中央空调监控系统程序设计.doc

目目 录录 第 1 章 控制系统工艺分析 1 1 1 控制系统工艺发展背景 1 1 2 控制系统工艺目标 1 1 3 控制系统设计思路 2 第 2 章 控制系统设计 4 2 1 仪表的选择 4 2 2 传感器的选型 5 2 3 控制方案分析 5 第 3 章 基于组态王的中央空调监控系统程序设计 9 3 1 主控界面 9 3 2 趋势界面 9 3 3 仪表界面 10 第 4 章 结论与体会 11 参考文献 12 自动控制系统课程设计 1 第第 1 章章 控制系统工艺分析控制系统工艺分析 1 1 控制系统工艺发展背景控制系统工艺发展背景 随着电脑技术的不断发展 BAS 楼宇自动化系统 是目前智能化设计最重 要的一部分 而在楼宇自动化系统中 中央空调系统则是建筑设备自动化系统 最主要的控制系统 首先 这个控制系统来自于 EBI 企业自动化建设 中 BAS 楼宇自动化系统 的自动逻辑模块 这个系统的组成和特点是被引进过来 的 具有先进的硬件及软件环境 其次 该软件包括的 EBI 和 CARE 计算机 辅助整治工程 与上位机 下位机控制器相对应 最后 中央空调系统在建筑 学中的控制能力经过的严格探讨 其中包括 PIN 控制 模糊控制和混合模糊 PIN 控制算法 特别是对控制方法 温度和湿度在空调系统中的影响进行了探 讨 实验是在一个规模较大的办公系统大楼中进行 实验结果证明 混合模糊 PIN 控制比模糊控制具有更好的适应性和稳定性 能够减少超调 有更快的响 应速度和更高的精确度 1 2 控制系统工艺目标控制系统工艺目标 大楼中的中央空调系统包括有两个冷却机组的冷却水系统和有 11 个空气调 节装置的空气处理系统 稳定空气量的系统 监控系统的设计满足下列要求 基本参数测量和开关控制设备 能量调整和管理 调整和控制能源 水和空气系统 总之 监控系统包括控制面板 操作界面 数据收集与分析 中央空调系 统管理等 这些参数包括空调中的温度 湿度和二氧化碳浓度 冷却水中温度和压力 以及冷却水系统是用来使这些参数工作在最佳状态 所以先进的控制系统是必 要的 另外 随着季节的变化和不同的设备使得监控系统要根据不同条件而改 变工作方式以便能够节约能源 在 BAS 中央空调监控系统适应于分布式控制系统 DCS 中 其中包括中 央处理器通信设备 和 11 个数字信号控制器 DDS BAS 中制冷监测控制系统见图 1 1 图 1 1 中 AI 表示模拟输入 AO 为 模拟输出 DI 为数字输入 DO 表示数字输出 I 代表温度 F 代表流量 有两 自动控制系统课程设计 2 个充满冷水的冷却装置 分别由三个水泵来促进冷却水的循环 其中有两个泵 是备用的 冷却水由集成模块通过传输管道发送到 AHU 端 典型的中央空调监控系统如图 1 2 所示 系统维持空气的流通 AHU 包括 过滤器 线圈 加湿器 风扇等 图 1 1 中 TO 与 HO 分别代表温度和室外空气湿度 Ts 和 Hs 代表循环的 温度和湿度 也就是空调内部的温度和湿度 CA 代表压力差开关 MV 代表电 气控制阀门 LT 是为了防止线圈冻坏 MCC 控制风扇的开关 图 1 1 楼宇控制制冷监控系统 1 3 控制系统设计思路控制系统设计思路 温度 湿度和通风是中央空调监控系统监测的重要因素 对通风造成的能 源损失以及空气流动的预测成为加热和冷却的主导原因 下面列出的特点包括 了支持监控系统和操作调度控制及监测系统 提供安全可控的通道 能够监测和故障排除 显示设置点 ON OFF 按钮 监测职能 湿度 空气质量和温度控制使用传感器监测空气入口及出口的 自动监控子系统 以提供或者锁定冷却和通风 优化启动和温度预测 区域监测和控制 能量记录及审核 可用数据通过监控系统中内置传感器汇聚在一起 实时报告监测数据 故障自动报警 计算机对整个智能化大楼中所有设备的检测和监控是楼宇自动化的一部分 其中包括 HAVC 系统 导通系统和截止系统等 中央空调监控系统体现了温度 控制 温度调节 湿度 风速和室内空气质量等问题 另外 新鲜空气聚集和 VAV 风机盘管的监控系统也包括在 BAS 中 通过监控系统和记录的信息 能 自动控制系统课程设计 3 源节约的分布式控制和中央处理将被执行 为智能化楼宇的管理提供便利 以 减少能源的消耗和管理成本 然而 目前中央空调的监控系统在智能化楼宇中的设计还存在一些普遍的 问题 比如 在中国 由于室内室外的不确定因素 导致 HVAC 系统受到影响 以致控制不是很理想 甚至一些自动化系统在某些大楼中不工作 有些控制系 统也不稳定 不能节能 事实上 根本原因在于空调专业设计人员与自动化专 业设计师之间的沟通不足 传统的设计思路与本地化专业领域不同限制了计算 机监控系统的实施 另一方面 自动化设计师不了解中央空调系统 以致他们 只能被动的接受专业空调设计人员传递过来的工艺过程和控制要求 最终导致 计算机监控的中央空调监控系统无法得到优化 从而增加了投资成本和故障的 发生 图 1 2 BAS 中的中央空调监控系统 考虑到在中央空调控制系统监控的难度 本文介绍了在 TV 建筑中的中央 空调控制系统 这个监控系统设计是为了适应建筑物集成 BAS 的 EBI 的一 个逻辑系统 详细介绍控制系统的硬件与软件设计 上位机 下位机的 EBI 和 CARE 软件要求 最后是智能控制策略在监控系统中的研究 实验已经证明了 该系统的有效性 自动控制系统课程设计 4 第第 2 章章 控制系统设计控制系统设计 2 1 仪表的选择仪表的选择 XMT 智能型单 双路输入数字显示报警控制仪 采用国外大规模单片机专用电路 将数显控制仪表的功能汇集于该芯片的 软件中 集成度高 各项性能指示稳定可靠 抗干扰能力强 功能设置方便 是目前国内数字显示控制仪表的先进水平 型号代 码说 明 XMT 双四位显示 D单路输入 输入回路 S双路输入 6 160 80mm 8 80 160mm 外形尺寸 9 96 96mm D 1 2 单 3 路 9 普通位式两位控制 普通位式三位控制 三位控制 声响报警 多位控制 4 路 控 制 或 报 警 S 5 6 双 7 路 8 9 主 付回路之差值报警控制 主 付回路之和值报警控制 主回路 付回路二位控制或单限报 警 主 付回路二位控制有声响报警 主 付回路分别三位控制 输入信号X X见输入信号代号表 表一 配电输出 Y无配电输出 自动控制系统课程设计 5 注 双路输入 仅适用于都为 0 10mA 4 20mA 0 5V 1 5V 热电阻 热电偶 2 2 传感器的选型传感器的选型 传感器 一旦控制问题和监控参数确定下来 传感器的选择 I O 驱动 计算机硬件 软件 还有网络设备驱动 以及链接线路即可确定 中央空调硬件系统通常是 小型分散控制系统没有一个工作站点和一些较低级的控制器 中央空调监控系 统是在 EBI 系统上设计和发展起来的 整个系统由硬件 如中央处理器 DDS 传感器等构成 控制系统硬件构成如图 2 1 所示 图 2 1 DCS 中央空调系统 温度传感器有四种主要类型 热电偶 热敏电阻 电阻温度检测器 RTD 和 IC 温度传感器 IC 温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触 又称温度计 温度计通过传导或对流达到热平衡 从而使温度计的示值能直接表示被测 对象的温度 一般测量精度较高 在一定的测温范围内 温度计也可测量物体 内部的温度分布 但对于运动体 小目标或热容量很小的对象则会产生较大的 测量误差 常用的温度计有双金属温度计 玻璃液体温度计 压力式温度计 电阻温度计 热敏电阻和温差电偶等 它们广泛应用于工业 农业 商业等部 门 在日常生活中人们也常常使用这些温度计 随着低温技术在国防工程 空 间技术 冶金 电子 食品 医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的 研究 测量 120K 以下温度的低温温度计得到了发展 如低温气体温度计 蒸 汽压温度计 声学温度计 顺磁盐温度计 量子温度计 低温热电阻和低温温 差电偶等 低温温度计要求感温元件体积小 准确度高 复现性和稳定性好 PDC24V 配电输出 自动控制系统课程设计 6 利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感 温元件 可用于测量 1 6 300K 范围内的温度 2 3 控制方案分析控制方案分析 软件的空气调节系统包括两个子系统 其一是监督和管理系统的工作站 一个是智能控制系统的 DDC 现场控制器 EBI 系统软件工作点和 DDS 软件可用来对 CARE 进行编程控制 EBI 是一个复杂的管理和控制应用系统 1 以一种简单明了的方式显示数据 2 允许手动输入程序控制 3 自动执行任务计划 4 显示系统的工作状态 5 生成报告 EBI 的支持其他工业协议如 BACnet OPC 和 LonWorks 技术等 一个典型 的 EBI 的系统包括服务器 站点 控制器和通信链路等 如图 2 2 所示 EBI 的在服务器上运行 主机收集和处理数据 管理系统活动并执行自动化任务 图 2 2 典型的 EBI 控制系统装置 该站实际上是我们通过监视和控制的系统在 控制面板设置 该站点是一 个单独的 EBI 的程序 运行在标准的机以及在服务器上 在该系统中 站点和 服务器运行在相同的计算机上 此站点表现为一系列的信息 每个显示屏是一 个 控制面板 显示设置或某一类型的信息 并具有一套适当的控制 如 按 钮 和 滚动条 有两个基本类型的显示模式 系统 这是有 EBI 和显示提供信息标准化方式 系统会显示包括列表和 包含系统配置的细节 电子表格 自定义 这些已建立专门为特定的系统 并使其更容易理解和控制系统的 活动 例如 securityrelated 显示可能会显示一个特定的布局 而空气调节显示 器可能包括示意图的空气调节系统 CARE 软件通过提供的图形来创建数据文件和控制器的控制程序 CARE 自动控制系统课程设计 7 是 Windows 应用程序 需要利用的菜单栏 会话框 指向并点击功能 CARE 提供了四个主要职能创建程序文件下载到控制器 装载原理图 控制策略 开 关逻辑和时间程序 设备原理图 在建立工程的第一步是定义一个项目 一个项目是一个 1 到 30 集控制器上的总线 一个控制器可负责超过一个工程 然后为每个工程创建 原理图 例如图 2 3 这是空调器的原理图 图 2 3 空调器原理图 时间控制 时间程序来控制设备开 关时间 以配合设备日程安排 例如 平日 周末和节假日 可以定义并分配一周时间表 在完成一个工程之后 我们使用其他 CARE 的默认编辑功能和转换文件的 控制器的格式 然后我们可以下载该文件在控制器上进行操作和测试 下面的 图 2 4 显示 CARE 项目 装载和性能 图 2 4 CARE 功能表 控制方式 空调系统正常良好的运行 不仅与相应的空调系统有关 而且还自动控制 相关 这个空调系统控制模块主要包括开关控制 连续调整 控制空调内温度 和湿度 开关主要控制开关冷冻装置 风扇和水泵等相互关联的控制器件 温度控制系统 在这里 采用温度控制混合模糊 PID 控制 混合模糊 PID 控制的配置显示 如图 2 5 所示 图 2 5 中 r 为设定值 e 为错误输入值 U 是控制输出变量 E 是错误的 自动控制系统课程设计 8 模糊状态的隶属度 EC 不同程度错误的模糊状态 C 是控制模糊状态输出 R 代表识别器 F 代表输入频率 RULE 代表模糊尺度 D 代表模糊输出 图 2 5 温度控制系统 自动控制系统课程设计 9 第第 3 章章 基于组态王的中央空调监控系统程序设计基于组态王的中央空调监控系统程序设计 3 1 主控界面主控界面 主控制界面显示了整个中央空调监控系统的运行系统结构模拟图 采用组 态王 6 5 进行界面的绘制 清晰明确地显示出整个运转流程和各部分之间的工 作联系情况 3 2 趋势界面趋势界面 显示实时数据和历史数据的趋势曲线 自动控制系统课程设计 10 3 3 仪表界面仪表界面 进行各配置部件相关运行数据实时监控与记录的界面 自动控制系统课程设计 11 第第 4 4 章章 结论与体会结论与体会 我们从综合自动控制上与数字电路找到结合点 经过对相关软硬件的研究 学习和实践 成功的模拟出一套中央空调监控系统的结构和整体设计模式 通 过模拟 PLC 的连接等 进行了多项数据的模拟测量和运行数据记录 得到了比 较满意的成品 经过本次课程设计之后 我感觉这是一次理论与实际相结合的考验 我们 在这次实习中受益颇多 也让我们在一步步的探索中培养了解决问题的能力 让我们的所学知识得以应用 并且认识到我们的不足 任何事情只有一步步的 探索才能最终发现解决问题的方法 两个星期以来 我们对自动控制的理论有了初步的系统了解 我们学会了 面包板组装与电路调试登机桥 我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧 印制电路板图的设计制作与工艺流程的作用等 这些知识不仅在课堂上有效 对以后的电子工艺课的学习有很大的指导意义 在日常生活中更是有着现实意 义 也对自己的动手能力是个很大的锻