暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制探析

陳平

【摘要】暖通空調(diào)屬于內(nèi)部環(huán)境調(diào)節(jié)的重要應(yīng)用設(shè)備類型，為確保其能夠符合現(xiàn)代社會應(yīng)用需求，應(yīng)當(dāng)針對其自動化控制方式進(jìn)行分析，明確主要設(shè)計策略，以確保人力資源需求能夠顯著降低，并提高暖通空調(diào)的應(yīng)用可靠性。本文以筆者20 年生產(chǎn)技術(shù)管理經(jīng)驗為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)電一體化工作內(nèi)容，對暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制進(jìn)行深入研究，以供相關(guān)行業(yè)或人員參考。

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào);系統(tǒng)控制;自動化策略

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.06.073

引言：

自動化控制對于暖通空調(diào)系統(tǒng)具有重要影響意義，筆者在日本電產(chǎn)芝浦（浙江）有限公司生產(chǎn)技術(shù)部從業(yè)20 年，獲得了大量理論知識與專業(yè)技能經(jīng)驗。通過結(jié)合相關(guān)內(nèi)容，對自動化控制方式進(jìn)行分析，能夠明確需要采取的設(shè)計方式，可以為暖通空調(diào)系統(tǒng)的高效率運(yùn)作夯實基礎(chǔ)條件。

1、暖通空調(diào)自動化控制意義簡析

暖通空調(diào)屬于一種較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，其包括直接部署模塊與間接部署模塊。這兩種模塊本身由多樣化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所組成，能夠為封閉環(huán)境條件提供調(diào)節(jié)溫度的基礎(chǔ)功能。

在實際應(yīng)用階段，該網(wǎng)絡(luò)具有較為顯著的運(yùn)行特征。例如，暖通空調(diào)自動化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部用戶不具有獨(dú)立特性，在需要進(jìn)行供冷的情況下，其需要進(jìn)入集中供冷模式，以達(dá)到降低封閉環(huán)境溫度的目標(biāo)。因此，可以認(rèn)為系統(tǒng)本身具有較為突出的連接性特征，耦合效率高且整合能力較強(qiáng)。其次，暖通空調(diào)系統(tǒng)在封閉建筑內(nèi)具有一定程度的冷氣提供慣性，在內(nèi)部傳遞冷氣的過程中，其輸送與傳遞處理往往延遲較高，因此表現(xiàn)在整體層面即為慣性特征。在這種情況下，暖通空調(diào)自動化控制具有強(qiáng)烈的冷氣滯后表現(xiàn)，需要給予應(yīng)有重視[1]。第三，在暖通空調(diào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)供冷過程中，其系統(tǒng)內(nèi)外壓力條件存在較為顯著的差距，因此供冷處理會出現(xiàn)時變性特征，與壓力差距不斷變化有關(guān)。最后，暖通空調(diào)網(wǎng)絡(luò)的散冷裝置不存在線性表現(xiàn)，因此其自動化控制系統(tǒng)也需要迎合相關(guān)需求，避免出現(xiàn)過于強(qiáng)烈的線性操控特征。通過合理應(yīng)用自動化控制方案，能夠使暖通空調(diào)獲得多種運(yùn)行優(yōu)勢。例如，其能夠顯著降低系統(tǒng)運(yùn)行階段的實際能源消耗量，進(jìn)而提高整體環(huán)保效果，有利于滿足社會對于可持續(xù)發(fā)展的需求。同時，暖通空調(diào)采用自動化控制技術(shù)，可以使系統(tǒng)與環(huán)境始終保持較為優(yōu)秀的相性，能夠避免出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)用問題，具有穩(wěn)定持續(xù)的支持表現(xiàn)[2]。除此之外，通過整合自動化控制技術(shù)方案，可以使暖通空調(diào)在實際運(yùn)行過程中維持環(huán)境條件的舒適性，能夠為智能化理念的落實提供重要基礎(chǔ)。因此，需要重視暖通空調(diào)系統(tǒng)對于自動化控制技術(shù)的需求，確保其能夠得到科學(xué)部署，進(jìn)一步強(qiáng)化暖通空調(diào)的實際應(yīng)用效果，為迎接未來社會應(yīng)用挑戰(zhàn)提供可靠支持。

2、暖通空調(diào)系統(tǒng)常見自動化控制類型分析

2.1 DDC

在暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自動化控制改造的過程中，其存在多種基礎(chǔ)應(yīng)用類型。為確保實際控制效果達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合環(huán)境條件需求，選擇恰當(dāng)?shù)淖詣踊刂品桨?，以確保系統(tǒng)運(yùn)行能夠維持長期穩(wěn)定狀態(tài)。DDC 控制屬于較為常用的自動化方案之一，其整合了多種數(shù)字應(yīng)用技術(shù)，能夠使裝置基礎(chǔ)參數(shù)處于靈活調(diào)整狀態(tài)。在封閉環(huán)境溫度條件出現(xiàn)轉(zhuǎn)變時，DDC 控制系統(tǒng)可以根據(jù)內(nèi)部模式對參數(shù)進(jìn)行低延遲調(diào)整，有效調(diào)節(jié)溫度級別，繼而達(dá)到降低能源消耗、提高工作效率的目標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)效果與裝置實際設(shè)置信息存在密切關(guān)聯(lián)，通過對參數(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，能夠增強(qiáng)DDC控制可靠性，降低出現(xiàn)錯誤的實際概率。在部署應(yīng)用階段，DDC 需要重視室內(nèi)溫度變化趨勢與尺度要求，確保調(diào)節(jié)效果能夠達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn)，避免導(dǎo)致功耗上升。

2.2繼電器

繼電器屬于自動化控制較為經(jīng)典的應(yīng)用方式之一，其主要利用電流操作運(yùn)行狀態(tài)，可以為暖通空調(diào)提供穩(wěn)定可靠的支持。在系統(tǒng)運(yùn)行階段，各種電流本身存在大小與流量差異。通過采用繼電器裝置，可以輕松實現(xiàn)控制目標(biāo)，同時對于工作條件的需求較為寬松，能夠降低成本需求。在控制階段，較小的電流應(yīng)當(dāng)與大電流控制相分離，并科學(xué)選擇繼電器控制類型，包括時間、中間等，以確保后續(xù)延遲、流量切換處理能夠得到充分重視，最大限度發(fā)揮自動化功能優(yōu)勢[3]。

2.3 PLC

PLC控制在各種自動化系統(tǒng)中均有應(yīng)用，其建立在經(jīng)典順序控制體系基礎(chǔ)上，可以根據(jù)實際運(yùn)行需求進(jìn)行改造，進(jìn)而實現(xiàn)多種處理功能，包括繼電器、計時、遠(yuǎn)程反饋控制等。同時，PLC方案的通用性較為優(yōu)秀，基礎(chǔ)可靠性強(qiáng)，編程所需投入較低，因此可以在暖通空調(diào)自動化領(lǐng)域得到充分應(yīng)用。除此之外，PLC可以通過體積較小的模塊進(jìn)行布置，因此能夠在暖通空調(diào)各類控制設(shè)備上進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)而實現(xiàn)全面、實時監(jiān)測目標(biāo)，有利于降低出現(xiàn)問題的可能性。

2.4模糊控制

暖通空調(diào)在自動化控制應(yīng)用階段，存在多種技術(shù)分支體系。例如，模糊控制屬于常見分支之一，其能夠?qū)Ψ忾]環(huán)境條件下的溫度級別進(jìn)行模糊性感知，并完成預(yù)測處理。通過與內(nèi)在數(shù)據(jù)庫的人體溫度感知相對比，能夠自動發(fā)出對應(yīng)調(diào)整方案，使暖通空調(diào)可以達(dá)到理想運(yùn)行目標(biāo)。在控制過程中，模糊操作需要依靠相關(guān)操作模塊進(jìn)行處理，其穩(wěn)定程度較強(qiáng)，可以在多個控制條件下進(jìn)行應(yīng)用。與傳統(tǒng)PID控制方式相對比，模糊自動化控制能夠提供更為良好的節(jié)能表現(xiàn)效果，但基礎(chǔ)維修可靠性較低，一旦出現(xiàn)故障可能需要采取針對性措施，才能夠排除負(fù)面問題[4]。同時，與PID方式相對比，模糊控制自動化技術(shù)的應(yīng)用范圍較窄，其需要被控對象模型信息才能夠維持正常運(yùn)作，對環(huán)境的實際適應(yīng)效果較差，無法實現(xiàn)溫度感知的提前探測。除此之外，模糊控制自動化技術(shù)需要針對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行提前規(guī)劃，以確保操作流程能夠正常開展，最大限度降低出現(xiàn)不良問題的可能性。

2.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

在暖通空調(diào)自動化控制方案中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于較為實用的方案之一。其能夠針對多個系統(tǒng)進(jìn)行全面操控，同時保證基礎(chǔ)精確性，最大限度提高系統(tǒng)對于環(huán)境的適應(yīng)能力。常規(guī)情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動化控制包括風(fēng)機(jī)盤管熱水、周邊條件監(jiān)控等多個基礎(chǔ)模塊。其與經(jīng)典PID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對比，能夠針對水溫進(jìn)行高精確控制，最大限度降低對能源供應(yīng)的需求，實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，保護(hù)暖通空調(diào)內(nèi)在設(shè)備。除此之外，其還可以針對周邊環(huán)境信息進(jìn)行全面收集與整合，并根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方案，調(diào)整暖通空調(diào)的運(yùn)行方式，進(jìn)而實現(xiàn)理想工作目標(biāo)，有效提高運(yùn)行效率與質(zhì)量。因此，需要重視神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案的應(yīng)用，確保其能夠在多種環(huán)境條件下進(jìn)行部署，充分發(fā)揮基礎(chǔ)優(yōu)勢。

2.6遺傳算法

遺傳算法屬于新型研究方向之一，其在暖通空調(diào)自動化系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用意義。通過結(jié)合相關(guān)數(shù)學(xué)模型，暖通空調(diào)可以建立空間搜索方案，同時利用遺傳算法實現(xiàn)自動化運(yùn)行目標(biāo)。在空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行階段，遺傳算法可以利用PID管理方式，展開精確、低延遲的控制處理。與經(jīng)典PID方案相對比，遺傳算法無需對環(huán)境的詳細(xì)分析，同時還可以與模糊控制措施相結(jié)合，最大限度提高變頻控制效果，增強(qiáng)自動化控制的可靠性[5]。因此，需要重視遺傳算法自動化方案的應(yīng)用，確保其能夠得到科學(xué)部署，進(jìn)一步強(qiáng)化暖通空調(diào)的運(yùn)行可靠性。

3、暖通空調(diào)系統(tǒng)自動化控制方式研究

3.1流程控制

為確保暖通空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)理想自動化控制目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)針對其應(yīng)用方式進(jìn)行探索，以確?？刂瀑|(zhì)量達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn)，降低后續(xù)運(yùn)行階段出現(xiàn)不良問題的概率。流程自動控制屬于暖通空調(diào)系統(tǒng)較為關(guān)鍵的部分之一，其需要在傳統(tǒng)控制方式基礎(chǔ)上，利用微電子、計算機(jī)技術(shù)搭建全新的控制模塊，代替經(jīng)典繼電器、計時、邏輯處理等組織，實現(xiàn)自動化控制目標(biāo)。與傳統(tǒng)方案相對比，流程自動控制能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的部署效果，同時穩(wěn)定性良好，能夠抵抗一定程度的干擾，可以經(jīng)過適當(dāng)編程后進(jìn)行設(shè)計，以確保自動化級別能夠得到顯著提升。在應(yīng)用過程中，其需要將相關(guān)程序進(jìn)行調(diào)試檢驗，確認(rèn)能夠滿足應(yīng)用需求后，便可以導(dǎo)入暖通空調(diào)自動化系統(tǒng)存儲器內(nèi)部。通過輸入信號等方式控制對應(yīng)元件，并設(shè)置輸入、輸出端子模塊，使自動化流程能夠有效完成相關(guān)任務(wù)，執(zhí)行暖通空調(diào)正?；顒印ＭǔＧ闆r下，此類控制系統(tǒng)包括傳感模塊、調(diào)節(jié)模塊、執(zhí)行模塊等，在應(yīng)用過程中，其需要針對暖通空調(diào)的基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并保證參數(shù)前后具有良好的一致性。自動化控制可以通過定值方式進(jìn)行設(shè)置，使后續(xù)應(yīng)用能夠滿足環(huán)境溫度調(diào)節(jié)的需求。在部署過程中，應(yīng)當(dāng)保證傳感模塊能夠位于控制區(qū)域范圍內(nèi)，通過檢測運(yùn)行情況并分析相關(guān)數(shù)據(jù)等方式，提供流程自動控制的執(zhí)行結(jié)果。若控制階段內(nèi)出現(xiàn)異常問題，則自動化系統(tǒng)需要利用調(diào)節(jié)模塊對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過比較預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)，分析是否存在嚴(yán)重差異。若存在較大差異，則調(diào)節(jié)模塊會發(fā)送執(zhí)行質(zhì)量，使其完成自動調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制基礎(chǔ)運(yùn)行偏差[6]。在實際部署階段，流程自動控制能夠與控制核心、客戶端設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，并對照存儲器內(nèi)部存在的優(yōu)先級設(shè)定。按照優(yōu)先級設(shè)定執(zhí)行命令后，即可實現(xiàn)閉環(huán)自動化控制目標(biāo)，有利于降低系統(tǒng)波動級別，實現(xiàn)高精確暖通效果。

3.2室溫控制

室溫自動控制屬于系統(tǒng)內(nèi)較為關(guān)鍵的組成部分，在實際應(yīng)用過程中，溫度調(diào)節(jié)本質(zhì)上屬于暖通空調(diào)的核心功能，因此其需要部署自動化控制技術(shù)，以實現(xiàn)有效處理，避免出現(xiàn)負(fù)面問題。此類自動化控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)合理利用傳感元件，對溫度信息情況進(jìn)行收集。在組織結(jié)構(gòu)內(nèi)，溫度傳感信息屬于監(jiān)控目標(biāo)之一。在發(fā)生擾動的情況下，自動化控制系統(tǒng)能夠明確當(dāng)前溫度狀態(tài)存在改變，進(jìn)而發(fā)送相關(guān)控制指令。在接收控制指令后，系統(tǒng)基礎(chǔ)調(diào)節(jié)模塊能夠按照設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，改變送風(fēng)活動的實際溫度級別，最終達(dá)到改變環(huán)境情況的目標(biāo)。在應(yīng)用階段，若環(huán)境溫度處于升高趨勢下，則暖通空調(diào)的加熱能力會接收增加質(zhì)量，進(jìn)而使空氣供給內(nèi)部的回風(fēng)混合比得到自動調(diào)節(jié)，有效改善系統(tǒng)實際加熱能力。通過應(yīng)用熱水與熱蒸汽，可以使內(nèi)部溫度得到改善，充分發(fā)揮暖通空調(diào)作用。在自動化控制技術(shù)應(yīng)用階段，輔助加熱方案屬于較為關(guān)鍵的影響因素之一，其能夠大幅改善加熱效果，避免消耗過多應(yīng)用能源[7]。在原有自動化控制系統(tǒng)條件基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)選擇可靠的溫控應(yīng)用措施，以確保系統(tǒng)能夠正常執(zhí)行暖通任務(wù)，降低出現(xiàn)不良問題的可能性。實踐操作階段，可以采用流量調(diào)節(jié)、分時段處理等方式進(jìn)行操作。流量調(diào)節(jié)主要針對暖通空調(diào)的內(nèi)在風(fēng)力或水泵狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，通過結(jié)合自動化控制技術(shù)，可以在維持節(jié)能需求的前提下，有效提高暖通空調(diào)運(yùn)行質(zhì)量，能夠降低浪費(fèi)問題出現(xiàn)概率。分時段處理則屬于溫度調(diào)節(jié)的重要自動化方案之一，其可以借助計時器與專家調(diào)整邏輯，實現(xiàn)科學(xué)修改暖通參數(shù)的目標(biāo)，能夠有效降低能耗級別，并提高處理效果。因此，需要重視室溫自動控制的基礎(chǔ)需求，并落實相關(guān)控制方案，以確保整體執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)得到充分貫徹。

3.3 冷卻器控制

表面冷卻裝置本身屬于暖通空調(diào)的關(guān)鍵組成部分，在實際應(yīng)用過程中，為確保自動化技術(shù)實施效果能夠達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)重視其調(diào)節(jié)處理，通過優(yōu)化改造等方式，使暖通空調(diào)可以實現(xiàn)自動溫度控制與凈化調(diào)節(jié)目標(biāo)。自動化表面冷卻模塊屬于加熱溫度裝置，在自動調(diào)整階段，系統(tǒng)可以借助調(diào)節(jié)閥設(shè)備，對整體流量進(jìn)行深入調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)理想控制目標(biāo)。

最為常用的調(diào)節(jié)閥類型為二通，通過將其部署在暖通空調(diào)核心管道，可以實現(xiàn)相互作用目標(biāo)，并為自動化控制提供基礎(chǔ)條件。在此類模塊部署階段，應(yīng)當(dāng)針對自動化系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以確保相關(guān)組件擾動級別能夠得到有效控制，避免對暖通空調(diào)運(yùn)行造成不必要的影響。通過對實際負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，能夠使自動化處理設(shè)備根據(jù)外在環(huán)境條件情況，對冷卻模塊展開操作，使實際運(yùn)行指標(biāo)能夠處于設(shè)計范圍內(nèi)，避免控制精確性受到不必要的影響。除此之外，還應(yīng)當(dāng)對通風(fēng)形式進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)表面冷卻裝置的應(yīng)用需求改造。通過迎合功能合理性，并最大限度平衡投入級別，可以有效提高冷卻器部署效果，能夠為暖通空調(diào)的自動化設(shè)置提供重要支持，實現(xiàn)理想運(yùn)行目標(biāo)，提高工作效率，為后續(xù)進(jìn)一步智能化發(fā)展夯實基礎(chǔ)條件。

4、暖通空調(diào)自動化控制未來發(fā)展趨勢探索

4.1 暖通空調(diào)自動化控制邏輯需求發(fā)展趨勢

暖通空調(diào)的自動化控制技術(shù)屬于未來關(guān)鍵發(fā)展趨勢之一，為盡可能改進(jìn)自動化執(zhí)行效果，應(yīng)當(dāng)結(jié)合需求狀態(tài)，對自控系統(tǒng)進(jìn)行深入改造，以確保其能夠得到充分平衡，避免消耗過多資源。在平衡過程中，需要將滿足工藝需求與舒適性需求作為核心原則，確保自動化技術(shù)能夠維持在低功耗狀態(tài)，避免影響暖通空調(diào)的節(jié)能減排效果。同時，還應(yīng)當(dāng)整合多樣化發(fā)展的自動應(yīng)用技術(shù)，使暖通空調(diào)規(guī)范性得到提升。傳統(tǒng)自動化技術(shù)為暖通空調(diào)任務(wù)執(zhí)行提供了多種途徑，但其對于適應(yīng)性與可靠性的提升仍然存在支持有限的問題。因此，未來自動化控制發(fā)展將會進(jìn)一步結(jié)合相關(guān)需求，注重優(yōu)化系統(tǒng)實際運(yùn)行邏輯，并部署科學(xué)的保障措施，以確保執(zhí)行存在的問題能夠得到充分解決，盡可能提高暖通空調(diào)的自動化執(zhí)行效果。因此，需要重視自控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢，以確保相關(guān)技術(shù)需求得到滿足，提高暖通空調(diào)的運(yùn)行效率，為迎接未來工作挑戰(zhàn)夯實基礎(chǔ)條件。

4.2 暖通空調(diào)自動化控制分工協(xié)同處理發(fā)展趨勢

自動化控制技術(shù)在暖通空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用時，其需要注重專業(yè)分工與協(xié)同處理發(fā)展趨勢。未來暖通空調(diào)系統(tǒng)將會向大規(guī)模通用性、管理性方向發(fā)展，針對小規(guī)模系統(tǒng)的應(yīng)用特征將會逐漸淡出主流環(huán)境，包括針對性、靈活性等[8]。因此，暖通空調(diào)自動化控制系統(tǒng)也應(yīng)當(dāng)注重相關(guān)發(fā)展趨勢，積極研發(fā)相關(guān)應(yīng)用技術(shù)，使專業(yè)化分工協(xié)同需求能夠得到充分滿足。

在這一過程中，必須重視控制設(shè)備與系統(tǒng)化平臺的處理。未來屬于智能化、遠(yuǎn)程化時代，若暖通空調(diào)控制系統(tǒng)無法滿足相關(guān)需求，便容易導(dǎo)致不良問題出現(xiàn)，不利于專業(yè)化分工與系統(tǒng)理念的落實。因此，需要重視相關(guān)發(fā)展趨勢，確保暖通空調(diào)自動化系統(tǒng)能夠得到科學(xué)改進(jìn)，實現(xiàn)理想部署目標(biāo)，為應(yīng)對未來社會的挑戰(zhàn)提供堅實基礎(chǔ)。除此之外，自動化控制系統(tǒng)還可以采用大小系統(tǒng)相互結(jié)合的方式，使基礎(chǔ)針對性與靈活性得到提升，為大系統(tǒng)管理與職能優(yōu)化工作提供重要支持，確保暖通空調(diào)功能可以得到充分重視。

結(jié)論：

綜上所述，結(jié)合筆者實際工作經(jīng)驗對暖通空調(diào)自動化控制進(jìn)行分析，能夠明確其基礎(chǔ)實施類型，同時也可以了解執(zhí)行階段的技術(shù)細(xì)節(jié)，對于未來部署相關(guān)方案具有重要參考意義，能夠提高暖通空調(diào)的運(yùn)行質(zhì)量與效率，實現(xiàn)降低功耗的綠色化目標(biāo)，為應(yīng)對未來市場需求夯實基礎(chǔ)條件。

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