空调DDC控制系统

空调DDC掌握系统之羊若含玉创作自动化系统是智能建筑的一个重要组成部分.楼宇自动化系统的功效就是对大厦内的各类机电设施，包含中央空调、给排水、变配电、照明、电梯、消防、平安防备等进行全面的盘算机监控治理.其中，中央空调的能耗占整个建筑能耗的50%以上，是楼宇自动化系统节能的重点[1].由亍中央空调系统十分宏大，反响速度较慢、滞后现彖较为严重，现阶段中央空调监控系统几乎都采取传统的掌握技巧，对亍工况及情况变更的适应性差，掌握惯性较大，节能效果不睬想.传统掌握技巧存在的问题主要是难以解决各类不确定性因素对空调系统温湿度影响及掌握品质不敷幻想.而智能掌握特别适用于对那些具有庞杂胜、不完全胜、隐约胜、不确定胜、不存在已知算法和变动胜大的系统的掌握.“绿色建筑”主要强调的是:环保、节能、资源和资料的有效应用，特别是对空气的温度、湿度、通风以及干净度的要求，因此，空调系统的应用越来越普遍.空调掌握系统涉及面广，而要实现的任务比较庞杂，需要有冷、热源的支持.空调机组内有大功率的风机，但它的能耗很大.在知足用户对空气情况要求的前提下，只有采取先进的掌握战略对空调系统进行掌握，才干达到勤俭能源和下降运行费用的目标.以下将从掌握战略角度对与监控系统相关的问题作扼要讨论.2空调系统的根本构造及工作原理空调系统构造组成一般包含以下几部分[2][3]:新风部分空调系统在运行进程中必须收集部分室外的新鲜空气(即新风)，这部分新风必须知足室内工作人员所需要的最小新鲜空气量，因此空调系统的新风取入量决议亍空调系统的办事用途和卫生要求.新风的导入口一般设在周围不受污染影响的地方.这些新风的导入口和空调系统的新风管道以及新风的滤尘装置(新风空气过滤器)、新风预热器(又称为空调系统的一次加热器)合营组成了空调系统的新风系统.空气的净化部分空调系统依据其用途不合，对空气的净化处理方法也不合.因此，在空调净化系统中有设置一级初效空气过滤器的筒略净化系统，也有设置一级初效空气过滤器和一级中效空气过滤器的一般净化系统，别的还有设置一级初效空气过滤器，一级中效空气过滤器和一级高效空气过滤器的三级过滤装置的高净化系统.空气的热、湿处理部分对空气进行加热、加湿和降温、去湿，将有关的处理进程组合在一起，称为空调系统的热、湿处理部分.在对空气进行热、湿处理进程中，采取概况式空气换热器(在概况式换热器内通过热水或水蒸气的称为概况式空气加热器，简称为空气的汽水加热器).设置在系统的新风入口，一次回风之前的空气加热器称为空气的一次加热器；设置在降温去湿之后的空气加热器，称为空气的二次加热器；设置在空调房间送风口之前的空气加热器，称为空气的三次加热器.三次空气加热器主要起调节空调房间内温度的作用，经常使用的热媒为热水或电加热.在概况式换热器内通过低温冷水或制冷剂的称为水冷式概况冷却器或直接蒸发式概况冷却器，也有采取喷淋冷水或热水的喷水室，此外也有采取直接喷水蒸汽的处理办法来实现空气的热、湿处理进程.空气的输送和分派、掌握部分空调系统中的风机和送、回风管道称为空气的输送部分.风管中的调节风阀、蝶阀、防火阀、启动阀及风口等称为空气的分派、掌握部分.依据空调系统中空气阻力的不合，设置风机的数量也不合，如果空调系统中设置一台风机，球风机既起送风作用，又起回风作用的称为单风机系统;如果空调系统中设置两台风机，一台为送风机，另一台为回风机，则称为双风机系统.空调系统的冷、热源空调系统中所使用的冷源一般分为天然冷源和人工冷源.天然冷源一般指地下深井水，人工冷源一般是指应用人工制冷方法来获得的，它包含蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷以及蒸汽喷射式制冷等多种形式.现代化的大型建筑中通常都采取集中式空调系统，这种形式的构造示意图如图1所示.图1空调系统构造示意图其工作原理是当情况温渡过高时，空调系统通过循环方法把室内的热量带走，以使室内温度维持亍一定值.当循环空气通过风机盘管时，高温空气经由冷却盘管的铝金属先进行热交流，盘管的铝片吸收了空气中的热量，使空气温度下降，然后再将冷冻后的循环空气送入室内.冷却盘管的冷冻水由冷却机提供，冷却机由压缩机、冷凝器和蒸发器组成.压缩机把制冷剂压缩，经压缩的制冷剂进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，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，然后冷冻水进入水凉风机盘管吸收空气中的热量，如此周而复始，循环不竭，把室内热量带走.当情况温渡过低时，需要以热水进入风机盘管，和上述原理一样，空气加热后送入室内.空气经由冷却后，有水剖析出，空气相对湿度削减，变的干燥，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，用这样的湿空气去填补室内水汽量的缺乏.3中央空调自动掌握系统3.1中央空调自动掌握的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、风量调节设备以及空挪用冷、热源等设备组成.这些设备的容量是设计容量，但在日常运行中的实际负荷在大部分时间里是部分负荷，不会达到设计容量.所以，为了舒适和节能，必须对上述设备进行实时掌握，使其实际输出量与实际负荷相适应.今朝，对其容量掌握已实现不合程度的自动化，其内容比日渐丰硕.被控参数主要有空气的温度、湿度、压力(压差)以及空气清新度、气流偏向等，在冷、热源方面主要是冷、热水温度，蒸汽压力.有时还需要丈量、掌握保回水干管的压力差，丈量供回水温度以及回水流量等.在对这些参数进行掌握的同时，还要对主要参数进行指示、记载、打印，并监测各机电设备的运行状态及事故状态、报警.中央空调设备主要具有以下自控系统：风机盘管掌握系统、新风机组掌握系统、空调机组掌握系统、冷冻站掌握系统、热交流站掌握系统以及有关给排水掌握系统等.3.2中央空调自动掌握的功效(1)创造舒适宜人的生活与工作情况•对室内空气的温度、相对湿度、清新度等加以自动掌握，保持空气的最佳品质；•具有防噪音措施（采取低噪音机械设备）;•可以在建筑物自动化系统中开放布景轻音乐等.通过中央空调自动掌握系统，可以或许使人们生活、工作在这种情况中，心情舒畅，从而能大大提高工作效率.而对工艺胜空调而言，可提供生产工艺所需的空气的温度、湿度、干净度的条件，从而包管产品的质量.（2） 勤俭能源在建筑物的电器设备中，中央空调的能耗是最大的，因此需要对这类电器设备进行节能掌握.中央空调采取自动掌握系统后，可以或许大大勤俭能源.（3） 创造了平安靠得住的生产条件自动监测与平安系统，使中央空调系统可以或许正常工作，在发明故障时能实时报警并进行事故处理.3.3中央空调自动掌握系统的根本组成图2[4]为一室温的自动掌握系统.它是由恒温室、热水加热器、传感器、调节器、执行器机构和（调节阀）调节机构组成.其中恒温室和热水加热器组成调节对彖（简称对彖），所谓调节对彖是指被调参数依照给定的纪律变更的房间、设备、器械、容器等.图2所示的室温自动调节系统也可以用图3所示的方块图来暗示.室温就是室内要求的温度参数，在自动调节系统中称为被调参数（或被调量），用Oa暗示.在室温调节系统中，被调参数就是对彖的输出信号.被调参数划定的数值称为给定值（或设定值），用Og暗示.室外温度的变更，室内热源的变更，加热器送风温度的变更，以及热水温度的变更等，都邑使室内温度产生变更，从而室内温度的实际值与给定值之间产生误差.这些引起室内温度误差的外界因素，在调节系统中称为干扰（或称为扰动），用f暗示.在该系统中，导致室温变更的另一个因素是加热器内热水流量的变更，这一变更往往是热水温度或热水流量的变更引起的，热水流量的变更是由亍掌握系统的执行机构一调节阀的开度变更所引起的，是自动调节系统用亍抵偿干扰的作用使被调量保持在给定值上的调节参数，或称调节量q.调节量q和干扰f对对彖的作用偏向是相反的.图2室温自动调节系统示意图图3室温自动调节系统的方块图4中央空调系统掌握中存在的问题4.1被控对彖的特点空调系统中的掌握对彖多属热工对彖，从掌握角度剖析，具有以下特点[3]:（1）多干扰性例如，通过窗户进来的太阳辐射热是时间的函数，受气彖条件的影响;室外空气温度通过围护构造对室温产生影响;通过门、窗、建筑裂缝侵入的室外空气对室温产生影响；为了换气（或保持室内一定正压）所采取的新风，其温度变更对室温有直接影响.此外，电加热器（空气加热器）电源电压的摇动以及热水加热器热水压力、温度、蒸汽压力的摇动等，都将影响室温.如此多的干扰，使空调负荷在较大规模内变更，而它们进入系统的位置、形式、幅值大小和频繁程度等，均随建筑的构造（建筑热工性能）、用途的不合而异，更与空调技巧自己有关.在设计空调系统时应斟酌到尽量削减干扰或采纳抗干扰措施.因此，可以说空调工程是树立在建筑热工、空调技巧和自控技巧基本上的一种综合工程技巧.（2）多工况胜空调技巧中对空气的处理进程具有很强的季候性.一年中，至少要分为冬季、过渡季和夏季.近年来，由亍集散型系统在空调系统中的应用，为多工况的空调应用创造了优越的条件.由亍空调运行制度的多样化，使运行治理和自动掌握设备趋亍庞杂.因此，要求操纵人员必须严格依照包含节能技巧措施在内的设计要求进行操纵和维护，不得随意转变运行程序和拆攻系统中的设备.（3）温、湿度相关性描写空气状态的两个主要参数为温度和湿度，它们其实不是完全自力的两个变量.当相对湿度产生变更时会引起加湿（或减湿）动作，其成果将引起室温摇动;而室温变更时，使室内空气中水蒸气的饱和压力变更，在绝对含湿量不变的情况下，就直接转变了相对湿度（温度增高相对湿度削减,温度下降相对湿度增加）.这种相对联系关系着的参数称为相关参数.显然，在对温、湿度都有要求的空调系统中，组成自控系统时应充分注意这一特性.4.2掌握中存在的主要问题今朝中央空调系统主要采取的掌握方法是PID掌握，即采取测温元件（温感器）+PID温度调节器+电动二通调节阀的PID调节方法.夏季调节表冷器冷水管上的电动调节阀，冬季调节加热器热水管上的电动调节阀，由调节阀的开度大小实现冷（热）水*的调节，达到温度掌握的目标.为便利治理，简化掌握进程，把温度传感器设亍空调机组的总回风管道中，由亍回风温度与室温有所不同，其回风掌握的温度设定值，在夏季应比要求的室温高（0.5〜1.0）它，在冬季应比要求的室温低（0.5〜1.0）°C.PID调节的实质就是依据输入的误差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，将其运算成果用亍掌握输出.现场监控站监测空调机组的工作状态对彖有：过滤器阻塞（压力差），过滤器阻塞时报警，以懂得过滤器是否需要攻换；调节冷热水阀门的开度，以达到调节室内温度的目标；送风机与回风机启/I亭;调节新风、回风与排风阀的开度，转变新风、回风比例，在包管卫生度要求下下降能耗，以勤俭运行费用；检测回风机和送风机两侧的压差，以T更得知风机的工作状态；检测新风、回风与送风的温度、湿度，由亍回风能近似反应被调对彖的平均状态，故以回风温湿度为掌握参数.依据设定的空调机组工作参数与上述监测的状态数据，现场掌握站掌握送、回风机的启/I亭，新风与回风的比例调节，盘管冷、热水的流量，以包管空调区域内空气的温度与湿度既能在设定规模内知足舒适胜要求，同时也能使空调机组以较低的能量消耗方法运行.PID调节能知足对情况要求不高的一般场合，但是PID调节同样存在一些缺乏，如掌握容易产生超调，对亍工况及情况变更的适应性差，掌握惯性较大，节能效果也不睬想，所以对亍情况要求较高或者对情况有特殊要求的场合，PID调节就无法知足要求了.对亍像中央空调系统这样的大型庞杂进程（或对彖）的掌握实现，一般是按某种准则在低层把其分化为若干子系统实施掌握，在上层协调各子系统之间的胜能指标，使得集成后的整个系统处亍某种意义下的优化状态.在掌握中存在问题主要表示在:不确定性传统掌握是基于数学模子的掌握，即认为掌握、对象和干扰的模子是已知的或者通过辩识可以得到的.但庞杂系统中的许多掌握问题具有不确定性，甚至会产生突变.对于未知久不确定、或者知之甚少的掌握问题，用传统办法难以建模，因而难以实现有效的掌握.高度非线性传统掌握理论中，对于具有高度非线性的掌握对象，虽然也有一些非线性办法可以应用，但总体上看，非线性理论远不如线性理论成熟，因办法过火庞杂在工程上难以普遍应用，而在庞杂的系统中有大量的非线性问题存在.半构造化与非构造化传统掌握理论主要采取微分方程、状态方程以及各类数学变换作为研究对象，其实质是一种数值盘算办法，属定量掌握领域，要求掌握问题构造化程度高，易于用定量数学办法进行描写或建模.而庞杂系统中最存眷的和需要支持的，有时恰恰是半构造化与非构造化问题.系统庞杂性按系统工程不雅点，广义的对象应包含通常意义下的操纵对象和所处的情况.而庞杂系统中各子系统之间关系错综庞杂，各要素间高度耦合，互相制约，外部情况又极其庞杂，有时甚至变更莫测.传统掌握缺乏有效的解决办法.（5）靠得住胜通例的基亍数学模子的掌握办法倾向亍是一个相互依赖的整体，尽管基亍这种办法的系统经常存在鲁棒性与敏锐度之间的抵触，但筒略系统的掌握靠得住胜问题其实不突出.而对庞杂系统，如果采取上述办法，则可能由亍条件的转变使得整个掌握系统解体.归纳上述问题，庞杂对彖（进程）表示幽如下的特性：•系统参数的未知胜、时变胜、随机性和疏散性；•系统时滞的未知性和时变胜；•系统严重的非线性；•系统各变量间的联系关系胜；•情况干扰的未知胜、多样性和随机性.面临上述空调系统的特胜，因其属亍不确定性庞杂对彖（或进程）的掌握领域，传统的掌握办法难以对这类对彖进行有效的掌握，必须探索更有效的掌握战略.5掌握战略的选取对亍庞杂的不确定性系统而言，由亍被控对彖（进程）的特性难亍用准确的数学模子描写.用传统的基亍经典掌握理论的PID掌握和基亍状态空间描写的近代掌握理论办法来实现对被控对彖的高动静态品质的掌握是异常艰苦的，一般都采取黑箱法，即输入输出描写法对掌握系统进行剖析设计，大量引入人的能量与智慧、经验与技能.掌握器是用基亍数学模子和知识系统相结合的广义模子进行设计的，也就是说对不确定性庞杂系统的掌握一般采取智能掌握战略[5].这类掌握系统具有以下根本特点：具有足够的关于人的掌握战略、被控对彖及情况的有关知识以及运用这些知识的"智慧”；是能以知识暗示的非数学广义模子和以数学描写暗示的混杂进程，采取开闭环掌握和定性及定量掌握相结合的多模态掌握方法；具有变构造特点，能总体自寻优，具有自适应、自组织、自学习和自协调才能；具有抵偿和自修复才能、断定决议计划才能和高度的靠得住性.智能掌握战略的突出优点是充分应用人的掌握胜能,信息获取、传递、处理性能的研究成果和心理、生理测试数据，树立掌握者一“人”环节的模子，以T更与被掌握对彖一机械的模子相互合营，设计人机系统，为系统剖析设计提供灵巧性.例如，当树立被掌握对彖模子很艰苦时，可以树立掌握者模子，如树立掌握专家模子、设计专家掌握器等;当树立掌握者模子很艰苦时，可以树立被掌握对彖模子；而设计被控对彖模子有艰苦时，又可树立“掌握者一被掌握对彖”的结合模子，即掌握论系统模子，如“人一人”掌握论系统的对策论模子.由亍现代传感变换检测技巧和盘算机硬件相关技巧的成长根本上已经妥善地解决了掌握系统中的硬件问题，难点在亍信息的处理和信息流的掌握，因此其掌握目标的实现和掌握功效的完成往往采取全软件方法.不合的掌握战略所构造出的算法其庞杂程度、鲁棒性、解耦性能等不同是很大的，在技巧实现上软硬件资源成本也不合，人们期待的是成本最低的掌握战略，在这方面仿人智能掌握［6］战略具有其奇特的优势.仿人智能掌握是总结、模拟人的掌握经验和行为，以产生式规矩描写人在掌握方面的启发与直觉推理行为，其根本特点是模拟掌