空调DDC控制系统

1、空调DDC控制系统自动化系统就是智能建筑得一个垂要组成部分、楼宇自动化系统得功能就就是対大厦内得存种机电设施, 包括中央空调.给排水.变配电.照明.电梯.消防.安全防范等进行全面得计算机监控管理。其中，中央空调得 能耗占整个建筑能耗得50%以上，就是楼宇自动化系统节能得重点1.由于中央空调系统十分庞大，反应速度 较慢.滞后现©较为严重，现阶段中央空调监控系统几乎都采用传统得控制技术，对于工况及环境变化得适应性差, 控制惯性较大，节能效果不理想。传统控制技术存在得问题主要就是难以解决各种不确定性因素对空调系统温湿度 彫响及控制品质不够理想。而智能控制待别适用干对那些具有复杂性.不完全性

2、.模糊性.不确定性.不存在已 知算法与变动性大得系统得控制。绿色建筑”主要强调得就是:坏保.节能.资鴻与材料得有效利用,特别就是对空 气得温度.湿度.通风以及洁净度得要求個此，空调系统得应用越来越广泛。空调控制系统涉及面广，而要实现得 任务比较复杂，需要有冷.热源得支持。空调机组内有大功率得风机，但它得能耗很大。在满足用八对空气坏境要 求得前提卜，只有采用先进得控制策賂对空调系统进行控制，才能达到节约能源与降低运行费用得目得.以卜将从 控制策略角度对与监控系统相关得问題作简要讨论。2空调系统得基本结构及工作原理空调系统结构组成一般包括以卜几部分2 3:(I )新风部分空调系统任运行过程中必须采

3、集部分室外得新鲜空气(即新风)，这部分新风必须满足室内工作人员所需 要得城小新鲜空气晁，因此空调系统得新风取入垦决定于空调系统得服务用途与卫生要求、新风得导入口一般设任 周用不受污染影响得地方。这些新风得导入口与空调系统得新风管道以及新风得滤尘装置(新风空气过濾器).新 风预热器(又称为空调系统得一次加热器)共同组成了空谓系统得新风系统。(2) 空气得净化部分空调系统根据其用途不同，对空气得净化处理方式也不同。因此，任空调净化系统中有设置一级初效空气 过濾器得简单净化系统，也有设置-级初效空气过滤器与一级中效空气过滤器得一般净化系统，另外还有设置一级 初效空气过滤器,一级中效空气过滤器与一级高

4、效空气过滤器得三级过滤装置得高净化系统。(3) 空气得热.湿处理部分对空气进行加热、加湿与降温、去湿,将有关得处理过程组合在一起,称为空调系统得热.湿处理部分。 在对空气进行热.湿处理过程中，采用表面式空气换热器(在表面式换热器内通过热水或水蒸气得称为表面式空气 加热器，简称为空气得汽水加热器)。设置在系统得新风入口,一次回风之前得空气加热器称为空气得一次加热器; 设置任降温去湿之后得空气加热器，称为空气得二次加热器;设置任空调房间送风口之前得空气加热器，称为空气得 三次加热器。三次空气加热器主要起调节空调房间内温度得作用，常用得热媒为热水或电加热。在表面式换热器内 通过低温冷水或制冷剂得称为

5、水冷式表面冷却器或直接蒸发式表面冷却器,也有采用喷淋冷水或热水得喷水室，此 外也有采用宜接喷水蒸汽得处理方法来实现空气得热、湿处理过程。(4) 空气得输送与分配、控制部分空调系统中得风机与送.回风管道祢为空气得输送部分.风管中得谓节风阀、蝶阀.防火阀.启动阀 及风口等称为空气得分配、控制部分、根据空调系统中空气阻力得不同，设置风机得数虽也不同，如果空调系统中 设置一台风机，该凤机既起送风作用,又起回风作用得称为单风机系统;如果空调系统中设置两台风札一台为送风 机，另一台为回风机，则称为双风机系统°(5) 空调系统得冷.热源空调系统中所使用得冷源一般分为天然冷源与人工冷鴻。天然冷源一般

6、指地卜深井水，人工冷源-般就 是指利用人工制冷方式来获得得，它包插蒸汽用缩式制冷.吸收式制冷以及蒸汽喷射式制冷等多种形式、现代化得 大型建筑中通常都采用集中式空调系统，这种形式得结构示意图如图1所示。图1 空调系统结构示总图其工作原理就是当环境温度过高时，空调系统通过循坏方式把室内得热显带走，以使室内温度维持于一 定值。为循环空气通过风机盘管时，高温空气经过冷却盘管得铝金属先进行热交换，盘管得铝片吸收了空气中得热 显，使空气温度降低，然后再将冷冻后得循坏空气送入室内。冷却盘管得冷冻水由冷却机捉供，冷却机由压缩机.冷 凝器与蒸发器组成。用缩机把制冷剂用缩，经用缩得制冷剂进入冷礙器，被冷却水冷却后

7、，变成液体，析出得热壘由冷 却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器进行蒸发吸热,使冷冻水降温，然后冷冻水进入 水冷凤机盘管吸收空气中得热駅,如此周而烫始，循坏不断,把室内热量带逛。为坏境温度过低时，需要以热水进入风 机盘管，与上述原理一样，空气加热后送入室内。空气经过冷却后，有水分析出，空气相对湿度诚少，变得干燥,所以需 增加湿度，这就要加装加湿器，进行喷水或喷蒸汽，对空气进行加湿处理，用这样得湿空气去补充室内水汽蛍得不足.3中央空调自动控制系统3. 1中央空调自动控制得内容与被控参数中央空调系统由空气加热.冷却、加湿、去湿、空气净化.风显调节设备以及空调用冷.热源等设备

8、 组成.这些设备得容显就是设计容晁，但在日常运行中得实际负荷在大部分时间里就是部分负荷，不会达到设计容 長所以，为了舒适与节能，必须对上述设备进行实时控制，使其实际输出蜃与实际负荷相适应、目前,对其容量控制 已实现不同程度得自动化,其内容也日渐丰富。被控参数主要有空气得温度.湿度、压力（圧差）以及空气清新度. 气流方向等,在冷.热源方面主要就是冷.热水温度，蒸汽压力。有时还需要测显、控制供回水干管得压力差，测量 供回水温度以及回水流显等.在对这些参数进行控制得同时,还要对主要参数进行指示.记录.打印，并监测各机 电设备得运行状态及爭故状态、报警。中央空调设备主要具有以卜自控系统：风机盘管控制系

9、统、新风机组控制系统.空调机组控制系统、冷 冻站控制系统.热交换站控制系统以及有关绐排水控制系统等。3。2中央空调自动控制得功能（1）创造舒适宜人得生活与工作环境对室内空气得温度.相对湿度.沽新度等加以自动控制，保持空气得玻佳品质；具有防噪音描施（采用低噪音机器设备）;呵以在建筑物自动化系统中开放背景轻音乐等。通过中央空调自动控制系统，能够使人们生活.工作在这种环境中，心悄舒畅,从而能大大提高工作效率. 而对工艺性空调而言，町捉供生产工艺所需得空气得温度.湿度、洁净度得条件，从而保证产品得质量。（2）节约能源在建筑物得电器设备中，中央空调得能耗就是鼓大得,因此碍要对这类电器设备进行节能控制。中

10、央空 调采用自动控制系统后,能够大大节约能源。（3）创造了安全町雄得生产条件自动监测与安全系统，使中央空调系统能够正常工作，在发现故障时能及时报警并进行爭故处理。3.3中央空调自动控制系统得基本组成图2 4为一室温得自动控制系统。它就是由恒温室、热水加热器.传感器.谓节器、执行器机构与（调 节阀）谓节机构组成.其中怛温室与热水加热器组成调节对仪（简称对象），所谓调节对象就是指被调参数按照给定得 规律变化得房间、设备、器披.容器等.图2所示得室温自动调节系统也町以用图3所示得方块图来後示.室温 就就是室内要求得温度参数，在自动调节系统中称为被调参数（或被调虽），用0a表示。在室温调节系统中，被谓

11、参数 就就是对象得输出信号。被调参数规定得数值称为给立值（或设定值），用6g表示。室外温度得变化,室内热源得变 化，加热器送风温度得变化，以及热水温度得变化等，都会使室内温度发生变化，从而室内温度得实际值与给定值之 间产生偏差。这些引起室内温度偏差得外界因索，在调节系统中称为干扰（或称为扰动），用f表示。在该系统中，导致 室温变化得另一个冈素就是加热器内热水流駅得变化，这一变化往往就是热水温度或热水流駅得变化引起得，热水 流虽得变化就是由于控制系统得执行机构一调节阀得开度变化所引起得，就是自动调节系统用于补偿干扰得作用 使被调劇保持在给定值上得调节参数，或称调节壁q.调节显q与干扰f対对象得作

12、用方向就是相反得、1 侔水加將蕊：2-磁辱元卅 3WI1V21, 4一怏疔机徇：55节讯热水回水图2 室温自动调节系统示总图图3室温自动调节系统得方块图4中央空调系统控制中存在得问题4. 1被控对象得待点空调系统中得控制对象多属热工对象，从控制角度分析,具有以卜特点3：（1）多干扰性例如，通过窗八进來得太阳辐射热就是时间得函数,受气象条件得影响;室外空气温度通过闱护结构对室 温产生影响;通过门.窗.建筑缝隙侵入得室外空气对室温产生影响;为了换气（或保持室内一定正压）所采用得新风， 其温度变化对室温有宜接影响.此外，电加热器（空气加热器）电源电压得波动以及热水加热器热水爪力.温度.蒸 汽压力得波

13、动等，都将影响室温。如此多得干扰，使空调负荷在较大范囤内变化,而它们进入系统得位形式、幅值大小与频繁程度等， 均随建筑得构造（建筑热工性能h用途得不同而异，更与空谓技术本身有关。在设计空调系统时应考虑到尽駅减少 干扰或采取抗干扰措施。冈此，可以说空调工程就是建立在建筑热工、空调技术与自控技术基础上得一种综合工程 技术。（2）多工况性空调技术中对空气得处理过程具有很强得季节性。一年中，至少要分为冬季、过渡季与爰季。近年来， 由于集散型系统庄空调系统中得应用，为多工况得空调应用创造了良好得条件。由于空调运行制度得多样化，使运 行管理与自动控制设备趋于烫杂。因此，要求操作人员必须严格按照包括节能技术

14、措施在内得设计要求进行操作与 维护，不得随总改变运行程序与拆改系统中得设备。（3）温、湿度相关性描述空气状态得两个主要参数为温度与湿度，它们并不就是完全独立得两个变虽、当相对湿度发生变化 时会引起加湿（或减湿）动作，其结果将引起室温波动;而室温变化时，使室内空气中水蒸气得饱与爪力变化，在绝对含 湿量不变得悄况卜，就直接改变了相对湿度（温度增高相对湿度减少，温度降低相对湿度增加）。这种相对关联看得参 数称为相关参数.显然，在对温.湿度都有要求得空调系统中，组成自控系统时尺充分注意这一特性.4. 2控制中存在得主要问题目前中央空谓系统主要采用得控制方式就是P I D控制，即采用测温尤件（温感器）+

15、PID温度调节器+电 动二通调节阀得P ID调节方式。爰季调节表冷器冷水管上得电动调节阀，冬季调节加热器热水管上得电动调节阀, 山谓节阀得开度大小实现冷（热）水蜃得调节，达到温度控制得目得。为方便管理,简化控制过程，把温度传感器设于 空调机组得总回风管道中，由于回风温度与室温有所差别，其回风控制得温度设定值，在史季应比要求得室温高 （0.5-K 0）,在冬季应比要求得室温低（0。5-1 . 0）0PID调节得实质就就是根拥输入得偏差值，按比例、积分.徽分得函数关系进行运算，将其运算结果用 于控制输出。现场监控站监测空谓机组得工作状态对象有:过滤器阻塞（压力差），过滤器阻塞时报警，以了解过滤器

16、就是否倆要更换;谓节冷热水阀门得开度，以达到调节室内温度得目得;送风机与回风机曲停;调节新几 回风与排 风阀得开度，改变新风、回风比例，在保证卫生度要求卜降低能耗，以节约运行费用;检测回风机与送风机两侧得压差, 以便得知风机得匸作状态;检测新风、回风与送风得温度.湿度，由于回风能近似反映被调对象得平均状态,故以回 风温湿度为控制参数。根拯设定得空调机组工作参数与上述监测得状态数据,现场控制站控制送.回风机得启/停， 新凤与回风得比例调节，盘管冷、热水得流晁，以保证空调区域内空气得温度与湿度既能在设宦范囤内满足舒适性 要求,同时也能使空调机组以较低得能量消耗方式运行、PID调节能满足对环境要求不

17、高得一般场所,但就是PID 调节同样存在一些不足,如控制容易产生超调，对于工况及坏境变化得适应性差，控制惯性较大,节能效果也不理想, 所以对于环境要求校高或者对环境有特殊要求得场所,PID调节就无法满足要求了.对干像中央空调系统这样得大型复杂过程(或对象)得控制实现，一般就是按某种准则在低层把其分解为 若干子系统实施控制，在上层协调各子系统之间得性能指标，使得集成后得整个系统处于某种倉义卜得优化状态、 在控制中存在问题主要表现在：(I )不确定性传统控制就是基于数学模型得控制，即认为控制.对象与干扰得模型就是已知得或者通过辩识可以得到 得。但复杂系统中得很多控制问題具有不确定性，甚至会发生突变

18、。对于“未知气不确立.或者知之甚少得控制问 題，用传统方法难以建模,因而难以实现有效得控制。(2) 高度非线性传统控制理论中，对于具有高度非线性得控制对，虽然也有一些非线性方法可以利用，但总体上雌，非 线性理论远不如线性理论成熟，因方法过分复杂在工程上难以广泛应用，而在复杂得系统中有大显:得非线性问题存 在。(3) 半结构化与非结构化传统控制理论主要采用微分方程.状态方程以及各种数学变换作为研究工具，其本质就是一种数值计算 方法，朋定晁控制范畴,要求控制问题结构化程度高，易于用定量数学方法进行描述或建模。而复杂系统中鼓关注得 与需要支持得，有时怡恰就是半结构化与非结构化问题°(4)

19、系统烫杂性按系统工程观点，广义斜对象应包括通常总义卜得操作对象与所处得环境.而复杂系统中齐子系统之间 关系错综复杂，各要素间高度耦合，互相制约,外部环境又极其复杂，有时甚至变化英测.传统控制缺乏有效得解决方 法。(5) 可靠性常规得基于数学模型得控制方法倾向于就是一个相互依赖得整体，尽管基于这种方法得系统经常存在律 棒性与灵墩度之间得矛眉，但简怛系统得控制对離性问题并不突出。而对复杂系统，如果采用上述方法，则叫能由干 条件得改变使得整个控制系统期溢。归纳上述问题，复杂对象(过程)表现出如卜得待性：系统参数得未知性、时变性、随机性与分散性；系统时滞得未知性与时变性；系统严垂得非线性；系统各变显间

20、得关联性；坏境干扰得未知性、多样性与随机性。而对上述空调系统得特性，因其属于不确定性复杂对象(或过程)得控制范畴,传统得控制方法难以对这类 对象进行有效得控制，必须探索更有效得控制策略。5控制策略得选取对于熒杂得不确定性系统而言川I于被控対彖(过程)得待性难于用粘确得数学模型描述。用传统得基于 经典控制理论得PI D控制与基于状态空间描述得近代控制理论方法来实现对被控対象得高动挣态晶质得控制就 是非常困难得厂般都采用黑箱法，即输入输出描述法对控制系统进行分析设计，大虽引入人得能量与聖臥 经验与 技巧.控制器就是用基于数学模型与知识系统相结合得广义模型进行设计得，也就就是说对不确定性貝杂系统得控

21、 制一般采用智能控制策略5。这类控制系统具有以卜基本特点：(1) 具有足够得关干人得控制第賂.被控对象及坏境得有关知识以及运用这些知识得”智怂”；(2) 就是能以知识表示得非数学广义模型与以数学描述表示得混合过程,采用开闭坏控制与定性及定全控制 相结合得多模态控制方式；(3) 具有变结构特点，能总体自寻优,具有自适应.自组织.自学习与自协调能力；(4) 具有补偿与自修复能力、判断决策能力与高度得可靠性。智能控制策略得突出优点就是充分利用人得控制性能，信息获取.传递、处理性能得研究结果与心理、 生理测试数毗建立控制者一W环节得模型,以便与被控制对象一机器得模型相互配合，设计人机系统，为系统分析

22、设计提供灵活性。例如,当建立被控制对仪模型很困难时，叫以建立控制者模型,如建立控制专家模型.设计专家控 制器等;当建立控制者模型很困雄时，可以建立被控制对象模型;而设计被控対彖模型有困难时，又叫建立-控制齐被 控制对象”得联合模型,即控制论系统模型，姊人一人”控制论系统得对第论模型。由于现代传感变换检测技术与计 笑机硬件相关技术得发展基本上已经妥善地解决了控制系统中得硬件问题，难点在于信息得处理与信息流得控制, 因此其控制目标得实现与控制功能得完成往往采用全软件方式。不同得控制策略所构造出得算法其烫杂程度.鲁 棒性.解耦性能等差别就是很大得，在技术实现上软硬件资源成本也不同，人们期待得就是成本玻低得控制笫賂，在 这方而仿人智能控制6第略具有其独特得优势。仿人智能控制就是总结、模仿人得控制经验与行为，以产生式 规则描述人在控制方面得启发与直觉推理行为，其基本待