空調數字控制裝置管理論文

關于空調數字控制裝置管理論文

　　提要：采用數字仿真系統考核和調試空調控制裝置，較之在現場進行，可大幅度縮短調試周期、降低能耗和成本，并易于完成裝置處理意外事故的功能調試。本文以實例作了仿真結果與實測結果的對比，指出實時性好的空調數字仿真裝置可以獲得很好的仿真效果。

　　1前言

　　隨著能源問題重要性的日益增加，改革和完善空調控制系統以降低能耗、提高調節品質，日益成為空調領域的重要課題。近年來許多復雜的空調控制裝置陸續開發，尤其微型計算機的廣泛應用，使各種采用微型計算機的控制裝置的開發調試更成為迫切的任務。但是，控制裝置越復雜，控制系統智能程度越高，這種系統的開發調試越困難，原因在于：

　　（1）空調系統的主要擾動源是一年四季以不同規律隨機變化的室外氣象條件和室內人員及設備的散熱、散溫。可靠的智能化控制系統應能自如地應付各種室內外隨機擾動，使被控對象維持在理想狀態，這在現場至少需有一年以上的運轉時間方可完成一個調試周期，致使研制周期過長，難以應付市場的變化與需要。若建立專門人工氣候室進行此項工作，投資大、能耗高、研制成本劇增，而且還有局限性。

　　（2）可靠的智能控制系統應能妥善處理各種意外事故，諸如停電、停水、火災和設備損壞等，而這類事故常常不便人為地在現場或實驗室實現，這就給調試現場控制機處理意外事故功能帶來困難。

　　鑒于上述原因，控制裝置的考核與調試已成為突出的矛盾，本文通過實例介紹空調數字仿真系統在考核與調試控制裝置上的應用。

　　關于建筑與空調系統數字仿真裝置及其實時性的探討，文獻[1]～[3]有詳細論述。裝置包括硬件和軟件兩部分，用戶可以方便地輸入所要研究的系統，并進行輸入、輸出接口定義，然后將被調試的控制裝置像實際現場那樣接入相應接口端子，就可進行調試考核工作。

　　2被調對象

　　2．1現場控制機及其功能

　　被考核調試的控制裝置為DCU-UP-6242型現場控制機，該機具有24路數字量輸入，8路模擬量輸入，16路數字量輸出和8路模擬量輸出。編程語言為MCS-51單片機語言，其功能包括：

　　（1）測量程序。通過數字量輸入通道和模擬量輸入通道可測出來自各種變送器的溫度、濕度、風量、水流量值以及風機、風閥運行狀態。

　�。�2）控制閥等被控設備控制量計算及輸出程序。

　�。�3）時鐘處理程序。計時，以不同周期進行參數測量與控制。

　�。�4）鍵盤顯示程序。根據操作人員要求，按鍵顯示相應測量參數、閥門開度，并可進行參數整定與設備操作。

　�。�5）故障檢查程序。對溫濕度變送器、閥門調節失靈等狀況進行檢測，并給出故障信息。

　　（6）控制方案程序。實現用戶控制思想，控制算法，給出控制方案號及各被控設備輸出狀態。

　�。�7）主程序。負責上述程序的統一管理，見圖1。

　　2．2空調系統

　　被控制的空調系統為雙風機定風量系統，負擔兩個濕濕度參數要求相同的房間，該空調系統的處理室有表面式空氣冷卻器、空氣加熱器和噴霧式蒸汽加濕器，可測量與調節設備為：

　　（1）室外、房間、混風點、表面式空氣冷卻器后，送風管等處設有溫濕度測點，送風管還裝有風量測點，它們均為數字量信號。

　　（2）表面式空氣冷卻器和空氣加熱器通過三通閥對冷熱媒進行量調節，蒸汽加濕器用兩通閥調節。

　�。�3）新風、排風、一次回風、二次回風和送風管上設有氣動調節風閥。

　　（4）兩個房間的送風支路上設有電加熱器可進行啟�？刂�。

　　3考核調試

　　現場控制機的考核調式是對控制裝置功能的全面檢驗。仿真考核調試就是利用仿真裝置替代實際現場。對控制裝置的功能進行檢驗，包括硬件、軟件和功能實現的思想，并給出相應的報告。

　　考核調試方法采用分層推進法，即首先孤立地對各功能進行考核，然后進行綜合性運轉調試考核。

　　3．1系統描述

　　圖2為整體組成示意圖，首先將被控空調系統結構組成、設備數據等信息輸入模型機，并進行相應的接口定義；然后將欲考核調試的控制裝置接入仿真系統，并檢查系統定義與接口的正確性。如果控制裝置有通訊接口，可與實驗接口連接，此接口機可采集、存儲與顯示控制裝置的運行結果。

　　3．2功能考核調試

　　仿真系統進入功能仿真程序，調試人員可以定義各溫、濕度以及風量等參數值，同時測量控制裝置輸出的設備狀態，以便對各功能進行單項考核。

　�。�1）測量功能。仿真系統給出一系列溫度、濕度、風量等各種參數值，檢查控制裝置測量結果是否正確。給出測量硬件、軟件是否正確，以及精度是否達到要求的考核報告。

　�。�2）控制閥等設備的輸出程序�？刂蒲b置給出被控設備狀態信號，仿真系統對設備狀態進行檢測，考核此程序功能實現的準確性。

　�。�3）鍵盤顯示程序。檢查鍵盤實現功能是否正確。

　�。�4）故障檢查程序。制造變送器與閥門調節的故障信息，檢查控制裝置對故障發現與處理的能力。

　　（5）控制方案程序。仿真系統制造一系列室內、室外以及設備狀態的信息，檢查控制思想及實現正確與否，檢查設備動作正確與否，但此時不檢查調節效果。

　　上述僅考核控制裝置的基本功能，如均達到要求，可進入綜合性仿真試驗，否則進行修改、完善。

　　3．3綜合性仿真試驗

　　空調系統的控制裝置應能應付作用到空調系統上的各種形式與變化的擾量，但日以不能進行逐日仿真試驗，因此，必須確定試驗工況。單純從考核調控制裝置來說，試驗工況的選擇應考慮三方面問題，即：氣象條件，建筑物的熱慣性；建筑物的使用情況，如人數、內部發熱量和使用時間表等。如果為了考核調試用于某地區某建筑空調系統的控制裝置，則應確定以下兩方面的試驗工況。

　　（1）為了考查全年運行特性，可按不同季節進行綜合性仿真試驗。一般可分為冬季嚴寒期、夏季炎熱期、春季、夏初以及秋季。并確定各季節的氣象條件。當然，為了考核空調工況分區及其控制方案的合理性，則應根據工況區先定氣象條件。一天內室外空氣溫度的變化可視為正弦變化：每天的濕度可按恒定值考慮，不同季節取不同數值。

　�。�2）對于建筑物特性及使用情況，應編制內部矛盾熱濕負荷時間表，以便仿真模擬。

　　4應用示例

　　為了說明空調控制數字仿真能否用于控制裝置的考核、調試，以本文第2節給出的被調對象為例，從過程控制特性和控制精度兩方面，對比仿真結果與實際系統測試結果。

　　4．1過程控制特性

　　為了考核控制軟件在跟蹤控制過程上的效果，給定如圖3所示的溫度過程設定值曲線，并按此設定要求，在空調數字仿真系統中運行被控制的空調系統與被考核的現場控制裝置，其結果如圖4所示，與在實際空調系統按此設定曲線控制的結果（見圖5）相比，可得：

　�。�1）仿真結果與實測結果十分相近；

　�。�2）基本可以符合溫度過程設定曲線要求，便跟蹤效果不理想，控制軟件需進一步改進。

　　4．2控制精度

　　為了探索空調數字仿真系統在仿真空調控制精度上的效果，利用實際現場某日逐時室外氣象數據，在仿真系統上仿真運行該空調控制系統。對比圖6所示的仿真結果與圖7所增實測結果可以看出：

　�。�1）仿真結果與實測結果十分相近

　�。�2）溫度控制精度為±0.5℃，滿足原軟件設計要求。

　　5結論

　　上述探討說明，實時性好的空調數字仿真裝置可以很好地模擬實際空調控制系統，為現場控制裝置（包括硬件、軟件）的開發與考核調試開辟一條經濟、可靠的途徑。當然，通過仿真試驗考核控制裝置的全面性取決于用戶對控制裝置功能的理解，試驗越全面，在實際環境中出現的錯誤就越少，越節省人力、物力，應用效果越好。

　　本文的目的在于對比仿真調試與實際應用的效果，至于如何評估、評價一個控制裝置，尚需進一步探討。

　　6參考文獻

　　1彥啟森等，用于空調模擬分析的實時仿真裝置.制冷學報，1987（2）.

　　2趙慶珠，李吉生.空調控制用數字仿真的實時性探討.1992年暖通空調制冷年會論文.

　　3李吉生.探討空調控制數字仿真.清華大學碩士論文，1990年12月.

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