【正文】 儀表 PLC 智能變送器 汽車 樓宇自動化OSI網(wǎng)絡(luò)層次 8 7 7 7 1~7通訊介質(zhì)雙絞線、電纜、光纖、無線等雙絞線、光纖 電源信號線雙絞線、光纖雙絞線、電力線、電纜、光纖、無線等介質(zhì)訪問方式 令牌、主從 令牌、主從 令牌、查詢 位仲裁 PP CSMA糾錯方式 CRC CRC CRC CRC CRC通訊速率 Mbps Mbps 1 Mbps Mbps最大節(jié)點數(shù) 32 128 15 110 248優(yōu)先級 有 有 有 有 有保密性 身份認(rèn)證本質(zhì)安全性 是 是 是 是 是開放工具 有 有 有 有相比表 ，Lonworks 網(wǎng)絡(luò)完全滿足了未來發(fā)展對測控網(wǎng)絡(luò)的要求。由于智能控制器分布在現(xiàn)場，控制功能較為明確，同時任何一臺智能控制器發(fā)生故障都不會影響其它設(shè)備的正常運行，大大縮小了故障或事故的影響范圍，因此，可靠性大大提高。Lonworks 現(xiàn)場總線技術(shù)的特點是可靠性高、便于容錯、全數(shù)字化、通信距離長、多節(jié)點、通信方式靈活、造價低廉、抗干擾能力強?？刂频哪繕?biāo)是將室內(nèi)的溫濕度參數(shù)保持在適宜的水平，并且盡量使系統(tǒng)的能耗最小。中央空調(diào)系統(tǒng)對控制系統(tǒng)的要求一般可概括為對控制區(qū)域的溫濕度、新風(fēng)量、冷凍水流量的控制等幾個方面。 (5)過濾器過阻報警，提醒運行人員及時清洗更換過濾器。 (3)送、回風(fēng)機運行狀態(tài)(開機/停機)顯示，及其啟?？刂?可通過自動和手動兩種方式)、過載故障報警?？照{(diào)區(qū)域溫、濕度的自動控制。圖 噴蒸汽加濕控制 11 空調(diào)控制系統(tǒng)的要求 為達到要求的控制精度且便于用戶使用，中央空調(diào)控制系統(tǒng)必須完成以下主要功能: (1)空調(diào)區(qū)域溫、濕度檢測與顯示。它在調(diào)節(jié)過程中，根據(jù)濕度傳感器所測得的室內(nèi)相對濕度值，由調(diào)節(jié)器進行比較、放大后發(fā)出調(diào)節(jié)信號，使電動調(diào)節(jié)閥動作，改變噴入空氣中的蒸汽量，達到調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的目的。其工作原理如圖 。而當(dāng)溫度不高，而濕度較大時，則根據(jù)室內(nèi)濕度探測器的信號與設(shè)定值比較，根據(jù)其差值，調(diào)節(jié)冷凍水閥門開度，強制啟動制冷模式，調(diào)低冷卻器出口的空氣溫度以滿足去濕要求?？諝饫鋮s降溫后，水蒸汽結(jié)露為水，從而降低空氣的濕度。這兩種功能可分別由水冷式表面冷卻器和蒸汽加濕來實現(xiàn)。在夏季，由于空氣濕度較大，需要降低濕度。由于定露法不能反映室內(nèi)余濕量或相對濕度的變化，存在著室內(nèi)濕度的偏差，故此種方法一般用于室內(nèi)余濕量變化幅度較小的場合。定露點法是采用使空氣經(jīng)噴水室后或噴水表面冷卻器后露點相對恒定的方法，使空調(diào)房間內(nèi)空氣的相對濕度保持在一定范圍內(nèi)。另外如果工業(yè)區(qū)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也可以將熱水加熱作為備用加熱方式。由于當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)可以提供的蒸汽是一種廉價、穩(wěn)定的熱源，一般將其作為主調(diào)節(jié)手段。表 空調(diào)加熱方式比較加熱方式 熱源 特性 經(jīng)濟性熱水加熱 由熱泵機組提供 時滯長，反應(yīng)較慢，控制復(fù)雜 價格中蒸汽加熱 由當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)提供 熱源溫度、流量較穩(wěn)定，動態(tài)特性中 價格低電加熱 通過電熱器提供 控制精度高，控制簡單 價格高從上表可看出，電加熱具有控制精度高、控制簡單的優(yōu)點，但其熱效率低、浪費能源、價格高，作為主調(diào)節(jié)不合適，一般用于恒溫室等對動態(tài)特性要求特別高的區(qū)域的輔助調(diào)節(jié)手段。 對于空氣冷卻調(diào)節(jié)一般有以下幾種方式： (1)水量的量調(diào)節(jié):利用雙通閥改變通過冷卻器的冷水量來調(diào)節(jié) (2)水溫的質(zhì)調(diào)節(jié):利用三通閥改變冷凍水和回水的混合比調(diào)節(jié)水溫 (3)調(diào)節(jié)通過冷卻器的風(fēng)量來調(diào)節(jié)最后混合后的送風(fēng)溫度 加熱方式選擇： 9 加熱一般有熱水加熱、蒸汽加熱、電加熱三種方式可以選擇。 由于噴水室冷卻方式為開環(huán)系統(tǒng)會引起回水水質(zhì)下降且容易漏水，故目前基本不采用。 空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 1．一般空氣的溫度調(diào)節(jié)有以下幾種方式 (1)夏季制冷 （2)冬季加熱 各種溫度控制方式都有其特點，針對不同項目實際情況，要分析后采用合適的溫度控制方案。 中央空調(diào)系統(tǒng)的控制功能和要求空調(diào)系統(tǒng)控制的主要對象是:空氣溫度及相對濕度。也可將送風(fēng)溫度固定，而改變送風(fēng)量，這種空調(diào)系統(tǒng)則稱為變風(fēng)量 VAV（Variable Air Volume)系統(tǒng)。部分回風(fēng)與新風(fēng)混合，對新風(fēng)預(yù)處理，以節(jié)約能源。而在夏季減溫減濕工況下，加熱器和加濕器是不工作的。在不同的工況中，AHU ( Air Handling Unit)的部分部件可能不被使用。圖 。該系統(tǒng)的特點是采用一部分回風(fēng)與新鮮空氣相混合。此外還具有節(jié)能、衛(wèi)生、噪音小、使用方便等特點，目前已被廣泛采用。 空氣調(diào)節(jié)的形式很多，按照空氣處理設(shè)備的設(shè)置情況，一般可分為:集中式空調(diào)系統(tǒng)(又稱中央空調(diào))、半集中式空調(diào)系統(tǒng)和全分散式空調(diào)系統(tǒng)。自然熱源指地?zé)岷吞柲?。自然冷源指深井水?5)冷熱源部分:為了保證空調(diào)系統(tǒng)具有加熱和冷卻能力，必須具備冷源和熱源兩部分。(4)空氣輸送和分配部分:將調(diào)節(jié)好的空氣均勻地輸入和分配到空調(diào)房間內(nèi)，以保證其合適的溫度場和速度場。表面式:與空氣進行熱濕交換的介質(zhì)不和空氣直接接觸，熱濕交換是通過處理設(shè)備的表面進行的。 直接接觸式:與空氣進行熱濕交換的介質(zhì)直接和被處理的空氣接觸，通常是將其噴淋到被處理的空氣中。 (3)空氣的熱濕處理部分:將空氣加熱、冷卻、加濕和減濕等不同的處理過程組合在一起統(tǒng)稱為空調(diào)系統(tǒng)的熱濕處理部分。一般空調(diào)系統(tǒng)都裝有預(yù)過濾器和主過濾器兩級過濾裝置。進風(fēng)口連同引入通道和阻止外來異物的結(jié)構(gòu)等，組成了進風(fēng)部分。就需要采取相應(yīng)的空氣調(diào)節(jié)措施和方法，使其恢復(fù)到規(guī)定的要求。一是外部原因，如太陽輻射和外界氣候條件的變化；另一方面是內(nèi)部原因，如室內(nèi)人和設(shè)備產(chǎn)生的熱、濕和其它有害物質(zhì)?？諝庹{(diào)節(jié)，就是把經(jīng)過一定處理之后的空氣，以一定方式送入室內(nèi)，將室內(nèi)空氣的溫濕度、流動速度和潔凈度等控制在一定范圍內(nèi)。只有掌握了其原理、特性、要達到的目的及實現(xiàn)手段才能決定采用何種控制策略。在分析了控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上對溫度控制系統(tǒng)進行 PID參數(shù)整定并仿真研究，包括系統(tǒng)的抗干擾性和魯棒性。利用機理法建立了空調(diào)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型并給出了根據(jù)空調(diào)房間的二維尺寸對其特性參數(shù)進行了估算的方法。從空調(diào)的溫、濕度控制兩個方面分析了集中式空調(diào)的基本原理及控制要求，同時給出了空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。分析空調(diào)系統(tǒng)研究背景、從空調(diào)系統(tǒng)建模和控制方案兩個方面分析了國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀，提出了本論文研究的主要內(nèi)容及意義。 本文的組織本文從空調(diào)系統(tǒng)的控制原理出發(fā)，在分析了空調(diào)房間的數(shù)學(xué)模型后，對單回路 PID控制系統(tǒng)進行仿真，并對其進行了仿真研究。通過對所設(shè)計的控制系統(tǒng)進行仿真研究，將調(diào)節(jié)器的參數(shù)特性與被控對象的參數(shù)特性相匹配，以達到最佳整定，對實際的工程實 5施奠定了基礎(chǔ)。 本課題研究的意義本論文通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)知識，利用機理法建立空調(diào)房間的數(shù)學(xué)模型，并對空調(diào)房間的特性參數(shù)進行了估算，有利于空調(diào)系統(tǒng)控制參數(shù)的整定。（3）利用單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)空調(diào)房間的溫度控制，利用工程整定法整定 PID控制器參數(shù)，使系統(tǒng)取得良好的控制效果，利用仿真軟件仿真控制效果。同時建立了表冷器和系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型。 本論文做的主要工作本論文以空調(diào)系統(tǒng)為研究對象，主要做了以下工作：（1）深入學(xué)習(xí)集中式空調(diào)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，掌握各種空調(diào)系統(tǒng)原理和空調(diào)的控制要求及性能指標(biāo)，同時討論了空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件的設(shè)計方法。但其預(yù)測結(jié)果精度還不太理想，所以還有待改進。同時很多文獻也給出了廣義預(yù)測控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。國內(nèi)學(xué)者對智 4能控制在空調(diào)中的應(yīng)用研究成果也有很多。1999 年 Kasahara 等設(shè)計了自適應(yīng) PID 控制器，此控制器可以應(yīng)用于被控模型不太精確的場所。香港的 等人于 1994 年開發(fā)出空調(diào)機組的熱舒適性模糊邏輯控制器。由于空調(diào)系統(tǒng)是一個大滯后、多干擾、大慣性的系統(tǒng)，獲取它的精確模型很困難，所以智能控制器成為中央空調(diào)系統(tǒng)中研究的熱點。再加上空調(diào)系統(tǒng)的高度非線性以及溫濕度之間的強耦合關(guān)系，研究者們又轉(zhuǎn)向其他高級控制方法，如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。當(dāng)一個已經(jīng)調(diào)好參數(shù)的 PID 控制器被應(yīng)用于另外一個具有不同模型參數(shù)的系統(tǒng)時。實際上，現(xiàn)在大多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)都是采用 PID 控制。1984 年 Brandt 和 Shavit 對 PID控制的廢棄溫度控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)做了仿真研究。作為控制系統(tǒng)中的主要單元控制器，目前國內(nèi)外主要采用的是常規(guī) PID 控制，因其控制簡單、實用、成本低、技術(shù)成熟、易于實現(xiàn)、參數(shù)調(diào)整方便，并且具有一定的魯棒性 系統(tǒng)的健壯性，在空氣調(diào)節(jié)中的應(yīng)用比較廣泛。直到 1984 年，美國哈特福德市第一幢采用微型計算機集散式控制系統(tǒng)大廈的出現(xiàn)，標(biāo)志著智能建筑時代的開始。李紹勇則針對廣義預(yù)測控制，推導(dǎo)了空調(diào)房間的CARIMA 模型（受控的自回歸積分滑動平均模型）。隨著控制系統(tǒng)的發(fā)展，人們開始關(guān)注基于現(xiàn)代智能控制理論的各環(huán)節(jié)模型，北京機械工業(yè)學(xué)院的劉元威在 2022 年利用三層前饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合傳統(tǒng)的表冷器模型，建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表冷器模型。香港理工大學(xué)王盛衛(wèi)等在 1999年通過分析空調(diào)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的熱力學(xué)特性，用 RC 模型代替空調(diào)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的模型，此模型便于實驗分析。由于國內(nèi)外建筑風(fēng)格、空氣參數(shù)、空氣質(zhì)量及室內(nèi)空氣控制的指標(biāo)要求不同，所以國外對空調(diào)系統(tǒng)建立的數(shù)學(xué)模型不完全適合我國的空調(diào)系統(tǒng)，但是他們建模的一些方法及思想對我們研究空調(diào)系統(tǒng)很有價值。Len R. Glicksman 在 1997 年給出了家用空調(diào)房間的模型，房間送風(fēng)采用典型的側(cè)面送風(fēng)，并且用隨機信號模擬房間內(nèi)人員變化情況對控制系統(tǒng)的干擾，這一點對我們研究空調(diào)控制系統(tǒng)很有啟發(fā)。1900 年 Underwood 和 Crawford 合作，依據(jù)非線性控制理論的發(fā)展，在大量實驗的基礎(chǔ)上提出了水加熱器的數(shù)學(xué)模型，該模型是以熱水加熱器中熱水的流速為輸入量，以加熱器出口處空氣的溫度為輸出量的。由于當(dāng)時此項工作剛處于起步階段，他建立的數(shù)學(xué)模型是在非常理想的條件下推導(dǎo)的，而且最后建立的送風(fēng)管道的數(shù)學(xué)模型就是一個純滯后環(huán)節(jié)，這一結(jié)論對我們現(xiàn)在的工作仍有一定的指導(dǎo)意義。所以近年來國內(nèi)外的學(xué)者也都熱衷于建立空調(diào)系統(tǒng)的模型。建立一個滿足需要的系統(tǒng)模型，沒有普遍的方法可循，因為不同的過程或系統(tǒng)都有各自的特點。因此，建立有效且可靠的系統(tǒng)模型是我們研究空調(diào)系統(tǒng)的首 2要任務(wù)。 空調(diào)系統(tǒng)建模方面的國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展要研究一個系統(tǒng)，必須知道這個系統(tǒng)的模型?，F(xiàn)場總線中的 Lonworks總線技術(shù)為智能控制的實施提供了廣泛的發(fā)展空間，促使智能控制向著分散化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并且智能控制由于不依賴于系統(tǒng)的精確模型，而且具有超調(diào)小、調(diào)節(jié)迅速、上升時間短和很好的魯棒性的特