基于组态软件环境下的中央空调控制系统设计【文献综述】.docVIP

毕业设计文献综述 电气工程与自动化 基于组态软件环境下的中央空调控制系统设计 1、中央空调的发展背景和要求 随着计算机技术、信息技术、控制理论的快速发展并向建筑行业的渗透与融合，人们对生活质量和工作环境的要求也不断增长，智能建筑应运而生。中央空调是智能建筑的重要组成部分，中央空调的能耗占整个建筑能耗的50%～70％ ，因此中央空调系统的监控是楼宇自动化系统研究的重点。中央空调自动控制的实现可大大减轻劳动强度，提高能源利用率，较少能源的浪费，是建筑智能化的标志。近年来，中央空调自动控制系统的设计和研究已经成为节能的重点和热点。但是，国内现有的中央空调控制系统大部分为开环控制系统，自动化程度不高，不能根据温湿度的变化实施精确控制，难以真正实现节能的目的。而另外一部分虽然能够达到较高的自动控制水平，但是系统设计较为复杂，系统成本较高。如果有一种基于组态软件的中央空调自动控制系统，该系统利用组态软件进行系统设计，不仅能够实现精确的自动控制，而且构造简单，建设成本低廉，具有较好的应用前景。 2、组态软件环境下中央空调控制系统的功能与要求 要求在工业控制组态软件环境下，模拟中央空调的集成控制方案。采用智能控制技术对中央空调冷冻水系统、冷却水系统、冷却塔风机几个重要环节进行全面控制，并采用系统集成技术将各个控制系统在物理上、逻辑上和功能上互连在一起，实现它们之间的信息综合、资源共享，在一个计算机平台上进行集中控制和统一管理，实现中央空调全系统的整体协调运行和综合性能优化。 3、中央空调系统建模与仿真 3.1 中央空调系统中的PID控制 目前，中央空调系统一般采用多回路PID控制规律。在PID控制器中，比例控制是一种基本的调节环节，能够始终按偏差量的大小改变调节量，迅速抑制干扰；积分作用能够消除系统的静态偏差；微分作用能够按照偏差的变化趋势进行调节，起到超前调节，缩短调节时间的作用。一般控制系统中，只要合理选择PID控制器的 Kp、Ti 、Td 参数值，就能取得比较满意的控制结果。但是，中央空调系统是一个大滞后、非线性、时变的复杂控制对象，难以确定系统的数学模型，而且智能建筑对空调系统的控制精度和节能效果的要求不断提高，因此，传统的PID控制器已经越来越难以达到控制要求。在这种情况下，智能控制方法就理所当然地成为了中央空调系统应该优先采用的控制手段。智能控制策略主要有模糊控制、神经网络控制和专家系统等。由于中央空调系统的复杂性，各种智能控制方法之间还需要相互结合(如模糊神经网络控制)，或者智能控制与经典控制和现代控制方法相互结合(如模糊PID控制)，才能取得良好的控制效果，智能控制理论的发展为中央空调系统的控制提供了更先进的方法，也为研究人员提出了更大的挑战。现在，各种智能控制方法在中央空调系统的应用正成为该领域的研究热点。虽然常规PID控制器在控制性能方面不如自适应PID控制器、模糊PID控制器和智能PID控制器，但常规PID控制器结构简单，参数易于调整，仍广泛应用于工业过程控制中；它特别适于被控对象的精确模型难以建立，系统参数又经常发生变化，进行理论分析要耗费很大代价且难以达到满意效果的控制系统。同时人们在广泛应用过程中积累了丰富的经验，并根据此经验很容易在线整定PID控制器参数，使其达到控制系统各项性能指标的要求。 3.2 中央空调房间的建模 控制系统的数学模型在控制系统的研究中有着相当重要的地位，要对系统进行仿真处理，首先应当知道系统的数学模型，然后才可以对系统进行模拟。同样，如果已经知道了系统的模型，才可以在此基础上设计一个合适的控制器，使得原系统响应达到预期的效果，从而符合工程的实际需要。近几年随着智能大厦建筑的不断增加，定风量空调系统使用有不断增加的趋势。这主要是智能大楼内办公自动化和通讯自动化的设备比较贵重，为防止空调水管结露和漏水损坏设备而采用定风量空调系统CAV(Constant Air Volume)。另外，定风量空调系统有很好的舒适性，所以得到了广泛的应用。该空调系统不仅具有制冷、供暖、除湿、加湿功能，还具有较好的系统节能性能，是一种比较完善的中央空调系统。随着国内办公大楼智能化程度的提高，特别是有的采用楼宇自动化系统之后，为CAV系统的控制以及实施合理的控制方法提供了保障。 定风量空调系统的基本原理。全空气空调系统设计的基本要求，是要向空调房间内输送足够数量的、经过一定处理了的空气，用以吸收室内的余热和余温，从而维持室内所需要的温度和湿度。 空调房间数学模型。空调房间实质上可视为是一个温度与湿度恒定的模型。为了分析方便，我们把温湿恒定的控制结构模型看成一个单容对象，在建立数学模型时，暂不考虑它的纯滞后。由于外界通过围护结构进入室内需要很长的延时，所以在这里也暂不考虑通过围护结构由室外向室内的传热量。根据能量守