空调自动化控制原理.docx

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1、空调自动化控制原理 空调自动化限制原理说明 自动化系统是智能建筑的一个重要组成部分。楼宇自动化系统的功能就是对大厦内的各种机电设施，包括中心空调、给排水、变配电、照明、电梯、消防、平安防范等进行全面的计算机监控管理。其中,中心空调的能耗占整个建筑能耗的50%以上，是楼宇自动化系统节能的重点1。由于中心空调系统非常浩大，反应速度较慢、滞后现象较为严峻，现阶段中心空调监控系统几乎都采纳传统的限制技术，对于工况及环境改变的适应性差，限制惯性较大，节能效果不志向。传统限制技术存在的问题主要是难以解决各种不确定性因素对空调系统温湿度影响及限制品质不够志向。而智能限制特殊适用于对那些具有困难性、不完全性、

2、模糊性、不确定性、不存在已知算法和变动性大的系统的限制。“绿色建筑”主要强调的是:环保、节能、资源和材料的有效利用，特殊是对空气的温度、湿度、通风以及干净度的要求，因此，空调系统的应用越来越广泛。空调限制系统涉及面广，而要实现的任务比较困难，须要有冷、热源的支持。空调机组内有大功率的风机，但它的能耗很大。在满意用户对空气环境要求的前提下，只有采纳先进的限制策略对空调系统进行限制，才能达到节约能源和降低运行费用的目的。以下将从限制策略角度对与监控系统相关的问题作简要探讨。 2 空调系统的基本结构及工作原理 空调系统结构组成一般包括以下几部分2 3: (1) 新风部分 空调系统在运行过程中必需采集

3、部分室外的簇新空气(即新风)，这部分新风必需满意室内工作人员所须要的最小簇新空气量，因此空调系统的新风取入量确定于空调系统的服务用途和卫生要求。新风的导入口一般设在四周不受污染影响的地方。这些新风的导入口和空调系统的新风管道以及新风的滤尘装置(新风空气过滤器)、新风预热器(又称为空调系统的一次加热器)共同组成了空调系统的新风系统。 (2) 空气的净化部分 空调系统依据其用途不同，对空气的净化处理方式也不同。因此，在空调净化系统中有设置一级初效空气过滤器的简洁净化系统，也有设置一级初效空气过滤器和一级中效空气过滤器的一般净化系统，另外还有设置一级初效空气过滤器，一级中效空气过滤器和一级高效空气过

4、滤器的三级过滤装置的高净化系统。 (3) 空气的热、湿处理部分 对空气进行加热、加湿和降温、去湿，将有关的处理过程组合在一起，称为空调系统的热、湿处理部分。 在对空气进行热、湿处理过程中，采纳表面式空气换热器(在表面式换热器内通过热水或水蒸气的称为表面式空气加热器，简称为空气的汽水加热器)。设置在系统的新风入口，一次回风之前的空气加热器称为空气的一次加热器;设置在降温去湿之后的空气加热器，称为空气的二次加热器;设置 在空调房间送风口之前的空气加热器，称为空气的三次加热器。三次空气加热器主要起调整空调房间内温度的作用，常用的热媒为热水或电加热。在表面式换热器内通过低温冷水或制冷剂的称为水冷式表面

5、冷却器或干脆蒸发式表面冷却器，也有采纳喷淋冷水或热水的喷水室，此外也有采纳干脆喷水蒸汽的处理方法来实现空气的热、湿处理过程。 (4) 空气的输送和安排、限制部分 空调系统中的风机和送、回风管道称为空气的输送部分。风管中的调整风阀、蝶阀、防火阀、启动阀及风口等称为空气的安排、限制部分。依据空调系统中空气阻力的不同，设置风机的数量也不同，假如空调系统中设置一台风机，该风机既起送风作用，又起回风作用的称为单风机系统;假如空调系统中设置两台风机，一台为送风机，另一台为回风机，则称为双风机系统。 (5) 空调系统的冷、热源 空调系统中所运用的冷源一般分为自然冷源和人工冷源。自然冷源一般指地下深井水，人工

6、冷源一般是指利用人工制冷方式来获得的，它包括蒸汽压缩式制冷、汲取式制冷以及蒸汽喷射式制冷等多种形式。现代化的大型建筑中通常都采纳集中式空调系统, 这种形式的结构示意图如图1所示。 图1 空调系统结构示意图 其工作原理是当环境温度过高时，空调系统通过循环方式把室内的热量带走，以使室内温度维持于肯定值。当循环空气通过风机盘管时，高温空气经过冷却盘管的铝金属先进行热交换，盘管的铝片汲取了空气中的热量，使空气温度降低，然后再将冷冻后的循环空气送入室内。冷却盘管的冷冻水由冷却机供应，冷却机由压缩机、冷凝器和蒸发器组成。压缩机把制冷剂压缩，经压缩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

7、却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器进行蒸发吸热，使冷冻水降温，然后冷冻水进入水冷风机盘管汲取空气中的热量，如此周而复始，循环不断，把室内热量带走。当环境温度过低时，须要以热水进入风机盘管，和上述原理一样，空气加热后送入室内。空气经过冷却后，有水分析出，空气相对湿度削减，变的干燥，所以需增加湿度，这就要加装加湿器，进行喷水或喷蒸汽，对空气进行加湿处理，用这样的湿空气去补充室内水汽量的不足。 3 中心空调自动限制系统 3.1 中心空调自动限制的内容与被控参数 中心空调系统由空气加热、冷却、加湿、去湿、空气净化、风量调整设备以及空调用冷、热源等设备组成。这些设备的容量是设计

8、容量，但在日常运行中的实际负荷在大部分时间里是部分负荷，不会达到设计容量。所以，为了舒适和节能，必需对上述设备进行实时限制，使其实际输出量与实际负荷相适应。目前，对其容量限制已实现不同程度的自动化，其内容也日渐丰富。被控参数主要有空气的温度、湿度、压力(压差)以及空气清爽度、气流方向等，在冷、热源方面主要是冷、热水温度，蒸汽压力。有时还须要测量、限制供回水干管的压力差，测量供回水温度以及回水流量等。在对这些参数进行限制的同时，还要对主要参数进行指示、记录、打印，并监测各机电设备的运行状态及事故状态、报警。 中心空调设备主要具有以下自控系统:风机盘管限制系统、新风机组限制系统、空调机组限制系统、

9、冷冻站限制系统、热交换站限制系统以及有关给排水限制系统等。 3.2 中心空调自动限制的功能 (1) 创建舒相宜人的生活与工作环境 对室内空气的温度、相对湿度、清爽度等加以自动限制，保持空气的最佳品质; 具有防噪音措施(采纳低噪音机器设备); 可以在建筑物自动化系统中开放背景轻音乐等。 通过中心空调自动限制系统，能够使人们生活、工作在这种环境中，心情安逸，从而能大大提高工作效率。而对工艺性空调而言，可供应生产工艺所需的空气的温度、湿度、干净度的条件，从而保证产品的质量。 (2) 节约能源 在建筑物的电器设备中，中心空调的能耗是最大的，因此须要对这类电器设备进行节能限制。中心空调采纳自动限制系统后

10、，能够大大节约能源。 (3) 创建了平安牢靠的生产条件 自动监测与平安系统，使中心空调系统能够正常工作，在发觉故障时能刚好报警并进行事故处理。 3.3 中心空调自动限制系统的基本组成 图24为一室温的自动限制系统。它是由恒温室、热水加热器、传感器、调整器、执行器机构和(调整阀)调整机构组成。其中恒温室和热水加热器组成调整对象(简称对象)，所谓调整对象是指被调参数根据给定的规律改变的房间、设备、器械、容器等。图2所示的室温自动调整系统也可以用图3所示的方块图来表示。室温就是室内要求的温度参数，在自动调整系统中称为被调参数(或被调量)，用a 表示。在室温调整系统中，被调参数就是对象的输出信号。被调

11、参数规定的数值称为给定值(或设定值)，用g表示。室外温度的改变，室内热源的改变，加热器送风温度的改变，以及热水温度的改变等，都会使室内温度发生改变，从而室内温度的实际值与给定值之间产生偏差。这些引起室内温度偏差的外界因素，在调整系统中称为干扰(或称为扰动)，用f表示。在该系统中，导致室温改变的另一个因素是加热器内热水流量的改变，这一改变往往是热水温度或热水流量的改变引起的，热水流量的改变是由于限制系统的执行机构调整阀的开度改变所引起的，是自动调整系统用于补偿干扰的作用使被调量保持在给定值上的调整参数，或称调整量q。调整量q和干扰f对对象的作用方向是相反的。 图2 室温自动调整系统示意图 图3

12、室温自动调整系统的方块图 4 中心空调系统限制中存在的问题 4.1 被控对象的特点 空调系统中的限制对象多属热工对象，从限制角度分析，具有以下特点3: (1) 多干扰性 例如，通过窗户进来的太阳辐射热是时间的函数，受气象条件的影响;室外空气温度通过围护结构对室温产生影响;通过门、窗、建筑缝隙侵入的室外空气对室温产生影响;为了换气(或保持室内肯定正压)所采纳的新风，其温度改变对室温有干脆影响。此外，电加热器(空气加热器)电源电压的波动以及热水加热器热水压力、温度、蒸汽压力的波动等，都将影响室温。 如此多的干扰，使空调负荷在较大范围内改变，而它们进入系统的位置、形式、幅值大小和频繁程度等，均随建筑

13、的构造(建筑热工性能)、用途的不同而异，更与空调技术本身有关。在设计空调系统时应考虑到尽量削减干扰或实行抗干扰措施。因此，可以说空调工程是建立在建筑热工、空调技术和自控技术基础上的一种综合工程技术。 (2) 多工况性 空调技术中对空气的处理过程具有很强的季节性。一年中，至少要分为冬季、过渡季和夏季。近年来，由于集散型系统在空调系统中的应用，为多工况的空调应用创建了良好的条件。由于空调运行制度的多样化，使运行管理和自动限制设备趋于困难。因此，要求操作人员必需严格根据包括节能技术措施在内的设计要求进行操作和维护，不得随意变更运行程序和拆改系统中的设备。 (3) 温、湿度相关性 描述空气状态的两个主

14、要参数为温度和湿度，它们并不是完全独立的两个变量。当相对湿度发生改变时会引起加湿(或减湿)动作，其结果将引起室温波动;而室温改变时，使室内空气中水蒸气的饱和压力改变，在肯定含湿量不变的状况下，就干脆变更了相对湿度(温度增高相对湿度削减，温度降低相对湿度增加)。这种相对关联着的参数称为相关参数。明显，在对温、湿度都有要求的空调系统中，组成自控系统时应充分留意这一特性。 4.2 限制中存在的主要问题 目前中心空调系统主要采纳的限制方式是PID限制，即采纳测温元件(温感器)PID温度调整器电动二通调整阀的PID调整方式。夏季调整表冷器冷水管上的电动调整阀，冬季调整加热器热水管上的电动调整阀，由调整阀

15、的开度大小实现冷(热)水量的调整，达到温度限制的目的。为便利管理，简化限制过程，把温度传感器设于空调机组的总回风管道中，由于回风温度与室温有所差别，其回风限制 的温度设定值，在夏季应比要求的室温高(0.51.0)，在冬季应比要求的室温低(0.51.0)。 PID调整的实质就是依据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，将其运算结果用于限制输出。现场监控站监测空调机组的工作状态对象有:过滤器堵塞(压力差)，过滤器堵塞时报警，以了解过滤器是否须要更换;调整冷热水阀门的开度，以达到调整室内温度的目的;送风机与回风机启/停;调整新风、回风与排风阀的开度，变更新风、回风比例，在保证卫生度要求

16、下降低能耗，以节约运行费用;检测回风机和送风机两侧的压差，以便得知风机的工作状态;检测新风、回风与送风的温度、湿度，由于回风能近似反映被调对象的平均状态，故以回风温湿度为限制参数。依据设定的空调机组工作参数与上述监测的状态数据，现场限制站限制送、回风机的启/停，新风与回风的比例调整，盘管冷、热水的流量，以保证空调区域内空气的温度与湿度既能在设定范围内满意舒适性要求，同时也能使空调机组以较低的能量消耗方式运行。PID调整能满意对环境要求不高的一般场所，但是PID调整同样存在一些不足，如限制简单产生超调，对于工况及环境改变的适应性差，限制惯性较大，节能效果也不志向，所以对于环境要求较高或者对环境有

17、特别要求的场所，PID调整就无法满意要求了。 对于像中心空调系统这样的大型困难过程(或对象)的限制实现，一般是按某种准则在低层把其分解为若干子系统实施限制，在上 层协调各子系统之间的性能指标，使得集成后的整个系统处于某种意义下的优化状态。在限制中存在问题主要表现在: (1) 不确定性 传统限制是基于数学模型的限制，即认为限制、对象和干扰的模型是已知的或者通过辩识可以得到的。但困难系统中的许多限制问题具有不确定性，甚至会发生突变。对于“未知”、不确定、或者知之甚少的限制问题，用传统方法难以建模，因而难以实现有效的限制。 (2) 高度非线性 传统限制理论中，对于具有高度非线性的限制对象，虽然也有一

18、些非线性方法可以利用，但总体上看，非线性理论远不如线性理论成熟，因方法过分困难在工程上难以广泛应用，而在困难的系统中有大量的非线性问题存在。 (3) 半结构化与非结构化 传统限制理论主要采纳微分方程、状态方程以及各种数学变换作为探讨工具，其本质是一种数值计算方法，属定量限制范畴，要求限制问题结构化程度高，易于用定量数学方法进行描述或建模。而困难系统中最关注的和须要支持的，有时恰恰是半结构化与非结构化问题。 (4) 系统困难性 按系统工程观点，广义的对象应包括通常意义下的操作对象和所处的环境。而困难系统中各子系统之间关系错综困难，各要素间高度耦合，相互制约，外部环境又极其困难，有时甚至改变莫测。

19、传统限制缺乏有效的解决方法。 (5) 牢靠性 常规的基于数学模型的限制方法倾向于是一个相互依靠的整体，尽管基于这种方法的系统常常存在鲁棒性与灵敏度之间的冲突，但简洁系统的限制牢靠性问题并不突出。而对困难系统，假如采纳上述方法，则可能由于条件的变更使得整个限制系统崩溃。 归纳上述问题，困难对象(过程)表现出如下的特性: 系统参数的未知性、时变性、随机性和分散性; 系统时滞的未知性和时变性; 系统严峻的非线性; 系统各变量间的关联性; 环境干扰的未知性、多样性和随机性。 面对上述空调系统的特性，因其属于不确定性困难对象(或过程)的限制范畴，传统的限制方法难以对这类对象进行有效的限制，必需探究更有效

20、的限制策略。 5 限制策略的选取 对于困难的不确定性系统而言，由于被控对象(过程)的特性难于用精确的数学模型描述。用传统的基于经典限制理论的PID限制和基于状态空间描述的近代限制理论方法来实现对被控对象的高动静态品质的限制是特别困难的，一般都采纳黑箱法，即输入输出描述法对限制系统进行分析设计，大量引入人的能量与才智、阅历与技巧。限制器是用基于数学模型和学问系统相结合的广义模型进行设计的，也就是说对不确定性困难系统的限制一般采纳智能限制策略5。这类限制系统具有以下基本特点: (1) 具有足够的关于人的限制策略、被控对象及环境的有关学问以及运用这些学问的才智; (2) 是能以学问表示的非数学广义模

21、型和以数学描述表示的混合过程，采纳开闭环限制和定性及定量限制相结合的多模态限制方式; (3) 具有变结构特点，能总体自寻优，具有自适应、自组织、自学习和自协调实力; (4) 具有补偿和自修复实力、推断决策实力和高度的牢靠性。 智能限制策略的突出优点是充分利用人的限制性能，信息获得、传递、处理性能的探讨结果和心理、生理测试数据，建立限制者“人”环节的模型，以便与被限制对象机器的模型相互协作，设计人机系统，为系统分析设计供应敏捷性。例如，当建立被限制对象模型很困难时，可以建立限制者模型，如建立限制专家模型、设计专家限制器等;当建立限制者模型很困难时，可以建立被限制对象模型; 而设计被控对象模型有困

22、难时，又可建立“限制者被限制对象”的联合模型，即限制论系统模型，如“人人”限制论系统的对策论模型。由于现代传感变换检测技术和计算机硬件相关技术的发展基本上已经妥当地解决了限制系统中的硬件问题，难点在于信息的处理和信息流的限制，因此其限制目标的实现和限制功能的完成往往采纳全软件方式。不同的限制策略所构造出的算法其困难程度、鲁棒性、解耦性能等差别是很大的，在技术实现上软硬件资源成本也不同，人们期盼的是成本最低的限制策略，在这方面仿人智能限制6策略具有其独特的优势。仿人智能限制是总结、仿照人的限制阅历和行为，以产生式规则描述人在限制方面的启发与直觉推理行为，其基本特点是仿照限制专家的限制行为，限制算

23、法是多模态的和多模态限制间的交替运用，并具有较好的解耦性能和很强的鲁棒性。从困难系统限制工程实践的阅历看，选取仿人智能限制策略还是明智之举。除了仿人智能限制策略，还有模糊限制策略、专家系统限制策略等。 6 工程实现与监控信息平台的选择 大型困难系统限制的工程实现中除了低层的DDC限制外，由于各子系统须要结集协调，有大量的信息须要实时处理和存储。从限制论层次考虑，无论管理信息还是限制信息，限制的本质都是对信息流的限制和信息的处理，因此信息平台的选取是至关重要的，应从系统工程角度妥当处理工程实现问题，既要使建设系统的软硬件成本最低，又要考虑系统运行维护升级换代及扩展与发展的长期效益，对系统进行优化

24、配置，保证系统的长期牢靠稳定运行。硬件当然是限制系 统实现的基础，但在大型困难系统限制中强调的应不再是硬件，如传感装置、仪器仪表、传动装置、执行机构等，应变更某些由于技术背景等缘由造成的轻视软件重硬件的倾向，避开因信息平台选取不当而形成大量的自动化“孤岛”，给企业的信息化留下隐患，使大量的珍贵信息资源沉淀、流失。目前市场上可供运用的国内外工业限制组态软件不少，但用于大型困难系统未必都那么合适。事实上，各软件厂商在设计系统时各有侧重，实现技术与设计方案也各有自己的显明特点，都是为了解决自动化限制问题供应手段与方案，但解决问题的深度和广度是有较大差别的，这正是设计中有待解决的问题。 7 结束语 由

25、于中心空调系统在楼宇自动化系统节能中占据的特别地位，显示出了对中心空调系统限制模式进行探讨的重要意义。本文针对该系统温、湿限制问题进行了较为具体地分析，并介绍了智能限制策略的突出优点，为同类系统的设计供应了有益的帮助。 当热泵型空调器运行于制冷工况时，四通阀换向使图中实线接通。这时，室内换热器成为蒸发器，而室外换热器成为冷凝器。从室内换热器来的低温低压过热气经四通阀和消声器进入气液分别器分别出液体后，干过热气被压缩机吸入压缩成为高温高压的气体徘出，气体经四通阀进入室外换热器放热冷凝，成为过冷液。过冷液经毛细管阻力降压后成为低温低压两相流体，进入室内换热器蒸发吸热(此时室内空气被降温)，再一次经

26、四通阀和气液分别器进入下一循环：图中过滤器主要用于制冷剂与压缩机油的分别，以保证换热器的换热效率。 当热泵型空调机运行于制热工况时，四通阀换向使图中虚线接通。这时、室内换热器成为冷凝器，室外换热器成为蒸发器。从室外换热器来的低温低压过热气经四通阀和消声器进入气液分别器，分别出液体后，干过热气被压缩机吸入压缩成为高温高压的气体徘出，气体经四通阀进入室内换热器放热冷凝(此时，室内空气被加热)成为过冷液，过冷液经毛细管阻力降压后成为低温低压两相流体进入室外换热器蒸发吸热，随后过热气经四通阀和气液分别器进入下一循环。 空调自动化限制原理 仪表限制自动化总结 自动化限制专业简历 自动化限制工作职责 史志材料 自动化限制 志高空调自动化实习报告 自动化展,自动化工业限制展,自动化仪器仪表展 煤矿自动化限制系统 关于自动化限制的论文 机械手自动化限制 本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第18页 共18页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页