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1、 第 5章中央空调自动控制系统199第 5章中央空调自动控制系统本书第 3章已经从节能角度概述了集散型中央空调监控系统、中央空调变频调速控制系统、中央空调变流量控制系统的控制技术和节能技术。本章将进一步阐述中央空调自动控制技术和监控技术的主要问题。自动控制是科学技术现代化的重要标志之一。自动控制是采用一定的控制装置使被控对象自动的按照给定的规律运行。为了达到这一目的，由相互制约的各个部分，按照一定的规律组成的具有一定功能的整体称为自动控制系统。现代的自动控制技术使中央空调系统，由最初的手动调节发展到单环节的自动调节，再到各环节的联合自动调节，从而形成完整的中央空调自动控制系统。自动控制理论大致
2、可分为经典控制理论和现代控制理论。经典控制理论是建立在传递函数概念基础上的，采用时域分析法、频域分析法、根轨迹法等方法研究单输入、单输出控制系统。经典控制理论最辉煌的成果之一要首推实现，对无时间延迟的单回路控制系统极为有效。PID控制规律。 PID控制原理简单，易于直到目前为止，在工业过程控制中有 80%90%的系统还使用PID控制规律。经典控制理论最主要的特点是：线性定常对象，单输入单输出，完成整定任务。然而，现代控制理论则是建立在状态变量概念基础上的，采用空间分析法等方法，研究复杂的多输入、多输出控制系统、变参数非线性系统，实现最佳控制、系统辨识、自适应控制、人工智能控制以及将过程控制与信
3、息处理相结合的综合自动控制。5.1中央空调自动控制系统的组成5.1.1 中央空调自动控制系统的基本概念5.1.1.1中央空调系统的多干扰性中央空调系统在实际运行中，由于各空调区域受到内部和外部的干扰，而使空调区域内热、湿负荷不断地发生变化。自动控制系统中的各有关调节机构，例如加热器、加湿器、冷却器、喷水室、风机等设备上的有关调节机构，包括调节阀、变频调速装置等，改变其实际工作状态，使实际输出量发生相应的变化，以适应中央空调系统的变化，满足对被控参数的要求。中央空调系统在全年或全天的运行中，由于外部条件的变化，例如气温、太阳辐射、风、晴、雨、雪的变化；加上内部条件的变化，例如空调区域内设备和照明
4、的启、停以及投入数量的变化，工作人员和流动人员的增、减等，都将对运行中的中央空调系统形成干扰。因而，中央空调系统具有多干扰性。（ 1）中央空调系统在运行过程中将受到下列的热干扰1）太阳辐射，通过空调区域的外窗进入内部的太阳辐射热，将会受到天气阴、晴变化的影响。2）外部空气温度，由于空调区域内、外的温差变化，而引起空调区域内、外热量传递的变化，形成对空调区域内温度的影响。3）外部空气的渗透，外部空气通过空调区域的门、窗缝隙进入内部，造成对空调区 第 5章中央空调自动控制系统200域内部温度的影响。）新风，为了满足空调区域内部卫生需要，采用正压及排风等，因而采入外部空气量发生变化，造成对空调区域内
5、部温度的干扰。）空调区域内部照明、电热及机电设备的开启、停止，以及投入数量的变化；空调区域内部工作人员和流动人员的增、减等都会直接影响到内部温度的变化。）空调区域送风口前电加热器电压波动，热水加热器使用的温度、流量的变化，蒸456汽加热器所使用的饱和水蒸汽压力、流量的变化，都将直接影响到空调区域内温度的变化。（ 2）中央空调系统在运行过程中将受到下述的湿干扰1）对于定露点空调系统，由于空调系统在运行过程中，可能会由于进入水冷式表面冷却器内的冷水温度变化、压力变化、温度和压力同时变化，或由于直接蒸发式表面冷却器内蒸发压力的变化，或由于喷水室的喷水温度、压力的波动，或由于一次混合后空气温度的变化等
6、都会使空调系统的机器露点温度发生变化，从而干扰了系统的机器露点，也影响到空调区域内所要求的空气湿度参数。2）室内散湿量的变化，如不恰当地使用沾水拖布，对空调区域进行清洁处理后的一段时间内，地面水分的蒸发，或由于其他过量的湿操作等都会造成空调区域内湿度的变化。3）空调区域内吸湿产品的突然增加或减少，都会使空调区域内湿度发生变化。4）由于室外天气的变化，如雨、雪天气而使室外空气的湿度突然地增加，湿度过大的室外温度通过空调区域的门、窗对室内的渗透等都会对空调系统中的调节对象造成干扰。以上各种干扰使空调负荷在较大的范围内波动，而它们进入系统的位置、形式、幅值大小和频繁程度等，皆随空调区域的结构、用途的
7、差异而不同，同时还与空气处理设备的优劣有关。因此在中央空调控制系统设计时，应考虑这些因素，尽量减少造成干扰的条件。5.1.1.2中央空调自动控制系统的构成中央空调系统主要有空调主机（冷水机组）、冷（热）水循环系统、冷却水循环系统、空调终端设备等组成。中央空调自动控制系统也就围绕这些组成部分而展开。空调的任务就是要维持空调区域内的空气参数稳定在所要求的一定范围内。空调自动控制系统的任务是对以空调区域为主要调节对象的空调系统的温度、湿度及其他有关参数进行自动检测、自动调节以及有关信号的报警、联锁保护控制，以保证空调系统始终在最佳工况点运行，满足舒适性要求或工艺性要求的环境条件。作为实例，图5.1示
8、出了温度自动控制系统的方块图。fepqrg调节器执行器调节对象z传感器与变送器r图 5.1温度自动控制系统的方块图从图 5.1可以看出，温度自动控制系统由比较器、调节器、执行器、调节对象、传感器与变送器等组成。其中，调节对象是指被调参数按照给定的规律变化的空调区域、设备、器械、容器等；在本实例中，空调区域内要求的温度，在温度自动控制系统中称为被调参 第 5章中央空调自动控制系统201数（或被调量），用为给定值（或设定值），用变化等，都会使空调区域的温度发生变化，从而使空调区域内的温度实际值与给定值之间产生偏差，用 e表示， e= g z。这些引起空调区域内温度产生偏差的外界因素，在自动控制系统
9、中称为干扰（或扰动） ，用 f表示。在本实例的温度自动控制系统中，引起空调区r表示，被调参数就是调节对象的输出信号；被调参数规定的数值称g表示。外部环境温度的变化，内部热源的变化，热水温度的域温度发生变化的另一个因素是加热器内热水流量的变化，这一变化往往是热水温度或热水流量变化所引起的。热水流量的变化是由于控制系统的执行机构（调节阀）的开度变化所引起的，这是温度自动控制系统用于补偿干扰的作用，使被调量保持在给定值上的调节参数，或称调节量温度自动控制系统是按下列的流程完成控制过程的：后，通过变送器转变为电信号 ，与给定值 进行比较，得出比较偏差q，调节量 q和干扰 f对调节对象的作用方向是相反的
10、。传感器检测出空调区域的温度 = rzggz，然后将送入调节器中，调节器在得到值后，根据其调节规律（中央空调系统中常用P、PI、 PID、模糊 PID、自适应模糊PID等），自动输出调节信号去控制执行器（电机、电动或气动执行机构），执行器根据输入信号去控制调节阀开度，从而控制流过调节阀的介质流量。这样，空调终端就会对冷（热）量进行自动调节而输出 q，最后使空调区域温度受到控制。这种工作过程，在整个中央空调系统运行期间将不断地循环，使空调区域的温度始终保持在给定值所允许的范围。整个中央空调系统自动控制原理都是类同的，其差异也就体现在给定值及其允许范围、控制规律、执行器的种类、调节对象、传感器与变
11、送器的种类不同，其控制过程是相同的。5.1.2 中央空调自动控制的基本内容中央空调自动控制通常包括下述的主要内容：（ 1）空调区域的温度、湿度、静压的监测与控制。（ 2）新风干、湿球温度的监测与报警。（ 3）一、二次混合风的监测、控制与报警。（ 4）回风温度、湿度的监测。（ 5）送风温度、湿度的监测与控制。（ 6）表面冷却器后空气温度及湿度的监测与控制。（ 7）喷水室露点温度的监测与控制。（ 8）喷水室或表面冷却器供水泵出口水温、水压的监测。（ 9）喷水室或表面冷却器进口冷水温度的监测。（ 10）空调系统运行工况的自动转换监测与控制。（ 11）空调、制冷设备工作的自动联锁与保护自动控制。（ 1
12、2）喷水室或表面式冷却器用冷水泵转速的自动控制。（ 13）空气过滤器进、出口静压差的监测与报警。（ 14）回风系统中CO浓度的监测与控制。2（ 15）变风量空调系统送风管路静压监测，风机风量的监测、联锁控制；送、回风机的风量平衡自动控制。（ 16）制冷系统运行工况的监测、控制、信号报警、联锁保护。（ 17）空调主机供水温度的监测与控制，供、回水流量的监测，供、回水压差的监测与控制。 第 5章中央空调自动控制系统202（ 18）冷（热）水循环系统中，冷（热）水泵运行状态的监测与控制，故障状态报警与保护。（ 19）冷却水循环系统中，冷却水进水、出水温度的监测，冷却水进水温度的控制，冷却水泵运行状态
13、的监测与控制，故障报警与保护。（ 20）冷却塔风机运行状态的监测与控制，故障报警与保护。（ 21）中央空调自动控制系统中的主计算机对全系统状态参数设置与监测、测与控制、故障报警的显示与记录、历史数据的记录、系统管理与控制等。上述的主要内容对每个具体的中央空调系统并不是全部都要采用的，而是根据中央空调系统的规模、形式、设备的配置、技术的先进程度有选择的采用。运行状态监5.1.3 空调自动控制系统中控制对象的数学描述在控制系统中，如果把系统的输出信号反馈到输入端，由输入信号和输出信号的偏差信号对系统进行控制，则这种控制系统称为闭环控制系统，也称反馈控制系统。闭环控制的实质就是利用负反馈的作用来减小
14、系统的偏差。闭环控制系统不论造成偏差的因素是外来干扰，还是内部干扰，控制作用总是使偏差趋向下降。因此，它具有自动修正被控量偏离给定值的能力，且精度高，适用面广，它是基本的控制系统。想要控制一个过程，必须了解过程的特性，过程特性的数学描述就称为过程的数学模型。在控制系统的分析和设计中，过程的数学模型是极重要的基础资料。过程的特性可从稳态和动态两方面来考察，稳态是指过程在输入和输出变量达到平稳状态下的行为；动态是指输出变量和状态变量在输入影响下的变化过程的情况。可以认为，动态特性是在稳态特性基础上发展，稳态特性是动态特性达到平衡状态的特例。5.1.3.1空调房间内温度控制对象的微分方程空调房间温度的自动控制即室温控制是空气控制系统的一个重要环节。它采用温度测量传感器，测定室内空气温度信号，并将此信号传给温度调节器进行运算放大，发出控制指令信号，以控制相应的执行控制机构，使送风温度或送风量（变风量系统）随偏差量的大小而变化，以满足空调房间温度控制的要求。图 5.2示出了空调房间为一温度控制对象，它由蒸汽加热器、恒温房
