模拟中央空调控制系统设计方案.doc
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1、目录一:项目背景3二:设计依据。4三:设计方案53.1系统整体设计思想53.2 系统控制方案的设计与选择63.3 系统设计内容73.4了解中央空调的基础知识83.4中央空调制冷系统133.5中央空调的元器件143.6空调常用单位换算153.7末端设备16四:总结。19一:项目背景我国是一个人均能源相对贫乏的国家,人均能源占有量不足世界水平的一半,随着我国经济的快速发展,我国已成为世界第二耗能大国,但能源使用效率普通偏低, 造成电能浪费现象十分严重。尽管我国电网总装机容量和发电量快速扩容,但仍赶不上用电量增加的速度,供电形势严峻, 节能节电已迫在眉睫。中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设
2、施之一,电能的消耗非常大,约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计,而实际上在一年中,满负载下运行最多只有十多天,甚至十多个小时,几乎绝大部分的时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载,而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载,几乎长期在100%负载下运行,造成了能量的极大浪费,也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。随着变频技术的日益成熟,利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合,构成温差闭环自动控制系统,自动调节水泵的输出流量,达到节能目的提供了可靠的技术条件。 空
3、调的定义: 空调是空气调节的简称,它是利用设备和技术对室内空气(或人工混合气体)的温度、湿度、清洁度及气流速度进行调节,以满足人们对环境的舒适要求或生产对环境的工艺要求。满足人类或其它生物对舒适感的要求的空调,一般称之为舒适性空调;而主要用来满足工艺生产过程和设备的运行要求,及人体的舒适度要求的空调,一般称之为工艺性空调。二:设计依据(1)户用和类似用途冷水热泵机组国家标准(GB/T18430.2-200119-87)(2)采暖通风与空气调节设计手册(GB19-87)(3)家用中央空调实用技术手册(交通出版社)(4) 空气调节的四度:温度、湿度、洁净度和风速21三:设计方案3.1系统整体设计思
4、想该设计以公寓为设计背景,公寓空气调节的作用大体可分为二个:其一、满足人体所适合的温度、湿度条件;其二、保证住户拥有一个良好、健康的工作环境,这两点具有同等的重要性。为了保证整个房间的温、湿度控制质量,首先需要一个总控开关按照一定控制要求来启动和关闭中央空调系统,利用中央空调系统内部安装的传感器,随时检测各个房间的温、湿度状况,而后将信号送给控制机构,控制的对象就是几台风机,风机启动之后,通过一个阀门根据需要来决定给房间送风,也就是使系统由局部送风来满足房间的湿度要求,或使整个房间按照舒适性空调的要求进行全面送风,同时根据需风量的大小,利用变频技术使局部送风在恒压状态下进行。在用风量小的情况下
5、,如果一台风机连续运行超过一定工作时间,则按照控制要求自动切换到下一台风机,即系统具有“风机转换功能”,避免因一台风机工作时间过长,降低生产效率和影响风机工作寿命。同时,系统启动时采用软启动来提高系统性能,在应急或检修时,系统配备手动控制功能,最后,为了保证系统安全、顺利的工作,还需设置完善的报警功能。基于以上的设计思想,中央空调恒压送风系统原理图如图2-1所示。 图2-1 中央空调恒压送风系统原理图在该系统设计中,采用了1#、2#、3#三台风机,首先由总控来控制电磁阀YV1,根据需求启动和关闭中央空调, 平时电磁阀YV2处于失电状态,也就是关闭局部送风阀。中央空调的局部送风或全面送风,由传感
6、器将检测到的信号(采用人工模拟实现)直接送给控制机构,来选择正确的送风方式。局部送风和全面送风共用1#、2#、3#三台风机,一般情况下,三台风机根据全面送风的需求多少,利用变频器按一定的控制逻辑运行,使全面送风在恒压状态下进行。此时处在运行中的房间,当传感器检测到其湿度不足时,电磁阀YV2得电,此时关闭全面送风阀,打开局部送风阀,1#、2#、3#风机开始提供局部送风,以此来满足房间的湿度需求,并根据需风量的大小,利用变频器使局部送风也在恒压状态下进行。系统经过一段时间的工作,房间湿度合适后,三台风机再次转换为全面送风使用。3.2 系统控制方案的设计与选择长时间以来,自动控制系统存在着多种控制方
7、式,比如继电接触器控制方式、逻辑电子电路控制方式、单片机控制方式、可编程序控制器(PLC)控制方式等四种主要的控制方式。其特点分别如下:(1)继电接触器控制的特点 该控制电路硬件接线多,体积大,连线复杂,修改困难。触点开、闭速度为几十毫秒,难以实现对控制执行速度要求高的场合,而且容易出现触点抖动。时间继电器在限时控制方面,精度不高,易受环境影响。系统设计、施工、调试周期长,可靠性与可维护性差,寿命短。因价格低廉,该系统可用于要求不高的控制场合。(2)逻辑电子电路控制的特点 该控制电路往往采用一台电机固定于变频状态,其余电机均为工频状态的方式,难以实现电机机组全部软启动、全流量变频调节,控制精度
8、较低,工频启动时有冲击,抗干扰能力较弱。(3)单片机控制的特点 尽管单片机控制优于逻辑控制,但在对不同管网调试麻烦,扩展功能时往往要对主电路进行修改,不够灵活方便。(4)可编程序控制器控制的特点 PLC (Programmable Logic Controller)是一种面向生产过程控制的数字电子装置,它使用了可编程序的存贮器以存贮指令,用以执行诸如逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能,并通过数字或模拟的输入、输出接口控制机械或生产过程。这种控制电路跟踪快、控制精度高、抗干扰能力强、扩展功能灵活方便,可实现恒压 (或变压)全流量变频调节,具有稳定性好、高效节能、调试方便等显著优点。鉴于以上四
9、种方案的特点比较,故该设计采用可编程序控制器控制方式。在硬件设计上,只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线,不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。当控制要求改变,需要变更控制系统的功能时,只要改变存贮器中的控制程序即可。PLC的输入、输出可直接与交流220V、直流24V等强电相连,并有较强的带载能力, PLC抗干扰能力强、可靠性高。在PLC的电源电路和 I/O接口中,还设置了多种滤波电路,以抑制高频干扰信号。软件上,PLC设置了故障检测及自诊断程序,用来检测系统硬件是否正常,程序是否正确,便于自动地做出相应的处理,如报警、封锁输出、保护数据等。通过计算机或编程器可以方便
10、的对PLC控制程序进行写入、读出、检测、修改等;还可对PLC的工作进行监控,使PLC的操作及维护变得容易。PLC还具有很强的自诊断能力,能随时检查出自身的故障,并显示给操作人员,使操作人员能迅速检查、判断故障原因。由于用软件编程取代了继电器硬接线,实现控制,使得工作量大为减少,缩短了施工周期。该系统主要的设计任务就是利用恒压控制单元使一台变频器同时控制多台风机,或者循环控制多台风机,实现送风的恒定和风机的软起动,以及风机的工频与变频的切换,同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求,结合系统的使用场所,该设计决定采用“PLC+变频器+传感器”的核心控制模式。该控制方式灵活方便,具有良
11、好的通信接口,可以方便地与其他的系统进行数据交换,而且由于PLC产品的系列化和模块化,所以可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高,因此该系统能适用于各类不同要求的恒压送风场合,并且与送风机组的容量大小无关。该控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点,又能达到系统稳定性及控制精度的要求。3.3 系统设计内容由上一节选择、设计的系统方案,可以看出该设计实质上就是PLC与变频器及传感器的一个应用系统,所以系统的设计主要包括硬件设计、软件设计两部分,具体设计内容有: (1)硬件设计要进行硬件的设计,首先要正确选取硬件的组成部分,硬件选择主要是对变频器、风
12、机机组、传感器、控制柜及操作台、PLC及扩展模块的选择。由于该系统应用了PLC,这里需要对控制系统的I/O及地址分配做一定的工作,除此之外,系统还对主电路、控制电路及变频调速电路作了具体的设计。(2)软件设计应用软件是根据指令系统及系统功能的要求进行的,因此,选择的指令系统,其功能好坏对应用系统软件设计影响很大。该系统软件设计,主要是为配合硬件控制要求编写的PLC程序及一些相关变频参数的设置。当接下来调试系统时,也主要是对系统中的PLC程序及变频器关键参数进行一番调试。为了直观的体现该系统的方案设计,和进一步检验设计的正确性,系统借助自动化系MM430变频器实验室已有的控制设备,从实际应用的角
13、度,在正确连接控制线路的基础上,通过PLC编程和MM430参数设置,简单的模拟了一下该系统基本的主要控制功能。3.4了解中央空调的基础知识1、空调的制冷量与制热量 制冷量:单位时间内,空调器在名义制冷工况下从空间区域或房间内排除的热量。 制热量:单位时间内,空调器在名义制热工况下向空间区域或房间内释放的热量。中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。有主机和末段系统。按负担室内热湿负荷所用的介质可分为全空气系统 、全水系统 、空气-水系统 、冷剂系统 。按空气处理设备的集中程度可分为集中式和半集中式。按被处理空气的来源可分为封闭式、直流式 、混合式(一次回风 二次回风)。主要组成设备有空调主
14、机(冷热源) 风柜 、风机盘管等等.制冷系统为空气调节系统提供所需冷量,用以抵消室内环境的冷负荷;制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。制冷系统是中央空调系统至关重要的部分,其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。按负担室内热湿负荷所用的介质分类1、全空气系统 空调房间的室内热湿负荷全部由经过处理的空气来承担,利用空调装置送出风调节室内空气的温度、湿度。2、全水系统 全部由经过处理的水负担室内热湿负荷 ,利用冷冻机处理后的冷冻水(或锅炉制出热水)送往空调房间的风机盘管中对房间的温度、湿度进行处理的。3、空气-水系统 由经过处理的
15、空气和水共同负担室内热湿负荷 ,典型装置是风机盘管加新风系统。4、冷剂系统 利用直接蒸发的制冷剂吸热来调节室内温度、湿度。按处理设备的情况分类1、集中式空调 空气处理设备和送、回风机等集中设在空调机房内,通过送、回风管道与被调节的空调场所相连,对空气进行集中处理和分配。2、半集中式空调 送入空调房间的新风由空调机房集中处理,空调房间内的空气由分散在房间内的装置处理的系统两种空调的优缺点集中式中央空调半集中式中央空调处理空气量大,有集中的冷源和热源,运行可靠,便于管理和维修,但机房占地面积较大适用于空气调节房间较多,且各房间要求单独调节的建筑物按照冷却形式分类主要设备:制冷主机冷却塔冷冻水泵冷却
16、水泵补给水泵电子水处理仪或全自动软化水处理装置水过滤器膨胀水箱末端设备电制冷水冷式冷水机组 电制冷水冷式冷水机组属于蒸汽压缩式制冷范畴,一般主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、自动控制和保护装置组成。顾名思义水冷式冷水机组的冷凝器利用水冷却,一般利用循环冷却水,随着科技的发展和节能的需要,也有采用地表水、地下水冷却的。在实际工程中我们根据压缩机类型一般分为离心式冷水机组、螺杆式冷水机组、活塞式冷水机组和涡旋式冷水机组。 离心式冷水机组单机容量大,制冷性能系数COP值高,但在部分负荷下运行时容易发生“喘振”现象。螺杆式冷水机组由于在压缩机构造上的特点,在部分负荷下仍能稳定、高效地运行,常被用于
17、负荷波动大、需要调节的场合。活塞式冷水机组和涡旋式冷水机组均为小容量制冷机,其中活塞式冷水机组由于振动大、运行维护复杂,目前运用较少,而涡旋式冷水机组运行噪声小,调节方便,在小型工程中运用较多。2、风冷机组主要设备:制冷主机冷冻水泵补给水泵电子水处理仪或全自动软化水处理装置水过滤器膨胀水箱末端设备中央空调系统优点1、经济节能:主机由微电脑控制,每个区间末端风机盘管可自行调节温度,区间无人时可关闭,系统根据实际负荷做自动化运行,开机计费,不开机不计费,有效节约能源和运行费用。2、环保:主机采用水源热泵型机组,电制冷,没有燃烧过程,避免了排污;整个系统为密闭式管路系统,可避免霉菌灰尘等杂质对系统的
18、污染,使环境清新优美,特别适于高档别墅、高级公寓与写字楼的使用。3、节约空间:主机体积小巧,不设机房,无需占用设备层,减少公用设施 和土建投资,室内末端暗藏在吊顶内,极易配合屋内装修。 4、个性化:中央空调系统以区间为单元,满足用户不同区间需求,室内末端安装采用暗藏方式,不影响室内的审美观,不占据室内空间,适应用户的个性化需求。5、简化管理:于采用不同区间单独控制系统为用户所有,产权关系明确,可简化空调设施管理。6、提升档次:中央空调主机可以避免破坏楼体的整体外观,使用户充分享受高档综合环境的同时,提升产品质量及量贩档次。 7、投资方便:可根据量贩发展情况,分期分批投资添置空调系统,同时量贩档
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