鮑玲玲 趙陽 王子勇 蘇秀 榮雅靜

摘 要： 為了提高空調(diào)的舒適性，使空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)單、功能豐富，提出PLC+變頻器+組態(tài)軟件的舒適性空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括空調(diào)系統(tǒng)的制冷、空氣處理和流體輸配3部分，將室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)檢測(cè)作為空調(diào)自控的調(diào)節(jié)內(nèi)容，自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)包括監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)、報(bào)警和自動(dòng)聯(lián)鎖等。自控系統(tǒng)可根據(jù)需求和負(fù)載變化實(shí)現(xiàn)較高的匹配度和調(diào)節(jié)效率，減少冷熱源和機(jī)械設(shè)備能耗，提高空氣調(diào)節(jié)質(zhì)量和人體熱舒適。結(jié)果表明，此設(shè)計(jì)能保障空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制質(zhì)量，同時(shí)提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率、降低能耗，使得空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)化運(yùn)行變得簡(jiǎn)單、靈活、方便。

關(guān)鍵詞： 空調(diào)系統(tǒng)； PLC； 傳感器； 熱舒適； 控制模式； 組態(tài)軟件

中圖分類號(hào)： TN964?34； TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）18?0022?06

Application of PLC in comfortable air conditioner automatic control system

BAO Lingling， ZHAO Yang， WANG Ziyong， SU Xiu， RONG Yajing

（Hebei University of Engineering， Handan 056038， China）

Abstract： The design idea of a comfortable air conditioner automatic control system consisting of the PLC， frequency converter and configuration software is proposed to improve the comfortable performance of the air conditioner and make the air conditioning system run reliably， have simple operations and multiple functions. The design content of the automatic control system includes the refrigeration， air processing， and fluid supply of the air conditioning system. With the indoor environment quality detection as the adjustment content for automatic control of the air conditioner， the tasks of the automatic control system include monitoring， adjustment， alarming， automatic interlocking and so on. The automatic control system can realize high matching degrees and adjustment rates according to the requirement and load variation， reduce cold and heat sources and energy consumption of the mechanical equipment， and improve air adjustment quality and human body thermal comfort. The result shows that the design can ensure the monitoring and control qualities of the air conditioning system， improve running efficiency of the system， reduce energy consumption， and make parameterized operation of the air conditioning system simple， flexible and convenient.

Keywords： air conditioning system； PLC； sensor； thermal comfort； control mode； configuration software

0 引 言

社會(huì)的高度信息化、智能化使得工業(yè)及民用設(shè)備也實(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能化?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）以微型計(jì)算機(jī)為技術(shù)核心，面向通用工業(yè)控制的裝置，PLC將傳統(tǒng)的繼電器?接觸器中電氣控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)整合，具有程序編寫簡(jiǎn)單容易、交互性好、環(huán)境適應(yīng)性好、功能多樣、精度較高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，被用于自動(dòng)控制領(lǐng)域?？照{(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制是空調(diào)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，這會(huì)使得空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)單、功能豐富?？照{(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行涉及全年各季節(jié)變化的空氣處理狀態(tài)、流體輸配、空氣質(zhì)量和熱舒適等內(nèi)容，針對(duì)空氣調(diào)節(jié)的精度和實(shí)施場(chǎng)景，選擇合適的傳感器和機(jī)械設(shè)備，能保障空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制質(zhì)量，同時(shí)提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低能耗。運(yùn)用適當(dāng)?shù)慕缑嬖O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和操作邏輯，使得空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)化運(yùn)行變得簡(jiǎn)單、靈活、方便。

1 PLC工作原理

1.1 PLC

PLC是用于工業(yè)控制的專用電子計(jì)算機(jī)設(shè)備，區(qū)別于一般計(jì)算機(jī)是其便于接線，可以擴(kuò)展功能模塊，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。PLC用邏輯編程取代硬連線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能。PLC從結(jié)構(gòu)上分為整體式和模塊式兩種，其內(nèi)部組成相似，基本組成包括中央處理模塊、儲(chǔ)存器模塊、輸入/輸出模塊、編程器及電源模塊，如圖1所示 [1]。

1.2 工作原理及過程

PLC硬件內(nèi)部為大規(guī)模集成電路制作的微處理器和存儲(chǔ)器，依次循環(huán)執(zhí)行存儲(chǔ)的控制程序語句，產(chǎn)生控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備?？照{(diào)控制系統(tǒng)常用的輸入設(shè)備包括控制開關(guān)、按鈕開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、溫濕度傳感器等，可將數(shù)字量或模擬量的信號(hào)傳入中央處理器，經(jīng)處理后將輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作，空調(diào)系統(tǒng)中常用的被控對(duì)象有電磁閥、電動(dòng)閥、加熱器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、變頻器等設(shè)備。

PLC得電后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)測(cè)下按順序循環(huán)掃描用戶程序，完成查詢、判斷和執(zhí)行等任務(wù)。當(dāng)PLC運(yùn)行后，首先系統(tǒng)初始化，清除內(nèi)部繼電器和復(fù)位定時(shí)器等，再對(duì)電源、PLC內(nèi)部電路、用戶程序語句進(jìn)行檢查，且每個(gè)掃描周期都需要自診斷；然后在通信信息處理掃描中進(jìn)行PLC之間，PLC與計(jì)算機(jī)之間，PLC與外部設(shè)備交換信息，把PLC運(yùn)算的結(jié)果存入輸出映像區(qū)對(duì)應(yīng)的位置；再傳送到外部被控設(shè)備的執(zhí)行器上，在每個(gè)掃描周期中都要進(jìn)行信息輸入/輸出處理，并把外部輸入的信號(hào)狀態(tài)存入輸入映像區(qū)，把運(yùn)算處理后的結(jié)果存入輸出映像區(qū)。

2 空調(diào)系統(tǒng)用傳感器

傳感器[2?3]是自動(dòng)控制系統(tǒng)的觸覺單元，采集并傳輸被控系統(tǒng)的狀態(tài)，其精度范圍、應(yīng)用場(chǎng)所、傳輸信號(hào)類型、信號(hào)補(bǔ)償方式、安裝方式等都應(yīng)在設(shè)計(jì)中根據(jù)系統(tǒng)要求仔細(xì)考量[4]。

2.1 溫度傳感器

溫度傳感器能感受溫度并以模擬量信號(hào)傳輸，分為熱電阻式和熱電偶式兩類，熱電阻又分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻。金屬熱電阻當(dāng)溫度升高1 ℃，其阻值增加0.4%～0.6%?？照{(diào)系統(tǒng)中常用熱電阻分度值為Pt100和Pt10的鉑電阻，其精度高，性能穩(wěn)定可靠，但是電阻溫度系數(shù)較??；或使用Cu50和Cu100的銅電阻，其電阻溫度系數(shù)較大，電阻值與溫度呈線性關(guān)系，價(jià)格便宜，但是電阻率低，易氧化。半導(dǎo)體熱敏電阻由金屬氧化物制成，當(dāng)溫度升高1 ℃其阻值減少3%～6%，可測(cè)量溫度-100～300 ℃，其電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，電阻率大，熱慣性小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是互換性差，呈非線性特性，穩(wěn)定性和可靠性不足。熱電偶式是由兩個(gè)不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成閉合回路，產(chǎn)生接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)，通過補(bǔ)償導(dǎo)線轉(zhuǎn)換后遠(yuǎn)距離傳輸，其性能穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，體積小，響應(yīng)速度高，測(cè)溫技術(shù)與集成電路的發(fā)展將溫度傳感器、校正電路、變送電路等集成為電路芯片，常用的模擬集成溫度傳感器（如AD590）和數(shù)字集成溫度傳感器（如DS18B20）。

2.2 濕度傳感器

空調(diào)系統(tǒng)中溫度和濕度是相互關(guān)聯(lián)的熱工參數(shù)，其熱量不僅與顯熱量有關(guān)還和潛熱量有關(guān)，因此空調(diào)系統(tǒng)的測(cè)量中會(huì)涉及到濕度測(cè)量，常見的電子式濕度傳感器有氯化鋰電阻濕度傳感器（如DWS?P型）、高分子電阻式濕度傳感器、高分子電容式濕度傳感器（如RHS型）、金屬氧化物陶瓷濕度傳感器（如MgCr2O4?TiO2陶瓷和NiO陶瓷）和金屬氧化物膜濕度傳感器（如BTS?208型和CM8?A型）。

2.3 流速及流量傳感器

人體熱舒適與空氣流動(dòng)速度有關(guān)，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要對(duì)送風(fēng)速度和室內(nèi)氣流速度分布進(jìn)行檢測(cè)得知室內(nèi)的空氣流動(dòng)狀況。風(fēng)速常用熱線風(fēng)速傳感器測(cè)量，分為恒流型和恒溫型兩種。恒流型探頭由加熱金屬鉑絲與測(cè)溫用銅?康銅熱電偶組成，其電路簡(jiǎn)單，反應(yīng)靈敏，體積小功耗低，使用方便，可同時(shí)測(cè)風(fēng)速和溫度，但在變溫變阻的條件下使用時(shí)易老化，穩(wěn)定性減弱。恒溫型熱敏電阻風(fēng)速傳感器由風(fēng)速探頭和風(fēng)溫自動(dòng)補(bǔ)償熱敏電阻制成，其熱慣性小，靈敏度高，體積小，低風(fēng)速可至0.04 m/s，溫度范圍在5～40 ℃時(shí)補(bǔ)償精度為1%，可用于常溫常濕潔凈空氣氣流速度的測(cè)量，但功耗大。室外大氣環(huán)境風(fēng)速可用機(jī)械式風(fēng)速儀測(cè)量，將產(chǎn)生的模擬量信號(hào)進(jìn)行傳輸和記錄。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中多采用激光多普勒測(cè)速儀測(cè)量流速可最大程度減少對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)。

為了解空調(diào)系統(tǒng)的能耗和節(jié)能情況常需要測(cè)量系統(tǒng)的流量，空調(diào)水系統(tǒng)中常用電磁流量計(jì)將信號(hào)正比放大并輸出顯示，其阻力損失小，無相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量范圍寬，精度高，可測(cè)量正反方向流體，但是不適用于測(cè)量導(dǎo)電率很低的液體及氣體、蒸汽等。超聲波流量計(jì)不僅可以測(cè)量液體，也可以測(cè)量氣體。因此常用于空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件，阻力損失小，適用于清潔氣體和液體，也可測(cè)量非導(dǎo)電性液體，油水混合物，但是不能測(cè)量固體粒子的體積含量大于5%的液體和氣泡的體積含量大于1%的液體。此外渦街流量計(jì)除具有電磁流量計(jì)以上特點(diǎn)外，幾乎不受流體物性影響，使用壽命長(zhǎng)，輸出的頻率信號(hào)便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量與微機(jī)連接，可用于氣體、液體和蒸汽的流量測(cè)量。

2.4 壓力及壓差傳感器

空調(diào)系統(tǒng)中壓力也是常用狀態(tài)參數(shù)，在自動(dòng)控制中也要采集房間正負(fù)壓、過濾器前后壓差或管道中的壓力，用于調(diào)節(jié)且維持安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。常用的有壓電式壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、線性特性、頻率響應(yīng)高、量程大，但是需要高阻抗的直流放大器，元件絕緣良好；應(yīng)變式壓力傳感器多用于一般要求的動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量；壓阻式壓力傳感器的靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)很好、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是受溫度影響，需補(bǔ)償后提高靜態(tài)特性和穩(wěn)定性。

2.5 建筑室內(nèi)環(huán)境測(cè)試用傳感器

建筑環(huán)境控制是多方面的綜合效應(yīng)，人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)要求越來越高，因此對(duì)室內(nèi)污染物濃度、空氣品質(zhì)、光環(huán)境、聲環(huán)境和電磁環(huán)境的監(jiān)測(cè)與控制成為新的方向，由此構(gòu)成一個(gè)更完備的建筑環(huán)境控制系統(tǒng)[5]。室內(nèi)空氣品質(zhì)相關(guān)測(cè)試的儀器和傳感器有薄膜電容微音器測(cè)COx，電導(dǎo)法測(cè)SO2，電子捕獲檢測(cè)器及熱導(dǎo)檢測(cè)器測(cè)TVOCs，蓋革計(jì)數(shù)器測(cè)射線強(qiáng)度，室內(nèi)噪音測(cè)量用聲級(jí)器和聲壓傳感器，測(cè)量光環(huán)境的照度計(jì)和光敏半導(dǎo)體傳感器元件。

3 空氣調(diào)節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)

3.1 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控與控制

空調(diào)系統(tǒng)檢測(cè)與控制的主要內(nèi)容包括監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)、報(bào)警和自動(dòng)聯(lián)鎖三個(gè)方面。在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)（如流體的溫度、壓力、流速流量，電氣的電壓、電流和功率等）和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（如啟停、事故狀態(tài)等）進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)某些運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)地保持規(guī)定值或按預(yù)定規(guī)律變化、設(shè)備或控制部件按程序啟停、工況自動(dòng)轉(zhuǎn)換和自動(dòng)安全保護(hù)[6]。操作人員管理系統(tǒng)運(yùn)行，制定控制策略和實(shí)施調(diào)節(jié)與控制的依據(jù)是檢測(cè)，也是自動(dòng)控制的重要內(nèi)容和前提。

空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備包括了空調(diào)冷源設(shè)備、熱源設(shè)備、空氣處理設(shè)備（如空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管）以及管道（風(fēng)管、水管和氟利昂管）輸配設(shè)備、冷卻設(shè)備等，這些設(shè)備依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范詳細(xì)計(jì)算選用并形成一個(gè)容量相互匹配、運(yùn)行相互協(xié)調(diào)的綜合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化運(yùn)行和維護(hù)良好的室內(nèi)空氣質(zhì)量?？照{(diào)系統(tǒng)在控制時(shí)有多干擾性、多工況性和溫濕度相關(guān)性的特點(diǎn)[7]。多干擾性如日射熱量受時(shí)間和氣象條件的變化而變化，人員變動(dòng)，設(shè)備啟停變化，通風(fēng)換氣，門窗滲透等；多工況性是指空調(diào)處理的季節(jié)性，至少分為冬季、夏季和過渡季節(jié)；溫度和濕度不是完全獨(dú)立的變量，而是一組相關(guān)函數(shù)關(guān)系。PLC作為控制器通常有多種控制模式，如雙位開關(guān)控制，比例控制（P），比例積分控制（PI），比例微分控制（PD），比例積分微分控制（PID），步進(jìn)控制，聯(lián)動(dòng)控制，延時(shí)控制，運(yùn)行模式切換，邏輯推理，冷熱量計(jì)算，超限報(bào)警等。PLC在實(shí)際工程中必須要對(duì)控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行采樣，實(shí)際上存在著時(shí)刻的偏差值和滯后性，溫濕度常用的PID調(diào)節(jié)的基本數(shù)學(xué)模型用微分方程表達(dá)為[2，8]：

[P=Kce+1TIedt+TDdedt] （1）

傳遞函數(shù)表達(dá)為：

[φ=Kc1+1TIS+TDS] （2）

式中：P表示偏差比例；Kc表示放大系數(shù)；e表示實(shí)際值與給定值的控制偏差；TI表示積分時(shí)間常數(shù)；TD表示微分時(shí)間常數(shù)。實(shí)際采樣時(shí)刻[t=iTS]（TS為采樣周期）按數(shù)值逼近的迭代方法計(jì)算，表達(dá)為：

[Pi=Kcei+TSTIj=0iej+TDTS（ei-ei-1）+P0] （3）

式中：Pi表示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置狀態(tài)；P0表示計(jì)算機(jī)的輸出值時(shí)位置狀態(tài)初始點(diǎn)，當(dāng)采樣周期足夠小時(shí)可以認(rèn)為是連續(xù)控制過程。在實(shí)際應(yīng)用中為了消除累積誤差，提高算法的精度，方便實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)的切換，消去P0擾量，常采用其增量式表達(dá)為：

[ΔPi=Kc1+TSTI+TDTSei-Kc1+2TDTSei-1+ KcTDTSei-2] （4）

3.2 空調(diào)系統(tǒng)各部分自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

3.2.1 空調(diào)制冷系統(tǒng)部分自控

空調(diào)制冷系統(tǒng)的自動(dòng)控制包括6個(gè)方面[9]：

1） 制冷設(shè)備的開停機(jī)順序，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)為冷卻塔風(fēng)機(jī)→冷卻水泵→冷凍水泵→冷水機(jī)組，停機(jī)時(shí)應(yīng)為制冷壓縮機(jī)→冷凍水泵→冷卻塔風(fēng)機(jī)→冷卻水泵，要保證冷水機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)冷凝器散熱良好，蒸發(fā)壓力適中不結(jié)冰；

2） 制冷系統(tǒng)各設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)，冷水機(jī)組必須在冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵和冷凍水泵啟動(dòng)后開機(jī)，冷卻水泵開機(jī)后應(yīng)延時(shí)（1～3 min）后再開啟冷水機(jī)組，冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵和冷凍水泵出現(xiàn)故障停機(jī)后，冷水機(jī)組也應(yīng)停止工作；

3） 制冷系統(tǒng)運(yùn)行切換，制冷系統(tǒng)常設(shè)置多臺(tái)冷水機(jī)組及對(duì)應(yīng)的泵，在不同負(fù)荷需要時(shí)可自動(dòng)或手動(dòng)組合多種系統(tǒng)容量；

4） 對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)測(cè)，除各設(shè)備的手動(dòng)控制按鈕外，還需設(shè)置設(shè)備正常運(yùn)行及故障指示、報(bào)警，并檢測(cè)設(shè)備的電流和電壓的安全狀態(tài)；

5） 冷水機(jī)組壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)采用星?三角啟動(dòng)，多機(jī)頭逐次啟動(dòng)，減輕電網(wǎng)沖擊；

6） 冷水機(jī)組安全保護(hù)，冷水機(jī)組與冷凍水和冷卻水的溫度、壓力有關(guān)，與壓縮機(jī)吸氣、排氣的壓力、溫度有關(guān)，設(shè)置冷水低溫保護(hù)繼電器、供油溫度保護(hù)繼電器、壓縮機(jī)內(nèi)部高溫保護(hù)繼電器、壓縮機(jī)低壓壓力保護(hù)繼電器、壓縮機(jī)高壓壓力保護(hù)繼電器等進(jìn)行聯(lián)鎖控制，其任一出現(xiàn)故障觸點(diǎn)斷開后壓縮機(jī)自動(dòng)停機(jī)，機(jī)組本身應(yīng)具備該控制功能和通信功能。

3.2.2 空氣處理機(jī)組部分自控

空氣處理機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)中重要的設(shè)備，一般由多個(gè)功能段組成，完成對(duì)空氣的過濾、冷卻、加熱、減濕和加濕處理等功能，對(duì)空調(diào)機(jī)組的控制涉及對(duì)空氣處理過程、空氣流量、各處理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及保護(hù)、及各設(shè)備之間的動(dòng)作聯(lián)動(dòng)，對(duì)機(jī)組控制的目的是將室內(nèi)溫濕度保持在設(shè)定范圍內(nèi)，監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行情況?？諝馓幚頇C(jī)組的監(jiān)控原理如圖2所示[10]。

空調(diào)機(jī)組夏季工況運(yùn)行時(shí)，控制溫濕度關(guān)聯(lián)性需要用信號(hào)選擇器對(duì)溫度和濕度信號(hào)進(jìn)行選擇，選取最不利調(diào)節(jié)冷卻盤管的水量，使之滿足溫度或濕度要求，另一參數(shù)再利用其他功能段調(diào)節(jié)?？諝馓幚頇C(jī)組（或新風(fēng)機(jī)組）需監(jiān)測(cè)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，風(fēng)機(jī)過載報(bào)警、風(fēng)機(jī)氣流狀態(tài)和手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)；監(jiān)測(cè)機(jī)組的送風(fēng)溫濕度；過濾器的壓差報(bào)警和清洗提示；在北方冬季或蒸發(fā)溫度過低時(shí)防凍報(bào)警；設(shè)備啟停與各類閥件之間的聯(lián)鎖；運(yùn)行工況的選擇和轉(zhuǎn)換；風(fēng)系統(tǒng)的消防火災(zāi)聯(lián)動(dòng)和報(bào)警；運(yùn)行參數(shù)的采集、處理、繪制與顯示。變風(fēng)量系統(tǒng)中考慮室內(nèi)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和變風(fēng)量末端在制冷/制熱轉(zhuǎn)換時(shí)改變作用方向。

3.2.3 流體輸配部分自控

空調(diào)水系統(tǒng)的控制分為定流量和變流量?jī)煞N，在變水量系統(tǒng)中隨空調(diào)末端負(fù)荷的變化所需水量也需變化，一般選擇供回水干管壓差作為控制參數(shù)，改變水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，再用壓差旁通閥和水泵變頻控制供水量，壓差旁通控制相對(duì)簡(jiǎn)單，水泵變頻更加節(jié)能[11]；定流量系統(tǒng)則是通過改變蒸發(fā)溫度和冷凝溫度來實(shí)現(xiàn)，水系統(tǒng)能耗占空調(diào)總能耗的15%～20%，機(jī)組和水泵的容量都較大。

3.3 空氣調(diào)節(jié)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空調(diào)系統(tǒng)由冷水機(jī)組、冷卻塔、空調(diào)機(jī)組（新風(fēng)機(jī)組）、風(fēng)水輸配系統(tǒng)及空調(diào)房間室內(nèi)盤管等組成，其工作示意圖如圖3所示。

空調(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行后，要進(jìn)行溫度和濕度控制，溫度控制是溫度傳感器檢測(cè)室溫，其溫度信號(hào)模擬量信號(hào)輸入PLC，與所設(shè)定舒適溫度參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，再由PLC控制冷水機(jī)組或電加熱器的自動(dòng)調(diào)節(jié)，由送風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)送入室內(nèi)進(jìn)行室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)節(jié)，此過程中由溫濕度傳感器對(duì)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行連續(xù)反饋，由PLC控制實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組的自動(dòng)控制。 冷水機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行后PLC根據(jù)檢測(cè)信號(hào)和設(shè)定參數(shù)的差額，改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速或進(jìn)氣量，控制冷凝器出口溫度。冷水機(jī)組產(chǎn)生的熱量由冷卻水轉(zhuǎn)移至冷卻塔，通過熱濕交換單元熱擴(kuò)散到室外空氣中。

3.3.1 PLC選型

選擇PLC具有極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、操作便捷、內(nèi)置豐富的集成功能、實(shí)時(shí)通信能力和豐富的擴(kuò)展模塊。需滿足空調(diào)控制工藝要求，且預(yù)留I/O點(diǎn)做擴(kuò)展使用便于系統(tǒng)改造升級(jí)?？捎肧TEP7?Micro/WIN32 編程軟件、PC/PPI通信電纜及PC端對(duì)S7?200PLC進(jìn)行用戶程序編寫。

3.3.2 傳感器選型

近年來半導(dǎo)體集成溫度傳感器發(fā)展最快，其內(nèi)部采用差分對(duì)管等線性化技術(shù)及激光校準(zhǔn)手段等，測(cè)溫電路簡(jiǎn)單且可靠。這類傳感器在生產(chǎn)時(shí)已經(jīng)校準(zhǔn)，省去標(biāo)定工序方便用戶的使用，其輸出信號(hào)有電流型、電壓型、數(shù)字型、PWM型等。本設(shè)計(jì)中應(yīng)用電流型、電壓型集成溫度傳感器。LM35集成電路溫度傳感器輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍。LM35無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供±[14] ℃的常用室溫精度，額定工作溫度范圍為-55～150 ℃，精度為±[34] ℃。 HM1500濕度傳感器的精度較高，穩(wěn)定性能好，響應(yīng)速度快，測(cè)量范圍大，反應(yīng)時(shí)間較快，溫度依賴性比較低，互換性好，固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)浸水無影響，長(zhǎng)時(shí)間處于飽和狀態(tài)后能快速脫濕，抗污染能力強(qiáng)，其側(cè)面為接觸式濕敏電容與濕度信號(hào)調(diào)理器集成在一個(gè)模塊中，采用恒壓供電，輸出伏特電壓信號(hào)與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系[12]。

3.3.3 變頻器選型

變頻器與受控電機(jī)相互匹配，變頻器的選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動(dòng)機(jī)的額定電流，或者變頻器所適配的電動(dòng)機(jī)功率大于當(dāng)前該電動(dòng)機(jī)的功率[13]，根據(jù)系統(tǒng)功能的需求選擇FR?A540變頻器，其容量為0.4 ～7.5 kW，性能可靠，價(jià)格低廉。

4 組態(tài)軟件

在開發(fā)工業(yè)控制軟件時(shí)當(dāng)工業(yè)被控對(duì)象出現(xiàn)變動(dòng)后就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長(zhǎng)。已成功開發(fā)的工控軟件對(duì)控制項(xiàng)目的針對(duì)性強(qiáng)，難以或不能重復(fù)使用導(dǎo)致價(jià)格昂貴。此外修改工控軟件的源程序時(shí)因編程人員變動(dòng)也為源程序的修改帶來困難。所以工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件為上述問題的解決提供了方案，彌補(bǔ)傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的不足，用戶可以根據(jù)控制對(duì)象及控制目的任意組態(tài)，完成自動(dòng)化控制工程項(xiàng)目。 目前國內(nèi)組態(tài)軟件市場(chǎng)是國內(nèi)品牌（組態(tài)王、MCGS、力控、FameView、世紀(jì)星）和國外品牌（iFix，Intouch，WinCC）同時(shí)并存的局面，用戶對(duì)組態(tài)軟件產(chǎn)品接受程度也日益增加，且用戶正面臨從產(chǎn)品接受度到品牌接受度的轉(zhuǎn)變期。從使用方便和性價(jià)比的角度來說，選取國內(nèi)組態(tài)軟件具有良好的工作性能，能很好地滿足控制策略的需要。本設(shè)計(jì)中空調(diào)機(jī)組組態(tài)畫面如圖4所示。

5 結(jié) 論

工業(yè)自動(dòng)化儀表和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，推動(dòng)了空調(diào)技術(shù)和空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制水平的提高。空調(diào)系統(tǒng)的傳感器選擇決定了監(jiān)測(cè)和控制的精度和水準(zhǔn)，要根據(jù)具體的應(yīng)用條件對(duì)比選用。介紹了空調(diào)系統(tǒng)中常用的各類傳感器及其適用范圍。PLC需要采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)樣本，常用的空調(diào)系統(tǒng)用傳感器包括溫度、濕度、流速流量、壓力壓差、室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)檢測(cè)等。比較各類傳感器優(yōu)缺點(diǎn)和適用性?？照{(diào)系統(tǒng)檢測(cè)與控制的任務(wù)是監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)、報(bào)警和自動(dòng)聯(lián)鎖，其設(shè)計(jì)包括制冷部分和空氣處理過程控制。PID增量式調(diào)節(jié)為常用的控制器控制模式。介紹了空調(diào)系統(tǒng)的制冷部分、空氣處理部分、流體輸配部分的控制方法和技術(shù)手段。自控系統(tǒng)可根據(jù)季節(jié)變化和負(fù)載變化，靈活控制空氣處理設(shè)備的運(yùn)行臺(tái)數(shù)及其溫度和濕度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)不同負(fù)載，啟停適當(dāng)?shù)脑O(shè)備及其臺(tái)數(shù)，提高設(shè)備使用壽命，降低了設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，體現(xiàn)PLC控制在空調(diào)系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)。組態(tài)軟件也為自動(dòng)控制人機(jī)交互、參數(shù)化調(diào)整提供了方便，PLC聯(lián)合變頻器及組態(tài)軟件將會(huì)在空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制和節(jié)能運(yùn)行中發(fā)揮重要作用。

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