中央空调中的DCS控制系统.doc

智能楼宇中的中央空调系统一 中央空调系统的控制要求1空调系统设计概述本设计为智能楼宇中的中央空调系统，该系统由新风，空气过滤，空气的冷、热、湿处理，空气的输送和分配，冷热源五大部分组成。本系统可以实现空调机组的工艺流程参数进行自动控制和实时监测功能，并使空调系统设备处在最佳状态下运行。除此之外，本系统的设计以DCS为背景，具备DCS系统分散控制，集中管理的特点，可以对中央空调的冷热源系统，空气处理系统和被测设备控制系统进行集中操作，并提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能，提高了系统的可靠性，降低了系统故障。2 工艺要求1）本系统空调器的工艺流程如图1-11-1空调器工艺流程图2）设备的管理和参数的采集中央空调系统采用计算机管理与控制；空调器的回风温度，混风温度，加湿阀开度控制送风温度、送风湿度、冷热盘管调节阀开度、一次回风阀的开度、送风机工作状态及室内温度等在计算机上界面上进行实时显示；能够对制冷系统进行实时监控；各风量调节阀、水量调节阀及风机电机、电加热器既可手动控制又具有计算机控制与管理的功能。3）控制精度要求根据人体舒适温湿度：夏季：室内温度2629，相对湿度4060；冬季：室内温度1621，相对湿度3050；3 空调系统的设计1）空调系统的控制流程图设计，如下图1-2所示1-2空调系统控制流程图 2）检测点的安排 AI：模拟量输入点主要用于空调器新风阀，回风阀开度监测，冷热盘管调节阀监测，回风温度和混风温度的数据采集，新风阀，回风阀的信号采集，送风温湿度监测。AO：模拟量输出点主要用于新风阀，回风阀的开度控制。DI：数字量输入点主要用于初效过滤器差压状态，送风机差压状态采的集，送风机故障报警。DO：数字量输出点主要用于风机启停控制。二 空调系统硬件的配置设计1 DDC选型中央空调DDC控制系统是利用直接数字控制器、计算机网络技术、图形处理技术对建筑物所属的各类设备的运行、安全状况、能源使用情况及节能等实行综合自动检测、控制与管理的自动化控制系统。本方案采用霍尼韦尔XL100系列中型DDC控制系统，系统设一个中央管理站，管理软件是三维力控。由中央站计算机、控制器构成两段网络，组成分布式体系结构，实现“分散控制，集中管理”的控制模式。分布在现场的控制器实现对现场空调设备的实时监控，并配有人机界面，监视空调系统的运行状态及完成工艺参数设置，可在现场独立运行。多台控制器通过网络通讯接口联网，在中央站用计算机实现集中监控与管理，并可根据需要，结合工业控制、通讯网络，将管理数据纳入数据库，构成管理级、监控级、现场级的三级一体化系统，满足企业生产和管理的需要。2、温度传感器的选型本系统的空调温度传感器为负温度系数热敏电阻（NTC），其阻值随温度升高而降低，随温度降低而增大。25时的阻值为标称值。空调常用的NTC有室内环温NTC、室内盘管NTC、室外盘管NTC等三个，检测室内环境的温度自动开停机或变频。定24时，当温度降到23压缩机停机，当温度回升到25压缩机工作；若制热设定24时，当温度升到5压缩机停机，当温度回落到23压缩机工作。 值得说明的是温度的设定范围一般为1530之间，因此低于15的环温下制冷不工作，高于30的环温下制热不工作。 室内盘管NTC 室内盘管制冷过冷（低于+3）保护检测、制冷缺氟检测；制热防冷风吹出、过热保护检测。系统选用霍尼韦尔LF20风管式温度传感器，测量温度范围:-20/4080/110C，可广泛应用于暖通空调、采暖、制冷等温度自动控制系统。 它可将温度信号按比例变送成直流05V；010V或420mA，提供有源信号。3、加湿器选型系统选用ASMF系列风管式湿膜加湿器，主要应用于因组合空调机组或新风机组中无法安装加湿器所采用的一种加湿形式，它可以安装于送风管道的任何位置，满足对整个空间或局部空间的加湿要求。其特点是，密封性好、强度高，加湿效率高，安装灵活、简便，节省空间，对局部加湿效果明显，不但具备湿膜加湿器的优点，而且有效克服了风管风速过高的现象。4、湿度传感器湿度传感器采用霍尼韦尔H7050B风管式湿度传感器，它具有良好的稳定性、易于安装、运行可靠。而且更换传感器后不用重新校验标定，这就意味者节省了大量的维护费用是空调控制领域中理想的选择。5、差压开关的选型：本系统采用霍尼韦尔DPS1000 200-1000Pa 压差开关,用以感测设备两端之压力差,它是一种高精度,高可靠性。由于检测范围广,稳定性佳, 可探测过滤网的阻塞情况，变风量系统的最大空气流量控制，探测风机的启停状态，可应用于一般大楼、空调系统、热交换系统之风管道等各种工/商业用途。具有启动流速低、精度高、自动化程度高、运行稳定，环境适应性强，长期稳定性佳。6、电磁阀的选型系统采用霍尼韦尔VC4013A风机盘管电磁调节阀适用于低温热水和冷冻水系统，可作为三通合流阀和二通控制阀。阀门预先已装配电磁执行器，以及用于定位控制和阀位反馈的电子组件。由于阀门定位时间短、灵敏性高且可调比宽，因此，适用于暖通空调闭式系统的和低温热水系统的调节控制。7、防冻报警开关防冻开关用于空调系统中加热器和制冷系统中的加热转换器的线电压霜冻保护，系统采用霍尼韦尔T6961A1015自动复位防冻开关。制冷防冻结功能是制冷时当内机蒸发器温度在0以下持续5分钟左右时，内部开关断开，压机和外风机将停止运行。直到温度上升到比设定温度高出2.5以上，内部开关才重新接通。防冻延时时间到，防冻开关信号未到，防冻报警。制热时，其作用有防冷风功能和过负荷保护作用制热防冷风功能是制热时当盘管传感器检测内机蒸发器温度在23以下时，内机不送风；盘管温度在2338时，机器微风运转；温度高于38时，进入设定转速运行。过负荷保护是制热时当传感器检测内机盘管温度高于67时，芯片接收信号后将外风机停止，若温度下降恢复正常，外风机同时恢复运转，若温度继续上升达到72时，压机也将停止运转。三 网络拓扑随着计算机技术，网络通讯技术和分布式技术的飞速发展，智能控制网络已经出现在我们的日常生活中。智能大楼的楼宇自动化控制，也由过去的封闭式系统逐步向开放性体系转变。中央空调系统作为智能大楼的子系统也应具备开放性，高效性，方便管理，易于控制等特性。基于这种思想，我们建立一种混合型网络拓扑结构，如图3-13-1自动化楼宇中空调系统网络拓扑网络共分为四级，依次为过程层，控制层，管理层和决策层。其中决策层为大楼各个系统的主计算机，管理层为楼宇自动化系统中的中央操作站。决策层和管理层用一条TCP/IP通信总线连接组成建筑物的主干网。管理层和控制层用LonTalk和RS485控制总线连接，组成建筑物的控制网。RS485总线组要负责可编程控制器与中央站的通讯，Lontalk总线主要负责小容量开发控制器与中央站的通讯。Lontalk总线和RS485总线用路由器连接，完成两条总线通信协议的转换。上述这种结构在可靠性，可控制性和可扩展性方面都有较大的优势，其中决策层可对楼宇内中央空调总的运行状态进行综合分析，并作出最优决策。管理层可对中央空调系统的工艺参数进行集中显示与控制。控制层直接对下面过程层的DDC所监控的数据进行控制，若中央操作站发生故障不影响DDC独立工作，这样便提高了系统的可靠性，并大大减少了中央处理单元的负荷。过程层直接收集空调系统的温度，湿度，压力等工艺参数，并根据控制层的指令对工艺控制设备例如电磁阀进行控制。四 界面组态中央空调系统的组态流程图如下4-1图4-1中央空调系统的组态流程图空调系统包括五大循环系统：1） 冷冻水循环：由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻主机流出冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，各房间盘管，带走房间内热量，使房间内温度下降。同时，房间内热量被冷冻水吸收，使冷冻水温度升高。温度升高了循环水经冷冻主机后又成为冷冻水，如此循环不已。2） 冷却水循环：由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻主机进行热交换、使水温冷却同时，必将释放大量热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温冷却水压入冷却塔，使之冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降温了冷却水，送回到冷冻机组。如此不断循环，带走了冷冻主机释放热量。3） 冷媒循环：来自蒸发器的低温低压的冷媒气体被压缩机压成高温高压的气体进入冷凝器，高温高压的气体冷媒在冷凝器中放热，转变为高温高压的液体，液体冷媒经过膨胀阀有转换为低温低压的液体，低温低压的液体冷媒在蒸发器中吸热转换为低温低压的气态冷媒。4） 室外空气循环：新风风机将室外空气过滤，加温，加湿后送入室内，在室内完成热传递后排向室外的的循环。5） 室内空气循环：室内空气的循环是由回风完成的，回风系统将一部分室内空气与新风混合形成混风送入室内，可以减少系统能量的流失，达到节能目的。2、管理层界面图4-2上位机控制界面上位机的界面是由三维力控软件实现的，可以在PC机上建立友好人机界面，且图形功能完备，界面一致性好。系统管理人员可以在界面上监测混风温度，回风温度，送风温度，湿度等空调系统的被测参数，还可监控空调系统中施行设备的情况例如：加湿阀开度，新风阀开度，回风阀开度等等。管理人员还可以通过界面了解空调系统的运行状况，有无故障，系统故障报警时警示灯为红色，空调正常运行时警示灯为绿色。五 控制策略1、空调机组控制空调机组系统包括新/回风阀门驱动器、风管式温/湿度传感器、过滤 网压差报警开关、防冻报警开关、恒速风机、电动调节阀、配电装置和空调机组控制等硬件 ，该系统包括新风、回风和送风。机组启/停：机组可控制定时启/停，也可强制启 /停；风机控制：风机随机组启/停而自动启/停，也可强制启/停或机旁手动启/停，运行 时间和启/停次数累计，有风机故障报警输出网络变量；温度控制：夏季送冷风，冬季送 热风，过渡季节送新风以节能，根据回风温度与设定值的偏差，控制电动水阀，调节冷/热 水阀门的开度，使回风温度维持在设定的范围内，可进行冷/热水阀门的强制开度控制和机 旁手动开度控制(0100%)；湿度控制：在冬季模式下才进行湿度的控制。当回风湿度下 降到下限时，控制加湿阀开启，增加空气中的湿度含量；当回风湿度上升到上限时，停止加 湿阀的工作。可进行加湿阀的强制启/停控制和机旁手动启/停控制；新/回风阀门控制： 在冬/夏季新风阀门开至最小开度，回风阀门开至最大开度；在过渡季调节新/回风阀门的开 度来调节温度，亦可进行新/回风阀门的强制开度控制和机旁手动开度控制(0100%)； 联锁控制：防冻报警开关和风机、水阀、新/回风阀门联锁控制；报警：过滤网堵塞报警 、风机故障报警及防冻开关报警。2、新风机组控制新风机组系统主要由新风阀门驱动器、风管式温/湿度传感器、过滤网压 差报警开关、防冻报警开关、电动调节阀、恒速风机、配电装置和新风机组控制等硬件组成 ，该系统包括新风、送风。机组启/停：机组可控制定时启/停；风机控 制：风机随机组启/停而自动启/停，也可强制启/停或机旁手动启/停，运行时间和启/停次 数累计，有风机故障报警输出网络变量；温度控制：夏季送冷风，冬季送热风，过渡 季节送新风以节能，根据送风温度与设定值的偏差，控制电动水阀，调节冷/热水阀门的开 度，使送风温度维持在设定的范围内，可进行冷/热水阀门的强制开度控制和机旁手动开度 控制(0100%)；湿度控制：在冬季模式下才进行湿度的控制，当回风湿度下降到下 限时，控制加湿阀开启，增加空气中的湿度含量；当回风湿度上升到上限时，停止加湿阀的 工作，亦可进行加湿阀的强制启/停控制和机旁手动启/停控制；新风阀门控制：在机 组运行时，新风阀门全开，可进行新风阀门的强制开/关控制和机旁手动开/关控制； 联锁控制：防冻报警开关和风机、水阀、新风阀门联锁控制；报警：过滤网堵塞报警 、风机故障报警和防冻开关报警。3、变风量空调及末端风机盘管控制功能（1） 风机控制：由手动开关控制风机的启/