智能型中央空調實(shí)訓系統的研究與應用

隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，中央空調從無(wú)到有，從以前的品到現在生活的常見(jiàn)品，在商場(chǎng)、超市等場(chǎng)所也扮演著(zhù)重要的角色,目前已經(jīng)漸漸普及到了居民的家庭中。隨著(zhù)空調的普遍使用，人們對空調的穩定性、空氣清潔性和舒適性等感官感受也有了更高的要求，與之對應的空氣調節和溫濕度控制就必須更加穩定和準確。這就要求中央空調操作和維修人員必須具備更為全面的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，同時(shí)也對培養中央空調專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的技工院校提出了更高的要求。

目前技工院校中央空調實(shí)訓設備普遍存在結構單一、實(shí)訓不夠直觀(guān)，訓練不夠全面等弊端，本文在保證中央空調完整性和真實(shí)性的前提下，從教學(xué)設備和教學(xué)模式入手，研究出更好的實(shí)訓系統，讓學(xué)生能更全面地學(xué)習。

一、中央空調實(shí)訓設備應用現狀

目前很多教學(xué)儀器廠(chǎng)家和技工院校都開(kāi)發(fā)了相應的實(shí)訓設備，但大多是仿真實(shí)訓系統或者是傳統的電器按鈕控制設備，該類(lèi)設備的優(yōu)點(diǎn)是結構緊湊，有模擬的鍋爐和房間，但是作為教學(xué)，學(xué)生只能基本了解中央空調的工作原理，觀(guān)看其簡(jiǎn)單的工作過(guò)程，沒(méi)有實(shí)際意義上的綜合訓練和對溫度的實(shí)際控制。隨著(zhù)相關(guān)學(xué)科和技術(shù)的不斷發(fā)展，此設備在智能控制等技術(shù)層面逐漸凸顯了滯后性，目前也只能作為制冷專(zhuān)業(yè)演示教學(xué)，而不便于對中央空調各組成的性能進(jìn)行系統研究。

所以，仿真和模擬教學(xué)設備已經(jīng)不能*技工院校的教學(xué)需求，學(xué)校應緊跟時(shí)代的發(fā)展，給學(xué)生傳授更多新技術(shù)，提高其綜合應用能力。因此，開(kāi)發(fā)新型的、具有良好教學(xué)效果的綜合實(shí)訓設備是必然趨勢。

二、中央空調實(shí)訓系統主體結構的設計

基于以上問(wèn)題，結合實(shí)際情況重新設計了中央空調實(shí)訓系統，該系統中冷凍水的路徑有兩種控制方式，一種是冷凍水經(jīng)空氣調節箱后送冷風(fēng)到房間，一種是直接將冷凍水送往房間，在盤(pán)管風(fēng)機的作用下進(jìn)行溫度交換。之所以采取兩種控制方式，主要是想讓學(xué)生了解比較常見(jiàn)的兩種水循環(huán)和降溫方式，在實(shí)際操作訓練時(shí)可以?xún)煞N方式同時(shí)運行，增強制冷的效果，也可以采用兩臺冷凍泵手動(dòng)分別運行，實(shí)現不同的控制模式。

三、主控臺控制系統的設計

主控臺是中央空調實(shí)訓系統的主控單元，所有的控制操作和系統顯示都在臺上呈現。根據實(shí)訓系統的訓練要求，主控臺必須要滿(mǎn)足四大功能。根據功能要求，設計了主控臺。

主控臺主體架構由不銹鋼材料制作而成，臺上主要部件有：三菱系列FX2N-64MR PLC一臺、三菱GT11型號觸摸屏一臺、三菱FR-E740-3.7K-CH變頻器三臺（變頻器安裝在操作臺背面）、各種壓力表、開(kāi)關(guān)按鈕、指示燈、壓力和溫度保護器等。主控臺控制變頻器的運行主要依靠的是PLC程序。由四個(gè)PT100傳感器檢測的溫度差經(jīng)過(guò)模擬量轉換后，進(jìn)行PLC和變頻器的通信，從而改變水泵的轉速來(lái)改變冷凍水和冷卻水的流量，實(shí)現溫度自動(dòng)調節。主體部分的通信主要包括PLC、FX2N-4AD-PT 模塊、FX2N-4DA模塊、變頻器、傳感器模塊等相互之間的電路接線(xiàn)，數據傳輸，程序設計等。

四、實(shí)訓系統各實(shí)訓方案的設計

實(shí)訓系統能將自動(dòng)化、機電一體化、制冷技術(shù)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)的主干課程進(jìn)行綜合應用和展示，在專(zhuān)業(yè)教學(xué)時(shí)，根據不同的課題，可以分項目完成不同的實(shí)訓任務(wù)，達到培養復合型人才的教學(xué)目的。

表1 ：綜合實(shí)訓方案

（一）綜合實(shí)訓任務(wù)設計綜合實(shí)訓可分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種運行模式。方案如表1 所示。

（1）自動(dòng)運行工作過(guò)程

自動(dòng)模式的運行過(guò)程：根據冷凍風(fēng)進(jìn)回風(fēng)和冷卻水進(jìn)回水溫度實(shí)時(shí)數值，進(jìn)行溫差計算，通過(guò)程序的調試和設計，來(lái)控制變頻器實(shí)際運行的頻率，從而改變水流量，實(shí)現房間的智能溫度控制。

（2）手動(dòng)運行工作過(guò)程

手動(dòng)運行主要是對壓縮機、冷卻泵、冷凍泵、冷卻塔風(fēng)機、空氣調節箱電機、盤(pán)管風(fēng)機等設備進(jìn)行手動(dòng)啟動(dòng)和停止。中央空調主要部件都安裝有相應的壓力、溫度檢測器件，對設備的運行進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。當壓縮機出現過(guò)壓、欠壓、過(guò)載，冷卻泵和冷凍泵變頻運行出現故障時(shí)都會(huì )通過(guò)指示燈或者蜂鳴報警器在控制臺進(jìn)行顯示，方便操作者及時(shí)進(jìn)行檢查和排故。綜合實(shí)訓的手動(dòng)模式操作目的是讓學(xué)生掌握溫度、頻率等數據的測量方法以及實(shí)驗數據的整理和分析，學(xué)會(huì )進(jìn)行實(shí)際值和理論值的比較，找出解決問(wèn)題的方法。

（二）獨立模塊任務(wù)設計

實(shí)訓系統還可以設計以下獨立的實(shí)訓任務(wù)：

（1）中央空調各組成部分的工作原理及認知演示。對中央空調制冷系統、冷卻水循環(huán)系統、冷凍水循環(huán)系統、變頻系統部分的組成結構和工作原理等能進(jìn)行認知演示實(shí)訓；

（2）制冷原理與熱交換技術(shù)。實(shí)訓系統能投入到實(shí)際運行中，對于冷熱交換技術(shù)也可以進(jìn)行較好的學(xué)習；

（3）常用傳感器和儀表的識別與應用。實(shí)訓系統安裝有壓力和溫度傳感器以及各儀表，在后續的課題升級中還可以增加流量及熱電偶傳感器，為傳感器和儀器儀表教學(xué)提供了較為真實(shí)的學(xué)習環(huán)境；

（4）PLC控制技術(shù)及其應用。PLC和觸摸屏是實(shí)訓系統的重要組成部分，在實(shí)訓時(shí)能進(jìn)行綜合運用；

（5）能進(jìn)行考證訓練。實(shí)訓系統包含較多的專(zhuān)業(yè)知識點(diǎn)，對于制冷專(zhuān)業(yè)考取制冷維修工、機電專(zhuān)業(yè)考取維修電工等技能等級證有很大的幫助；

（6）中央空調運行保護與日常維護操作。實(shí)訓系統是小型化的中央空調，學(xué)生可以對實(shí)際中央空調的運行、維護、檢修、控制方式等有較為全面的學(xué)習，也為以后的工作打下良好的基礎；

（7）變頻器應用。節能控制離不開(kāi)變頻器，通過(guò)實(shí)際的水泵調速控制的學(xué)習，可以很好的掌握變頻器的應用；

（8）計算機數據采集與組態(tài)控制技術(shù)綜合應用。在后續的課題升級中將加大對組態(tài)軟件，監控系統的應用，使系統運行更加的準確和直觀(guān)。

（三）故障檢測和排故實(shí)訓設計

技工院校培養的學(xué)生是以技能突出為主，技能則體現在對故障問(wèn)題的檢測以及排除故障的能力，實(shí)訓系統可以根據實(shí)際運行的效果設計不同的故障點(diǎn)，完成故障檢測實(shí)訓。

（1）壓縮機故障檢測實(shí)訓。例如：不制冷、高壓報警、低壓報警等；

（2）冷卻水系統故障檢測實(shí)訓。例如：冷卻塔風(fēng)機不轉、冷卻泵不能啟動(dòng)、冷卻泵不能變頻、冷卻水進(jìn)回水沒(méi)有溫度顯示等；

（3）冷凍水系統故障檢測實(shí)訓。例如：空氣調節箱風(fēng)機不轉、盤(pán)管風(fēng)機不轉、冷凍泵不能啟動(dòng)、冷凍泵不能變頻、冷凍水進(jìn)回水沒(méi)有溫度顯示等；

（4）電氣線(xiàn)路故障檢測實(shí)訓。例如：各接觸器故障、傳感器線(xiàn)路故障、各風(fēng)機線(xiàn)路故障、變頻器線(xiàn)路故障等；

（5）PLC 編程實(shí)訓。根據不同的故障現象及控制要求來(lái)設計不同的控制程序；

（6）變頻器及觸摸屏故障檢測實(shí)訓。例如：設置變頻器常見(jiàn)的參數故障、觸摸屏畫(huà)面設計等。