中央空調模型實訓臺自控系統(tǒng)

近年來，各高職院校在"工學結合、校企合作"模式的下，培養(yǎng)應用型人才方面不斷地進行探索。教育部2006年文件《教育部關于全面提高高等職業(yè)教育教學質量的若干意見》中明確："職業(yè)教育服務區(qū)域經濟和社會發(fā)展，以就業(yè)為導向，加快專業(yè)改革與建設；加大課程建設與改革的力度，增強學生的職業(yè)能力；大力推行工學結合，突出實踐能力培養(yǎng)，改革人才培養(yǎng)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(tǒng)大專的克隆，而是要把"工學結合"作為高職教育人才培養(yǎng)模式的切入點，引導課程設置、教學內容和教學方法改革。"工學結合"培養(yǎng)模式是與生產勞動和社會實踐密切結合的學習模式，突出實踐技能教學，注重培養(yǎng)學生具備適應工作崗位的專業(yè)技能、實踐能力及綜合職業(yè)素質。中央空調部分的教學作為高職院校建筑設備專業(yè)的重要課程內容，也同樣面臨著如何加強實踐教學的探討。

結合我院實際情況，應用計算機和網絡技術，進行中央空調模型實訓臺改造及實踐教學改革方面的研究，逐步探索適合我院的實訓室建設方案。中央空調實訓臺由空調系統(tǒng)、冷水機組、供熱系統(tǒng)、冷卻水、冷凍水系統(tǒng)等組成。該實訓臺以制冷、供熱系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)為控制對象，融合了傳感器技術、計算機技術、自動化控制技術；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(tǒng)、制冷系統(tǒng)、冷凍水冷卻水系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)等四個單元學習和理解，可以進行：

(1)系統(tǒng)設備認識實驗；(2)監(jiān)控空調機組的運行狀態(tài)、啟?？刂茖嶒?；(3)新風閥及回風閥的比例調節(jié)實驗；(4)溫度設定、參數(shù)回顯實驗；(5)環(huán)境溫度及濕度檢測實驗；(6)一次回風系統(tǒng)啟?？刂茖嶒?。通過這一系列的實訓練習可以增強學生對中央空調及其控制的理解和掌握。

1、中央空調模型實訓臺簡介

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

1．1冷熱源系統(tǒng)

冷源是一臺壓縮機為l匹的制冷系統(tǒng)，為空氣調節(jié)系統(tǒng)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(jié)系統(tǒng)提供模擬房間所需的熱量。

1．2空氣處理系統(tǒng)

空氣處理系統(tǒng)主要包括：新風段、空氣混合段、空氣過濾段、冷卻段、加熱段、送風段、回風段和排風段等。在新風段、排風段設有電動風閥，可控制閥門開度，可模擬房間冬季省熱量，夏季省冷量，以達到節(jié)能要求。

圖1中央空調模型實訓臺實樣

2、空調自控系統(tǒng)的特點

2．1依調節(jié)對象不同而控制方式不同的特性

空調自控的主要任務是維持空調房間一定的溫度、濕度?？刂菩Ч绾危c空調系統(tǒng)本身有關外，自控部分對空調系統(tǒng)的運行效率也起著非常重要的作用。自控系統(tǒng)對空調設備的控制不單是簡單*的控制，也要依據(jù)調節(jié)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，是很關鍵的一個方面。

2．2空調系統(tǒng)的整體控制性

空調自控系統(tǒng)是以空調房間的溫、濕度控制為中心，通過工況轉換與空氣進行處理的過程，每個環(huán)節(jié)都是一個緊密在一起的整體控制系統(tǒng)，任意環(huán)節(jié)有問題，都將影響空調調節(jié)效果，甚至使整個調節(jié)系統(tǒng)無法工作。

3、中央空調自控系統(tǒng)的基本功能

中央空調系統(tǒng)在自控方面應實現(xiàn)的基本功能有：

3．1中央空調系統(tǒng)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、冷卻塔風扇、送風機、回風機等。

3．2中央空調系統(tǒng)各參數(shù)監(jiān)控

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

3．3中央空調系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測和各電動閥控制

主要調節(jié)冷、熱水電動閥，新風閥、回風閥、排風閥等電動閥開度和運行狀態(tài)的監(jiān)測。

3．4其它監(jiān)控：如過濾網堵塞報警等

4、中央空調模型實訓臺自控系統(tǒng)的構成

根據(jù)中央空調模型系統(tǒng)及其自控系統(tǒng)特點、技術要求，本系統(tǒng)采用DDC控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)如圖2所示?？刂圃O備及傳感器有：溫度和濕度傳感器、壓差開關、大氣壓力傳感器、電動三通閥、DDC控制器等。整個中央空調模型實訓臺自動控制系統(tǒng)主要有自動控制系統(tǒng)軟件、冷水機組控制和空氣處理器控制三部分組成。

4．1自動控制系統(tǒng)軟件

中央空調模型實訓臺整個系統(tǒng)的核心是自動控制系統(tǒng)軟件。管理用計算機的系統(tǒng)軟件采用Windows7操作系統(tǒng)，應用軟件的人機界面由HMI／SCADA自動化軟件平臺"組態(tài)王6．5"開發(fā)。組態(tài)王具有數(shù)據(jù)采集與控制功能，可以通過硬件驅動程序與現(xiàn)場設備通信，完成對數(shù)據(jù)的采集和控制。組態(tài)王具有圖形化用戶接El，允許用圖形化的組態(tài)方式進行系統(tǒng)配置，并可以定義圖形對象的動態(tài)特性。

系統(tǒng)運行時有兩種控制狀態(tài)：自動控制狀態(tài)和手動控制狀態(tài)。當選擇自動控制模式時，通過傳感器檢測到的模擬房間溫度、風系統(tǒng)溫度、水系統(tǒng)溫度以及壓差信號作為反饋，根據(jù)控制算法實時地控制電動閥、壓差開關、電動風閥，從而使模擬房間的溫度、新風量達到目標值。當選擇手動控制模式時，所有控制用電動閥、壓差開關、電動風閥的控制都由操作人員直接用鼠標點擊操作的方式進行控制。其中空氣處理系統(tǒng)自控軟件界面如圖3所示。

4．2空氣處理系統(tǒng)自控

空氣處理系統(tǒng)自控的要求有：1．監(jiān)測風管道內的溫度；2．監(jiān)測及控制新風、排風電動風閥開肩度；3．監(jiān)測及控制表冷器冷水與加熱器熱水進水閥開度；4．監(jiān)測新風過濾網兩側壓差，以了解過濾網是否堵塞；5．監(jiān)測送風、回風機的啟停狀態(tài)及啟停控制。空氣處理系統(tǒng)監(jiān)控原理圖如圖4。

圖4空氣處理系統(tǒng)監(jiān)控原理圖
圖4上方風管為回風管，下方風管為送風管，回風管中裝有同風機，送風管中裝有過濾網、加熱器、表冷器、送風機；T表示溫度傳感器，可以分別監(jiān)測回風管、送風鋝、模擬房間、新風側溫度；H表示電動閥，可以分別：|在測和控制新風、排風、混合段電動風閥及表冷器、加熱器電動閥的開度；△P表示壓差開關，當空氣過濾網上灰塵增多時，通過時空氣阻力增大，將影響空調的正常運行，此時濾網兩端壓差增大，對其兩邊設置壓差監(jiān)測。可以對濾網狀態(tài)進行監(jiān)測。圖中5個電動閥連接至DDC的模擬輸出(AO)端口，5個溫度傳感器連接至DDC的模擬輸入(AI)端口，送風機與同風機由DDC的數(shù)字輸出(DO)端口控制，2臺風機的丌啟狀態(tài)和濾網壓差由DDC的數(shù)字輸入(DI)端口監(jiān)控。
由以上連接可以通過同風管、送風管、模擬房間、新風側的溫度傳感器經模擬信號輸入端送至DDC控制器中，經采樣、模擬／數(shù)字轉換將模擬溫度信號變成數(shù)字信號，與給定溫度值進行比較得出偏差，經DDC控制器運算，從輸出端口輸出與偏差成一定關系的信號，夏天輸入的2～15℃的冷凍水流量，對空氣進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，可以對空氣進行加熱，從而實現(xiàn)對送風溫度、濕度的調節(jié)；過渡季節(jié)控制新風閥、排風閥與混合段風閥的開度，調節(jié)系統(tǒng)回風與新風混合比例，以適應冷熱負荷的變化。在DDC控制器中，可以根據(jù)控制對象的不同特性，選用zui合適的控制算法編程，如新風溫度補償控制、模糊控制等，以保證在滿足舒適性的同時，zui大程度地節(jié)能。

4．3空調水系統(tǒng)監(jiān)控

空調水系統(tǒng)有兩個循環(huán)回路。一是冷凍水系統(tǒng)，由冷凍水循環(huán)泵通過管道系統(tǒng)連接冷水機組蒸發(fā)器與空氣處理系統(tǒng)中表冷器。冷凍水在系統(tǒng)中起載冷作用，通過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(tǒng)可以極大地減少制冷系統(tǒng)的冷媒充注量；二是冷卻水系統(tǒng)，主要由冷卻塔、水泵和管道組成。冷水流過冷水機組的冷凝器后，溫度上升，使升溫冷水流過冷卻塔則水溫下降，用泵送回冷水機組后再次循環(huán)。

對空調水系統(tǒng)進行監(jiān)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；4．保證冷卻塔風機和各水泵的安全運行?？照{水系統(tǒng)監(jiān)控原理圖如圖5。

圖5空調水系統(tǒng)監(jiān)控原理圖
圖5空調水系統(tǒng)監(jiān)控原理圖中有兩個循環(huán)系統(tǒng)，每個循環(huán)系統(tǒng)都連有進出冷水機組側的溫度傳感器，水泵和電動閥。冷水溫度的控制是根據(jù)室內溫度傳感器的反饋信息來經DDC計算控制水閥的開度進而控制冷水的溫度。

5、結語

中央空調模型實訓臺為我院建筑設備工程技術專業(yè)熱工儀表與空調白控課程教學實訓和學生工程實踐實訓平臺。通過對計算機自動控制軟件的操作，可以讓學生掌握中央空調系統(tǒng)的工作原理，掌握中央空調監(jiān)控與自動控制的基本理論，可以通過對該實訓平臺更深入地研究開發(fā)，能夠更進一步了解和掌握組態(tài)軟件、LonWorks總線技術與應用、控制理論等方面的知識。本實訓臺的研究和探索是中央空調調試實訓及自動控制系統(tǒng)實訓的新思路，具有較高的實用和推廣價值。