【正文】 能滿(mǎn)足室內(nèi)環(huán)境的舒適性要求。在這方面，目前國(guó)內(nèi)主要是在研制一拖二和一拖三空調(diào)器，根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)可分為如下四種方式。李家朋針對(duì)我國(guó)房間空調(diào)器普遍采用單相壓縮機(jī)的現(xiàn)狀，探索開(kāi)發(fā)出兩相變頻器，并應(yīng)用電子膨脹閥進(jìn)行變流量控制，利用16位微機(jī)并引進(jìn)模糊概念提高空調(diào)器的控制功能，為變頻空調(diào)器國(guó)產(chǎn)化作出了大膽的探索。空調(diào)水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行可以有效地減少空調(diào)系統(tǒng)能耗和建筑總能耗，提高能源利用率，對(duì)減少溫室氣體排放，減輕環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。起動(dòng)電流通常為額定值的5倍左右，電機(jī)在如此大的電流沖擊下，進(jìn)行頻繁的起停，對(duì)電機(jī)、接觸器觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧沖擊，也會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)一定沖擊，起動(dòng)時(shí)帶來(lái)的機(jī)械沖擊和停止時(shí)的承重現(xiàn)象也會(huì)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)、軸承、閥門(mén)等造成疲勞損傷。第二，空調(diào)主機(jī)選型容量加大，在冷負(fù)荷估算值加大后，空調(diào)主機(jī)制冷量也相應(yīng)的加大。有個(gè)例子可以很好的說(shuō)明這些，中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷凍水泵和冷卻水泵，一年四季長(zhǎng)期在固定的最大流量下工作，但由于季節(jié)、晝夜和用戶(hù)負(fù)荷的變化，在絕大部分時(shí)間內(nèi)，空調(diào)的實(shí)際熱負(fù)載與決定水泵流量和壓力的最大設(shè)計(jì)負(fù)載相比，一年中負(fù)載率在50％以下的小時(shí)數(shù)約占全部運(yùn)行時(shí)間的60%以上。因?yàn)槟茉词前l(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要因素，我國(guó)近年來(lái)能源短缺的現(xiàn)實(shí)，節(jié)能減排才是重中之重。舒適節(jié)能才是最符合人們對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)提出新的要求，希望在能耗更低的情況下保持室內(nèi)合適的溫度、濕度。對(duì)變頻控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送，設(shè)計(jì)了基于 USS 協(xié)議的RS485總線通訊的網(wǎng)絡(luò)。如今，人們?cè)絹?lái)越重視中央空調(diào)的舒適性和節(jié)能性，本文重點(diǎn)研究了中央空調(diào)冷凍泵機(jī)組控制系統(tǒng)，為舒適的生活工作環(huán)境及有效節(jié)能提供了技術(shù)條件。本文首先介紹了中央空調(diào)的結(jié)構(gòu)和工作原理，總結(jié)了傳統(tǒng)中央空調(diào)的缺點(diǎn)，即冷凍泵、冷卻泵不能自我調(diào)節(jié)負(fù)載，長(zhǎng)期處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，造成了極大的能源浪費(fèi)，隨著變頻技術(shù)日趨成熟，利用變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成溫差閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量達(dá)到節(jié)能目的。通過(guò)西門(mén)子 TD200 文本顯示器實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，最后使用 MCGS 工控組態(tài)軟件進(jìn)行了系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)研究。統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，傳統(tǒng)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)耗電量極大，且存在巨大的能源浪費(fèi)。建設(shè)節(jié)能型社會(huì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)宏偉目標(biāo)，構(gòu)建和諧社會(huì)的重要基礎(chǔ)保障[1]。一般冷凍水設(shè)計(jì)溫差為5～7℃，冷卻水的設(shè)計(jì)溫差為4～5℃，在系統(tǒng)流量固定的情況下，全年絕大部分運(yùn)行時(shí)間溫差僅為1～3℃，即在低溫差、大流量情況下工作，從而增加了管路系統(tǒng)的能量損失，嚴(yán)重浪費(fèi)了水泵運(yùn)行的輸送能量。第三，水系統(tǒng)中通過(guò)節(jié)流閥或調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)流量、壓力，冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)中消耗了水泵較大的輸送能量。為此，如果能通過(guò)冷凍水供回水溫度、壓差，冷卻水泵的流量等工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并對(duì)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化起停，使空調(diào)系統(tǒng)高效、節(jié)能運(yùn)行，將產(chǎn)生非常明顯的經(jīng)濟(jì)效果。 中央空調(diào)控制的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 中央空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展在單室內(nèi)機(jī)的房間空調(diào)器方面變頻技術(shù)、微電腦和電子膨脹閥在空調(diào)器上的應(yīng)用為空調(diào)器的智能控制創(chuàng)造了最基本的條件。李家朋在空調(diào)器舒適性和節(jié)能運(yùn)行的控制中，提出了用表征房間熱負(fù)荷大小的“熱容C”和表征房間漏熱程度的“熱阻R”進(jìn)行模糊辯識(shí)的方法。(1)一臺(tái)定速壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)室內(nèi)機(jī)的多制冷系統(tǒng)。(3)單臺(tái)定速壓縮機(jī)多臺(tái)室內(nèi)機(jī)同時(shí)供冷(熱)系統(tǒng)。通過(guò)采用電子膨脹閥調(diào)節(jié)進(jìn)入各室內(nèi)機(jī)的工質(zhì)流量，使之滿(mǎn)足各室內(nèi)的冷(熱)負(fù)荷要求，改變壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)所需要的工質(zhì)循環(huán)量，并采用軟硬件相結(jié)合的方式調(diào)節(jié)室內(nèi)外風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、四通閥、室內(nèi)機(jī)的風(fēng)向調(diào)節(jié)板等可控部件，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的高舒適性和系統(tǒng)的節(jié)能控制。集散型中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)在我國(guó)的智能建筑中得到廣泛應(yīng)用，其自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制和管理功能是相當(dāng)優(yōu)越的，自動(dòng)化程度高，節(jié)約了大量的勞動(dòng)力和運(yùn)行費(fèi)用[3]。智能型空調(diào)器是一個(gè)綜合技術(shù)的聚合體，開(kāi)發(fā)難度較大，現(xiàn)在的樣機(jī)或產(chǎn)品在控制模式上、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性方面相比國(guó)際先進(jìn)技術(shù)還存在很大的差距，有待于進(jìn)一步的研究和提高。變流量空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，與控制技術(shù)和水泵變頻技術(shù)的發(fā)展是緊密相聯(lián)的，可以說(shuō)變流量技術(shù)是隨著變頻技術(shù)的出現(xiàn)才逐漸發(fā)展起來(lái)的[4]。從九十年代術(shù)期開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)及電子技術(shù)的高速發(fā)展，變流量技術(shù)也得到深入的發(fā)展。各種類(lèi)型的PID控制器因其參數(shù)物理意義明確、易于調(diào)整，并且具有一定的魯棒性，因而得到了廣泛的應(yīng)用。 本研究課題的主要工作本文在分析和綜合了PID控制的特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)以及中央空調(diào)控制任務(wù)的基礎(chǔ)上，對(duì)中央空調(diào)冷凍水機(jī)組采用傳統(tǒng)PID控制，對(duì)基于USS通信協(xié)議的RS485總線設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了組態(tài)設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)了中央空調(diào)變頻節(jié)能控制系統(tǒng)。可將采集的出回水溫度等數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送到主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送。中央空調(diào)系統(tǒng)是一種大型的對(duì)建筑物進(jìn)行集中空氣調(diào)節(jié)并進(jìn)行管理的設(shè)備，一般由空氣處理設(shè)備、送(回)風(fēng)機(jī)、送(回)風(fēng)通道、空氣分配裝置及冷、熱源等組成。液態(tài)工質(zhì)經(jīng)干燥過(guò)濾器去除水份、雜質(zhì)，進(jìn)入膨脹閥節(jié)流減壓，成為低溫低壓液態(tài)工質(zhì)，在蒸發(fā)器內(nèi)氣化。依此原理，氣化過(guò)程吸取冷凍水的熱量，使冷凍水溫度降低(一般降為7℃)。典型的中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖21所示,冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。定流量控制方式的特征是系統(tǒng)的循環(huán)水量保持恒定，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)改變供水或回水溫度來(lái)滿(mǎn)足要求。而由于受多種因素不斷變化的影響，如：季節(jié)交替、氣候晝夜變化、使用頻率、人流量增減等。綜上來(lái)看，定流量控制凸顯出來(lái)的問(wèn)題很多。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由下式給出： (22)式中：n——電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速；s——異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素是希望保持每極磁通量為額定值不變。三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是： (23)式中：——?dú)庀洞磐ㄔ诙ㄗ用肯嘀懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，單位為V。需要考慮基頻以下和基頻以上兩種情況：1)基頻下調(diào)速即采用恒定的電動(dòng)勢(shì)。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性為b線，無(wú)補(bǔ)償?shù)臑閍線。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。幽水泵學(xué)比例律可知，對(duì)于同一臺(tái)水泵，當(dāng)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，水泵的流量Q，揚(yáng)程H，軸功率P與轉(zhuǎn)速n有如下關(guān)系[9][12][13]： (24) 由公式(24)知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。變頻技術(shù)的應(yīng)用交流變頻調(diào)速技術(shù)是將電力電子、自動(dòng)控制、微電子、電機(jī)學(xué)等技術(shù)集成的一項(xiàng)高新科技。變流量控制系統(tǒng)對(duì)中央空調(diào)的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)能效果。隨著變頻器技術(shù)的成熟及其價(jià)格的大幅下降，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)師開(kāi)始認(rèn)識(shí)到在空調(diào)水系統(tǒng)中應(yīng)用變頻器改變水泵轉(zhuǎn)速所帶來(lái)的巨大效益。電機(jī)的軟啟動(dòng)可以通過(guò)軟啟動(dòng)器或者變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。同樣對(duì)于變負(fù)載工況、電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于重載場(chǎng)合，應(yīng)用軟起動(dòng)器(不帶旁路接觸器)則具有輕載節(jié)能的效果。軟啟動(dòng)器是通過(guò)星三角轉(zhuǎn)換來(lái)降低啟動(dòng)電流；而變頻器是通過(guò)改變頻率來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的，能降低能耗。通過(guò)變頻控制電機(jī)運(yùn)行，是真正的高效調(diào)速方式，效率很高。在本世紀(jì)40年代以前，除在最簡(jiǎn)單的情況下可采用開(kāi)關(guān)控制外，它是唯一的控制方式。溫度是一個(gè)普通而又重要的物理量，在許多領(lǐng)域里，人們需對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和控制，長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外科技工作者對(duì)溫度控制器進(jìn)行了廣泛深入的研究，產(chǎn)生了大批溫度控制器，如：性能成熟、應(yīng)用廣泛的PID調(diào)節(jié)器、智能控制PID調(diào)節(jié)器、自適應(yīng)控制等。PID調(diào)節(jié)器又稱(chēng)為比例積分微分調(diào)節(jié)器，它具有比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)，可見(jiàn)，溫度PID調(diào)節(jié)器有三個(gè)可設(shè)定參數(shù)，即比例放大系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)。比例增益部分用于保證控制量的輸出含有與系統(tǒng)偏差成線性關(guān)系的分量，能夠快速反應(yīng)系統(tǒng)輸出偏差的變化情況。但積分時(shí)間I太長(zhǎng)，又會(huì)當(dāng)反饋信號(hào)急劇變化時(shí)，被控物理量難以迅速恢復(fù)。由于微分環(huán)節(jié)在系統(tǒng)傳遞函數(shù)中引入了一個(gè)零點(diǎn)，如果使用不當(dāng)會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。兩種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。 PID的反饋邏輯所謂反饋邏輯，是指被控物理量經(jīng)傳感器檢測(cè)到的反饋信號(hào)對(duì)變頻器輸出頻率的控制極性。這就是引入反饋邏輯的原由。對(duì)冷凍水控制通過(guò)檢測(cè)制冷主機(jī)蒸發(fā)器的進(jìn)水口處的回水溫度和出水口處的出水溫度，將其溫差與設(shè)定值比對(duì)，通過(guò)PLC的PID控制功能或PID控制器，調(diào)節(jié)冷凍泵變頻器的頻率值，最終使溫差值保持在設(shè)定值[14]。即使空調(diào)系統(tǒng)的水泵、風(fēng)機(jī)等以同樣轉(zhuǎn)速等情況運(yùn)行，其實(shí)際出回水溫差也變化很大。STEP7Micro/WIN32提供了PID指令向?qū)В笇?dǎo)使用者定義一個(gè)閉環(huán)控制過(guò)程的PID算法，該算法程序由編程軟件自動(dòng)插入到主程序中。實(shí)現(xiàn)功能如下：變頻器：為了調(diào)速，并降低啟動(dòng)電流。人機(jī)界面：系統(tǒng)和用戶(hù)之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類(lèi)可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓(電流)。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率輸出器件。其具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的可變速控制系統(tǒng)供電的理想變頻傳動(dòng)裝置。由于它具有高度的靈活性因而可以在廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 保護(hù)功能過(guò)壓/欠壓保護(hù)；變頻器過(guò)溫保護(hù)；使用PTC通過(guò)數(shù)字輸入實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)；接地故障保護(hù)；短路保護(hù)；閉鎖電動(dòng)機(jī)保護(hù)；防止電動(dòng)機(jī)失速；參數(shù)聯(lián)鎖。例如，安裝在存在灰塵、腐蝕性氣體等的環(huán)境中。 使用變頻器設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)需注意的問(wèn)題1. 變頻器柜內(nèi)除本機(jī)專(zhuān)用的空氣開(kāi)關(guān)外，不宜安置其它操作性開(kāi)關(guān)電器，以免開(kāi)關(guān)噪聲入侵變頻器，造成誤動(dòng)作；2. 變頻器電源輸入側(cè)可采用容量適宜的空氣開(kāi)關(guān)作為短路保護(hù)，但切記不可頻繁操作。為了控制電源，一般在變頻器電源進(jìn)線上串接一個(gè)超過(guò)變頻器額定電流兩倍以上的交流接觸器。運(yùn)算功能簡(jiǎn)單可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級(jí)運(yùn)算功能。例如采用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的(如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線)通信處理器。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。診斷功能可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。處理速度可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。掃描周期應(yīng)滿(mǎn)足：；。S7200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。在此模式時(shí)，不能向PLC裝入程序、STOP模式：PLC處于停止方式，CPU不執(zhí)行用戶(hù)程序，可裝載編程軟件的計(jì)算機(jī)通信，可以創(chuàng)建和編輯用戶(hù)程序，設(shè)置PLC的硬件功能，向PLC裝入用戶(hù)程序和硬件設(shè)置信息。模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電流或電壓，PLC用A/D轉(zhuǎn)換器把這些模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，帶正負(fù)號(hào)的電流、電壓在A/D轉(zhuǎn)換后用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示。轉(zhuǎn)換時(shí)間也是模擬I/O模塊的一個(gè)重要指標(biāo)。5V，177。前者的全量程范圍設(shè)置為0~~+32000。用戶(hù)程序無(wú)法讀取模擬量輸出值。 EM231 RTD接線及注意事項(xiàng)熱電阻模塊EM231 RTD接線如圖31所示，使用屏蔽線連接可達(dá)到最好的抗噪性。用戶(hù)須將電源練到電源連接器的1和2針上。其設(shè)計(jì)原理：PT100是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。圖31 RTD與傳感器的接線(3線) PT100溫度變送器鉑電阻溫度變送器直接安裝于PT100鉑電阻接線盒內(nèi)(與不同結(jié)構(gòu)形式的鉑電阻構(gòu)成熱電阻一體化溫度變送器)將熱電阻PT100的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)化為二線制4~20mA輸出。，性能可靠，低溫度漂移。，熱電阻信號(hào)線通過(guò)螺絲直接擰在變送器的輸入端子上。人機(jī)界面(HMI)提供了這種透明