中央空调控制系统概述
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中央空调控制系统概述摘 要：本文介绍了中央空调的基本原理以及其自动控制系统的内容、功能、特点和分类，并在此基础上提出了开发设计中央空调控制系统应注意的几个关键技术。
关键词：中央空调；控制系统1 引言近年来，各种大、中型供冷、供热的中央空调工程越来越受到各行各业人们的重视。
中央空调系统广泛应用于各类大型空调工程，改善和提高了人们工作和居住环境的质量及生活和健康水平。
随着功能齐全的现代化新建筑，尤其是高层建筑不断涌现，中央空调将成为人们生活和工作中不可缺少的设备。
2 中央空调系统的基本原理中央空调系统中一般由空气处理设备、介质输送管道以及空气分配装置等组成。
按照负担室内负荷所用的介质种类，中央空调系统可分为全空气系统、空气—水系统、制冷剂系统和全水系统。
在全空气空调系统中，空调房间的负荷全部由来自集中式空气处理设备的空气来负担，空气经集中设备处理后，通过风管送入空调房间。
由于空气的密度和比热都很小，因而不得不采用很大的送风管道截面，以满足很大的送风量要求。
这不但要占据较多的建筑空间，同时要消耗较多的材料。
所以，在不引起特别大的噪声或增加运行费用的条件下，应尽可能提高输送空气的速度。
墓于这一考虑，研究出了高速系统(如高速双风道系统)。
为了节约能源，1960年以后开始采用变风量系统，这是全空气系统的一大进步。
近年来，变风量系统得到了大力推广，预计将成为全空气系统的主要形式。
在空气－水系统中，空气和水都被送至空调房间，借以共同承担空调房间的冷、热负荷。
由于水的密度和比热都较大，从而大大降低了空调房间对空气介质的需求量，使大部分的大截面风道为水管所代替。
这样，既节省了风道所占建筑物的空间。
又节省了许多金属材料，减少了空调系统的投资。
现今世界各国盛行是带风机盘管结构的空气－水系统，使得这一系统更具优越性。
制冷剂系统通过制冷剂的蒸发或凝结负担空调房间的负荷，用于局部场合的空调机组一般属于这一类，如家用空调。
全水系统全部靠水来负担空调房间的负荷，能够适应许多建筑物灵活性的需要，初投资较低，但因卫生条件差而较少被采用。
按照空气处理设备的设置情况，空调系统可分为集中系统、半集中系统和全分散系统。
集中系统的所有空气处理设备(包括风机、冷却器、加热器、加湿器、过滤器等)都设在一个集中的空调机房内，全空气系统中的普通集中式空调即属于这一类。
在半集中空调系统中，除了集中空调机房外，还设有分散在被调节房间内的二次设备(又称末端装置)，变风量系统、w w w .z h u l o n g .c o m风机盘管系统均属于半集中空调系统。
全分散系统也称作局部空调机组。
这种机组通常把冷、热源和空气处理、输送设备(风机)集中设置在一个箱体内，形成一个紧凑的空调系统。
它不需要集中的机房，安装方便，使用灵活。
制冷剂系统一般都属于这一类。
根据空调系统使用的空气来源分类，空调系统可以分为直流式系统、封闭式系统和回风式系统。
直流式系统使用的空气全部来自室外，吸收余热、余湿后又全部排掉，因此室内空气得到百分之百的交换，卫生条件是最好的，但耗费能量也是最多的。
封闭式系统恰好相反，它全部采用室内再循环空气，是最节能的系统，但是卫生条件也是最差的，只适用于无人操作，只需保持空气温、湿度的场所及很少进人的库房。
回风式系统使用的空气一部分为室外新风，另一部分为室内回风，所以这种系统既经济又符合卫生要求，使用比较广泛。
在工程上根据使用回风次数的多少又分为一次回风系统和二次回风系统。
以上是三种最主要的分类方法，实际上空调系统还可以根据另外一些原则进行分类。
3 中央空调的自动控制系统3.1中央空调自动控制的内容中央空调系统由空气加热、冷却、加湿、去湿、空气净化、风量调节设备以及空调用冷、热源等设备组成。
这些设备的容量一般都是设计容量，但在日常运行中的实际负荷在大部分时间里是部分负荷，不会达到设计容量。
所以，为了舒适和节能，必须对上述设备进行控制，使其实际输出量与实际负荷相适应。
在中央空调系统中，被控参数主要有空气的温度、湿度、压力(压差)以及空气清新度、气流方向等，在冷热源方面主要是冷、热水温度、蒸汽压力，有时还需要测量、控制供回水千管的压力差，测量供回水温度以及回水流量等在对这些参数进行控制的同时，还要对主要参数进行指示、记录、打印，并能监测各机电设备的运行状态及事故状态和报警。
根据中央空调各方面的设备，其自控系统可以包括如下的自控系统，新风机组控制系统、空调机组控制系统、冷冻站控制系统、热交换站控制系统及有关给排水控制系统等。
3.2中央空调自动控制的功能3.2.1创造了舒适宜人的生活与工作环境通过中央空调自动控制系统，对室内空气的温度、相对湿度、清新度等加以自动控制，保持空气的最佳品质，使人们生活、工作在这种环境中，心情舒畅，从而能大大提高工作效率。
对工艺性空调而言，可提供生产工艺所需要的空气的温度、湿度、洁净度的条件，从而保证产品的质量3.2.2节约能源在建筑物的电器设备中，中央空调的能耗是很大的，因此，对这类电器设备需要进行节能控制。
现在好的中央空调自控系统都已经从个别环节的控制进入到了综合能量的控制，形成基于微机控制的能量管理系统，达到最优化控制，其节能效果非常明显。
3.2.3创造了安全可靠的运行条件自动控制的监测与安全系统，使中央空调系统正常工作，在发现故障时能及时报警并进w w w .z h u l o n g .c o m行事故处理。
由于中央空调自动控制带来诸多功能和优越性，因而使其具备了很高的收益回报率，这是现在投资者与设计者所共识的。
另据有关资料191表明，采用了自动控制系统之后，整个中央空调系统的投资偿还期很短。
而这也正是当前业主决策者几乎都要投资于中央空调的自动控制的主要原因。
3.3中央空调系统自动控制的特点由于控制对象多属于热工对象，从控制角度分析，与其他工业过程控制相比较，中央空调自控系统具有以下特点：3.3.1多干扰性例如，通过窗进入的太阳辐射热是时间的函数，也受气象条件的影响：室外空气温度通过维护结构对室温产生影响为了换气(或保持室内一定正压)所采用的新风，其温度变化对室温有直接的影响。
由于室内人员的变动，照明、机电设备的开停所产生的余热变化，也直接影响室温。
此外，电加热器(空气加热器)电源电压的波动以及热水加热器热水压力、温度的波动、蒸气压力的波动等，都将影响室温。
至于湿干扰，在露点恒湿控制系统中，露点温度的变动波动、室内散湿量的波动以及新风含湿量的变化等都将影响室内湿度的变化。
如此之多的干扰，形成空调负荷在较大范围内的变化，而它们进入系统的位置、形式、幅值大小和频率程度等均随着建筑的构造〔建筑热工性能)、用途的不同而异，更与空调技术本身有关。
在设计空调系统时应考虑到尽量减少干扰或采取适当的抗千扰措施。
因此，可以说空调工程是建立在建筑热工、空调技术和自控技术上的一种综合工程技术3.3.2多工况性空调技术中对空气的处理过程具有很强的季节性。
一年中，至少要分为冬季、夏季和过渡季。
近年来，由于集散型系统在空调系统上的应用，为多工况的空调应用创造了更好的条件。
由于空调运行制度的多样化，使运行管理和自动控制设备趋于复杂。
区此，要求操作人员必须严格按照包括节能技术措施在内的设计要求进行操作和维护，不得随意改变运行程序和拆改系统中的设备。
3.3.3温湿度相关性描述空气状态的两个主要参数温度和湿度，并不是完全独立的两个变量。
当相对湿度发生变化时要引起加湿(或减湿)动作，其结果将引起室温波动；而当室温变化时，使室内空气中水蒸气的饱和压力发生变化，在绝对含湿量不变的情况下，就直接改变了相对湿度(温度增高相对湿度减少，温度降低相对湿度增加)。
这种相互关联着的参数称相关参数。
显然，在温湿度都要求的空调系统中，组成自控系统时应充分注意这一特性。
3.4中央空调自控系统的分类在中央空调的自动控制中经常使用的控制系统主要有以下几类：3.4.1模拟仪表自控系统使用模拟控制仪表(电气式或电子式)，此系统按其组成又可分为单回路控制系统与多回w w w .z h u l o n g .c o m路控制系统。
3.4.2直接数字控制系统利用直接数字控制器、现场硬件(传感器、执行器)及其相应软件可以完成多台机组的自动控制。
它适用于供热、制冷、空调工程中各类热交换站、冷冻站、新风机组、空调机组等常用设备的现场多参数、多回路的控制。
它有完善的控制软件，既可以独立工作，也可以接受中央站的监督控制，成为集散控制系统中的分站。
3.4.3集散控制系统由分站、现场硬件、中央站及数据通信信道组成的集散控制系统，常用于大型空调系统完成集中管理与现场分散控制。
中央站对各空调子系统进行管理、可不断地监视风机、过滤器等的运行状态，收集有关温度、湿度、压力等有关参数，并打印报表，进行区域或系统级的优化调节。
4 中央空调控制系统设计中的关键技术4.1控制方法4.1.1模糊控制模糊控制是近年来发展最快的一项控制技术，已成功地应用于各种各样的控制系统中。
因为引入了人类的逻辑思维方式，使得模糊控制器具有一定的自适应控制能力，较强的鲁棒性和稳定性，因而特别适用于难以用精确数学模型表示的实际系统。
模糊控制的核心是模糊控制器，它是按照人的实际操作经验通过模糊算法模仿人的操作策略，实现以机器代替人的生产过程的自动控制设备。
实质上反映的是输入语言变量和输出语言变量以及语言规则的模糊定量关系和算法结构。
4.1.2神经网络控制神经网络是模仿人脑神经系统，它是以一种简单计算——处理单元(神经元) 为节点，采用某种网络拓扑结构构成的活动网络，能从微观结构和性能上对人脑抽象、简化，反映人脑功能的信息处理、学习、联想、模式分类、记忆等若干基本特征。
神经网络在控制领域中的应用主要有两种，一是用于系统建模，二是用于构造控制器。
神经网络控制对环境变化具有极强的自学习能力的优点，可以引入设计者的经验，对非线性对象以及时变参数对象都可以取得较好的控制效果，具有较好的鲁棒性。
4.1.3 PID 控制目前在空调控制系统中采用最多的依然是PID 控制，这种方法简单，便于实现，但参数整定较为困难，在实际中我们往往是根据经验来手动设定空调对象的特性参数，且一组整定的参数只能在较少的控制范围内有较好的控制效果，这样往往设定的参数并不完全符合实际工程所需的对象特性参数，PID 控制对这类对象的控制效果并不理想。
4.2控制技术目前，在中央空调控制器的设计大体上有单片机控制和PLC 控制两种形式。
这两种形w w w .z h u l o n g .c o m式各有特点，单片机控制成本较低，生产制造容易；缺点是稳定性、可靠性和抗干扰能力较差，电子元件的质量无法保证，生产厂家和使用厂家维护费用较高。
