基于DCS的中央空調(diào)控制系統(tǒng)

1、 目錄TOC o 1-5 h z弓Ik42 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document DCS簡介3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document DCS在商場應用概況4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document DCS在商場控制系統(tǒng)的應用分析4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 3.1空調(diào)系統(tǒng)自動控制的目的4 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 3.2空調(diào)控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案4 HYP

2、ERLINK l bookmark18 o Current Document 3.3空調(diào)控制系統(tǒng)的主要功能功能6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3.4空調(diào)控制系統(tǒng)主要設備的配置7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3.4.1中央控制系統(tǒng)設備配置7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.4.2通訊網(wǎng)絡83.4.3控制器93.4.4系統(tǒng)軟件9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 4.5一次儀表及執(zhí)行

3、器10 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4系統(tǒng)PID算法111PID算法簡介11 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 4.2控制程序流程圖12 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 5總結(jié)13 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 參考文獻14引言在一個大型的商場中，一年四季怎么能夠缺少中央空調(diào)的存在呢，在商場中進行購物，是一個非常愉快，非常輕松的過程，商場的舒適感和消費者的人流量也是有著很大的關系的，所

4、以，一個性價比較高的中央空調(diào)系統(tǒng)的存在也是必不可少的。本文通過對中央空調(diào)的工作原理及其國內(nèi)外控制系統(tǒng)現(xiàn)狀的機構(gòu)和工作原理進行介紹；其次，介紹了DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能特點，分析了DCS控制系統(tǒng)與PLC的區(qū)別，對DCS分散控制系統(tǒng)做了簡要的介紹。1DCS簡介分散控制系統(tǒng)(DCS)是集中控制技術、計算機技術、通信技術和屏幕顯示技術于一體，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)釆集、控制、保護和管理等功能，并利用通信技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的多計算機監(jiān)控系統(tǒng)。他具有集中管理、分散控制、靈活性大、系統(tǒng)安裝工程量小，可靠性高等特點。DCS早己用于煉油、化工、電站等過程控制。其中，有的以配置先進控制軟件、取得了較明顯的運行效果和經(jīng)濟

5、效益2DCS在商場應用概況自1994年我國大型商場在全套引進機組上使用DCS之后，目前國內(nèi)大型商場已釆用近300套約14種型號的DCS,基本上都是進口新產(chǎn)品。更應特別指出的是,新建機組兒乎無一例外地采用了DCS。一大批老中小商場的控制系統(tǒng)也采用DCS,以便實施自動化技術改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，已有萬達，銀泰，魯能，大潤發(fā)等都釆用了DCS。從而提高了商場自動化投入率和自動化水平。3DCS在商場控制系統(tǒng)的應用分析3.1空調(diào)系統(tǒng)自動控制的目的如前所述，我國已建和在建商場，自動控制基本上采用國外DCS及相應的進口儀器儀表。因此，商場的自動化程度比較高，自動化設備較為先進。這樣，就有必要對商場集控空調(diào)系統(tǒng)實

6、現(xiàn)自動控制，以達到如下目的：1）滿足工藝專業(yè)設備所需的室內(nèi)溫濕度要求、室內(nèi)運行人員的衛(wèi)生和舒適要求，并使空調(diào)系統(tǒng)能經(jīng)濟、連續(xù)和可靠運行。2）在集控室內(nèi)，通過計算機對空調(diào)系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)控。3）滿足無人值班的控制要求。3.2空調(diào)控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案我國電廠空調(diào)控制系統(tǒng)采用DCS時，其構(gòu)成方案大同小異，基本上都由中央監(jiān)控計算機中心（或稱中央管理站）、通訊網(wǎng)絡現(xiàn)場控制器檢測變送器（或傳感器）執(zhí)行器等兒部分組成。其構(gòu)成框圖和原理圖如圖1、2所示。中央管理圖2系統(tǒng)原理圖3.3空調(diào)控制系統(tǒng)的主要功能功能所有空調(diào)控制系統(tǒng)的功能可以歸結(jié)為四個方面：1）它包括對整個空調(diào)系統(tǒng)的各類熱工參數(shù)（如溫度濕度壓力水位差壓

7、等）的釆集與處理屏幕顯示打記錄歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索等。2）設備和控制閥門的運行狀態(tài)顯示。在監(jiān)控計算機監(jiān)視器上需要對空調(diào)系統(tǒng)的主要設備（如送風、回風機、加熱器、冷水機組、冷卻塔和空調(diào)泵等）和各類控制閥門（如風管上控制調(diào)節(jié)閥門、防火閥、排煙閥等）的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。3）設備連鎖與自動保護。它包括空調(diào)系統(tǒng)的回風機、控制設備及儀表與送風機連鎖電加熱器與送風機連鎖；并設置無風斷電保護和超溫報警裝置；安裝電加熱的金屬風管接地保護；空調(diào)系統(tǒng)與消防報警系統(tǒng)、DCIS報警系統(tǒng)及C02噴淋滅火系統(tǒng)連鎖：雙效蒸汽型吸收澳化鋰冷水機組必須具備全自動控制及保護功能4）調(diào)節(jié)控制?？照{(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式，根據(jù)調(diào)節(jié)對象的特性參數(shù)房

8、間熱濕負荷變化的特點以及控制參數(shù)的精度要求進行選擇，主要有雙位調(diào)節(jié)恒速調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)比例積分調(diào)節(jié)比例微分積分調(diào)節(jié)等空調(diào)控制系統(tǒng)主要有：風量平衡的調(diào)節(jié)空調(diào)房間保持微正壓，送風量應大于房間的回風量;根據(jù)變風量系統(tǒng)靜壓調(diào)整送風機及回風機的輸人功率和出力，維持風量總體平衡；根據(jù)回風與室外新風的溫度差控制回風閥和排風閥的開度，調(diào)整系統(tǒng)新風量。水量平衡控制：根據(jù)系統(tǒng)管路的靜壓，調(diào)整循環(huán)水泵的輸入功率和出力，達到系統(tǒng)水量總體平衡。相對濕度的控制：通過機器露點恒定的方法，根據(jù)送風的相對濕度,控制加濕器的加濕量。局部區(qū)域的溫度控制：根據(jù)房間內(nèi)的溫度，調(diào)節(jié)變風量裝置的送風量和管道式電加熱器電加熱功率，達到控制房間溫

9、度的目的。排煙控制：當火災撲滅并經(jīng)確認后，將空調(diào)系統(tǒng)切換至排煙狀態(tài)，在控制室能打開0C:隔離閥及風道上的防火閥，此時控制系統(tǒng)將忽視管道內(nèi)煙感器發(fā)出的信號，啟動空調(diào)系統(tǒng)的回風機進行排煙，當排煙進行一段時間后，在啟動送風機和房間送新風，以利排除室內(nèi)殘余氣味。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)出水溫度設定值圖3冷卻水泵系統(tǒng)圖3.4空調(diào)控制系統(tǒng)主要設備的配置一般地說空調(diào)控制系統(tǒng)主要設備的配置,首先要涉及到是選國內(nèi)產(chǎn)品還是選進口產(chǎn)品的問題，還有廠家及名牌的問題。再次空調(diào)系統(tǒng)只是商場的輔助設備的一部分，商場控制系統(tǒng)的設備配置則是主要的，空調(diào)控制系統(tǒng)的設備配置可能要隨商場自控系統(tǒng)而定。第三要根據(jù)不同商場的不同情況而定。下面，僅

10、以濟南高新區(qū)某空調(diào)控制系統(tǒng)設備的配置為例作一說明(該設備由蘭吉爾公司提供)中央控制系統(tǒng)中心設備配置。3.4.1中央控制系統(tǒng)設備配置釆用IBMGL300電腦,配置32兆內(nèi)存,2GB硬盤，顯示器選用14寸SVGA(1024*768),安裝window95蘭吉爾公司控制系統(tǒng)州INSIGHT系統(tǒng)軟件，INSIGHT繪圖軟件：圖4上位機界面釆用EPSONLQ-1600K24針式打印機，用于報警打印和一般記錄打印。當正常運行時,打印出管理員想要知道的設備變動情況及設備故障情況，其他信息可以不作打印，并可以自行進行調(diào)整。釆用有必要的、與控制網(wǎng)絡聯(lián)系的通訊接口，不間斷電源UPS采用美國山特牌提供的中央工作站3

11、0分鐘電源。3.4.2通訊網(wǎng)絡樓宇級網(wǎng)絡。釆用工業(yè)級的Peer-to-Peer網(wǎng)絡，保證智能控制器之間的高速通信，它區(qū)別于環(huán)網(wǎng)和星網(wǎng)，保證同層控制器與下一層控制器之間的高速通訊，而無需匯總到上層工作站去處理大量信息這樣在任何特殊情況下都不會丟失記憶而誤操作。傳送速率達19.2Kbitt/s在本項目是用于智能控制器(MBC)與中央工作站之間的通信。樓層級網(wǎng)絡。采用局部區(qū)域網(wǎng)絡。整個網(wǎng)絡是具備國際90年代水平的樓宇管理系統(tǒng)，可以與80或70年代的網(wǎng)絡進行兼容，也可以最低的投資對早期的網(wǎng)絡進行升級換代傳送速率為9.6bKbit/s,在本項目是用于模塊化智能控制器（MBC）與智能單元控制器（UC）以及

12、智能單元控制器（UC）之間的通信。3.4.3控制器樓宇級大型模塊智能化控制器（MBC）。樓層級小型智能單元控制器（UC）o3.4.4系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件釆用蘭吉爾公司專門的Insight軟件，它具有一下功能：多任務性：通過全動態(tài)窗口、操作員可以連續(xù)監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，同時其工能仍繼續(xù)工作，以提高操作員和系統(tǒng)的效率。保密性：多級密碼限制對數(shù)據(jù)庫和其它機密信息的存取采用六級密碼控制，可滿足50個指定用戶的需要。中文性：系統(tǒng)建立在中文操作界面下，每個信息都采用中文。系統(tǒng)能完全向上兼容，無需特殊設備和工藝就能完成系統(tǒng)升級擴充。冷卻水泵流程圖如圖4。圖5冷卻水泵流程圖3.4.5一次儀表及執(zhí)行器&壓力傳感器。QBE

13、61.系列水壓探測器，用于測量制冷系統(tǒng)的供回水管壓力。插入式電磁流量計oDWM2000系列電磁流量計。用于測量制冷系統(tǒng)的供水流量。溫度傳感器。544-577系列測量熱電阻（PtlOOO），用于測量制冷系統(tǒng)的供回水溫度。差壓開關。QBM81.3系列氣流壓差開關，用于測量空調(diào)系統(tǒng)的送排風及濾網(wǎng)前后壓差。組合式溫濕度探測器。QFN65系列組合式風道濕度和溫度探測器，用于測量空調(diào)系統(tǒng)的送回風總管濕度。流量開關oFS4-3J系列流量控制器，用于測量制冷系統(tǒng)的冷機組進水流量。浮球液位計。ENN-1O系列浮球液位計，用于測量冷系統(tǒng)水箱水位。執(zhí)行器。所有風門、冷水閥及螺閥等執(zhí)行器均由供貨商隨閥門配套供貨。4系

14、統(tǒng)PID算法4.1PID算法簡介在實際控制中，許多被控對象的數(shù)學模型是無法準確獲得的有些系統(tǒng)雖然可以求取數(shù)學模型,但當輸入方式改變或環(huán)境的變化使之干擾的形式發(fā)生變化時,數(shù)學模型乂可能變?yōu)槲粗?商場中央空調(diào)的溫度參數(shù)正是屬于這類被控對象，并且其調(diào)節(jié)過程屬于連續(xù)系統(tǒng)1.此時PID調(diào)節(jié)便成為最合適的一種調(diào)節(jié)方式.它的實質(zhì)是根據(jù)系統(tǒng)的偏差，按比例、積分、微分的函數(shù)關系進行運算，并將其運算結(jié)果用以輸出控制.PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：比例環(huán)節(jié):成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號error(t),偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差.積分環(huán)節(jié):主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度.積分作用的

15、強弱取決于積分時間常數(shù)TI,TI越大,積分作用越弱，反之則越強微分環(huán)節(jié):反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間.它可通過以下數(shù)值公式：ku(k)=kperror(k)+kt工error(j)T+Kd(error(k)error(k1)/T;=o的近似計算,提供執(zhí)行機構(gòu)的位置(k)(即閥門的開度)，所以稱為位置式PID控制算法.但此算法在實際的使用場合里還存在著一些具體情況，因此需要根據(jù)被控制對象的特性和控制要求靈活地修正PID的結(jié)構(gòu)，以適應不同的系統(tǒng)對象。停機一段時間后，再次開啟空調(diào)系統(tǒng)時，大空間

16、建筑物帶來的大負荷使得短時間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大的偏差，會造成PID運算的積分積累，致使控制量超過執(zhí)行機構(gòu)可能允許的最大動作范圉對應的極限控制量，引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。由于空調(diào)系統(tǒng)使用時，會出現(xiàn)人為不合理因素。如：一面大開窗戶，一面開空調(diào),致使室溫一直保持在過冷或過熱狀態(tài).系統(tǒng)存在一個方向的偏差,PID控制器的輸出由于積分作用的不斷累加而加大，從而導致閥門開度達到最大若控制器輸出繼續(xù)增大，閥門開度不可能再增大，則進入控制輸出量飽和區(qū)一旦系統(tǒng)出現(xiàn)反向偏差，控制輸出量將逐漸從飽和區(qū)退出，在這個退出的過程中閥門仍停留在極限位置而不能隨偏差反向立即做出相應的改變，造成控制性能惡化.這種現(xiàn)象稱為積分飽和現(xiàn)象為解決這些問題，可以釆用一些方法，如積分分離、遇限削弱積分法、有效偏差法等等。4.2控制程序流程圖本系統(tǒng)的控制對象溫度值，具有純滯后的性質(zhì)用一般的PID調(diào)節(jié)規(guī)律難以得到好的動態(tài)特性,特別對于圖書館這樣的大空間的空氣調(diào)節(jié)，其滯后時間V較大,會產(chǎn)生持續(xù)振蕩?？紤]采用純滯后補償Gi(s)=K(1一e-TS)/(l+TS).系統(tǒng)流程圖如圖5圖6控制程序流程圖5總結(jié)綜上所述，DCS控制中央空調(diào)有著非常重要的現(xiàn)實意義和價值，其滿足了當下空調(diào)的節(jié)能控制需要，實現(xiàn)了中央空調(diào)在不同工作模式下的可靠控制。此控制