暖通空調自控系統也屬于樓宇設備自控控制系統,簡稱BA系統。主要實現對于暖通空調冷水機組、熱交換系統、空氣處理機組(空調機組)、新風機組等設備的自動化智能化控制。
一般中央空調機組水系統自控制冷節能系統的設計中,將所有因素綜合考慮,計算出最大負荷量。而一年四季變化,每日早晚溫差,中央空調機組末端使用率的變動,直接影響設計工況與實際相符合的情況是比較少的,因此中央空調機組制冷系統常常會在部分負荷下運行。正是因為中央空調機組水系統自控節能大部分時間在部分負荷下運行,所以才為節能設計提供了條件。
1. 中央空調系統哪些部分需要配置自動控制?
主要包括兩大部分:冷熱源主機部分和末端設備部分,需要分別配置自動控制系統。2. 末端設備,例如新風機組,空調機組等一般本身沒有帶自控系統,需另外配置自控系統好理解,但是冷熱源主機部分不是都自帶了控制面板嗎,為什么也要配置額外的控制系統?冷熱源主機設備本身確實帶有控制面板,但只能對本機進行保護和控制,不能解決外圍的冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、管路閥門等的統一協調問題,在沒有配置額外的控制系統的情況下,這些設備只好手動開停;此外,冷熱源主機設備本身的控制面板也不能解決多臺主機之間的協調問題,例如根據冷熱負荷自動選擇應該開停的主機,所以中央空調系統中的冷熱源主機部分通常需要配置額外的自控系統。
1) 空調區域的溫度、濕度、壓力等的控制,對于舒適空調,溫濕度過高過低都影響舒適感,只有自控才能將溫濕度自動控制在設計值;對于工藝空調,是生產工藝的必備條件。2) 設備的保護,自動維護等,例如過濾器的壓差報警,提示及時清洗堵塞的過濾網,再如風機和加熱器的連鎖控制,風機關了,加熱器必須自動關閉,否則可能引起火災等。3) 有節能的作用,例如根據負荷變化通過變頻調整風機轉速就可以降低風機能耗;過渡季節自動開大新風量,就可以節省主機能耗等。所有的自動控制系統都由三類設備構成:傳感器――例如溫度傳感器,濕度傳感器,用于把溫濕度等參數變成電信號,便于輸入到控制器中,相當于人體的眼睛,耳朵等信息器官;控制器――例如DDC(直接數字控制器),所有的邏輯和控制策略都在這里完成,相當于人體的大腦;執行器――例如電動調節閥等,接收來自控制器的命令,通過改變控制對象的輸出來調節參數,例如電動調節閥開大,可以增大進入表冷器的冷水流量,降低送風溫度等。
前面所述的控制系統已經能完成空調自控的基本要求,但是如果空調系統很大,末端設備眾多而且分散,控制系統的維護,例如參數的設定,哪臺空調機組的設定溫度需要提高1℃,都需要到現場的控制器上去設置,非常不方便,如果通過網絡把所有的控制器都連接到一臺或多臺電腦上,即增加上位機,就可以通過電腦來管理所有的控制器,遠程監控現場參數和設備運行狀態,還可以遠程設定參數,記錄歷史數據,故障監視,自動報警等都非常方便,這就是聯網監控的好處。上位機是指:人可以直接發出操控命令的計算機,一般是PC,屏幕上顯示各種信號變化(液壓,水位,溫度等)。下位機是直接控制設備獲取設備狀況的的計算機,一般是PLC/單片機之類的。上位機發出的命令首先給下位機,下位機再根據此命令解釋成相應時序信號直接控制相應設備。下位機不時讀取設備狀態數據(一般模擬量),轉化成數字信號反饋給上位機。簡言之如此,真實情況千差萬別不離其宗。上下位機都需要編程,都有專門的開發系統。在概念上控制者和提供服務者是上位機,被控制者和被服務者是下位機,也可以理解為主機和從機的關系但上位機和下位機是可以轉換的。除一些簡易的控制系統外,正式的控制系統設計都應該做出點表:DI――數字輸入,例如開關狀態,報警狀態等一切只有0,1兩種狀態的變量;AI――模擬輸入,例如溫度、壓力等一切連續變化的參數;DO――數字輸出,用于對開關方式動作的設備的控制,例如電機的起停,蝶閥的開閉等;AO――模擬輸出,用于對連續調節的設備的控制,例如電動調節閥,變頻器等,可以從全開到全關之間平滑的調節。2) 縱向列出的是控制對象:例如主機,末端設備等。3) 點表是配置控制設備的最重要依據,例如AI總計有3個,可能需要配置三個不同的傳感器,如溫度、濕度、壓力傳感器等;AO有4個,就可能需要配置四個AO類型的執行器,例如電動調節閥、電動加濕器等。同時點表還是配置DDC控制器的最重要依據,例如經過統計,有AI點3個,AO點4個,DO點6個,DI點8個,那就需要根據這四種控制變量來選擇DDC控制器,要保證DDC的各類控制變量的點數都大于或等于需要的點數,例如像這個例子,就不能選擇只有6個DI的DDC。即DDC本身的點數太多,造成浪費,太少,又不夠用。8. DDC和常規的溫濕度等控制器比較,有什么不一樣?1) DDC是可以二次開發的,即可以編程改變功能,千變萬化,可以應用于空調自控的任何場合,而常規的溫濕度等控制器,功能是做死的,不會改變控制程序。3) 還能擴展應用,例如點數不夠可以連接擴展模塊,甚至連接觸摸屏等,用一個觸摸屏連接多臺DDC做一個經濟型的聯網監控。DDC經過長期的發展,現在已經高度智能化,至少必須具備以下功能,否則那不是一臺真正的DDC控制器:1) 前面說了如果DDC的AI夠用,DI恰好少1個,就不能用,如果AI和DI能相互轉換就好了,所以現在的DDC必須有端口變量相互轉換的功能,使用者選型時就方便多了。2) DDC需要連接的AI型傳感器多種多樣,例如有0~10VDC電壓型的、4~20mA電流型的、還有PT1000鉑電阻的、NTC10K半導體電阻的等等,最好都能連接,而且每個端口都能靈活定義,這樣的DDC使用起來就方便了,隨便買什么傳感器都能連接上來;另一個問題是量程范圍最好也能靈活設定,通用性就更強了。3) DDC需要編程,應該配套相應的編程軟件,最好要簡單易用,如果要從頭寫代碼編程,那就太難了,所以好的DDC都是對話框或者圖形化的形式來編程的。舉例:電動閥必須在風機已經開啟的情況下進入調節狀態,那就要編一個簡單的邏輯:先設置一個調節回路:測量通道AI是哪一個,例如AI5,輸出通道AO是哪一個,例如是AO3,再有選擇哪種控制策略,例如是PI比例積分控制;還要選擇設定值是多少等等,最后和風機的狀態信號例如DI3進行連鎖一下,整個編程就完成了,用電腦通過數據線下載到DDC里面。4) 好的DDC最好還能通過隨機攜帶的小鍵盤編程,這樣在沒有帶電腦的情況下也能修改控制邏輯。5) 如果DDC已經連到控制網絡上,即聯網監控的,程序應該能夠通過網絡遠程下載。所以總的來說,DDC是高度智能化的東西,好的DDC編程不但容易,而且有趣,遠非一般的控制器可比。10. 關于控制器,有PLC和DDC之分,到底該選擇哪種呢?控制系統按照應用場合不同可以分成兩種大的類型:工業自動控制和樓宇自動控制,工業自動控制中往往采用PLC實現過程控制或者數控設備的控制,而在樓宇控制中,往往采用DDC實現建筑電器設備的自動控制,例如空調系統、給排水系統、照明系統、供配電系統等,DDC是直接數字控制器的縮寫(Direct Digital Controller),是由PLC發展而來的 ,和PLC可編程序控制器相比,有以下特點:PLC 應用水平取決于編程者對工藝或設備的熟悉程度。DDC 固化了大量的控制程序,例如焓值控制,新風補償控制等,常見的空調控制要求幾乎都有現成的程序,大大減少了編程調試工作量。控制中央空調機組水系統自控系統主機運行臺數,調節或限制最高運行負荷,引導主機在高能效比下運行。一般冷凍水設計溫差為5~7℃,冷卻水的設計溫差為4~6℃。中央空調主機一般是控制出水溫度,在中央空調機組水系統自控系統流量固定的情況下,因主機不能計算出末端負荷使用狀況,加之主機大部分時間在部分負荷下運行,因此絕大部分運行時間冷凍水溫差僅為1~3℃,即在溫差低、流量大的情況下工作,增加了管路系統的能量損失,降低了機組的能效比。
若主機是多臺,還會出現機組都在部分負荷運行或空載運行,因為中央空調主機在小于50%的負荷下運行是極不經濟的,故不能使中央空調主機的能效比運行在較高水平。
為解決中央空調機組主機的節能,可采用HVAC系統將末端空調設備采用聯網方式,將其當前的能量需求匯總后,與設計容量對比,由計算機向水系統控制器下達控制指令,關閉不需要運行的主機,讓運行的主機高效率運作,或限制機組最高負荷量。改變中央空調機組水系統自控系統的冷凍水和冷卻水流量,使流量與能量需求達到平衡,可使主機換熱效率最優化。通常采用上述方法,可減少主機的使用時間,提高制冷效率,綜合運行實際效果主機的平均運行時間在55~65%。