中央空调设计

1、吉林建筑大学电气信息工程系毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 本课题研究意义 随着我国经济的逐步增长，商业发展也正在加快，商业广场对环境的要求也越来越高，对于空调的需求越来越大，专业的空调系统更是成为了商业广场不可缺少的重要部分。 我国是一个幅员辽阔的国家，地理、气候条件极为复杂，拥有多样的气候类型。这就必须要求我们的空调系统具有多样性的特点。如何根据不同的气候特征选择合适的空调形式，如何在系统设计中充分考虑不同气候的影响及商业广场环境的要求，这是我们在发展中央空调时应当考虑的问题。但是在实现中央空调控制的同时，我们引入了组态系统，iFIX软件便是目前比较领先的一款组态软件，在企业生产技术不断

2、提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，iFIX是世界领先的工业自动化软件解决方案，提供了生产操作的过程可视化、数据采集和数据监控。iFIX可以帮助您精确地监视、控制生产过程，并优化生产设备和企业资源管理。它能够对生产事件快速反应，减少原材料消耗，提高生产率，从而加快产品对市场的反应速度，提高用户收益。由于运用了直观的图形工具，iFIX的用户可以快速上手，简单快捷地为他们的生产过程创建高性能的过程窗口。1.2 ifix发展概况 IFIX是全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件，已有超过300，000套以上的软件在全球运行。世界上许多最成功的制造商都依靠 GE Fanuc的iFIX软件

3、来全面监控和分布管理全厂范围的生产数据。在包括商业，冶金、电力、石油化工、制药、生物技术、包装、食品饮料、石油天然气等各种工业应用当中，iFIX 独树一帜地集强大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成为任何生产环境下全面的HMI/SCADA解决方案。 利用iFIX各种领先的专利技术，可以帮助企业制定出更快、更有效的商业及生产决策，以使企业具有更强的竞争力。1.3 设计内容商场空调系统是一种普便可见的空调系统，属于商业空调的范畴内，主要作用是为消费者或商场设备的可靠运行提供环境温度、湿度、洁净度保障的空调设备。如为保障电气控制室内设备正常运行而使用的恒温恒湿空调机、商场中超市食品使用的低温单

4、元式空调机等等。商用空调与家用空调或工业空调在很多方面存在不同。工业空调属于工艺性空调范畴，家用空调或民用空调属于舒适性空调的范畴。工业空调的设计是以实现大面积恒温为主要目的，室内人员的舒适性是很重要的。本次设计的生产车间空调系统无具体要求，所以该系统为普通的生产车间空调系统，其包括新风、回风、排风的调节，使用冷热水盘管并通过温度、湿度、压力传感器来保证生产车间的各项指标要求，利用压差开关、防冻开关来保护空调系统的安全，最后用送风机来完成送风。整个设计过程利用Excel CARE软件编程，编程内容包括：设备图表、控制策略、逻辑开关及时间程序。通过以上步骤，设计出完整的生产车间空调系统，使该系统

5、能够更加节能且满足工业生产车间的需求。1.4 空调系统及工业空调系统1.4.1 空调系统空调系统是指用人为的方法处理室内空气的温度、湿度、洁净度和气流速度的系统。可使某些场所获得具有一定温度、湿度和空气质量的空气，以满足使用者及生产过程的要求和改善劳动卫生和室内气候条件。空调系统中典型的空气处理设备包括风机盘管（FCU,Fan Coil Unit）、新风机组（FAU，Frensh Air Handle Unit）和空调机组（AHU，Air Handling Unit）,它们的容量是根据空调房间设计负荷选择的。但在空调的实际运行中，由于房间受到内部和外部的干扰量不断的变化，而使室内热湿负荷不断变

6、化，因此空气处理设备的自动控制系统需要对有关调节机构进行调节，以适应空调负荷的变化，满足生产和生活对空气参数（温度、湿度、压力及洁净度等）的要求。空调系统按空气处理设备的情况可以分为以下几种类型：1. 集中式空调系统：集中式空调系统是指在同一空气处理器内对空气进行过滤、冷却（或加热）、去湿（或加湿）等处理，然后进行输送和分配的空调系统。集中式空调系统的特点是空气处理设备和风机等集中布置在空调机房内，对空气进行集中处理，通过风管系统送至空调场所。其处理空气量大，运行可靠，便于管理和维修，但机房占地面积较大。集中式空调系统需配有集中的冷源和热源，即冷冻站和热交换站。2. 半集中式空调系统：半集中式

7、空调系统又称为混合式空调系统，它首先将空调房间需要的新鲜空气进行集中处理，然后由风管系统送入房间，与空调房间内的空气处理装置如诱导器或风机盘管处理的回风混合后再送入空调区域或房间中，从而使各空调区域或房间可根据各自的要求，获得较为理想的空气调节效果。这种系统适用于空调房间多，且各房间空气参数要求不同的建筑物中。集中式空调系统和半集中式空调系统也可称为中央空调系统。3. 分散式空调系统：分散式空调系统又称为局部式空调系统或独立式空调系统。它的特点是将空气处理设备分散放置在各空调房间内。常见的分体式空调器、柜机等都属于此类。1.4.2 工业空调系统工业空调的耗电功率一般都较大，从几十kW到几千kW

8、不等，一般用3N 380V 50Hz电源。工业空调一般按每天24小时、全年运行设计，使用在寿命在15年以上。因此，工业空调的主要组成部件如压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器、风机、电机、电气元件等，均采用性能和可靠性较高的知名品牌的产品。在制造工艺方面，工业空调一般采用全钢钣金结构加面板静电喷涂烤漆处理。具有较高的防腐耐久性。工业空调在出厂前均须做性能测试，确保达到设计要求。运到用户方，还要经历安装、调试等过程，调试成功后，机组才正式投入运行。空调机组日常操作为：1. 空调机控制器的操作为当气温高，室内需要降温时，开机后由温度传感器测量温度后，经过一定的延时启动加热装置，此属正常现象，延时机组进

9、入“加热”运行状态。2. 空调机底盆的清洗由工作人员定期清洗，清洗频率为每天清洗一次底盆，以保证送出的风清爽、干净。3. 当气温较低（冬季）或湿度较高（春季、阴雨天气）时，会由控制策略中PID自动调节温度和湿度，直接将适宜空气送入室内。4. 启停风机按“启停”按钮即可。工业空调机使用注意事项为：1. 设立专人管理、专人操作；2. 水源长期保持干净；3. 不任意频密开关空调机；4. 尽量采用制冷状态，可保持空气干净；5. 不任意频繁转换环保空调机的工作状态；6. 每天应清洗环保空调机底盆；7. 每隔一个星期，清洗环保空调机隔尘网一次 ( 视乎外界环境污染情况)，可保持机组的效率；每隔一个季度要清

10、洗蒸发器一次；8. 冬季如果长时间停机，请关闭水源并将底盆的水排出及清洗干净，以免产生异味及蚊虫滋生。空调机组的使用及日常维护需要供应方和使用方共同维护，空调机组才能保证运行正常。第2章 空调系统控制2.1 空调系统组成空调系统通常包括进风部分、空气过滤部分、空气的热湿处理部分、空气的输送和分配部分以及冷热源部分。1. 进风部分是根据人对空气新鲜度的生理要求，空调系统必须有一部分空气从室外进来，称为新风。空气的新风口和风管等组成了进风部分。2. 空气过滤部分由进风部分取入的新风，必须先经过一次预过滤，以除去颗粒较大的尘埃。一般空调系统都装有预过滤器和主过滤器两级过滤装置。根据过滤的效率不同，可

11、以分为初效过滤器、中效过滤器和高效过滤器。3. 空气的热湿处理部分是把空气加热、冷却、加湿和减湿等不同的处理和过程组合在一起，统称为空调系统的热湿处理部分。热湿处理设备主要有直接接触式和表面式两大类型。（1）直接接触式：与空气进行热湿交换的介质直接和被处理的空气接触，一般是将其喷淋到被处理的空气中。喷水室、蒸汽加湿器、局部补充加湿装置以及使用固体吸湿剂的设备均属于这一类。（2）表面式：与空气进行热湿交换的介质不和空气直接接触，热湿交换式通过处理设备的表面进行的。表面式换热器属于这一类。4. 空气的输送和分配部分是将空气的输送和分配是将调节好的空气均匀地输入和分配到房间内，保证合适的温度场和速度

12、场。它由风机和不同形式的管道组成。根据用途和要求的不同，有的系统只采用一台送风机，称为“单风机”系统；有的系统采用一台送风机和一台回风机，则称“双风机”系统。本次设计采用的是“单风机”系统。5. 冷热源部分是为了保证空调系统具有加温和冷却的能力，空调系统必须具备冷热源。冷热源分为自然冷热源和人工冷热源两种。2.2 空调系统基本设备2.2.1 风机盘管控制风机盘管（FCU）为半集中式空调系统中的末端设备，由空气的加热/冷却盘管和风机组成。其控制通常包括风机转速控制和室内温度控制两部分，即可以通过控制盘管水量、气流旁通、风机转速或三者的结合来控制室内温度。风机盘管属于单回路模拟仪表控制系统，多采用

13、电气式温度控制器。其传感器与控制器组装成一个整体，可应用在客房、写字楼、公寓等场合。风机盘管控制系统一般不进入集散控制系统。近年来，有些产品有通信功能，可与集散控制系统的中央站通信。采用风机盘管的空调系统属于半集中式空调系统，风机盘管分散在各个空调房间处理空气。主要用于风机盘管加新风机组的系统形式应用十分广泛。风机盘管由加热/冷却盘管和风机组成。风机盘管的控制包括对风机的控制和对水侧电动阀的控制，根据工程的不同有不同的控制做法，目的都是达到对室内温度的调节。本次设计的生产车间空调系统属于特殊空调系统，由于工业生产的要求比较特殊，所以不能运用一般民用建筑所采用的控制简单可靠但精度不高的位式控制，

14、而采用PID控制方式，利用比例-积分-微分调节来完成风机盘管电动阀的控制。2.2.2 新风阀与回风阀控制新风电动阀、回风电动阀是运用比例调节来控制的。通常为保证空调的节能，新风与回风比例设为三比七，在空调机组安装以后，根据实际情况进行细微调试，确定新风与回风的阀开度。由于经常转动电动阀会影响其寿命，所以当第一次调试后应尽量减少对电动阀开度的改变。2.2.3 过滤网状态显示与报警在过滤网两侧装设压差开关，监视过滤网的畅通情况。当风机运行时，如果过滤网干净，滤网前后压差小于设定值；反之，如果过滤网积灰增加，滤网前后的压差变大，当超过设定值时，压差开关就会动作。这个动作的开关信号通过一路DI通道输入

15、现场控制器，控制器发出报警，提醒工作人员清洗。2.2.4 防冻保护控制防冻保护的作用是防止冬季盘管冻裂，这在北方地区是十分必要的。防冻开关的控制是通过在整个新风机组的前端的温度传感器（AI）对新风温度与设定值的比较来控制的，如果温度的测试值小于设定值，则防冻开关动作，并停止风机转动，关闭风阀，使整个机组停止工作，从而达到保护机组防止其冻裂的效果；如果温度测试值超过设定值，新风机组可以正常运作。2.2.5 温湿度的检测及控制新风机组的入口、出口及回风处均设有温湿度变送器，接至现场控制器的AI输入通道上，分别对空气的干球温度和相对湿度进行监测，以便更好的控制冷热水的阀开度，从而保证送风温度。混合风

16、温湿度实测值与设定值比较，将其差值通过PID运算，输出模拟的0-10V信号，对冷/热水阀开度进行调节，同时控制加湿阀的开度，从而维持送风温湿度的设定值。其中，冬季工况式热水阀与新风温度成正比，夏季工况时冷水阀与新风温度成正比，温度控制曲线如图2-1所示。本次设计所用的温度传感器是霍尼韦尔公司生产的T7411风管式温度传感器，它适用于通风空调系统，能用于排风、回风和送风等空气温度的测量，它的测量范围是-20+80。而所用的湿度传感器是H7011A风管式湿度传感器，它是一个电容式相对湿度的风管式传感器，它的湿度测量范围在5-95%R.H.之间。100%热水阀冷水阀新风的温度0 冬季温度设定值夏季温

17、度设定值图2-1 温度控制曲线图第3章 CARE软件3.1 CARE软件概述一个暖通空调（HVAC）控制系统一般有控制器和设备组成，控制器可以是EXCEL 5000系列的控制器，设备按类型分为空调系统、冷冻水系统和热水系统。常用控制系统是一个被控的机械设备系统。例如一个设备可以是温湿度控制器、锅炉、冷冻机、也可以由锅炉、加热器、水泵、传感器和其他装置组成的变风量系统（VAV）。基于机械物理原理，每种装置都有其输入或输出。控制器和设备通过它们的输入或输出连接，设备与控制器的连接方式按使用的总线类型分C-Bus或LON-Bus，设备通过运行在控制器中的应用程序控制（控制策略、逻辑开关、时间程序等）

18、。例如传感器温度值变化，执行器驱动调节阀到适当的位置来补偿温度偏差。CARE控制系统模型为一个暖通空调控制系统在CARE中由一个“控制器-控制点-设备连接图”模型来实现。图3-1控制器设备连接图控制器是由CARE应用程序提供控制的一种智能化处理的能力，在控制器中可以存储程序和数据点的控制信息。控制器与数据点交换信息，控制器接受数据点（输入点）状态信息，经CPU处理，输出对数据点（输出点）的控制信息。设备原理图是将设备的连接由一个表示设备的安装和布局情况的图表描绘的。图3-2 设备原理图数据点在图表的底部，箭头表示装备控制点的输入输出。箭头包括颜色代码、方向（向下是输入，向上是输出）和一些表示额

19、外信息的特殊符号。设备图表可以选择不显示元件符号，只用三角形箭头来表示控制点。表3-1 数据点示意表点类型颜色三角形方向图形图形数字量输入绿色向下模拟量输入红色向下数字量输出蓝色向上模拟量输出紫色向上Flex 点浅蓝向上 CARE中通过是否和设备的输入输出点连接来区分物理点（硬件点）和软件点（虚拟点）。软件点用来做为软件程序计算处理的结果。控制点按照一定的标准来分类，按点类型分模拟量和数字量等，按地址分（OaTemp表示室外空气温度）。在EXCEL 5000系统中，每个点都对应唯一的用户地址。通过在设备图表中加控制策略、逻辑开关和时间程序来控制装置。在控制过程中，控制器和设备通过运行在控制器中

20、的程序运算处理来交换数据，控制点数据交换根据相关的控制逻辑等来执行。控制器和依附的设备的相关信息被保存在工程中。控制器和设备使用公用的通讯协议连接到一个通讯总线上，能够互相通讯。CARE支持其设计者霍尼维尔的C-Bus（本地LON-Bus）、开放式的LON-Bus（LonWorks）和第三方的总线类型如Meter-Bus。在CARE中，除总线类型外，设备在总线上的物理分布通过网络结构来表示，如下图3-3所示。图3-3 工程系统图控制程序由CARE提供的4个主要应用程序来设计控制程序，它们分别是设备图表、控制策略、逻辑开关和时间程序。设备图表是将实际的装置在CARE中用一个图表来表示，可以显示装

21、置在设备的位置和分布顺序。控制策略是在设备图表创建后进行编写的，它是一种能使控制器智能化的管理操纵系统。控制策略定义了一个基于触发条件、数学计算和时间日程表等的控制回路。控制策略可以基于模拟量和开关量。CARE软件提供了标准的控制算法如比例-积分-微分调节（PID）、取最小值、取最大值、取平均值和排序等。逻辑开关是除了控制策略，对于开关量的控制如开关状态要在图表中编写的逻辑开关。是基于逻辑或、逻辑与和逻辑与非的逻辑表。比如，开关逻辑可以定义回风机在送风机启动一段时间后启动。时间程序是利用设置时间来控制设备的开关，使之与其使用时间相符。定义一个每日时间表（如周日、周末、节假日）并分配给周时间表。

22、输入/输出的连接是根据使用的硬件和总线类型，利用CARE软件，为设备与控制器提供的两种连接方式，即输入与输出。端子分配（C-Bus）的意义是，如果控制器和设备已经连接在C-Bus上，控制器会有IP或者分布式I/O模块，那么装置的输出/输入相应的控制点将会自动的分配到控制器终端，可以在控制器终端看到并可以重新布局。图3-4 端子分配图绑定（开放式LON-Bus）是如果一个LON控制器和其他的第三方LON装置连接到一个开放式的LON-Bus上，控制器既不使用IP也不用I/O模块。相反地，装置输入/输出对应的控制点是没有赋值的，那么需要通过拖、拽没赋值的点到LON装置的点位（称为网络变量NVs）。这

23、个连接各个LON装置的过程称做绑定。图3-5 LON控制器示意图下载应用程序到控制器是在设备上完成原理图、控制策略、逻辑开关和时间程序的编辑后，应用程序文件可以编译成控制器可识别的格式，然后这个文件可以下载到控制器并开始调试控制器。3.2 CARE软件特性CARE软件提供一种图形化编程工具，来方便的编写能下载到EXCAL5000控制器的程序。CARE包括以下几个主要的内容：1. C-Bus和LON-Bus网络；2. 原理图；3. 控制策略；4. 逻辑开关；5. 点属性；6. 点映射文件（可选）；7. 时间程序；8. 文档管理。支持的控制器和装置包括：1. Excel 10/50/80/100/

24、500/600控制器； 2Excel Smart 控制器；3. Smart I/O模块；4. 分布式I/O模块；5. OPS控制器；6. Excel IRC；7. Excel Elink可兼容LON协议和其他霍尼韦尔的LON装置的线性阀门执行器M7410G；8. 第三方的LON装置。Excel 10 应用软件是使用一个Excel 10区域管理控制器作为C-Bus连接的EXCEL 5000与E-Bus连接的Excel 10控制器。为了实现C-Bus和E-Bus之间的点映射，Excel 10区域管理控制器应具有除没有硬件点外的Excel 100的所有功能。Excel 10应用软件包括使用VAV1（

25、标准变风量系统）的Q7750A1xxx（1000系列）和包括Q7750A2xxx区域管理器的2000系列，它使用VAV2和FCU式的通讯控制器。OPS控制器（开放式点位服务器），也称为OLink控制器，在CARE中能象Excel 500控制器一样定义。外部总线系统信息比如来自M-Bus的信息，能够通过子系统点位与CARE点位的简单映射集成到一起。第4章 HONEYWELL控制器及选择4.1 控制器控制器的定义是按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。4.1.1 Excel 500控制器Excel 500是一个可自由编程监控系统，专

26、门用于楼宇管理的控制器。它采用最新的直接数字控制（DDC）技术，其模块化设计，尤其适用于中型建筑，如学校、酒店、办公楼、商场和医院等。Excel 500除了在供暖、通风及空调（HVAC）控制方面的应用外，在能源管理上也有广泛的应用，包括优化启/停，夜间净化，最大负荷需求。一条系统总线最多可连接四台中央站。Excel 500控制器具备一个LonWorks总线接口，可以容许众多Honeywell以及其他第三方生产的控制器和设备能过互通使用。最多可有512个LonWorks网络变量可以被映射成数据点。该系统可将调制解调器或者ISDN终端适配器连接到公共电话网上并进行通讯，连接到西门子M20终端设备上

27、可实现900 MHz GSM网络无线通讯。模块化设计使系统易于扩展，从而满足建筑物扩建的需要。数据点的用户地址和一般的语言描述都存储在控制器内，因此，通过操作界面就可以实现本地查看而不需要中央PC机。每个Excel 500控制系统最多有5个机箱及16个输入/输出模块，它包括128个物理点和256个虚拟点（C-BUS总线通讯），其内部插入式I/O模块和经LonWorks总线分布式I/O模块可一起使用，拥有易于控制并带有6行显示的LCD。可通过GSM进行无线通信，且系统可利用Honeywell的CARE编程工具进行编程并下载到Flash EPROM中。它的增强控制器功能包括报警、趋势和全局性播送滞

28、后、网络时间同步和固化软件，可经调制解调器和C-BUS总线下载。表4-1 Excel 500系统的模块模块类型描述XC5010C计算机模块用于Excel 500（分布3式I/O模块需要）；UL916和UL864核准XC5210C大容量RAM型Excel 500XP502电源模块XF521A/526模拟输入模块XF522A/527模拟输出模块XF523A数字输入模块XF524A/529数字输出模块XF525A三位输出模块（浮动控制）Excel 500系统是Excel 5000控制器系列的一部分，该系统可自由编程并能作为独立控制器使用，也可以经C-BUS总线（9.6千波特至76.8千波特）作为一个

29、最多接有30台控制器的网络的一部分，Excel 500系统通过机箱内插入的I/O模块或二线LonWorks总线连接Honeywell分布式I/O模块或Smart I/O模块实现能源管理和控制功能。Excel 500的机箱有四个插槽用于模块的插入（见表4-1）。该主设备由CPU模块（XC5010C CPU），电源模块（XP502）和两个附加的I/O模块以及通信模块组成。另外，最多有四个Excel 500机箱（没有CPU和电源模块）能串行连接，为附加模块提供插槽。一个Excel 500系统最多连接16个I/O模块（箱内插入的模块和分布式模块数量总和），不可超过128个输入输出点。每一系统相同型号的

30、模块最多十块。另外，Excel 500能够与任何LonWorks产品进行通信。最多可有 512 LonWorks NV可以被映射成数据点。Excel 500程序的三个来源分别是：1该控制器具备永久存储在EPROM中的多种标准功能程序，用户可以从中选择应用。用户程序是汇集而成，不需要在编制更多程序。2. 对于标准的HAVC技术应用，可在Windows环境下利用Honeywell的CARE编程工具按照需要自由编写。3.利用图形化的设计示意图表、仪器和控制策略，可以自动生成用户程序。表4-2 模块功能型号类型数量XLF521模拟输入模块8路输入（AI1-AI8）XLF522模拟输出模块8路输出（AO

31、1-AO8）XLF523数字输入模块12路输入（DI1-DI12）XLF524数字输出模块6路隔离转换开关XFL521、522、523和524模块是数字量和模拟量I/O模块，在一座楼宇中，安装在带有策略性的位置。作为EX-CEL5000系统的组成部分，这些模块把传感器信号转换为输出信号，提供给操作执行器。每个I/O模块插在基准端子块上面，而端子块经过内置Echelon Lon母线可以与CPU进行通讯。端子块带有弹簧端子，很方便地同现场中各种传感器和执行器进行连接。I/O模块可以从系统中拆除而不会影响其他模块的动作。这种模块和端子块安装在DIN导轨上，极为方便。4.1.2 Excel Smart

32、I/O模块Excel Smart I/O模块为可联合的LonMark装置，并且能够因此而用于所有开放式LonWorks环境。它们具备与各种软件配置的数字和模拟输入输出口并适合安装于整个建筑的任何战略位置。这些模块能够将从传感器上通过物理方式输入的信号转换成网络变量并可将网络变量转换成物理输出信号传送给工作的执行器。这些输入和输出（通过Honeywell的LonWork的Windows插件程序进行灵活配置）的不同混合使得Excel Smart I/O能够完美地适应大范围智能分布式应用。可以从Excel Smart I/O产品的十种具备不同分类并用于连接大范围类型的传感器和执行器的万用输入、数字输

33、入、模拟输出和继电器输出中进行选择。所有模块输入和输出都有最大40Vdc和24Vac的过压保护。附随每个模拟输入/输出的额外电源输出接线端也可用于对现场设备的24Vac供电。此外，单独的输入和输出可以通过Honeywell的LonMaker Windows软件插件进行灵活的配置。因此，四个快速数字输入都可以用于来自干接点或集电极开路的静态输入或者频率达20Hz的累计信号，而万用输入可用于来自特定型号的传感器的模拟信号（取决于类型）或者用于变压输入或慢速数字输入（最大频率等于0.25Hz）。XFC 2D05和2D06以及XFC3D04、3D05和3D06都配备有六个三位手动超驰开关。通过使用Ho

34、neywell的软件插件，这些开关都可以通过配置，超驰控制继电器或模拟输出。这些模块还具有是个LED指示灯显示这些个别的他们各自的输入/输出状态。XFC 2D05和2D06以及3D05和3D06（长形机箱）都配备有一个使它们的电压控制在230Vac（+10%/-15%），后备功耗（为所有输出关闭，所有输入开放，所有LED指示灯除了电源LED指示灯以外都熄灭）小于10VA的变压器；所有其它型号（短形机箱）都需要24Vac（±20%）；在这种情况下，后备功耗小于5VA。所有模块都配置有一个电源LED指示灯以及一个LonWorks服务按钮和相应的服务指示灯。所有模块都配套附有匹配的接线端保

35、护盖和旋转标签夹持器。4.1.3 Excel 50控制器Excel 50控制器内设有通信能力可作为房间或区域控制器而集成到霍尼韦尔EXCEL 5000系统或开放式LonWorks网络上与Excel 10控制器或第三方产品进行通信。该产品还可以作为独立的控制器使用。典型的应用区域包括供暖系统、区域供暖系统以及饭店、商店、办公室和小型的政府机构大楼的空调设备。依照LonMark互操作性指南V3.0，Excel 50支持标准的LonMark网络变量。它可提供22个整体的输入输出并支持对等网络通信；因此，如果遇到大型应用场合，不同的控制器可衔接和访问。系统固化软件存储在位于应用模块（插入控制器机壳内的

36、独立模块）内的EPROM或FlashEPROM内。通过下载Flash EPROM可轻松升级操作系统。Excel 50可作为一个可配置的控制器，备有适用于每组应用的不同应用程序模块。在此情况下，利用Lizard程序选择器可选择专用程序然后通过人机界面或外部接口将该程序最为类型代码输入。LonMark NV的个数（通常为60）是有所选的程序所判定的；也可作为自由编程的控制器，具有利用霍尼韦尔CARE编程工具编写的程序模块以及最多达46个LonMark NV。 Excel 50的输入/输出分别包括八个模拟输入通道，四个数字输入通道，四个模拟输出通道和六个数字输入通道，所有输入和输出都受到24Vac至

37、35Vdc之间的过电压保护，数字输出由可更换的熔断器进行短路保护。4.2 模块选择本次设计的模块选择为Excel 500控制器，它具有模拟量输入通道八路、模拟量输出通道八路、数字量输入通道12路和数字量输出通道六路。而本空调系统的物理点类型分别为模拟量输入六个、模拟量输出五个、数字量输入五个以及数字量输出一个，其中模拟量输入信号分别为新风的温度传感器、新风的湿度传感器、回风的温度传感器、回风的湿度传感器、送风的温度传感器和送风的湿度传感器；模拟量输出信号分别为新风阀、回风阀、热水阀、冷水阀及加湿阀；数字量输入信号分别为压差开关、防冻开关、风机压力开关、风机故障开关和风机状态开关；数字输出信号为

38、风机的启停。第5章 设备原理图5.1 绘制目的及原理图定义设备原理图定义了设备中使用的装置以及它们之间的连接方式，为一个工程设计和修改设备原理图。原理图是将诸如锅炉、加热器、水泵等片段的适当组合，片段由传感器、状态点、阀门及水泵等装置组成。为了达到控制效果，每个片段要有必要数量的点用来控制。在原理图的工作区，可以加入或插入片段、删除片段以及修改系统自动生成的点的类型和用户地址。CARE库中预先定义好的片段叫做宏，也可以更方便的使用宏来快速添加片段到原理图，或者保存创建的片段作为一个宏，以便在以后方便地从库中调出使用。5.2 原理图区域5.2.1 原理图区域原理图区域为在菜单栏下，显示所选择的所

39、有片段的区域。原理图由风机、传感器、风阀等片段（装置）构成。在原理图的底部三角箭头表示数据点，它们以颜色和三角形方向来区分点的类型( 向上为输入，向下为输出)，并且用一个符号表示额外的信息，物理点的具体描述如下表5-1所示。表5-1 物理点示意表颜色三角箭头方向符号点类型绿色向下-数字量输入红色向下0模拟量输入蓝色向上-数字量输出紫色向上0模拟量输出硬件点类型的定义为连接到控制器的设备的实际点，输入信号到控制器或控制器输出指令信号到装置。CARE中定义了四种基本的硬件点，如果点的类型和实际装置的类型不匹配，必须修改点类型或点属性参数，4种基本点类型图标如下图5-1所示。开关量输入（DI）开关量

40、输出（DO）模拟量输入（AI）模拟量输出（AO）图5-1 基本点图标示意图。双击三角符号，可以查看该点的类型及用户地址。点击一次，三角符号变黑色，表示选中该点，来修改点的用户地址及属性。一个控制所包含的硬件点有一个上限的，比如Excel 500 最多128个，Excel 100 最多36个，Excel 80 最多24个等。Flex 点代表一个或多个硬件点，这种点可以通过操作终端来操作或显示关联的硬件点以及它们的数值。Flex点类型包括Pulse_2、 Multistage和DO_Feedback_DI三种。加入、插入或删除片段的目的是通过这个步骤来创建或修改一个设备原理图。通常按照从左到右的原

41、则来安排片段顺序。比如一个热水系统，先加入一个锅炉，然后是热水循环泵，其次是泵的故障信号和手自动信号。根据设计方案选择合适的片段，注意结合控制要求选择片段中相应的控制点。如果在设计原理图时经常要用到某些片段及其组件，可以把它保存为宏。宏是一个指定了组件如传感器、状态点等的片段。当使用时不必像选择一个片段那样经多次选择而是直接调出。比如将a single-speed supply fan with no volume control and auxiliary contact status定义为宏，可以方便的命名，在使用时快速调出加入到原理图中，每个宏都有一个唯一的个性化的名字。5.2.2 原理

42、图绘制思想 如下图5-2所示为一段新风、回风和排风的风阀及新风检测图，主要功能为检测新风的温度及湿度，并将检测结果输入到上位机，以便于后面对新风进行处理。图中前一部分为新风、回风风阀，为了达到节能的目的，新风与回风有一定的比例，这个比例通常会设定为新风比回风是三比七，在空调机组安装完成后，对新风和回风风阀进行调试，设置到合适位置后为了保证风阀的寿命，在之后的使用中尽量减少风阀的转动。后一部分为温度及湿度传感器，把新风的温、湿度传感器信号输入到DDC系统控制器，进行回风及新风焓值计算，按新风和回风焓值比例来控制回风阀的开度，也是为了更好的达到节能的效果。图5-2 新风、回风和排风风阀及新风检测图

43、下图5-3表示的是两个安全开关，第一个开关是一个压差开关，它的作用是过滤新风，在过滤网两侧装设压差开关，监视过滤网的畅通情况。当风机运行时，如果过滤网干净，滤网前后压差小于设定值；反之，如果过滤网积灰增加，滤网前后的压差变大，当超过设定值时，压差开关就会闭合。这个闭合的开关信号通过一路DI输入现场控制器，控制器发出报警，提醒工作人员清洗。第二个开关是一个防冻开关，防冻保护的作用是防止冬季盘管冻裂。防冻开关的控制是通过在整个新风机组的前端的温度传感器（AI）对新风温度与设定值的比较来控制的，如果温度的测试值小于设定值，则防冻开关开启，并停止风机转动，关闭风阀，使整个机组停止工作，从而达到保护机组

44、防止其冻裂的效果；如果温度测试值超过设定值，新风机组可以正常运作。图5-3 安全开关原理图 下图5-4表示的是一组加热、制冷和加湿装置，这套装置是保证新风的温度湿度的装置，温湿度的控制是通过整个新风机组前端的温湿度传感器来控制的，系统通过前端温湿度传感器的测量值通过PID调节控制加热、制冷和加湿的阀门开度。图5-4 加热、制冷、加湿调节控制图 下图5-5为一组送风及检测装置，图中前一部分为一个送风风机。风机的作用是通过对室内外空气的处理，可以保证室内空气常换常新，清新自然。该风机有五个物理点，其中一个为数字量输出点，三个为数字量输入点。数字量输出点的功能是控制风机的启停，三个数字量输入点的功能

45、分别是故障的检测、风机压力差信号和风机的状态。后面一部分是温度、湿度传感器，通过这组传感器来监控通过送风风机送出的风的各项指标，将检测信号传送到DDC控制器，使室内温湿度及风速都达到最适合的状态。图5-5 送风及检测装置图 下图5-6所示为回风检测装置图，图中温度、湿度传感器是为了检测回风的各项数值，通过检测的数值来了解室内温度，从而调节加热、制冷或加湿阀的开度，达到节能减排的作用。图5-6 回风检测装置图 下图5-7是上面各部分的合成，也是此次设计的整体设备原理图，接下来通过该图来设计控制策略、开关逻辑和时间程序，从而完成整个系统的设计。图5-7 整体设备原理图第6章 控制策略设计6.1 C

46、ARE软件控制策略设备的控制策略是设计环境监视、调整设备运行的控制回路，使控制器具有一定的智能化来控制环境参数在一个舒适的水平。 例如当房间温度低于希望的温度设定时，系统通过编好的控制策略如PID调节来调节冷水或热水阀门的开度，维持温度在设定值。控制回路由一套“控制图标”组成，这些控制图标提供了预先编好的功能和算法，用以实现期望的控制目的。系统提供的控制图标中包括PID调节功能，最大、最小值功能等。每个设备可以有不止一个控制回路。每个控制器最多有128个控制图标，即控制器下所有的设备中使用的控制图标不能超过128个。每个控制器最多可以有40个PID控制图标,即该控制器下所有的设备中使用的PID

47、控制不能超过40个。控制图标提供了软件预先编好的功能和算法，如下表6-1所示。利用这些标准的控制功能可以在设备原理图基础上快速建立控制策略。每个控制图标都有一个I/O对话框来定义输入和输出（可以是硬件点、软件点或是其它的控制图标的I/O），有些控制图标还有内部参数设置对话框，用来定义实现控制图标功能所需的参数。表6-1 控制图标功能表控制图标功能名图标名功能描述加法ADD两个以上的模拟点输入求和减法DIF两个以上的模拟点输入求差PIDPIDPID控制器选通开关SWI根据一个数字量，选通不同的控制回路数据传递IDT将值从一个控制图标传递到其它图标或点6.2 控制策略设计此次设计的生产车间空调系统

48、是一个无特殊要求的空调系统，主要设计其的加热、制冷和加湿的比例调节，通过PID调节及一些联动设计出车间空调系统的控制策略。下图6-1为一个加热、制冷控制策略图，这组回路用到的图标有PID调节图标、数据传递图标、选通开关图标和减法图标。因为加热和制冷的PID调节输入均为温度传感器所测量到的温度，所以运用数据传递图标将一个传感器温度分别传递到加热部分的PID图标和制冷部分的PID图标。由于阀的开度是由给定值与测量值的差值控制的，给定值由下面的伪点也就是内部软件店进行控制。但是在制冷方面，如果只利用一个PID图标控制阀开度，那么就与正常的逻辑是反的，所以要加一个减法图标，把PID图标的Y与它的X2相

49、连，在X1处设定为100，达到100与PID的Y相减作为最后的阀开度，而加热控制可以用PID图标直接控制。考虑到加热和制冷的联动问题，要考虑空调机组的状态，所以还要运用选通开关来与压差开关联动，保证空调机组过滤网未堵塞，与防冻开关联动以保证送风温度不会导致导管冻裂等问题，与风机压力开关联动来确保风机为堵塞，与风机故障开关联动来确保风机未发生故障。选通开关的输入分别是XD1、X2和X3，它的输出为Y，XDI与需要联动的设备物理点相连，用X2连接其他图标表示当XD1为开启可以联动，X3输入0表示当XD1为0时不能联动Y正常与阀的物理点相连，但当有几个选通开关时，Y需要与下一个要联动的图标的X2连接

50、。当上述条件均符合时，加热或制冷阀开始动作。下图6-2为加湿控制策略图，加湿阀的控制与上图加热控制基本相同。同样利用PID调节，需要与压差开关、防冻开关、风机压力开关和风机故障开关进行联动。当条件满足时，PID对加湿装置进行调节。图6-1 加热制冷控制策略图图6-2加湿控制策略图第7章 开关逻辑的设计7.1 CARE软件开关逻辑开关逻辑为实现点的数字逻辑（布尔）控制提供一个易于使用的Excel逻辑表的方法，减少了到现场开关设备的硬件接线。开关表规定了Excel控制器相关的输出点，决定开关状态以及输入条件。若开关条件满足，控制器就把经过编程的信号传给输出点。对单段的一个控制器来说，可以有多个开关

51、逻辑表并行工作（“或”功能）。异或表防止软件给一个输出点传送超过一个“真”条件。也可以设定一个开或关的时间延迟，例如在送风机启动30秒后，开关逻辑启动回风机。开关逻辑必须基于一个已经建好的设备原理图之上。 开关逻辑比控制策略有更高的优先级。当开关逻辑进行控制的时候，控制策略则不能使用。只有当开关逻辑释放了这个点后，控制策略才起作用。开关逻辑通常和控制策略结合使用。7.2 开关逻辑的设计开关表包括行和列，每一行代表一个点或者一个输出情况，包括用户地址、值和切换状态。表中的第一行表示需要的输出结果。如下图7-1的输出结果图，表示满足下面的开关表条件后延迟2秒启动风机。图7-1 风机输出结果图结果行

52、的点必须是一个输出点、虚拟点或标志位点。对于数字点输出，结果可以是1或0，对应数字量输出的两个状态；对于模拟量输出，结果是一个值。比如阀门开度可以是0到100的值，如下图7-2的热水阀输出结果图表示满足开关表时延时两秒后将水阀开到100%。图7-2 热水阀输出结果图直接点击输出点的三角符号或者调出一个虚拟点或标志位点，可以创建第一行。或者从库里里调出保存为宏的开关逻辑表指派到设备上。表中结果行以下的各行定义了实现输出结果所需的条件。CARE软件规定后继行必须使用与逻辑来实现结果行命令。只有这些条件都为真时才能给结果行输出命令。直接点击输入、输出点的三角符号或者调出一个虚拟点或标志位点，可以在后

53、继行中加入该点的制约条件，也可以使用数学公式功能。在真值表中的“1”和“0”有特定的含义。可以在文本编辑器中自己定义0和1对应的状态。通常定义0为关闭，1为启动。一个数字点在开关表中占一行，模拟点占两行。模拟点的第一行包括用户地址和比较符号（如大于等于），第二行包括设定值和死区。最后一列两种点都是开关状态。一个开关表最多可以包含11个数字量或5个模拟量制约条件。开关表只能伸展到窗口的最下方。开关表中可以数字点条件和模拟点条件混合使用。在开关中可以使用或逻辑。或逻辑表示只要有一个条件是真，CARE软件就能给结果行发出命令。对一个输出结果，最多可以定义10个或逻辑。考虑到工程实际中，比如多台设备同

54、时启动会对电力提出很高的要求，我们可以设计一些时间延迟程序，让设备依次启动。延迟程序包括开延迟、关延迟以及周期性延迟。图7-3、7-4分别为开延迟示意图和关延迟示意图。时间延迟可以加在结果行，也可以加在条件行中，表示不同的含义。加在结果行中，表示延迟一段时间执行开关表输出结果。加在条件行中，表示该点要维持设定状态一段时间后该条件才有效。参考上面例子中对开关表的分析。图7-3 开延迟示意图图7-4 关延迟示意图下图7-5为该设计的风机开关逻辑，图中第一行为风机的输出结果行，表示当满足下面条件时，过三十秒钟延迟后开启风机。结果行后都为开关逻辑中的条件行，该风机启动有两个可能启动的方式。一种为压差开

55、关为1状态、防冻开关为1状态、风机压力开关为1状态、风机故障报警为1状态且当回风温度检测到大于等于25摄氏度（偏差为2）时风机启动。另一种为压差开关为1状态、防冻开关为1状态、风机压力开关为1状态、风机故障报警为1状态且回风温度检测到小于20摄氏度（偏差为2）时风机仍应启动。风机开关逻辑考虑到实际应用中的电力要求问题，所以均有设有延迟，与延迟均为十秒钟，而且下面条件行均满足后，风机经过30秒延迟后开启。图7-5 风机开关逻辑图下图7-6为该设计的热水阀开度开关逻辑图，图中第一行为热水阀的输出结果行，表示当满足下面条件时，过10秒钟延迟后开启热水阀。结果行的条件行分别表示压差开关为1状态、防冻开

56、关为1状态、风机压力开关为1状态、风机故障报警为1状态且当回风温度检测到小于等于18摄氏度（偏差为2），并且上述条件全部满足时风机启动。热水阀开关逻辑同样有延时，它的与延时为3秒，条件全部满足后延时10秒钟后将热水阀开度开到100%。图7-6 热水阀开度开关逻辑图下图7-7为该设计的冷水阀开度开关逻辑图，图中第一行为冷水阀的输出结果行，表示当满足下面条件时，过10秒钟延迟后开启冷水阀。结果行的条件行分别表示压差开关为1状态、防冻开关为1状态、风机压力开关为1状态、风机故障报警为1状态且当回风温度检测到大于等于34摄氏度（偏差为2），并且上述条件全部满足时风机启动。热水阀开关逻辑也有延时，它的与延时为3秒，条件全部满足后延时10秒钟后将冷水阀开度开到100%。图7-7 冷水阀开度开关逻辑图下图7-8中a图和b图表示为该设计的加湿阀开度开关逻辑图的两级开关逻辑，图中第一行为加湿阀的输出结果行。加湿阀设有两级开关逻辑。第一级开关逻辑为，当压差开关为1状态、防冻开关为1状态、风机压力开关为1状态、风机故障报警为1状态且回风湿度检测大于等于50%（偏差为2%）时，将加湿阀开度开到0%，也就是关闭加湿阀。加湿阀的与延时为3秒，条件满足后过10秒钟加湿阀动作。第二级开关逻辑为，当压差开关为1状态、防冻开关