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1、基于METASYS的空调自控系统设计摘要空调系统是智能建筑中楼控系统的主要组成部分，但也是系统能耗的主要部分。随着人们生活水平的不断提高，空调系统被广泛的使用，节能成为人们普遍关注的问题。由于变风量空调系统显著的节能特点，使其成为空调系统的主流。同时美国江森公司的METASYS智能楼宇管理系统，以其独特的优越性，使得空调节能得以更好的发挥。本文首先对变风量（VAV）空调系统和江森的智能楼宇管理系统METASYS系统作了概述，还对VAV系统的控制原理和方法进行了分析和详细说明。通过分析确定系统的监控点、设备的选型，运用组态软件设计METASYS系统的上位机人机界面，最后在MATLAB/Simul
2、ink环境下对表冷器和变风量末端的控制器进行了仿真。关键词： 节能，VAV空调系统，METASYS系统 Design of Air Conditioning control system based on METASYS AbstractThe air-conditioning system is the main constituent of the building controls system in the intelligent building, and is the main part of system energy consumption. Along with the en
3、hancement of people living standard, the air-conditioning system were widespread used, energy saving became the universal matter of people concerned. Because of Variable Air Volume air-conditioning systems remarkable characteristic of energy saving, it become the mainstream of air-conditioning syste
4、m. Simultaneously the American company JOHNSON-METASYS intelligence building management system having its unique superiority, that makes the energy saving of air-conditioning system better.Firstly, this paper gives the outline of the Variable Air Volume (VAV) air-conditioning system and the JOHNSON
5、METASYS intelligent building management system, also has analysis and specified the VAV system control principle and the method. By the analysis, determining system monitoring point, choosing the equipment, has designed the METASYS software configuration on workstation was successfully. Finally, the
6、 simulation to the cooling coil and VAV terminal controller were carried on in MATLAB/Simulink environment.Key word: Energy saving，VAV air conditioning system，METASYS system目录1.绪论12.变风量（VAV）空调系统的简介22.1变风量系统的基本概念22.1.1 VAV系统的基本组成32.1.2 VAV系统的特点42.1.3 变风量（VAV）末端装置63.METASYS的系统概述83.1硬件结构83.1.1 概述83.1.2
7、 网络通讯93.1.3 联网能力113.1.4 操作站113.1.5 记录/报警打印机133.1.6 网络控制器（NCU）133.1.7 直接数字控制器（DX-9100-8154 / XT-XP模块）143.1.8 现场设备153.1.9 程序存贮器153.1.10 系统的运行环境要求及用电量163.2软件功能说明163.2.1 摘要（各类报告清单）163.2.2 密码保护功能173.2.3 用户图形化编程语言173.2.4 状态改变报告183.2.5 报警信息报告及报告分组/报警管理183.2.6 监控点历史183.2.7 动态趋势分析183.2.8 累积、统计功能193.2.9 数据库下传
8、/上载功能193.2.10 动态图形显示及操作站工作环境193.2.11 能量管理控制193.2.12 时间预定功能193.2.13 设备循环启/停/及重大设备启/停延时保护203.2.14 供电恢复启动程序203.2.15 用电量限制/负载循环203.3 江森自控集成式可变风量末端单元控制组合VMA1400系列产品214.变风量（VAV）空调系统的控制方法及原理244.1变风量空调系统的控制方法244.1.1 自动控制系统的要求244.1.2 变风量系统的自动控制方法254.1.3 VAV系统的控制对象284.2 变风量空调自控系统的控制原理314.2.1 变风量空调系统分析314.2.2
9、末端调节的变风量系统TRAV334.2.3 变风量空调系统的组成364.3 各回路控制原理374.3.1 温度控制回路374.3.2 压力（静压）控制回路404.3.3 新风量（CO2浓度）控制回路434.4 VAV空调系统的监控和设备选型444.4.1 空调机组自控方式和说明444.4.2 空调系统设备的选型464.5用组态王软件设计METASYS系统的上位机人机界面475.控制器设计和仿真505.1表冷器控制器参数的确定525.2 变风量末端控制器参数的确定556.总结60参考文献61附录62致 谢661.绪论空调系统也称为HVAC(Heating Ventilation and Air
10、Conditioning),是智能建筑中楼控系统的主要组成部分，作用是创造良好的空气品质，提供舒适的生活环境，但它同时又是耗能大户，消耗建筑物50%以上的能耗。在高层建筑中，有的甚至高达80%以上。由于社会文明的进步,人们生活水平的不断提高,空调的应用越来越广泛,面对广阔的空调市场和各种不同的空调系统,广大的使用者对空调制冷性能,运行的可靠性、节能、经济性,环保指标及服务提出更高的要求。这就需要对它们进行深入研究,找出科学的分析方法,从而达到优化设计。节约能源、保护环境和趋向自然的舒适环境,而设备、系统、运行管理的节能是促进空调制冷事业的核心。 在各种空调方式中，VAV空调系统有其自身的优点，
11、是一种节能的控制方式。VAV空调系统在一些发达国家非常流行，由于其与定风量(CAV)空调系统相比，在满足空调要求的同时，有明显的节能效果(VAV与CAV相比约可节能30%70%)，因此，从本世纪70年代以来便倍受人们关注。与此同时，美国江森公司的METASYS智能楼宇管理系统，以其独特的优越性，使得空调节能得以更好的发挥。本文通过对变风量空调系统进行分析，依据变风量系统的节能方式，采用江森系列先进的空调设备对系统进行优化设计，运用METASYS智能楼宇管理系统进行实时监控和调节。 2.变风量（VAV）空调系统的简介变风量（Variable Air Volume，以下简称VAV）空调系统,本世纪
12、60年代诞生在美国。VAV技术的基本原理很简单，就是通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷。VAV系统追求以较少的能耗来满足室内空气环境的要求。VAV系统出现后并没有得到迅速推广，当时美国占主导地位的仍是定风量（CAV，Constant Air Volume）系统加末端再加热和双风道系统。西方70年代爆发的石油危机促使VAV系统在美国得到广泛应用，目前已占世界空调系统30份额，并且成为空调发展的必然趋势。目前国外高层建筑使用率已达95 。2.1变风量系统的基本概念普通集中式空调系统的送风量是不变的，并且按房间热湿度负荷确定送风量，称为定风量（CAV）系统。实际上房间热湿负荷不可能经常处于最
13、大值，而是在全年的大部分时间低于最大值。当室内负荷减小时，定风量系统是靠调节再热量以提高送风温度（减小送风温差）来维持室温。这样既浪费热量，又浪费冷量。如果能采用减少送风量（送风差数不变）的方法来保持室内温度不变，不仅节约了提高送风温度所需的热量，而且还由于处理风量的减少，降低了风机功率电耗及制冷机的冷量。这种系统称为变风量（VAV）系统，而且系统的运行费用相当经济，对于大容量的空调装置尤为显著。变风量空调系统是通过变风量末端风量来保证房间温度，同时变频调节送、回风机来维持系统的有效、稳定运行，并动态调整新风量保证室内空气品质及有效利用新风能源的一种高效的全空气系统。它并不仅仅是在定风量系统上
14、安装末端装置和变速风机，而且还有一套由若干个控制回路组成的控制系统。变风量系统运行工况是随机变化的，它必须依靠自动控制才能保证空调系统最基本的要求适宜的室温、足够的新鲜空气、良好的气流组织、正常的室内压力。机组的变风量控制就包含了送风机的控制、回风机控制、新风量控制等诸多环节。2.1.1 VAV系统的基本组成 图2.1 VAV结构图图2.1是一个完整的变风量（VAV）空调系统风系统示意图，它的主要由空气处理单元（Air-Handling Units ,AHU）、送风系统（主风管、支风管）、末端装置（Terminal Units）和送风散流器以及必要的自控装置五部分组成。除末端装置以外，其它组成
15、部分与定风量空调系统的作用基本相同。1）空气处理单元（Air-Handling Units ,AHU）空气处理设备(即空调机组)，是为满足空调房间对送风状态的要求而对空气进行净化和热、湿处理的设备。空气处理设备由普通的新风隔栅、新风阀、回风阀、送风阀、预热器(如果需要的话)、表冷器和送风机组成。大型空气处理装置还包括送风机相匹配的回风机。2）送风系统送风系统主要由送风管道组成。分为主风管和支风管。3）末端装置（VAV Terminal Units）末端装置是变风量系统的关键设备，它可以接受室温调节器的指令，根据室温的高低，自动调节送风量，以满足室内负荷的需求。 2.1.2 VAV系统的特点变风量是一种节能的调节方式，它具有以下一些特点：1）由于VAV系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化，同时在确定系统总风量时还可以考虑一定的同时使用情况，所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量。有关文献介绍，VAV系统与CAV系统相比大约可以节能30%-70%，对不同的建筑物同时使用
