽不需要制冷装置。 空调装置输送系统的节能 水系统采用火温差。加火空明系统及冷矧塔水系统的l2 f 1 ：瀣莸，- ，j 以减少 水量，以降低其输送能耗，同时可以减小管径，节约仞投资。但它又影响到冷 冻机换热面积的大小，冷冻机c o p 的高低，冷却塔造价的变化以及a h u ( 空气 处理机组) 内盘管排数的变化。欧美设计中在冷冻水系统的流程中往往经多级 应用( 新风预冷盘管、a h u 主盘管、f c u ( 风机盘管机组) 盘管) 阻提高温差。 提高送风系统的温差。由于供水温度低，送风温度也下降，使送风的温差 增加，即低温送风方式。通过专门的诱导型m l j 直接送风或利j = 1 j 水端装鼹内风 1 0 ! ! 业叁兰! 堡塑! ：堡兰 机混合，以满足入室送风温度。国内已有很多实践经验，低温送风可以减小风 管及输送动力，但j x l 管的保温应予加强，末端送风装置办应防止结露。 变水量、变风量方式。考虑到输送能量的1 7 约而月j 二| 窄调部分负荷时的输 送方式，以v a v 为例，全年空气输送动力仪为常舰系统的俐护6 ( ) 。 冷剂重力循环供冷供热。对于高发热量的房问，冬季办需供冷，此时一j 。利 用与制冷机组旁通的室内、外盘管之间存在的高差进行冷剂自然循环，供给少 量和稳定的冷量。另外也有一种与冰蓄冷方式相结合的自然循环系统，早在 1 9 9 0 年就成功地应用在大阪的水晶塔大厦( 地上3 7 层) 内。1 9 9 6 年大阪燃气 公司又推出了一种与直燃型吸收式机组相配合的自然循环方式。 1 4 5 本项目内所采用的技术观点 根摊：新的空调：霄能手法，利川变风艟( v a v ) 叫! 论，刘t 统的r ir 央卒硼系统 进行变一、二次回风量的分配比例的办法来达剑在满足工艺空渊指标的前提下 进行节能控制。 根据楼字设备自动化管理( b a s ) 的概念，利用形成的可编程控制器( p l c ) 与计算机组成集散控制系统( d c s ) ，对中央空调系统进行计算机管理。 1 5 本人在本项目内的主要工作与创新 1 5 1 在本项目内的主要工作 根据计量测试中心提出的技术要求，利用空调节能手法的有关原理，采用 可编程控制器( p l c ) 与计算机组成集散控制系统( d c s ) ，改造中央空调系统的 控制方法。其主要工作分为四个上不节： 1 对计量测试中心五个中央宁调系统( k l 、k 2 、k 3 、k 4 、k 5 ) 的控制系统 进行设计。 2 控制系统硬件进行选 诬。 包括d c s 系统的安排，呵编程控制器( 儿c ) 、变送搽、执 器、电源模块 等硬件系统的选择。 3 电气系统的设计 4 指导软件的编写。 5 参加系统调试。 1 5 2 在本项目内的技术创新 1 1 ：! ! 型生兰! 墨竺! ：丝兰 1 成功地实现了计算机集散控制系统( d c s ) 对多个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继电器控制或胄接数芦拧制器进行控制，不 仅控制系统的可靠性低，敞障率商，瓶f l 管跳 分，1 i 办性。特州址柏：人搬楼与二 及i i 层建筑中，一u 空凋系统繁多1 1 , r ，这样的拧制系统的竹川j 山能办i f i f 的缺点 就显得卜分突出。当空调系统采j j 计算机集敞控制系统( d c 5 ) 进行控制后，所 有空调系统均可以在集中控制室进行统集中管理，其优点十分明显。 2 利用成熟的计算机通讯技术实现了空调设备的远程控制，数据存储，系 统设备重要参数的远程报警。 为r 对系统没备运行状念、系统运行质 文控制参数作也j 止传统越采月j 人j t ：预的办法进行数据统计与存储，在大j 鹊一向精度一i 渊系统一 t 此j 0 每! t 产：崩： 境、实验研究环境就不能满足数掘的可靠性要求、不能满足事前检查和系统数 据分析( 包括生产科研产品数据的相关性能分析) 的要求。通过采用计算机控 制，系统应用远程控制，数据存储，并对系统没备重要参数的远程报警，就避 免了上述缺点。 3 改变了空调系统的调节规律，通过控制变一、二次阿风肇分配比例的办 法达到窀调系统的节能控制与高精度系统的要求，节约了能沥i ， 传统的宅调器系统对空。气逊仃降招 、除泓的过秤i fr 、能源浪赞v f 分f i 火， 一方厦由于除湿的需要，应将所l i 空4 温度降全空气的姑t i 6 。l 艘，在冷凝水析 出后，空气的相对湿度接近1 0 0 ，同时空气温度接近露点温度，这样的空气是 不能进行系统循环的( 一般系统中空气温度接近2 0 。c 、相对湿度在( 5 5 7 0 ) 附近，个别系统其相对湿度在4 5 以f ) ，因此，必须将空气进行升温。在空气 温度要求不高的情况下，i ，砷寸福；度要求也不商的系统小，就能够满足要求。似足 如果系统对湿度要求较高 | 、j ，塔管* 皮达到了嵫求系统还必烦时i t “2 1 进行p f 处 理，空调系统就必须进一步再降低露点温度，直至空气中的水蒸气达到要求为 止。从这样的调节过程中不难看出系统的浪费运行与空润参数的不精确性。 由于采用新的调节规律，采用通过控制变、二次回风量分配比例的办法， 来确定部分空气的露点温度，即采用一次同风绎过表冷器( 换冷器) ，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，当一次回j x l 量与二次回 风量的分配比例取得合理时，系统的i 6 i 度0 泓度必然订个删心的交点，盟然 这样的调节系统就能够达到，l 洲系统的1 y 能拧堆4 j ，蕾拳；瞍系统的簦求。 l 川人学t 程坝i j 论殳 第二章计量中心空调系统的有关要求与工作任务 2 1 工艺要求 2 1 1 设备管理及参数采集 1 五个中央空调系统( k 1 、k 2 、k 3 、k 4 、k 5 ) 采用计算机管理与控制： 2 每台空调器的露点温度，新风温度、新风湿度、送风温度、送j x l 湿度、 加热电流、冷冻水调节阀的丌度、一次回风阀的丌度、：- 二次回风阀丌度、送风 机工作状态、回风机工作状态在计算机上界面上进行实时显示； 3 五个空调系统通过菜单进行画面切换： 4 各系统湿度均不超过6 5 ，控制雨点足k l 系统的部分k 度计量实验室的 温度。 5 采集的技术参数在订算机内能够k 明存储( 数w 仃储小小】：1 年) 。 6 各j x l 量调节阀、水量调节闷及j x l 机电机、电加热器既町f 动控制又具有 计算机控制与管理的功能。 刁i 2 1 2 控制精度 空调系统为全年性空调，各个实验室房间的温度、湿度技术指标如下表所 系统 室内温度 室内相房间 房问号 编号对湿度数 2 0 o 5 6 5 31 1 2 、1 1 3 、1 1 4 k 1 2 0 0 3 6 5 71 0 4 、1 0 5 、1 0 6 、1 0 7 、1 0 8 、1 1 0 、i l l 2 0 2 6 5 6 2 0 4 、2 3 8 、2 ，1 0 、2 1 1 、2 1 2 、2 4 3 k 2 2 ( ) 3 6 5 5 2 0 5 、2 0 6 、2 0 7 、2 0 8 2 0 9 2 0 3 6 5 3 ： 3 8 、3 3 9 、3 4 0 k 33 0 4 、3 0 5 、3 0 6 、3 0 7 、3 0 8 、3 0 9 、3 l l 、 2 0 5 6 广1 1 3 1 2 、3 3 l 、3 3 6 、2 3 7 2 0 l 6 5 2 5 0 8 、5 0 9 k 4 4 0 4 、4 0 5 、4 ( ) 6 、d ( ) 7 、1 ： h 、4 1 ( ) 、4 4 l 、 2 0 5 6 5 1 ： 4 4 2 、4 4 3 ，5 0 4 、5 0 5 ，5 0 6 、5 0 7 p uj i j 人学丁程彻l 。论文 2 0 l 6 5 42 0 3 、2 0 5 、2 0 7 、2 0 9 2 0 2 6 5 2 2 0 4 、2 0 6 k 5 l o l 、1 0 2 、l ( ) ： 、【0 4 、i i 嫡、1 0 6 、1 0 7 、 2 f ) 5 6 5 1 1 1 0 8 、l ( ) q 、11 0 、2 ( ) l 、2 0 2 、2 0 8 ，2 1 0 从表内数据可知：k l 系统部分空调问温度要求最高2 0 o 3 。c ，另一部分 为2 0 o 5 。c ；其他系统温度要求不高，属于舒适性空调。相对湿度控制上限 ( 6 5 ) 。因此，在完成多台空凋器集中管理的情况下，对k 1 系统温度控制是 控制系统的主要技术难点。 2 2 空调室外计算参数 大气压力：冬季p d ：9 6 7 4 k p a 夏季p d = 9 5 i 3 k p a 计算干球温度：冬季t w = l 夏季t w = 3 2 7 计算湿球温度：夏季t w s ：2 6 2 。c 汁筇相对湿度：冬季o w = 7 7 * u q 川人学 呈坝l j 论殳 第三章控制系统的方案设计 设计总则 针对原系统存在的主要问题，我们本着辟最利月j 现有设备资源，重点改造 自控系统。为最大限度节省投资，大力降低能源消耗，改造设计的总的原则是： 采用计算机及可编程控制器( p l c ) 组成的集散控制系统( d c s ) ：更换控制系统 所有的检测组件和执行组件：原有的控制线路全部更换，原埋设的管路尽可能 利用。 31 空调系统的设计 3 1 1 空调器的工艺流程 空调器l l 艺流科i 到 3 1 2 空调器的工作原理 系统组成部分的工作机理( 见空调器流程蹦) 3 】2 1 空调系统的常h 】术i 薛： 湿度：宅气；f 1 水蒸气的含量川祷a 皮农q ，仃以f 儿种灰，j 、办浊。 绝对湿度( yq j ) ：在，一立方米空气中含竹水蒸2e 的重畦称为空c 1 0 绝对袖 度，单位是克米3 或公斤米5 。 叫川人宰l 拦 l j l 。谁艾 饱和湿度( vb o ) ：在一定温度f ，卒气q ，的水蒸4 e 含撼达到最大限度( 或 饱和鼓) ，再【! ；i 不能容纳水汽了，这州会现多余的水一t ! 眨成凝结i j k 的现象，这 种宅气状态叫饱和字气。如粜审7t q ，的水 ，i ：f 小i 饱和这种。e 称为未饱 和空气。 相对湿度( 中) ：所谓相对湿度是指空气实际绝对湿度接近饱和绝对湿度的 程度，即空气的绝对湿度( yq i ) 与同温度下饱和绝对湿度( yb o ) 的比值， 用百分数表示。 棚刈湿度对人体的舒适和健坡，划! ：u k ，。i 质 都仃定的影口帆人处在 相对湿度很犬的空气环境f ! ，就会感剑很l 列热、憋气赴村f 对汕 度微小的环境 早，又会觉得口干舌燥。 3 1 2 2 空调器的组成( 见空调器流程图) ： 一般情况下，大型中央空调器采用如下功能段组成，各段及设备完成的功 能如下： 回风机段：安装回风机，由f 系统阻力大，安装州风机的日的是增加空气 循环的动力。 空气混合段：在本系统巾空7e 泄合段i j 新风段、州胍段“r 1 ) 俘成空气 混合。 初效过滤段：混合后的空气经过初效过滤器进行除尘。 一次回j x l 段：除尘后的空气进行分离，一部分经过表冷器，进行降温或除 湿处理，一部分不经过表冷器，卣按又送到系统进行再循环。 表冷段：安装表冷器，对空气i j & 度、湿度进行控；| j | j 。 加热段：对空气进行升温或除_ ； ( 稍 对泓度) 挖；m 二次回风段：为了改善空调器的控制调节规律，采用控制一、二次回风量 的分配比例而设置。 送j ) ( 【机段：安装送j ) ( 1 机，增加系统循环动力。 送风机、回风机：提供空气循环输送动力。 送、回风防火阀：检测系统超高温或火灾状态，当系统空气出现不正常状 态时( 温度过商或发生火灾时) ，n 动关闭送、州风阀l t mj 。般情况下其感温动 作温度为7 04 c 。此阀j 为机锹武f 动阀门， 劬复f _ ；) ：。 、：二次吲风阀( ： f 、4 f ) ：i u 动洲节阀，渊节m 风精分配i 匕驯，j 1 j 二j ：控制 系统温度、湿度。 1 6 u q 川：草。r 牲坝i ：论疋 _。_-。_-。_1。_。_。一 新风阀( 1 f ) ：调节系统新触：垂的人小，改蹲夺7 抖 质：谯过度季铃( 毒、 夏或夏、秋) 当环境温度、湿度比较合适时叮以直接通过加人新风量的办法束 达到节约能源的目的。 排风阀( 2 f ) ：平衡系统风量，当系统增加新风量时，则应将多余的j x l 量进 行对外排放，否则系统压力将增大，不仅影响使用，而且系统噪声也会增加。 表冷阀( 5 f ) ：控制经过表面冷却器( c ) 的冷冻水量，当冷冻水温度较高 时，表冷器表面温度高于空气露点温度，流经袭冷器的冷冻水就只能起到控制 空气的温度的作用；肖冷冻水泓嫂较低使表冷器丧衙泓艘低j ：戏接近f 空气群 点温度时，流经表冷器的冷冻水： i ：小仪控制伞4 f f 】濉度眦土控制空4t 的濉度。 因为空气经过表冷器后被冷却的删时，空c | 的水蒸4i 就凝结成露水，这样系 统中的空气内水蒸气的含量就降低，绝对湿度就减小，此时空气温度较低，相 对湿度接近1 0 0 ( 空气接近饱和) ，通过系统二次网风进行加热或直接采用电 热器进行加热后，空气温度升高，娟对湿度降低。山此可见：肖表冷器( 换热 器) 的表面温度低于空气的露点濉皮时，控制冷冻水阀fj f 门j i ：迂就是控制系统 降温或除湿的冷量的大小。 电加热器( h ) ：在冬季用于对空气进行升温控制空调温度，在夏季可以作 为二次加热的热源，用于降低空气的相对湿度。 初效过滤器：用于处理空气中的灰尘，保证实验室空气的品质与卫生条件。 系统空气处理的过程 系统空气的循环过程：由于整个系统管线较长( 窄调机房与实验宅距离较 远) ，m 力较大，因此通风系统采用烈风机系统( 送风 i 扑t i 风机l ，d 时工作) ， 空凋房n 的空气通过0 l 风机抽j ：0 宇啊器厉，绛、次川姒阀，经送风机 加压送至实验室。 系统的风量平衡：在总的回风管上测量网j x l 温度、湿度，系统根据回风温 度、湿度的大小确定一、二次回撤阀的丌度，控制回风量的分配比例。 系统温度、湿度的调节：空气通过表面冷印器后被冷却降温或除湿( 绝对 湿度) ，经过表冷器后的空气一般均足l 苗湿、低濉状态，i 耳绛过l u 热器进行二：次 升温或二次同风的混合，使空7e 蒴& 度、泓度( 十刈度) 均丛j 刈改定位的要求。 3 2 控制系统的设计 3 2 1 空调控制系统的现状 p u i i k r 年芏姐i 论业 空渊系统的调一恤力式，般揪拟，! 凋虏b 温度允计波动她引和技术经济 分析来选择，对于波动范m 大于i 的系统，采川丁z 巩渊1 n - t i j i ；足要求：目i 拐t 于波动范围小于l 的系统，手动调节比较困难，多采用自动调节。当然这种 划分方法也不是绝对的。应根掘具体情况而定，在条件许可时，尽量采用自动 调节，以减少运行人员的劳动强度，提高调节精度，降低冷、热量的消耗。 空调自动调节系统按照使用能涨来分，可分为自，j 式( 即无需外加能源) 、 电动式、气动式、电一气动式则种。 目前电动系统应用的较多， 耵气动系统常h 于二生产工艺年，防火、防爆要求 的场所。由于气动调节的元件比较简单在有压缩空气的地方，也逐渐地被推 广使用。 从空调系统空气处理过程明显地看出，要想使空调房间内的空气参数稳定 地维持在允许的波动范围内，必须对“露点”( 或湿球温度) 、二次加热器后空 气温度及室温进行调节。因此，审调f ，】动调节系统是d 1 “褥点”( 或湿球温度) 、 二次加热器及室温调节等环：声针【成。这种r l 动酬节力浊的缺j ? j 址fj _ - 。部分冷量 和热鐾相互抵消，造成冷、热鞋的损火。 3 2 2 在本设计中空调控制系统调节规律的新突破 本次设计通过调整一、二次回风量的分配比例，克服全面“先冷，后热” 的调节办法，采用部分冷却，混合部分热审气，是较为合理的调节方案，消除 在空气处理过程中冷热量相瓦抵消的现象，降低了运行赞川，这肚值得薅视的 问题。 在自动调节过程中，冷冻水温度定时，一、二次回风量的大小对送风温 度、送风湿度的影响比变化冷冻水量更加明显、直接，而且反映出较好的调节 规律。因此，在高精度空调系统中，这种办法是最为合理的调节办法。但是控 制系统的设计就必须注意以下几点： l 、一、二次回风阀的机械传动性能要好，动作应十分灵活，直接决定了系 统一次凹风量与二二次网风是的分雕稳定r e 与精确的分配比例。| ：k i 此，在本项e 1 中其阀门采用齿轮传动。 2 、托制阀门的执行器( 风闷、冷冻水阀) 婴时| 1 i j 常数小，f 、，氍反馈系统线 性好。为了减小控制阀门的时间常数，其执行器采用电磁比例阀，其特点是动 作速度快。 1 8 p u 川人。tl 靠! 何! i 沧迁 ， 3 、集散控制控制系统的成功应用 系统基层站采用可编程控制器( p l c ) ，完成设备的现场控制与数据采集， 中央控制室采用计算机，形成计算机集散控制控制系统( d c s ) 。成功地解决了 传统的控制系统的缺点。 3 2 3 中央空调控制系统控制方式的比较( d o s 控制系统的确定) ( i ) 、传统的继电器控制 早期的继电器控制系统由一j 敝障率高，系统硬件线路复杂，功耗高等明显 的缺点已逐渐被人们所淘汰。 ( 2 ) 、直接数字控制( d d c ) 系统 d d c 即指直接数字式控制器，顾名思义，“控制器”是指完成被控设备特征 参数与过程参数的测量，并达到控制h 标的控制装胃；“数宁式”的含义是该控 制利用数字式电子计算机实现其功能耍求：“接”意眯竹该裴n 往被控设舒的 附近，无需再通过其他装置即可实现上述全部测控功能。i , j - 简称为卜位机。 随着微型计算机技术的突飞猛进和价格的急剧下降，直接数字控制器不仅 在性能上全面超越常规模拟式的测控仪表，而且在价格上也r 益具有竞争优势。 因此，除精度低和无需远距离测量与管理的厕所水箱水位采用自作用式控制器、 风机盘管温度控制采用膨胀式具有丌关接点的简单控制器等情况外，像制冷机、 锅炉、换热设备、集中式空凋器与电梯等重要设备均已普遍使用赢接数字摔制 器。 i ) i ) c 应具有可靠性：高、控制功能蚰l 、叫编。；刷序、能独峨挖钉荚设备， 又可联嘲并通过中央管理计算机接受统控制与优化管理。 直接数字式控制器d d c 虽然在智能化方面有了很大的发展。但出于d d c 其 本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性f i 限制了其应用范围。 ( 3 ) 、计算机控制系统 计算机控制系统概述 现代过程工业控制规模越米越火，生产过槲办j i 趋复杂，| | j 对生j 。质量、 经济效益的要求，对生产的安全、可靠性要求以及对生念环境保护的要求却越 来越高。因此继续采用常规的调节仪表( 模拟式与数字式) 已不能满足对现代化 过程工业的控制要求。7 0 年代以来，随着大规模集成电路的发展，出现了微处 理器与单片微处理机，使微型计算机运行速度快、存储量大、编程灵活、通信 1 9 能力强与价格便宜的特点f ! 剑了充分发挥，卉；过杷譬夺制s ，数f ：? ，、泛应用。 前以微处理器、单片微处理机为核心的工业控制机与数字调节器一一过程计算 机控制设备已成为过程控制领域不可缺少的强有力的工具，f 在逐步取代模拟 调节器，并且自身还在不断发展，用新的功能更强大或价格更便宜的新过程计 算机控制设备来装备现代过程丁：、忆在过程控制r p ，最初i = 卜钟：