中央空調模型實(shí)訓臺自控系統

近年來(lái)，各高職院校在"工學(xué)結合、校企合作"模式的下，培養應用型人才方面不斷地進(jìn)行探索。教育部2006年文件《教育部關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》中明確："職業(yè)教育服務(wù)區域經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展，以就業(yè)為導向，加快專(zhuān)業(yè)改革與建設；加大課程建設與改革的力度，增強學(xué)生的職業(yè)能力；大力推行工學(xué)結合，突出實(shí)踐能力培養，改革人才培養模式等要求"。由此看出，高職教育不是本科教育的濃縮，也不是傳統大專(zhuān)的克隆，而是要把"工學(xué)結合"作為高職教育人才培養模式的切入點(diǎn)，引導課程設置、教學(xué)內容和教學(xué)方法改革。"工學(xué)結合"培養模式是與生產(chǎn)勞動(dòng)和社會(huì )實(shí)踐密切結合的學(xué)習模式，突出實(shí)踐技能教學(xué)，注重培養學(xué)生具備適應工作崗位的專(zhuān)業(yè)技能、實(shí)踐能力及綜合職業(yè)素質(zhì)。中央空調部分的教學(xué)作為高職院校建筑設備專(zhuān)業(yè)的重要課程內容，也同樣面臨著(zhù)如何加強實(shí)踐教學(xué)的探討。

結合我院實(shí)際情況，應用計算機和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，進(jìn)行中央空調模型實(shí)訓臺改造及實(shí)踐教學(xué)改革方面的研究，逐步探索適合我院的實(shí)訓室建設方案。中央空調實(shí)訓臺由空調系統、冷水機組、供熱系統、冷卻水、冷凍水系統等組成。該實(shí)訓臺以制冷、供熱系統、循環(huán)水系統和空氣處理系統為控制對象，融合了傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)；可以演示中央空調的結構和工作原理，可以將中央空調按功能不同分為空調系統、制冷系統、冷凍水冷卻水系統、供熱系統等四個(gè)單元學(xué)習和理解，可以進(jìn)行：

(1)系統設備認識實(shí)驗；(2)監控空調機組的運行狀態(tài)、啟?？刂茖?shí)驗；(3)新風(fēng)閥及回風(fēng)閥的比例調節實(shí)驗；(4)溫度設定、參數回顯實(shí)驗；(5)環(huán)境溫度及濕度檢測實(shí)驗；(6)一次回風(fēng)系統啟?？刂茖?shí)驗。通過(guò)這一系列的實(shí)訓練習可以增強學(xué)生對中央空調及其控制的理解和掌握。

1、中央空調模型實(shí)訓臺簡(jiǎn)介

中央空調模型實(shí)訓臺由冷、熱源系統，空氣調節系統及輔助部件組成。圖l所示為中央空調模型實(shí)訓臺實(shí)樣圖。

1．1冷熱源系統

冷源是一臺壓縮機為l匹的制冷系統，為空氣調節系統提供所需冷量；熱源由一臺3KW的電熱水器模擬鍋爐，為空氣調節系統提供模擬房間所需的熱量。

1．2空氣處理系統

空氣處理系統主要包括：新風(fēng)段、空氣混合段、空氣過(guò)濾段、冷卻段、加熱段、送風(fēng)段、回風(fēng)段和排風(fēng)段等。在新風(fēng)段、排風(fēng)段設有電動(dòng)風(fēng)閥，可控制閥門(mén)開(kāi)度，可模擬房間冬季省熱量，夏季省冷量，以達到節能要求。

圖1中央空調模型實(shí)訓臺實(shí)樣

2、空調自控系統的特點(diǎn)

2．1依調節對象不同而控制方式不同的特性

空調自控的主要任務(wù)是維持空調房間一定的溫度、濕度?？刂菩Ч绾?，除與空調系統本身有關(guān)外，自控部分對空調系統的運行效率也起著(zhù)非常重要的作用。自控系統對空調設備的控制不單是簡(jiǎn)單*的控制，也要依據調節對象的不同而采用不同的控制方式，所以了解空調對象的特性，是很關(guān)鍵的一個(gè)方面。

2．2空調系統的整體控制性

空調自控系統是以空調房間的溫、濕度控制為中心，通過(guò)工況轉換與空氣進(jìn)行處理的過(guò)程，每個(gè)環(huán)節都是一個(gè)緊密在一起的整體控制系統，任意環(huán)節有問(wèn)題，都將影響空調調節效果，甚至使整個(gè)調節系統無(wú)法工作。

3、中央空調自控系統的基本功能

中央空調系統在自控方面應實(shí)現的基本功能有：

3．1中央空調系統各部件設備的啟?？刂?/p>

主要能控制壓縮機、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔風(fēng)扇、送風(fēng)機、回風(fēng)機等。

3．2中央空調系統各參數監控

主要可以進(jìn)行主要部件設備的啟停運行狀態(tài)監控和進(jìn)行冷水機組回水端、供水端水溫、新風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度、室內溫度等監控、

3．3中央空調系統運行狀態(tài)監測和各電動(dòng)閥控制

主要調節冷、熱水電動(dòng)閥，新風(fēng)閥、回風(fēng)閥、排風(fēng)閥等電動(dòng)閥開(kāi)度和運行狀態(tài)的監測。

3．4其它監控：如過(guò)濾網(wǎng)堵塞報警等

4、中央空調模型實(shí)訓臺自控系統的構成

根據中央空調模型系統及其自控系統特點(diǎn)、技術(shù)要求，本系統采用DDC控制系統，控制系統如圖2所示?？刂圃O備及傳感器有：溫度和濕度傳感器、壓差開(kāi)關(guān)、大氣壓力傳感器、電動(dòng)三通閥、DDC控制器等。整個(gè)中央空調模型實(shí)訓臺自動(dòng)控制系統主要有自動(dòng)控制系統軟件、冷水機組控制和空氣處理器控制三部分組成。

4．1自動(dòng)控制系統軟件

中央空調模型實(shí)訓臺整個(gè)系統的核心是自動(dòng)控制系統軟件。管理用計算機的系統軟件采用Windows7操作系統，應用軟件的人機界面由HMI／SCADA自動(dòng)化軟件平臺"組態(tài)王6．5"開(kāi)發(fā)。組態(tài)王具有數據采集與控制功能，可以通過(guò)硬件驅動(dòng)程序與現場(chǎng)設備通信，完成對數據的采集和控制。組態(tài)王具有圖形化用戶(hù)接El，允許用圖形化的組態(tài)方式進(jìn)行系統配置，并可以定義圖形對象的動(dòng)態(tài)特性。

系統運行時(shí)有兩種控制狀態(tài)：自動(dòng)控制狀態(tài)和手動(dòng)控制狀態(tài)。當選擇自動(dòng)控制模式時(shí)，通過(guò)傳感器檢測到的模擬房間溫度、風(fēng)系統溫度、水系統溫度以及壓差信號作為反饋，根據控制算法實(shí)時(shí)地控制電動(dòng)閥、壓差開(kāi)關(guān)、電動(dòng)風(fēng)閥，從而使模擬房間的溫度、新風(fēng)量達到目標值。當選擇手動(dòng)控制模式時(shí)，所有控制用電動(dòng)閥、壓差開(kāi)關(guān)、電動(dòng)風(fēng)閥的控制都由操作人員直接用鼠標點(diǎn)擊操作的方式進(jìn)行控制。其中空氣處理系統自控軟件界面如圖3所示。

4．2空氣處理系統自控

空氣處理系統自控的要求有：1．監測風(fēng)管道內的溫度；2．監測及控制新風(fēng)、排風(fēng)電動(dòng)風(fēng)閥開(kāi)肩度；3．監測及控制表冷器冷水與加熱器熱水進(jìn)水閥開(kāi)度；4．監測新風(fēng)過(guò)濾網(wǎng)兩側壓差，以了解過(guò)濾網(wǎng)是否堵塞；5．監測送風(fēng)、回風(fēng)機的啟停狀態(tài)及啟?？刂??？諝馓幚硐到y監控原理圖如圖4。

圖4空氣處理系統監控原理圖
圖4上方風(fēng)管為回風(fēng)管，下方風(fēng)管為送風(fēng)管，回風(fēng)管中裝有同風(fēng)機，送風(fēng)管中裝有過(guò)濾網(wǎng)、加熱器、表冷器、送風(fēng)機；T表示溫度傳感器，可以分別監測回風(fēng)管、送風(fēng)鋝、模擬房間、新風(fēng)側溫度；H表示電動(dòng)閥，可以分別：|在測和控制新風(fēng)、排風(fēng)、混合段電動(dòng)風(fēng)閥及表冷器、加熱器電動(dòng)閥的開(kāi)度；△P表示壓差開(kāi)關(guān)，當空氣過(guò)濾網(wǎng)上灰塵增多時(shí)，通過(guò)時(shí)空氣阻力增大，將影響空調的正常運行，此時(shí)濾網(wǎng)兩端壓差增大，對其兩邊設置壓差監測?？梢詫V網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行監測。圖中5個(gè)電動(dòng)閥連接至DDC的模擬輸出(AO)端口，5個(gè)溫度傳感器連接至DDC的模擬輸入(AI)端口，送風(fēng)機與同風(fēng)機由DDC的數字輸出(DO)端口控制，2臺風(fēng)機的丌啟狀態(tài)和濾網(wǎng)壓差由DDC的數字輸入(DI)端口監控。
由以上連接可以通過(guò)同風(fēng)管、送風(fēng)管、模擬房間、新風(fēng)側的溫度傳感器經(jīng)模擬信號輸入端送至DDC控制器中，經(jīng)采樣、模擬／數字轉換將模擬溫度信號變成數字信號，與給定溫度值進(jìn)行比較得出偏差，經(jīng)DDC控制器運算，從輸出端口輸出與偏差成一定關(guān)系的信號，夏天輸入的2～15℃的冷凍水流量，對空氣進(jìn)行等濕冷卻或除濕冷卻，冬季控制輸入的30℃以上的熱水流量，可以對空氣進(jìn)行加熱，從而實(shí)現對送風(fēng)溫度、濕度的調節；過(guò)渡季節控制新風(fēng)閥、排風(fēng)閥與混合段風(fēng)閥的開(kāi)度，調節系統回風(fēng)與新風(fēng)混合比例，以適應冷熱負荷的變化。在DDC控制器中，可以根據控制對象的不同特性，選用zui合適的控制算法編程，如新風(fēng)溫度補償控制、模糊控制等，以保證在滿(mǎn)足舒適性的同時(shí)，zui大程度地節能。

4．3空調水系統監控

空調水系統有兩個(gè)循環(huán)回路。一是冷凍水系統，由冷凍水循環(huán)泵通過(guò)管道系統連接冷水機組蒸發(fā)器與空氣處理系統中表冷器。冷凍水在系統中起載冷作用，通過(guò)低溫水和外界的換熱，而達到空調所需要的效果，冷凍水系統可以極大地減少制冷系統的冷媒充注量；二是冷卻水系統，主要由冷卻塔、水泵和管道組成。冷水流過(guò)冷水機組的冷凝器后，溫度上升，使升溫冷水流過(guò)冷卻塔則水溫下降，用泵送回冷水機組后再次循環(huán)。

對空調水系統進(jìn)行監控制的主要要求有：1．保證冷水機組蒸發(fā)器側有足夠的水量使蒸發(fā)器正常工作：2．冷水機組可以向空調機組的表冷器提供足夠的冷水量以滿(mǎn)足使用要求；3．保證冷水機組冷凝器側有足夠的冷卻水通過(guò)；4．保證冷卻塔風(fēng)機和各水泵的安全運行?？照{水系統監控原理圖如圖5。

圖5空調水系統監控原理圖
圖5空調水系統監控原理圖中有兩個(gè)循環(huán)系統，每個(gè)循環(huán)系統都連有進(jìn)出冷水機組側的溫度傳感器，水泵和電動(dòng)閥。冷水溫度的控制是根據室內溫度傳感器的反饋信息來(lái)經(jīng)DDC計算控制水閥的開(kāi)度進(jìn)而控制冷水的溫度。

5、結語(yǔ)

中央空調模型實(shí)訓臺為我院建筑設備工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)熱工儀表與空調白控課程教學(xué)實(shí)訓和學(xué)生工程實(shí)踐實(shí)訓平臺。通過(guò)對計算機自動(dòng)控制軟件的操作，可以讓學(xué)生掌握中央空調系統的工作原理，掌握中央空調監控與自動(dòng)控制的基本理論，可以通過(guò)對該實(shí)訓平臺更深入地研究開(kāi)發(fā)，能夠更進(jìn)一步了解和掌握組態(tài)軟件、LonWorks總線(xiàn)技術(shù)與應用、控制理論等方面的知識。本實(shí)訓臺的研究和探索是中央空調調試實(shí)訓及自動(dòng)控制系統實(shí)訓的新思路，具有較高的實(shí)用和推廣價(jià)值。