空調(diào)系統(tǒng)自動控制與智能化管理探討

羅傳欽

文章編號：2095-6835（2016）13-0055-02

摘 要：近年來，隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，環(huán)境問題和能源問題日益突出，越來越多的人開始關注“節(jié)能減排”這一焦點話題。因此，為了滿足建筑節(jié)能的要求，采用新技術、新工藝最大限度地降低中央空調(diào)系統(tǒng)能耗非常有必要。詳細探究了智能化管理在中央空調(diào)系統(tǒng)中面臨的問題，結合實踐，總結并歸納出幾點常用的自動化控制措施，并對其優(yōu)缺點進行了論述。

關鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)；自動控制；智能化管理；PLC控制

中圖分類號：TU831.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.055

當前，人們對室內(nèi)空氣的要求在不斷提高，導致空調(diào)耗能在建筑能耗中所占的比例居高不下，出現(xiàn)了嚴重的建筑能耗問題。在這種情況下，對空調(diào)系統(tǒng)實施優(yōu)化頗為重要。本文針對智能化在中央空調(diào)系統(tǒng)中面臨的問題進行分析后，提出采用繼電器控制、PLC控制、DDC控制和模糊控制等措施，促使空調(diào)系統(tǒng)達到自動化、智能化控制管理的目的。這樣不僅滿足了空調(diào)的使用功能，對提升能源效益和環(huán)保效益也有積極的影響，具體分析如下。

1 空調(diào)系統(tǒng)自動化控制中存在的問題

通常情況下，由于中央空調(diào)系統(tǒng)受到諸多因素的影響，其負荷呈現(xiàn)出變化大、復雜性的特征?；谀壳澳茉春铜h(huán)保問題日益突出的情況，我們必須采取優(yōu)化方案對空調(diào)承擔的負荷進行調(diào)節(jié)，確保空調(diào)系統(tǒng)在運行過程中始終處于最佳狀態(tài)。這樣才能夠達到合理使用、降低能耗的目的。但從當前空調(diào)系統(tǒng)的運行狀況來看，空調(diào)系統(tǒng)還存在諸多問題，難以滿足能源和環(huán)保要求。例如中央空調(diào)系統(tǒng)十分龐大，反應速度較慢，控制慣性較大，且節(jié)能效果不理想。所以，要想保證系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài)，必須要綜合考慮，結合該系統(tǒng)的特點，采用全方位、多角度控制方案，促使其達到智能化管理的效果。

2 自動化與智能化管理探究

空調(diào)系統(tǒng)的自動化與智能化管理可從繼電器控制、PLC控制、DDC控制和模糊控制這四大方面具體開展。下面分析不同控制技術的應用情況及其優(yōu)缺點，以期為空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)智能化管理提供積極的指導。

2.1 繼電器控制方式

繼電器，作為一種電控制器件，是當輸入量的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控制量發(fā)生預定的階躍變化的一種電器。繼電器具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間的互動關系，通常情況下，將其應用于空調(diào)系統(tǒng)自動化的控制電路中，其實是發(fā)揮了它的自動開、關的作用。電磁繼電器、熱敏干簧繼電器、時間繼電器等都屬于空調(diào)系統(tǒng)中的常見繼電器類型。在正常運行過程中，由于空調(diào)系統(tǒng)負荷變化比較大，并且對控制要求在不斷提高，繼電器動作頻繁，這樣很容易出現(xiàn)元件故障或者是更嚴重的損壞現(xiàn)象。即便繼電器控制是開發(fā)應用比較早的控制方式之一，但是由于自身的不足和局限性，難以保證在空調(diào)系統(tǒng)中的使用效率，比如中央空調(diào)在運行過程中能耗大、故障率高、調(diào)節(jié)精度不合理等。所以，技術人員要利用科學技術進一步研究，提高繼電器控制在空調(diào)系統(tǒng)中的運用效率和精準度。

2.2 PLC控制方式

PLC的英文全稱是“Programmable Logic Controller”，即可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。所謂“PLC控制系統(tǒng)”，是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、自動控制技術、計算機技術和通訊技術等，最終形成了一種新型工業(yè)控制裝置，其應用目的是取代繼電器、記時、計數(shù)等各項順序控制功能，構建一種新型系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出使用方便、通用性強、可靠性高、適應范圍廣、編程簡單、隔離性好、易維護、抗干擾能力強且能適應較大的溫度變化范圍等特點。該系統(tǒng)在應用過程中，將用戶程序調(diào)試完成后，在編程器將其程序寫入PLC存儲器中，并將現(xiàn)場的輸入信號和被控制的執(zhí)行元件按照相應的位置連接后，便能夠完成不同模塊的功能。而現(xiàn)代的PLC的編程語言主要按照簡單、易懂的標準設計，除了有梯形圖編程功能和助記符之外，還增加了各種通訊選擇及相關參數(shù)，比如某年、某月、某時等。這些功能的增加，不僅節(jié)省了程序量，還在一定程度上縮短了開發(fā)周期。將其應用于空調(diào)系統(tǒng)中，通過對具體情況進行分析可知，PLC控制主要是通過預先電腦編制程序對空調(diào)系統(tǒng)的各個設備進行自動化控制，具體運行步驟如圖1所示。

為了進一步說明PLC控制方式在空調(diào)系統(tǒng)中的應用情況，本文以組合式空調(diào)器為例，具體運行情況為：①啟動整個系統(tǒng)時，由PLC發(fā)出控制指令并開啟回風管和新風管上的電動密閉閥；做好這兩個準備工作后，開啟送風機，并且通過控制變頻器進一步調(diào)節(jié)風機的轉速，促使其滿足正常工作要求。②在系統(tǒng)運行過程中，送風機轉速的快慢是由溫度傳感器信號決定的。將其與系統(tǒng)設定值比較后，采用PID方式控制空調(diào)變頻器，從而達到控制送風量、調(diào)節(jié)風機轉速的目的。③系統(tǒng)接收盤管后的露點溫度傳感器信號，將其與系統(tǒng)自動設置的參數(shù)比較后，發(fā)出指令，同時采用PID方式控制空調(diào)系統(tǒng)中的水流量，使其能夠最大限度地滿足送風機溫度設置好的參數(shù)。④對于壓差傳感器，一般情況下，在過濾器前后具體設置。如果壓差信號超出設定值時，PLC控制系統(tǒng)會自動發(fā)出報警信號。這項功能對于保證系統(tǒng)正常運行具有非常重要的意義。此外，報警信號還可以提醒維護人員對系統(tǒng)異常情況及時處理。由此可見，PLC控制方式對復雜的空調(diào)系統(tǒng)也有非常重要的應用價值。技術人員只需要在空調(diào)系統(tǒng)中選擇適當?shù)奈恢迷黾觽鞲衅?，并對相關參數(shù)進行設置，便能夠實現(xiàn)全面控制系統(tǒng)運行的目的。PLC系統(tǒng)唯一的缺陷是體系結構是封閉的，各PLC廠家的硬件體系相互不兼容，編程語言及指令也各異，給用戶使用帶來一定的難度。

2.3 DDC控制方式

所謂“DDC控制方式”，通常稱為“DDC控制器”。該系統(tǒng)主要由中央控制設備，現(xiàn)場DDC控制器、與設備相關的傳感器、執(zhí)行器、通訊網(wǎng)絡等共同組成，它代替了傳統(tǒng)控制組件，比如溫度開關、接收器或其他電子機械組件。此控制器的工作原理是：所有的控制邏輯由微信號處理器，并以各種控制器為基礎完成。在具體的工作過程中，控制器通過模擬量輸入通道（AI）和數(shù)字輸入通道（DI）采集由傳感器、觸點或其他儀器送來的實時數(shù)據(jù)，并將模擬信號轉變成計算機可接受的數(shù)字信號（A/D轉換），然后按照一定的控制規(guī)律運算，最后發(fā)出控制信號，將數(shù)字量信號轉變成模擬信號（D/A轉換），并通過模擬輸出通道（AO）和數(shù)字量輸出通道（DO）直接控制設備運行。運行原理如圖2所示。

DDC控制方式在空調(diào)系統(tǒng)中的應用目的是達到節(jié)能的效果。目前，大部分場合通過選擇合適的PID系數(shù)來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。PID系數(shù)越高，該控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度到設定值的速度越快；相反，則速度越慢。但是在此過程中，由于頻繁驅動電磁閥等調(diào)節(jié)元件，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到嚴重影響。所以，在應用PID系數(shù)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度時，需要綜合考慮，將對房間負荷影響最大的特征參數(shù)、房間使用功能等相關因素綜合考慮后再作設定，以便實現(xiàn)降低能耗，節(jié)約能源的目的。

DDC控制方式優(yōu)于PLC等控制方式，成為各種建筑環(huán)境控制的通用模式。現(xiàn)在，多數(shù)建筑都可使用DDC系統(tǒng)，包括辦公大樓、學校、醫(yī)院、賓館及工業(yè)建筑。DDC系統(tǒng)可安裝于各種建筑的空調(diào)系統(tǒng)中。在小型建筑空調(diào)系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的優(yōu)點是其遙控顯示器可安裝于管理服務公司；在大型建筑空調(diào)系統(tǒng)中，其優(yōu)點是可通過中心管理系統(tǒng)，比單個管理更省人力和能源。

2.4 模糊控制方式

所謂“模糊控制（Fuzzy Control）”，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數(shù)字控制技術，主要是利用模糊數(shù)學的基本思想和相關理論達到控制的目的。模糊控制實質上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。該控制模式的最大特點是既有系統(tǒng)化的理論，也有大量實際應用背景?？刂埔?guī)則是模糊控制器的核心，它的正確與否直接影響到控制器的性能，其數(shù)目的多少也是衡量控制器性能的一個重要因素。模糊控制規(guī)則的形式主要可分為2種，即狀態(tài)評估模糊控制規(guī)則和目標評估模糊控制規(guī)則。而模糊控制規(guī)則的取得方式主要有3種，即專家的經(jīng)驗和知識、操作員的操作模式、學習。

在空調(diào)系統(tǒng)的整個控制過程中，將系統(tǒng)收集到的信息以計算機編程語言的形式輸出，并轉化為模擬規(guī)則，技術人員對其進行推理、論證后，構建出最終的模糊控制方法。例如空調(diào)系統(tǒng)運行時對制冷劑流量的控制，由模糊控制器根據(jù)采集到空調(diào)系統(tǒng)運行的相關負荷參數(shù)，對其進行推理最終得到系統(tǒng)所需要的熱量和冷量，進而控制節(jié)流閥開度及壓縮機轉速，提供適量的制冷劑蒸發(fā)以滿足用冷需求。模糊控制方式能夠進一步優(yōu)化系統(tǒng)，確?？照{(diào)系統(tǒng)在負荷不斷變化的條件下正常運行，從而達到節(jié)約能源，降低能耗的目的。由此可見，該系統(tǒng)的優(yōu)點是使用語言方便，不需要過程的精確數(shù)學模型；有較強的容錯能力，操作人員易于通過人的自然語言進行人機界面操作。但該系統(tǒng)也有缺點——缺乏系統(tǒng)性，無法定義控制目標。此外，整個系統(tǒng)的控制精度和動態(tài)品質比較差。

由此可見，以上幾種控制方式都有自身的優(yōu)越性，將其應用于空調(diào)系統(tǒng)自動控制領域中，對實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)智能化管理有積極的意義，可達到節(jié)約資源、降低能耗的目的。但也存在一定的局限性——繼電器控制在空調(diào)系統(tǒng)中的運用效率、精準度還需要進一步提高，PLC控制方式要提高整個系統(tǒng)的兼容性，DDC控制方式需要選擇合適的PID系數(shù)來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，模糊控制方式需要提升整個系統(tǒng)的控制精度和動態(tài)品質。在實際應用中，要綜合考慮各種控制方式的特點及系統(tǒng)運行條件、使用要求等，優(yōu)化智能控制方案。

3 結束語

綜上所述，在信息技術高速發(fā)展的今天，新產(chǎn)品和新技術不斷出現(xiàn)。這對于改善我們的生活質量都有非常重要的意義。自動化控制技術作為新技術的一類，它在人們生產(chǎn)生活的各個領域都有所涉及，本文所述的空調(diào)系統(tǒng)自動控制與智能化管理是基于自動化控制技術的應用進一步實現(xiàn)的，具體介紹了PLC控制方式、DDC控制方式、模糊控制和繼電器控制四大類各自的優(yōu)缺點。這些控制技術的應用對進一步實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)自動化、智能化以及滿足建筑節(jié)能需求都有相當重要的現(xiàn)實意義。將自動化控制技術應用于空調(diào)系統(tǒng)中，能夠有效降低空調(diào)能耗，節(jié)約資源，解決空調(diào)智能化控制管理存在的問題，大大提高其運行的效率。筆者希望更多人士參與到空調(diào)系統(tǒng)自動控制與智能化研究當中，為實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性和舒適性目標作出更大的貢獻。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕