【導讀】定風量系統(tǒng)運行參數與狀態(tài)監(jiān)控點版/位及常用傳感器，電氣控制一、二次接線圖和原理圖設計......16

　　

【正文】 圖（ 2） 序號 符號 名稱 型號，規(guī)格 單位 數量 備注 1 QF 低壓熔斷器 LsonoxS系列 NS系列或 TM3O系列或 MD系列或 S253SK系個 1 空調機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 22 列或 C45AD/3P系列 2 QS 隔離開關 OT125A3或HL30100/3 個 1 3 KM 接觸器 ~220V 個 1 4 KH 熱 續(xù)電器 JRD22系列 個 1 5 FU 熔斷器 RL816/6A 個 1 6 SA 萬能轉換開關 LW1216D0401 個 1 定位型 7 SS SF 控制按鈕 LA252□ 個 2 1紅 1綠 8 信號燈 AD1125/40G 220V 個 2 1白 1綠 9 端子排 排 1 10 SS1’ .SF1’ 控制按鈕 LA252□ 個 2 裝于現場， 1紅1綠 11 S 主令開關 LA252X□ /2 個 1 裝于現場 12 YF 防火閥 70176。 C或 280176。 C 個 通風專業(yè)定 系統(tǒng)連鎖控制 系統(tǒng)連鎖控制 定風量空調機組啟動順序控制： 新風風門、回風風門、排風風門開啟→送風機啟動→回風機啟動→冷熱水調節(jié)閥開啟→加濕閥開啟。 定風量空調機組停機順序控制： 關加濕閥→關冷熱水閥→送風機停機→新風風門、回風風門、排風風門關閉。 空調機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 23 風量系統(tǒng)運行與調節(jié)控制 (1)定風量空調機組的溫度調節(jié)與節(jié)能策略 定風量空調系統(tǒng)的節(jié)能是以回風溫度為被調參數， 計算回風溫度與給定值比較所產生的偏差，按照預定的調節(jié)規(guī)律 (如 PID)輸出調節(jié)信號控制空調機組冷／熱水閥門的開度以控制冷／熱水量，使空調區(qū)域的氣溫保持在設定值。一般夏天空調溫度低于 28℃，冬季則高于 16℃。 室外溫度是對上述調節(jié)系統(tǒng)的一個擾動量，把新風溫度作為擾動信號加入調節(jié)系統(tǒng)中，可采用前饋補償的方式消除新風溫度變化對輸出的影響。 在過渡季節(jié)或特別的天氣，室外溫度在空調溫度設定值允許的范圍內時，空調機組可采用全新風工作方式。關閉回風風門，新風風門和排風風門開到最大，向空調區(qū)域提供大量新鮮空氣，同時停止對空氣溫度的調節(jié)以節(jié)約能源 (2)空調機組回風濕 度調節(jié) 空調機組回風濕度調節(jié)與回風溫度的調節(jié)過程基本相同，把回風濕度傳感器測量的回風濕度送入控制器與給定值比較，產生偏差， DDC 控制器按 PI 規(guī)律調節(jié)加濕電動閥開度，將空調房間的相對濕度控制在設定值 (3)新風風門、回風風門及排風風門調節(jié) 根據新風的溫濕度、回風的溫濕度在 DDC 進行回風及新風焓值計算，按回風和新風的焓值比例以及空氣質量檢測值對新風量的需要量，控制新風門和回風門的開度比例，使系統(tǒng)在最佳的新風／回風比狀態(tài)運行，以便達到節(jié)能的目的。 （ 4）過濾器差壓報警、機組防凍保護 當壓差開關測量過濾器 兩端差壓，當差壓超限時，壓差開始報警，表明過濾網兩側壓差過大，過濾積灰積塵、堵塞嚴重，需要清理、清洗。 （ 5） 空氣質量控制 為了保證空調區(qū)域的空氣質量，應選用空氣質量傳感器，監(jiān)測室內 CO2濃度， C02的濃度監(jiān)測值可以直接用于控制新風閥的開度，保證最小新風量的供給。 （ 6)空調機組的定時運行與設備的遠程控制 ● 顯示風機、風閥、水閥、蒸汽閥、送風和室內空氣等的運行狀態(tài)； ● 過濾器壓差過大、送風溫度超過低限、風機電動機過載停機等提供報警； ● 中央站修改送風參數、室內參數設定值、風機起停時間程序。時間程序包括工作 時間與下班時間、周末及節(jié)日進行設定； ● 中央站應能對設備進行直接控制，中央站記錄和打印設定參數、運行參數、積累和分析運行數據。 空調機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 24 定風量系統(tǒng)連鎖控制流程圖 連鎖控制流程圖 PID 近幾年隨著樓宇大樓的出現，定風量空調系統(tǒng)使用有不斷增加的趨勢。這主要是智能大樓內辦公自動化和通訊自動化的設備比較貴重，為防止空調水管結露和漏水損壞設備而采用定風量空調系統(tǒng) CAV （ Constant Air Volume），另外，定風量空調系統(tǒng)就有很好的舒適性，所以定風量空調系統(tǒng)得到了廣泛的應用。隨著國內 辦公大樓智能化程度的提高，特別是有的采用樓宇自動化系統(tǒng)化后，為 CAV 系統(tǒng)的控制以及實施合理的控制方法提供了保障。我們著重討論 CAV 方式下空調房間的數學建模，并進一步對整個系統(tǒng)進行了 Matlab 仿真，具有重要的理論價值和實際的應用價值。 CAV 空調系統(tǒng)的基本原理全空氣空調系統(tǒng)設計的基本要求，是要向空調房間內輸送足夠數量的、經過一定處理了的空氣，用以吸收室內的余熱和余濕，從而維持室內所需要的溫度和濕度。進入房間的風量按下式確定： 式 () 中， L 送風量， m/h。Q 為空調送風所 要吸收的全熱余熱和濕熱余熱；ρ為空氣密度，kg/m3, 在這里我們取ρ =； c 為空氣定壓比熱，單位是 kg kJ / ℃ , 可取 c=； tn、 ts為室內空氣溫度（或 者回風溫度）和送風溫度 , ℃。我們由（ 1 ）式可知，當室內空氣余熱 Q 值發(fā)生變化而又需要使溫 度 tn保持不變時，可將送風量 L 固定，而改變送風溫度 ts，這種空調系統(tǒng)稱為定風量 CAV（ ConstanAir 空調機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 25 Volume）系統(tǒng) CAV 方式下空調房間的數學模型自動控制空調系統(tǒng)的主要任務是維持空調房間的溫、濕度在工藝要求的范圍內。空調房間就 是自動控制空調系統(tǒng)的被控對象。自動控制空調系統(tǒng)中，空調房間的輸入可歸納為兩類，一類是控制器的輸出 p（ t ），稱為對象的“基本擾動”。另一類為對象的擾動作用， n1(t) n2(t) ? nN(t),稱為“外部擾動”。這樣在多個輸入信號的作用下，對象的輸出為： 式（ ）中， G(s) 為 n1(t)、 n2(t) ? nN(t)不變時，被控量 y(t)與控制作用 p(t) 之間的傳遞函數； Gn1(s) 為 p(t)、 n2(t) ? nN(t) 不變時，被控量 y(t)與擾動作用 n1(t) 之間的傳遞函數；?? GnN(s)為p(t) 、 n1(t) 、? nN1(t) 不變時，被控量 y(t)與擾動作用 nN(t) 之間的傳遞函數。 Y(s) 、 P(s)、 N(s) —分別 為被控量 y(t) 、控制信號 p(t) 及擾動信號 n(t)的拉氏變換?？照{負荷（冷負荷）主要由各種傳熱、照明、室內發(fā)熱設備、人體等散熱負荷以及太陽輻射等因素構成。 空調房間數學模型的推導空調房間實質上是一個恒溫恒濕室。為了分析方便，我們把圖 1 所示的恒溫恒濕室可以看成一個單容對象，在建立數學模型時，暫不考慮它的純滯后。由于外界通過圍護結構進入室內需要很 長的延時，所以在這里暫不考慮通過圍護結構由室外向室內的傳熱量。根據能量守恒定律，單位時間內進入恒溫恒濕室的能量減去單位時間內有恒溫恒濕室流出的能量等于恒溫恒濕室中能量儲蓄存量的變化率。即： 式（ ）中 nq 為室內散熱量， kJ/h； 1C 為恒溫恒濕室的容量系數（包括室內空氣的蓄熱和設備的 與圍護結構表層的蓄熱） ,kJ/℃； r 為恒溫恒濕室內圍護結構的熱阻 , ? h ℃ /kJ ； 0t 為室外空氣溫度，℃ , 其它符號同（ ）式相同。對于定風量（ CAV ）方式，即固定送風量 L 而改變送風溫度 ts 的空調系統(tǒng)，將式（ ）整理為： 空調機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 26 其中， T1 為恒溫恒濕室的時間常數，（ T1表示對象的熱容 C1和熱阻 R1的乘積，即 T1=R1C1，其中 R1 為恒溫恒濕室的熱阻， k ℃ /kJ ）， K1 為恒溫恒濕室的放大系數 , ℃ / ℃； tf 為室內外干擾量換算成送風溫度的變化 , ℃。式（ ）就是恒溫恒濕室在定風量（ CAV）方式下的數學模型。式中 ts 和 tf 是恒溫恒濕室的輸入參數，又稱輸入信號，其中 ts 起調節(jié)作用，而 tf 起干擾作用；而 tn 是恒溫恒濕室的輸出參數，又稱輸出信號。調節(jié)作用至被控 參數的信號聯系稱為調節(jié)通道，干擾作用至被控參數的信號聯系稱為干擾通道。在自動調節(jié)系統(tǒng)中，主要考慮被調量偏離給定值的過渡過程，則用增量的形式表示為： 上式稱為干擾通道的微分方程式。 當考慮恒溫恒濕室純滯后τ 1 的影響時，并用傳遞函數來表示，則在定風量（ CAV）方式下空調房間對象用一階帶滯后的慣性環(huán)節(jié)來表示，即傳遞函數（結構圖如圖 所示）為 定風量（ CAV）系統(tǒng)下恒溫室模型的結構圖 由于室外空氣狀態(tài)的變化和室內熱濕負荷的變化以及空氣處理機組內各種閥門調節(jié)的非線性，加之房間的熱慣性 ，導致直接通過風閥和水閥控制房間的溫濕度有一定的困難，因此可以采用串級控制的方法，如下圖所示空調系統(tǒng)工況時的控制結構。在該系統(tǒng)中，分別利用安裝于表冷段之后和送風風道中的風道溫濕度傳感器，組成控制子回路和再熱控制子回路。 同樣，采暖工況時仍可保留中間溫濕度傳感器的檢測回路，對新風與回風混合帶來的動態(tài)擾動偏差進行校正以提高性能。主控制器也承擔空調對象控制的主控回路功能，與子系統(tǒng)的內部控制回路一起組成性能較優(yōu)的串級控制。 空調機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 27 空調系統(tǒng)工況時的串級控制結構 空調機組自動控制 電氣工程與自動化 2 班 第 三組 28 第四章 監(jiān)控設計 設計 根據設計的要求 , 該空調系統(tǒng)的設備控制采用了西門子的 S7 系列 PLC, 靈活配置各種不同的輸入、輸出模塊 。 配置一臺上位機 , 通過與 PLC 進行通訊 , 實現集中控制、數據記錄和打印等功能。控制系統(tǒng)的硬件結夠如下圖采用西門子 S7 300 系列 PLC 做系統(tǒng)主站 , CPU型號 313C 2DP , 同時根據設計需要安裝 PS307 2A電源模塊