分散控制系統在樓宇中央空調中的應用

韓 陽，朱小娟

（沈陽工程學院自動化學院，遼寧 沈陽110136）

1 引言

目前，中國空調產品總量居世界第一，為了達到最低能源消耗和最好的效果，中央空調系統必須處在最佳工作狀態，必須更嚴格地控制室內空氣環境，并可以根據人機操作界面實時監控系統操作，以最終實現節能運行。本文以某建筑智能工程項目為背景，研究開發了中央空調自控系統，分析了中央空調的總體結構和制冷系統各環節的工作原理。將分散控制技術應用于中央空調中，從而實現控制系統的控制分散和管理集中及統一協調的功能。

2 中央空調分散控制電力系統的構成

2.1 電力設備系統的構成

本實驗所測試的系統包括5臺冷卻水泵、5臺冷卻塔風機、3臺冷水機等基礎設備。結合實際情況，也需要考慮中央空調的實地使用環境，以保證施工成本盡可能。電源供應給所有電力設備的電力系統，有單相和三相交流電，分別為12 V和24 V直流。系統安裝和實驗測試過程及選擇開關，按鈕分配，用戶完成控制模塊的選擇都是使用按鈕和開關的選擇。從節能的根本目的出發，采用無人值守的自動開發設計，避免了操作的盲目性。

中央空調控制系統使用控制模塊和數據采集傳感器，對冷卻水泵和冷凍水泵功率，冷卻塔的功率，制冷變頻壓縮機的操作頻率，冷水機組、冷凍水進出水溫度，冷卻水和冷凍水供回水溫度、環境溫度和濕度，冷卻水和冷凍水流量，冷卻水和冷凍水供回水壓差、旁通流量等進行實時監測[2]，并實時根據相關控制進行開關量的輸出。系統基本設備結構如圖1所示。

圖1 中央空調基本結構圖

2.2 分散控制系統設計

此分散控制系統包括操作管理裝置、分散過程控制裝置和通信系統三個基本部分。

分散過程控制裝置主要用于將生產過程中傳感器等部件的過程變量轉化為運行監控所需的數據，同時將運行所需的指令信息傳遞給執行機構[3]。從結構組成上看，它包括工藝裝置和現場兩個控制層。本文對中央空調制冷系統DCS的核心控制是采用PLC（現場控制液位裝置）+變頻器（其中一個執行器）+傳感器（生產過程中的設備）來實現調速功能，從而達到節能的目的。

2.3 分散控制管理系統人機界面設計

中央空調分散控制管理系統的運行界面如圖2所示。系統投入運行后，對操作臺進行接口操作。它顯示中央空調水系統主要設備的控制過程和工藝流程，并向操作員提供生產過程中的數據，進行實時顯示和監控。具體來說，實時反饋的設備包括冷卻塔、冷卻泵、壓縮機、制冷泵和電子膨脹閥設備。在它們的面板附近有控制塊，可以雙擊控制塊以打開操作面板并完成所需的控制操作。

圖2 分散控制管理系統人機界面

操作面板有兩種模式：自動模式和手動模式。兩種模式可以相互切換，還可以根據實際工況，在參數設置區設置參數，以達到控制效果。功能塊的頻率控制，操作者可以設置變頻器實時連接相應的設備，根據需要通過操作者的控制，從而達到遠程控制設備的目的，不需要手動調整設備。打開PID操作面板，在設備接口有內部和外部兩種模式，手動和自動開關模式，在PID操作面板，能夠根據工作實際情況的變化設置手動輸入，完成新的設定點[4]。同樣，可以直接在操作面板上輸入輸出值、極限值、過程值，這樣就可以根據實際工作情況更快更有效地完成控制。執行完成控制動作后，系統會有相應的響應，利用監控單元實時反饋操作頁面的顯示情況，使操作者可以及時了解當前系統的工作情況，決定下一個操作。界面簡單明了，現場操作簡單，體現了分布式控制系統分散控制、集中管理[5]的特點。

3 總結

現場實際運行情況表明，本文設計的基于DCS的中央空調冷卻控制系統可以滿足設計要求，運行過程穩定正常，畫面操作簡單快捷，并具有以下特點：可以根據相應的PID算法和裝置控制變頻調速；節能率可達30%左右；系統設計簡單，配置靈活，具有很好的可擴展性，可應用于其他領域；用戶可通過人機界面查看各控制參數的變化，并實時進行設定和調整，可實現打印、輸出、報警、歷史趨勢存儲等操作；控制系統控制過程分散，但操作管理集中；安裝調試方便，操作管理方便，控制功能豐富；在軟件設計中，采用分段模塊化設計、塊結構、程序重繞或重執行等容錯設計方法，使系統更加安全可靠。