博物館中央空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

曹付成

摘要：基于中央空調(diào)系統(tǒng)的復(fù)雜性與關(guān)聯(lián)性，為保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，排除外部因素的干擾，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理存在的問(wèn)題，需要在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行更新優(yōu)化，積極應(yīng)用新型技術(shù)和手段，對(duì)整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從根本上來(lái)提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性。本文基于博物館中央空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：博物館；中央空調(diào)；自動(dòng)控制

引言

將自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用到中央空調(diào)系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息，確定其是否存在異常情況，一旦出現(xiàn)異常問(wèn)題，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)告警，并且向值班人員發(fā)送告警信息，便于檢修工作的有效處理，避免故障的進(jìn)一步發(fā)展。

一、自動(dòng)控制技術(shù)的概述

自動(dòng)控制技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)作為基礎(chǔ)，融合了人工智能以及控制技術(shù)的智能化及自動(dòng)化技術(shù)。自動(dòng)控制技術(shù)主要包括模糊型控制技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型控制技術(shù)這兩個(gè)方面。

模糊型控制技術(shù)作為自動(dòng)控制技術(shù)的重點(diǎn)部分，主要控制技術(shù)包括語(yǔ)言變量、模糊變量以及模糊集合，主要組成部分是模糊控制器，模糊控制器通常將單片機(jī)和微機(jī)作為控制的主體，還具有一定的計(jì)算機(jī)功能。模糊控制的本質(zhì)就是擁有系統(tǒng)化又可以充分進(jìn)行應(yīng)用的一種非線性控制。但是，模糊控制還要依靠精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型才能進(jìn)行相關(guān)功能的應(yīng)用。

和模糊型控制技術(shù)相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型控制技術(shù)的智能性特點(diǎn)更為明顯，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型控制技術(shù)可以模仿人腦，通過(guò)這種方式來(lái)進(jìn)行人工型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)控制的有機(jī)結(jié)合，將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的處理單元作為節(jié)點(diǎn)，組成信息處理的主要部分。因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)型控制技術(shù)可以進(jìn)行人腦的模擬，所以該技術(shù)可以更精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)并調(diào)節(jié)中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型控制技術(shù)的運(yùn)行速度要高于模糊型控制技術(shù)，準(zhǔn)確性也更高。

在中央空調(diào)中科學(xué)合理地應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)可以營(yíng)造更加舒服的博物館室內(nèi)環(huán)境，通過(guò)室內(nèi)清新度、溫度以及相對(duì)濕度的控制，維持室內(nèi)空氣的清新，而且中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中還可以安裝降低噪音的設(shè)備，以此來(lái)降低人們工作生活中的噪音。另外，中央空調(diào)的智能監(jiān)控系統(tǒng)還具有環(huán)保功效，可節(jié)能減排。因此將智能技術(shù)應(yīng)用于中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)是目前相關(guān)單位需要注意的關(guān)鍵問(wèn)題。

二、博物館中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

系統(tǒng)構(gòu)成，以夏季空調(diào)制冷為例：通常中央空調(diào)的循環(huán)水系統(tǒng)關(guān)鍵是包括著兩個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)，也就是使用敞開(kāi)式系統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及使用封閉式系統(tǒng)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，以及制冷機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管與冷卻塔。需要進(jìn)行降溫的房間之內(nèi)會(huì)裝設(shè)風(fēng)機(jī)，這里的風(fēng)機(jī)關(guān)鍵是進(jìn)行冷空氣吹入至房間，進(jìn)而能夠促使房間內(nèi)熱交換程度加快便于實(shí)現(xiàn)降溫。

工作原理，為了能夠促使博物館室內(nèi)溫度保持在一個(gè)非常舒適的范圍之內(nèi)，冬季的博物館室內(nèi)溫度過(guò)低時(shí)中央空調(diào)體系會(huì)把循環(huán)熱水送進(jìn)風(fēng)機(jī)盤管中，再將室外的低溫空氣進(jìn)行循環(huán)經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)盤管時(shí)，對(duì)應(yīng)低溫空氣同樣是和風(fēng)機(jī)盤管鋁片實(shí)行熱交換來(lái)把風(fēng)機(jī)盤管鋁片熱量傳送于低溫空氣中，促使低溫空氣在進(jìn)行加熱之后送進(jìn)房間之內(nèi)，促使其室內(nèi)溫度得以有效升高；在夏季的室溫過(guò)高時(shí)，中央空調(diào)系統(tǒng)就會(huì)運(yùn)用水泵把經(jīng)過(guò)制冷器主機(jī)所提供的冷凍水循環(huán)式送進(jìn)風(fēng)機(jī)盤管內(nèi)，以便于在溫度降低時(shí)風(fēng)機(jī)盤管之內(nèi)鋁片及循環(huán)進(jìn)的室外高溫空氣進(jìn)行接觸時(shí)能夠展開(kāi)熱交換，最終將所得到的冷空氣送進(jìn)室內(nèi)進(jìn)行降溫。

三、博物館中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)

該空調(diào)機(jī)組所控制的相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)工作原理是溫濕度控制器測(cè)出溫度以及濕度之后，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算得到對(duì)應(yīng)閥門調(diào)節(jié)輸出，此時(shí)的輸出是經(jīng)過(guò)Lon網(wǎng)絡(luò)送至對(duì)應(yīng)智能閥處以產(chǎn)生閥門開(kāi)度。智能閥數(shù)量以及空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有著極大的關(guān)聯(lián)。開(kāi)關(guān)量控制器是用在啟停機(jī)組上的，以便于有效監(jiān)測(cè)空調(diào)實(shí)時(shí)狀態(tài)以及進(jìn)行警報(bào)。

3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

關(guān)于智能閥門設(shè)計(jì)，相關(guān)智能閥門應(yīng)該是直接連接于Lon網(wǎng)絡(luò)之上的，并經(jīng)過(guò)Lon總線接收其閥門的開(kāi)度指令，此指令是以網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)變量形式出現(xiàn)的。智能閥門關(guān)鍵硬件設(shè)計(jì)，從某種程度上來(lái)講智能閥門是要求對(duì)應(yīng)運(yùn)算量和儲(chǔ)存容量較少的，所以運(yùn)用了神經(jīng)元NeuronMC143120芯片和FTT-10A式的雙絞線變壓器耦合收發(fā)器，還有其電源是運(yùn)用了LM2575式的降階電壓調(diào)節(jié)器芯片，其在進(jìn)行濾波之后可以獲得非常穩(wěn)定的+5V電壓，串行A/D轉(zhuǎn)換器是使用TCL1549芯片，這樣可以充分的滿足于對(duì)應(yīng)閥門開(kāi)度有效控制精確度，繼電器是使用了JGX-1F型式的固態(tài)繼電器，該型號(hào)的繼電器驅(qū)動(dòng)能力較大且生命周期較長(zhǎng)。

3.2溫濕度控制程序軟件有效實(shí)現(xiàn)

溫濕度控制器是最關(guān)鍵的主控制器，其是要求具備較大儲(chǔ)存空間以及處理能力，所以是使用了3150CPU模塊。關(guān)于溫濕度控制程序軟件的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該分為兩大部分，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部功能，這包括著相關(guān)模擬量采集以及處理和顯示，并且具有四個(gè)PID回路，可以充分的達(dá)到參數(shù)修改以及運(yùn)算和網(wǎng)絡(luò)變量形式輸出結(jié)果至其余控制器或者是智能閥處；還有就是主控制器，也就是溫濕度控制器務(wù)必要具有及上位機(jī)可以通信的功能。依據(jù)其工藝技術(shù)的要求，溫濕度控制器之內(nèi)具有專門開(kāi)辟的儲(chǔ)存區(qū)域，這是存放上位機(jī)組態(tài)之后所形成的相關(guān)程序鏈，并且控制器經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析程序能夠?qū)?chǔ)存區(qū)域之內(nèi)各類數(shù)據(jù)展開(kāi)分析，再合理的調(diào)用子程序來(lái)充分實(shí)現(xiàn)各類功能及完成控制。

四、中央空調(diào)節(jié)能理論分析

中央空調(diào)系統(tǒng)是經(jīng)由制冷主機(jī)以及冷卻泵和冷凍泵，還有冷卻塔風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)盤管所組成的。應(yīng)該說(shuō)其制冷主機(jī)是經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)來(lái)促使制冷劑快速冷凍循環(huán)水溫度降低，通常通過(guò)制冷主機(jī)進(jìn)行制冷之后的水溫度大約是7攝氏度，這也是中央空調(diào)的冷源提供場(chǎng)所。冷凍水泵主要是將冷凍水進(jìn)行加壓至空調(diào)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)末端系統(tǒng)，冷卻水是經(jīng)過(guò)冷卻水泵將對(duì)應(yīng)制冷主機(jī)中熱量充分帶走，通過(guò)冷卻塔將這些熱量有效的釋放至空氣中，之后就會(huì)回到冷水機(jī)組中。冷卻風(fēng)機(jī)能夠合理的帶動(dòng)空氣進(jìn)行快速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)空氣帶走冷卻水熱量，同時(shí)能夠有效促使蒸發(fā)以致水溫迅速降低。溫度降低之后相關(guān)冷卻水會(huì)進(jìn)行再次循環(huán)，并進(jìn)入制冷主機(jī)中，再次帶走制冷機(jī)所存在的多余熱量。

中央空調(diào)系統(tǒng)可以說(shuō)是多變量復(fù)雜且時(shí)變的系統(tǒng)，相關(guān)過(guò)程要素主要是非線性以及大滯后、強(qiáng)耦合的關(guān)系。模糊控制是基于模糊集合論以及模糊語(yǔ)言變量、模糊邏輯推理的計(jì)算機(jī)智能化控制理論，能夠充分的適應(yīng)于中央空調(diào)各個(gè)方面控制要求及需求。

模糊控制下的變頻調(diào)速技術(shù)能夠充分達(dá)到中央空調(diào)水系統(tǒng)極好的溫差變以及壓差變和流量變的運(yùn)行模式，可以促使控制系統(tǒng)具備極高跟隨性以及應(yīng)變能力，還能夠依據(jù)相對(duì)被控制的動(dòng)態(tài)過(guò)程特性識(shí)別來(lái)自主調(diào)節(jié)其運(yùn)行參數(shù)，以便于得到最優(yōu)化控制效果。模糊控制能夠充分地適應(yīng)于多變性特征，不過(guò)也正是因?yàn)樵擃悘?fù)雜非線性才促使模糊控制極好地控制并克服了對(duì)應(yīng)被控中央空調(diào)各個(gè)方面的要求及需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)極高的控制能力以及最佳運(yùn)行狀態(tài)。停機(jī)控制也就是確?？照{(diào)區(qū)域完成運(yùn)作后還能夠具備較為舒適的環(huán)境，并有效計(jì)算出能夠提前停止空調(diào)的最長(zhǎng)時(shí)間。并且，在停止運(yùn)用空調(diào)區(qū)域之前就有效控制區(qū)域空調(diào)關(guān)閉。

五、結(jié)束語(yǔ)

將自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用到中央控制系統(tǒng)中，不僅可以對(duì)其運(yùn)行全過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，同時(shí)還可以滿足節(jié)能降耗要求，以更少的電能來(lái)維持系統(tǒng)正常運(yùn)行，滿足室內(nèi)負(fù)荷要求，對(duì)促進(jìn)中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化具有重要意義。應(yīng)基于現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行深入研發(fā)與應(yīng)用，進(jìn)一步發(fā)揮其所具有的功能優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]張媛媛. 中央空調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究和應(yīng)用[D].南京師范大學(xué)，2015.

[2]胡曙敏. 中央空調(diào)控制系統(tǒng)研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2012.

（作者單位：中國(guó)水利博物館）