1、毕业设计文献综述电气工程与自动化基于组态软件环境下的中央空调控制系统设计1、中央空调的发展背景和要求随着计算机技术、信息技术、控制理论的快速发展并向建筑行业的渗透与融合，人们对生活质量和工作环境的要求也不断增长，智能建筑应运而生。中央空调是智能建筑的重要组成部分，中央空调的能耗占整个建筑能耗的5070，因此中央空调系统的监控是楼宇自动化系统研究的重点。中央空调自动控制的实现可大大减轻劳动强度，提高能源利用率，较少能源的浪费，是建筑智能化的标志。近年来，中央空调自动控制系统的设计和研究已经成为节能的重点和热点。但是，国内现有的中央空调控制系统大部分为开环控制系统，自动化程度不高，不能根据温湿度的
2、变化实施精确控制，难以真正实现节能的目的。而另外一部分虽然能够达到较高的自动控制水平，但是系统设计较为复杂，系统成本较高。如果有一种基于组态软件的中央空调自动控制系统，该系统利用组态软件进行系统设计，不仅能够实现精确的自动控制，而且构造简单，建设成本低廉，具有较好的应用前景。2、组态软件环境下中央空调控制系统的功能与要求要求在工业控制组态软件环境下，模拟中央空调的集成控制方案。采用智能控制技术对中央空调冷冻水系统、冷却水系统、冷却塔风机几个重要环节进行全面控制，并采用系统集成技术将各个控制系统在物理上、逻辑上和功能上互连在一起，实现它们之间的信息综合、资源共享，在一个计算机平台上进行集中控制和
3、统一管理，实现中央空调全系统的整体协调运行和综合性能优化。3、中央空调系统建模与仿真31中央空调系统中的PID控制目前，中央空调系统一般采用多回路PID控制规律。在PID控制器中，比例控制是一种基本的调节环节，能够始终按偏差量的大小改变调节量，迅速抑制干扰；积分作用能够消除系统的静态偏差；微分作用能够按照偏差的变化趋势进行调节，起到超前调节，缩短调节时间的作用。一般控制系统中，只要合理选择PID控制器的KP、TI、TD参数值，就能取得比较满意的控制结果。但是，中央空调系统是一个大滞后、非线性、时变的复杂控制对象，难以确定系统的数学模型，而且智能建筑对空调系统的控制精度和节能效果的要求不断提高，
4、因此，传统的PID控制器已经越来越难以达到控制要求。在这种情况下，智能控制方法就理所当然地成为了中央空调系统应该优先采用的控制手段。智能控制策略主要有模糊控制、神经网络控制和专家系统等。由于中央空调系统的复杂性，各种智能控制方法之间还需要相互结合如模糊神经网络控制，或者智能控制与经典控制和现代控制方法相互结合如模糊PID控制，才能取得良好的控制效果，智能控制理论的发展为中央空调系统的控制提供了更先进的方法，也为研究人员提出了更大的挑战。现在，各种智能控制方法在中央空调系统的应用正成为该领域的研究热点。虽然常规PID控制器在控制性能方面不如自适应PID控制器、模糊PID控制器和智能PID控制器，
5、但常规PID控制器结构简单，参数易于调整，仍广泛应用于工业过程控制中；它特别适于被控对象的精确模型难以建立，系统参数又经常发生变化，进行理论分析要耗费很大代价且难以达到满意效果的控制系统。同时人们在广泛应用过程中积累了丰富的经验，并根据此经验很容易在线整定PID控制器参数，使其达到控制系统各项性能指标的要求。32中央空调房间的建模控制系统的数学模型在控制系统的研究中有着相当重要的地位，要对系统进行仿真处理，首先应当知道系统的数学模型，然后才可以对系统进行模拟。同样，如果已经知道了系统的模型，才可以在此基础上设计一个合适的控制器，使得原系统响应达到预期的效果，从而符合工程的实际需要。近几年随着智
6、能大厦建筑的不断增加，定风量空调系统使用有不断增加的趋势。这主要是智能大楼内办公自动化和通讯自动化的设备比较贵重，为防止空调水管结露和漏水损坏设备而采用定风量空调系统CAVCONSTANTAIRVOLUME。另外，定风量空调系统有很好的舒适性，所以得到了广泛的应用。该空调系统不仅具有制冷、供暖、除湿、加湿功能，还具有较好的系统节能性能，是一种比较完善的中央空调系统。随着国内办公大楼智能化程度的提高，特别是有的采用楼宇自动化系统之后，为CAV系统的控制以及实施合理的控制方法提供了保障。定风量空调系统的基本原理。全空气空调系统设计的基本要求，是要向空调房间内输送足够数量的、经过一定处理了的空气，用
7、以吸收室内的余热和余温，从而维持室内所需要的温度和湿度。空调房间数学模型。空调房间实质上可视为是一个温度与湿度恒定的模型。为了分析方便，我们把温湿恒定的控制结构模型看成一个单容对象，在建立数学模型时，暂不考虑它的纯滞后。由于外界通过围护结构进入室内需要很长的延时，所以在这里也暂不考虑通过围护结构由室外向室内的传热量。根据能量守恒，单位时间内进入该模型的能量减去单位时间内该模型流出的能量等于房间内能量储蓄存量的变化率。33空调系统的SIMULINK仿真主要对中央空调中的定风量空调系统进行建模与仿真，制冷空调的实际控制对象大多可用高阶的微分方程来描述。为了分析简便，我们常用低阶模型来近似描述控制对
8、象的动态特性，只要求能满足一定的控制精度。设置所需仿真房间的传递函数，在建立了空调控制系统的数学模型后，构出SIMULINK仿真结构框图，利用MATLAB软件中的SIMULINK对系统进行仿真，得出结论。4、中央空调的节能优化选用冷冻泵变频子系统、冷却泵变频子系统、冷却风机变频子系统，自动检测冷冻水、冷却水温度，自动调节冷冻水泵热泵、冷却水泵、冷却风机，使其处于最佳经济运行状态，同时可减少冷热量在管道循环中的浪费。冷冻水循环系统的变频闭环控制节能改造。冷却水循环系统的变频闭环控制节能改造。对于冷却水循环系统，主要功能是散发冷却水中的热量，降低冷却水的温度，所以仍然可采用温度传感器和变频器内置的
9、PID功能构成冷却水循环系统的闭环控制系统。中央空调末端送风机的的变频闭环控制节能改造（1）调节风量。在中央空调系统中，热量的输送介质通常是水，在末端将与热交换器充分接触的清洁空气由风机直接送入室内，从而达到调节室温的目的。在输送介质水温度恒定的情况下，通过改变送风量的大小来改变带入室内的制冷量，从而较方便地调节室内温度。使用变频器对风机实现无级变速来改变送风量的大小，取代了采用挡板调节送风量，不仅节约了电能，而且降低了系统噪音，增加了室内的舒适性。（2）控制方式的选择。分手动调节控制方式和自动恒温运行式。对冷冻水泵、冷却水泵和送风机控制的变频节能改造方案，在保留原工频系统的基础上加装，并且与
10、原工频系统之间须设置联锁以确保系统工作安全。对中央空调系统的水泵、凤机进行变频调速改造，采用温度传感器和变频器的PID调节功能配合使用，构成了恒温差闭环控制系统。不仅提高了中央空调系统运行的稳定性、安全可靠性，实现了高度自动化调节，提高了空调的制冷质量和效果，而且取得了30左右的节电效果。5、结语几个月来，通过查询方面资料以及步步探究，再加上老师的指导，我对本课题的了解已进一步加深，我将继续努力下，认认真真把它做好。设计过程中难免会碰到些问题，但我相信这难不倒我，也希望老师继续多多提点，让我能够事半功倍。参考文献1、林永进，中央空调水系统中变频控制技术的应用，机电工程，2009（9）；2、刘姜
11、涛，周珺，基于SIMULINK的中央空调系统建模与仿真J，湖北第二师范学院学报，2009（8）；3、郑卓王树东，基于PROFIBUS网络的中央空调控制系统J电子测量技术，2009（3）4、刘云辉中央空调水系统设计中的若干技术问题J制冷，2001，200372745、刘青泉，鄢光辉，徐名霞变频器在中央空调系统中的节能应用J电气技术，2006873756、刘艳梅中央空调水系统流量调节技术及节能应用J运行与应用，2004，650527、颜全生中央空调节能系统的设计与实现J电力系统及其自动化学报，2003，191948、FRANKDOYLECONTROLSYSTEMTECHNOLOGYANDIEEET
12、RANSACTIONSONJCONTROLSYSTEMTECHNOLOGY,200612139、MITSUBISHIELECTRICCORPORATIONFX2NSERIESPROGRAMMABLECONTROLLERSHARDWAREMANUAL200010、THEMESHAM，ROGERPEXTRACTIONOFANOBJECTMODELFORVIDEOTRACKINGJIEEEARFICON，2002，131411、WANGJIANGJIANGANDAWEILOUCHENGZHIAPPLICATIONOFFUZZYPIDCONTROLLERINHEATINGVENTILATINGANDAIRCONDITIONINGSYSTEM
