中央空调冷冻站自动控制系统汇总
第5章中央空调自动控制系统g
第5章中央空调自动控制系统本书第3章已经从节能角度概述了集散型中央空调监控系统、中央空调变频调速控制系统、中央空调变流量控制系统的控制技术和节能技术。
本章将进一步阐述中央空调自动控制技术和监控技术的主要问题。
自动控制是科学技术现代化的重要标志之一。
自动控制是采用一定的控制装置使被控对象自动的按照给定的规律运行。
为了达到这一目的，由相互制约的各个部分，按照一定的规律组成的具有一定功能的整体称为自动控制系统。
现代的自动控制技术使中央空调系统，由最初的手动调节发展到单环节的自动调节，再到各环节的联合自动调节，从而形成完整的中央空调自动控制系统。
自动控制理论大致可分为经典控制理论和现代控制理论。
经典控制理论是建立在传递函数概念基础上的，采用时域分析法、频域分析法、根轨迹法等方法研究单输入、单输出控制系统。
经典控制理论最辉煌的成果之一要首推PID控制规律。
PID控制原理简单，易于实现，对无时间延迟的单回路控制系统极为有效。
直到目前为止，在工业过程控制中有80%～90%的系统还使用PID控制规律。
经典控制理论最主要的特点是：线性定常对象，单输入单输出，完成整定任务。
然而，现代控制理论则是建立在状态变量概念基础上的，采用空间分析法等方法，研究复杂的多输入、多输出控制系统、变参数非线性系统，实现最佳控制、系统辨识、自适应控制、人工智能控制以及将过程控制与信息处理相结合的综合自动控制。
5.1 中央空调自动控制系统的组成5.1.1 中央空调自动控制系统的基本概念5.1.1.1 中央空调系统的多干扰性中央空调系统在实际运行中，由于各空调区域受到内部和外部的干扰，而使空调区域内热、湿负荷不断地发生变化。
自动控制系统中的各有关调节机构，例如加热器、加湿器、冷却器、喷水室、风机等设备上的有关调节机构，包括调节阀、变频调速装置等，改变其实际工作状态，使实际输出量发生相应的变化，以适应中央空调系统的变化，满足对被控参数的要求。
中央空调节能自控系统改造方案设计
1.1空调自控系统改造方案1.1.1控制设备范围一套制冷系统中的制冷机组、冷冻水循环泵、冷却水循环泵、冷却塔、相关阀门、膨胀水箱、软化水箱等。
1.1.2空调自控系统1.1.2.1.监测功能信息采集优化A通过冷机通讯接口读取（包括但不限于）以下参数：冷水机组运行状态、故障报警状态冷冻水供/回水温度、冷却水供/回水温度冷冻水温度设定值运行时间、压缩机运行电流百分比、压缩机运行小时数、压缩机启动次数、蒸发温度、冷凝温度、蒸发压力、冷凝压力。
B冷冻水系统冷冻水泵运行状态、故障报警、手/自动模式反馈(DI)冷冻水补水泵运行状态、故障报警、手/自动模式反馈(DI)冷冻水供回水管温度、水流量反馈(AI)冷冻水泵进口、出口分支管压力(AI)冷冻水供回水环网压力、冷冻水供回水环网间压差反馈(AI)冷冻水泵变频器频率反馈(AI)最不利末端供回水压差C冷却水系统冷却水泵、冷却塔风机运行状态、故障报警、手/自动模式反馈(DI)冷却水供回水管温度、环网水流量反馈(AI)冷却水泵进口、出口分支管压力反馈(AI)冷却水泵、冷却塔风机变频器频率反馈(AI)冷却水补水泵运行状态、故障报警、手/自动模式反馈(DI) D电动蝶阀压差旁通阀开度反馈（AI）免费供冷管路上切换电动蝶阀开关状态反馈（DI）E液位监控膨胀水箱超高、超低水位监测(DI)软化水补水箱高、低水位监测（DI）F其他参数室外干球温度、相对湿度（AI）计算室外湿球温度、焓值免费供冷系统水泵运行、故障、手/自动状态（DI）免费供冷板换进出口压力监测（AI）1.1.2.2.控制功能1、冷水机组启/停控制、出水温度设定（通过冷机通讯接口控制）2、冷冻水系统：冷冻水泵启/停控制(DO)及反馈冷冻水泵变频器频率设定（AO）、频率调节及反馈3、冷却水系统：冷却水泵、冷却塔风机启/停控制(DO)及反馈冷却水泵、冷却塔风机变频器频率设定（AO）、频率调节及反馈4、电动蝶阀：分水器各供水支路电动蝶阀开/关控制(DO)冷冻水季节转换电动蝶阀开/关控制(DO)压差旁通阀开度调节（AO）免费供冷管路上切换电动蝶阀开/关控制（DO）5、其他设备控制免费供冷系统水泵启停控制（DO）1.1.2.3.报警功能1、当任何一台冷水机组、冷却塔风机、冷冻泵、冷却泵、补水泵组运行故障时，发出故障报警。
空调机组自控系统详解
前言：楼宇自控系统是弱电系统中非常难的系统，很多新手楼控系统知很少，那么跟着薛哥一起来学习吧！正文：1. 中央空调系统哪些部分需要配置自动控制?主要包括两大部分：冷热源主机部分和末端设备部分，需要分别配置自动控制系统。
2. 末端设备，例如新风机组，空调机组等一般本身没有带自控系统，需另外配置自控系统好理解，但是冷热源主机部分不是都自带了控制面板吗，为什么也要配置额外的控制系统?冷热源主机设备本身确实带有控制面板，但只能对本机进行保护和控制，不能解决外围的冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、管路阀门等的统一协调问题，在没有配置额外的控制系统的情况下，这些设备只好手动开停;此外，冷热源主机设备本身的控制面板也不能解决多台主机之间的协调问题，例如根据冷热负荷自动选择应该开停的主机，所以中央空调系统中的冷热源主机部分通常需要配置额外的自控系统。
3. 末端设备配置自控系统有什么作用?控制系统的作用无外乎几点：1) 空调区域的温度、湿度、压力等的控制，对于舒适空调，温湿度过高过低都影响舒适感，只有自控才能将温湿度自动控制在设计值;对于工艺空调，是生产工艺的必备条件。
2) 设备的保护，自动维护等，例如过滤器的压差报警，提示及时清洗堵塞的过滤网，再如风机和加热器的连锁控制，风机关了，加热器必须自动关闭，否则可能引起火灾等。
3) 有节能的作用，例如根据负荷变化通过变频调整风机转速就可以降低风机能耗;过渡季节自动开大新风量，就可以节省主机能耗等。
4. 怎样配置自控系统?所有的自动控制系统都由三类设备构成：传感器――例如温度传感器，湿度传感器，用于把温湿度等参数变成电信号，便于输入到控制器中，相当于人体的眼睛，耳朵等信息器官;控制器――例如DDC(直接数字控制器)，所有的逻辑和控制策略都在这里完成，相当于人体的大脑;执行器――例如电动调节阀等，接收来自控制器的命令，通过改变控制对象的输出来调节参数，例如电动调节阀开大，可以增大进入表冷器的冷水流量，降低送风温度等。
中央空调冷热源群控系统PLC逻辑控制说明
一、冷机启停逻辑（DDC内控制程序）1、冷机启动→平台选择了冷机模式，并且发送了启动命令（开始计时）→水泵、冷却塔、冷机没有故障，且没有切为本地，否则报故障，机组停机，切机→冷机模式对应的1个阀门开到位，否则报故障，机组停机，切机→冷却塔进水阀开度>80%，否则报故障，切机→开启冷却水循环泵，冷却水循环泵频率>（设定启动频率-5）→开启冷却塔，冷却塔频率>25HZ→开启冷冻水泵，冷冻水泵频率>（设定启动频率-5）→开启冷机，系统运行状态返回（计时清零，正常启动完成，如果超过3分钟没有状态返回，启动故障处理程序）→冷机启动完成2、冷机关闭→平台选择了冷机模式，并且发送了关机命令（开始计时）→给冷机发送关机指令，冷机停机，冷机运行状态为OFF，开始计时→计时时间=300S（5分钟），关闭冷冻水循环泵→计时时间=360S（6分钟），冷冻水泵运行状态为OFF，关闭冷却水循环泵→冷冻水流量<20且冷却水流量<20，关闭冷却塔→冷机关闭完成3、板换启动→平台选择了板换模式，并且发送了启动命令（开始计时）→水泵、冷却塔、冷机没有故障，且没有切为本地，否则报故障，机组停机，切机→板换模式对应的4个阀门开到位，否则报故障，机组停机，切机→冷却塔进水阀开度>80%，否则报故障，切机→开启冷却水循环泵，冷却水循环泵频率>（设定启动频率-5）→开启冷却塔，冷却塔频率>25HZ→开启冷冻水泵→板换启动完成4、板换关闭→平台选择了板换模式，并且发送了关机命令（开始计时）→计时时间=30S（半分钟），关闭冷冻水循环泵→计时时间=60S（6分钟），冷冻水泵运行状态为OFF，关闭冷却水循环泵→冷冻水流量<20且冷却水流量<20，关闭冷却塔→板换关闭完成二、冷机故障切换逻辑1、故障条件➢大前提：制冷单元发送了开机命令或者在运行中➢设备（冷机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔）切换到本地模式➢设备（冷机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔）故障➢冷机断电（延时10S（可设置）时间没有恢复）。
中央空调系统的自动控制设计和节能思路探讨
中央空调系统的自动控制设计和节能思路探讨摘要：本文对中央空调系统自动化控制的设计原则、方法和功能进行详细分析和介绍，研究中央空调系统的组成和分类。
在掌握中央空调系统自动控制的基本原理的基础上，及时发现自动控制原理中存在的问题，然后提出相应的优化方案，有效提升中央空调系统自动控制节能技术的精确控制。
关键词：中央空调系统；自动控制设计；节能思路引言中央空调系统的自动控制不仅可以为用户创造高效、方便、合理、安全的环境，还可以最大限度降低能耗和运行成本，提高经济效益。
随着人们生活水平的逐步提升，人们对自身生活环境的要求也越来越高，中央空调作为夏天可以制冷，冬天可以产热的智能设备，以及受到人们的广泛关注，基于此，本文论述了中央空调系统的构成，介绍了中央空调系统自动控制和节能工程的一种新方法，以及一些可供中央空调节能制造可以参考的基本思路和方法[1]。
一、中央空调系统的结构构成与配置原则1.1中央空调系统的结构构成目前，国内建筑中空调自动化控制系统的构成较为齐全，主要分为分布式控制模式和模块化结构，通常由中央政府控制。
中央空调系统结构构成中，其工作站和终端设备的主控制器和现场控制器在大楼中央控制器集中统一管理，通常由一台计算机和一台打印机组成，可用于系统的操作监控、显示、记录和远程配置，中央空调系统的线路状态、参数远程启动和停止控制均可以直接连接到系统的号码。
1.2中央空调系统的配置原则中央空调系统的主机可以使用Intel 80386或更高版本，建议处理器的个人计算机采用奔腾Ⅱ微处理器32M内存及104增强型键盘，两个字符串一个并口和一台彩色打印机，采用实时图形监控操作软件可以显示信息，并根据使用标准的TCP/IP协议进行应用，既能满足集中监控的需要，又能适应系统的规模[2]。
同时，中央空调系统配置必须能保证建筑空调自动控制系统的正常运行，针对出现的异常事故可以及时处理，使其能够易于使用和维护，且配置应尽量减少故障区域，实现风险分级，进而保证当中央操作站出现问题时控制器不会受到影响，可以继续运行来完成原有的控制功能。
中央空调自动控制系统设计说明
自控系统介绍一、概述随着科技的不断发展和进步，现代化的建筑物迅速崛起及发展，已成为国民经济迅速增长的必然条件。
而现代化建筑物的大型化、智能化和多功能化，必然导致建筑物内机电设备种类繁多，技术性能复杂，维修服务保养项目的不断增加,管理工作已非人工所能应付.因此,采用自动化监控系统技术及计算机管理已成为现代建筑最重要的管理手段。
它可以大量的节省人力、能源、降低设备故障率、提高设备运行效率、延长设备使用寿命、减少维护及营运成本，提高建筑物总体运作管理水平。
建筑自动化监控系统（Building Automation System，简称BAS),实质上是一套中央监控系统（Central Control Monitoring System, 简称CCMS），有时称为综合中央管理系统.现阶段已广泛应用于各类建筑领域，以提供对各类建筑物内设备进行高效率管理与控制的有效途径。
BA系统的主要功能是：对机电设备实现以最优控制为中心的过程控制自动化；以运行状态监视和计算为中心的设备管理自动化；以安全状态监视和灾害控制为中心的安全管理自动化；以节能运行为中心的能量管理自动化.机房集中监控系统是智能建筑系统中最重要的子系统之一，这可以从以下几方面看出：智能建筑设备控制中机房设备相对比例较大，控制流程和技术较复杂,涉及自动控制、通信、计算机、图形及显示技术等。
机房集中监控系统，它不仅涉及对大厦的电、风、水等设备进行控制，而且与大厦的IT（信息技术）应用了有紧密的联系。
机房集中监控系统技术发展十分迅速,控制网络技术的突破性进展给楼宇控制领域带来巨大的影响。
机房集中监控系统是智能化工程中投资较大的部分。
1、系统的必要性随着计算机技术的发展和普及，计算机系统数量与日俱增，其配套的环境设备也日益增多,计算机房已成为各大单位的重要组成部分。
机房的环境设备(供配电、 UPS、暖通设备、等）必须时时刻刻为计算机系统提供正常的运行环境。
一旦机房设备出现故障，就会影响到计算机系统的运行，对数据传输、存储及系统运行的可靠性构成威胁，如事故严重又不能及时处理，就可能损坏硬件设备,造成严重后果。
空调DDC控制系统
空调DDC控制系统自动化系统是智能建筑的一个重要组成部分。
楼宇自动化系统的功能就是对大厦内的各种机电设施，包括中央空调、给排水、变配电、照明、电梯、消防、安全防范等进行全面的计算机监控管理。
其中,中央空调的能耗占整个建筑能耗的50%以上.是楼宇自动化系统节能的重点⑴。
由于中央空调系统十分庞大，反应速度较慢、滞后现象较为严重，现阶段中央空调监控系统几乎都采用传统的控制技术，对于工况与环境变化的适应性差.控制惯性较大.节能效果不理想。
传统控制技术存在的问题主要是难以解决各种不确定性因素对空调系统温湿度影响与控制品质不够理想。
而智能控制特别适用于对那些具有复杂性、不完全性、模糊性、不确定性、不存在已知算法和变动性大的系统的控制。
“绿色建筑”主要强调的是;环保、节能、资源和材料的有效利用，特别是对空气的温度、湿度、通风以与洁净度的要求.因此.空调系统的应用越来越广泛。
空调控制系统涉与面广, 而要实现的任务比较复杂，需要有冷、热源的支持。
空调机组内有大功率的风机，但它的能耗很大。
在满足用户对空气环境要求的前提下，只有采用先进的控制策略对空调系统进行控制，才能达到节约能源和降低运行费用的目的。
以下将从控制策略角度对与监控系统相关的问题作简要讨论。
2空调系统的基本结构与工作原理空调系统结构组成一般包括以下几部分⑵⑶：(1)新风部分空调系统在运行过程中必须采集部分室外的新鲜空气（即新风），这部分新风必须满足室内工作人员所需要的最小新鲜空气量，因此空调系统的新风取入量决定于空调系统的服务用途和卫生要求。
新风的导入口一般设在周围不受污染影响的地方。
这些新风的导入口和空调系统的新风管道以与新风的滤尘装置（新风空气过滤器）、新风预热器（又称为空调系统的一次加热器）共同组成了空调系统的新风系统。
（2）空气的净化部分空调系统根据其用途不同，对空气的净化处理方式也不同。
因此, 在空调净化系统中有设置一级初效空气过滤器的简单净化系统，也有设置—级初效空气过滤器和一级中效空气过滤器的一般净化系统，另外还有设置一级初效空气过滤器，一级中效空气过滤器和一级高效空气过滤器的三级过滤装置的高净化系统。
基于组态软件的中央空调电气自动控制系统的开发
自动化控制• Automatic Control122 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】组态软件 中央空调 电气自动控制系统1 基于组态软件的中央空调的电气自动控制系统功能目前，中央空调控制系统内主要包括冷冻机结构、冷冻水控制系统、冷却水控制系统以及热水控制系统等，要维持中央空调运行的稳定性，就必须从机组基本参数的监测出发，有效对设备的启停进行自动控制，从而完成冷热源以及水管的调节应用，确保能在降低能耗的基础上节约运行成本。
基于此，有效结合组态软件对中央空调进行电气自动控制系统的处理具有重要意义。
结合空调系统的监控点位要基于组态软件的中央空调电气自动控制系统的开发文/唐海波求，在设计过程中增加或者是删除对应的监控点位，确保能维持系统运行的管理。
因此，基于组态软件的电气自动控制系统是提升中央空调整体运行效率的根本。
2 基于组态软件的中央空调的电气自动控制系统原理在基于组态软件的中央空调的电气自动控制系统中，结合系统的规模以及控制系统的特点、技术要求等进行数字控制系统的管理，具体DDC 系统组成见图1。
结合图中型号参数可知，I-7520，I-7017,7024,7050均为数据采集设备，能有效对温度、湿度、压差以及流量进行测定。
在系统运行过程中，基本原理是结构传感器对现场环境变量进行集中测定，并且保证系统中的数据采集模块能有效将收集的书传输输出，此时，会将电信号转变为数字信号，完成与计算机的通信互动。
并且，计算机要对采集到的数据予以及时的检索和计算处理，利用标准控制算法就能对数据予以整合，确保能制定对应的实时性决策，从而形成对应的控制指令，确保输出控制信号的同时能对执行机构予以控制，完成中央空调的调控和自动管理。
在基于组态软件的中央空调的电气自动控制系统中，通信模块、模拟量采集模块、数字量输入/输出模块以及模拟量输出模块发挥重要的作用，保证系统运行工作的顺利开展，确保相应处理工序更加完整。
冷冻站系统的监测与控制
1DO：启停控制
旁通阀： 出水总管上的水感温度传感器，
若测得温度>设定值（28℃），未达
到预设要求，则关小旁通阀，使水流
进入冷却塔制冷；
若测得温度<设定值（28℃），已达
到预设要求，则开大旁通阀，使水流
回入冷冻机。
注: 旁通阀通常有2种控制模式：
1#水流开关
1DI
2#水流开关
1DI
第二页，共38页。
2）压差旁通阀位置控制
3）恒定供回水压差的流量旁通控制法
4）回水温度控制
5）冷量控制。
第十八页，共38页。
1）操作指导控制
控制过程：
由操作人员根据实测冷负荷，对数据进行分析、
判断，控制冷冻机运行台数及相应联动设备的
启停。
特点：
开环控制结构
优点是结构简单、控制灵活，特别适合对于冷
干管间压差发生变化，通过压差信
号调节旁通阀开度，改变旁通水量，
一方面恒定压差，同时也保证了冷
源侧是定水量。
第十六页，共38页。
3）压差控制器工作原理：
系统设定值：用户设备满负荷运行，压差旁通阀
开度为零，压差传感器两端接口处的压差为控制
器的设定值；
用户负荷减小时，压差提高而超过设定值，压差
有结冰的危险，因此制冷机组循环水要采用定流量运行。
第十二页，共38页。
单级泵定流量水系统示意图
单级泵变流量水系统示意图
第十三页，共38页。
根据循环泵的设置分为：
（1）单级泵（一级泵，一次泵）
（2）复式泵（二级泵，二次泵）
7冷冻站系统的控制
1.1.4 冷冻站系统的运行原理
冷冻站制冷系统的原理
1、通过冷冻泵把空调主机产生的温度较低的冷冻水送到用冷 区域交换成温度较高的冷冻水回到冷水机组。 2、然后通过冷水机组把温度高的冷冻水的热量传导给温度低 的冷却水成温度高的冷却水。 3、温度高的冷却水通过冷却泵送到冷却塔后，通过冷却塔把 热量排到户外，后成温度低的冷却水回到冷水机组。
水 流 开 关 状 态
冷 水 机 组
停 止 / 运 行 状 态
故 障 报 警
设 备 手 / 自 动
备 停 止 / 运 行 控
冷 冻 水 回 水 蝶 阀
冷 却 水 回 水 蝶 阀
水 流 开 关 状 态
冷 却 水 泵
停 止 / 运 行 状 态
故 障 报 警
设 备 手 / 自 动
备 停 止 / 运 行 控
蒸汽型吸收式制冷机组
直燃型吸收式制冷机组
1.1.3 冷水机组的形式与工作原理
压缩式冷水机组与吸收式冷水机组的对比
呀
1.1.3 冷水机组的形式与工作原理
（三）蓄冰制冷机组 蓄冰制冷机组是一种既能制冷，
也能将制冷的冷量储存起来，待需要 时再给客户制冷的一种制冷机组，也 叫双工况制冷机。它的主要优势就是 利用波峰、波谷的电价优势，晚间23 点~次日7点的低谷电价开启制冷机组， 将制冷产生的冷量存储在蓄冰槽内， 白天再开启乙二醇泵和冷冻泵给客户 供冷。
在需要停止一台冷水机组时可按： 1、当前运行时间最长的优先； 2、累计运行时间最长的优先； 3、轮流排队； 4、。。。
1.3 二次接线图的绘制
冷冻水 泵、冷 却水泵 以及冷 却塔风 扇的配 电箱的 二次接 线图
02
冷冻站监控系 统的施工
基于plc的中央空调自动控制系统设计
基于plc的中央空调自动控制系统设计摘要中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。
通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。
本文首先介绍了中央空调的结构和工作原理，然后采用西门子的S7—200PLC作为主控制单元，利用传统PID控制算法，通过西门子MM440变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，同时又可以节约大量能源。
关键词：PLC；中央空调；控制Design of automatic control system for central air conditioning systemb ased on PLCAbstractThe central air conditioning system is one of the necessary supporting facilities of modern large-scale buildings.The consumption of electric energy is very large,which accounts for abou t50%of the total energy consumption.The frozen host usually in the central air-conditioning system load can automatically according t o the change of temperatur e and load regulation,refrigeration pump and cooling pump ma t ch ed with the frozen host can automatically adjust the load,almost run100%under load operation,resulting in a gr eat waste of energy,bu t also worsen the operation environment and operation quality of Central air conditioning.This p aper first introduces the structure and working principle of central air conditioning,then use SIEMENS S7200PLC as the main control unit,using the traditional PID control algorithm,thr ough the SIEMENS MM440inverter control pumpspeed ensure system according t o the actual situation to adjust load flow,realize constant temperatur e control,bu t also can save a lot of energy.Key words：PLC;central air conditioning;control目录摘要 (I)1绪论 (1)1.1课题的研究背景 (1)1.2国内外中央空调控制系统的研究现状 (2)2中央空调控制的原理 (4)2.1中央空调系统的结构和原理 (4)2.2中央空调电机的软启动原理及应用 (4)3中央空调控制系统的硬件设计 (6)3.1变频器的原理 (6)3.2西门子MM440变频器性能介绍 (6)3.2.1主要特征 (7)3.2.2控制性能的特点 (7)3.3PLC选型 (7)3.4人机界面设计 (8)3.5系统硬件设计 (9)4控制系统软件设计 (12)4.1PLC的初始设定 (12)4.2PLC主程序流程图 (14)4.3程序设计 (14)4.3.1中央空调控制系统的I/O分配表 (14)4.3.2程序中使用的存储器及功能 (16)结论 (17)参考文献 (18)致谢 (20)附录PLC软件源程序 (22)1绪论1.1课题的研究背景随着国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，中央空调系统己广泛应用于工业与民用建筑域，如宾馆、酒店、写字楼、商场、厂房等场所，用于保持整栋大厦温度恒定。
楼宇自动化系统在中央空调系统运行与实施中存在的问题探究
楼宇自动化系统在中央空调系统运行与实施中存在的问题探究作者：王岩来源：《城市建设理论研究》2012年第36期【摘要】：随着我国经济水平的逐渐提高，人们开始对生活和工作环境提出了更高的要求，要求具有合适的温度、湿度和洁净度是人们追求现代生活方式的一种体现。
自从2005年国家提出加快建设节约型社会的口号以来，节能降耗已经成为全社会关注的焦点，而中央空调系统因其具有控制集中、节能减排和管理方便等特点，引起了人们对中央空调的高度重视。
【关键词】：自动化系统；中央空调系统；节能控制；控制技术中图分类号：TP27文献标识码： A 文章编号：引言建立中央空调节能系统，是倡导实施建筑节能的重要举措之一，完善的中央空调节能系统需要有先进的节能与控制技术的支持，才能有效的控制系统正常运行达到节能降耗的目的。
所以，当技术人员在进行相关中央空调节能系统的设计时，必须要将空调技术、控制技术和节能技术三者紧密结合起来，并充分考虑到系统运行中各种因素的影响，优化系统的运行。
同时还要运用一定的实施合理的控制策略，以确保中央空调节能系统在正常进行调控室内温度的基础上，能够有效的降低能源消耗，提高该系统的运行效率和效益。
一、楼宇自动化系统楼宇自动化系统是目前智能建筑普遍采用的一项技术，它是将计算机网络技术、自动控制技术和建筑技术三者相互融合的一种新型系统化技术。
采用楼宇自动化系统,可以充分的利用各种设备, 节省人力 ,降低能源消耗。
加强对楼内机电设备进行现代化管理, 确保设备的安全正常运行，给人们创造一个安全舒适的工作环境,提高经济和社会效益。
楼宇自动化系统又包括了许多分系统和子系统，其中分系统中包含有安全防范系统、信息管理系统和信息网络分系统。
而对于信息管理分系统又分为楼宇设备自动化系统、通信网络系统和办公自动化系统。
二、楼宇自动化系统发展前景配备越来越多的智能设备是未来的楼宇自动化发展的趋势，其中控制网络中的传感器等设备都采用智能化，而利用楼宇的基础设施又能将数据网和控制网完整的连接起来，形成楼宇全面化网络，并使其与因特网接轨，做到信息实时远程监控和数据资源共享，同时可以利用数据对全局事件进行快速有效处理，实现一体化的科学管理模式，使建筑管理人员即使不在楼宇也能随时监控管理实现其职责；物业公司也可以跨地区对多个楼宇同时进行物业管理；设备厂家也可以利用网络及时了解自己设备运行情况，发现问题并及时提出解决方案。
基于S7-1200PLC的中央空调控制系统设计
基于S7-1200PLC的中央空调控制系统设计张燎;薛岩;金佛荣【摘要】针对传统中央空调的冷冻泵、冷却泵不能自我调节负载而造成的能源浪费问题,采用可靠的PID控制算法和变频技术,设计了由变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器等器件构成的温差闭环自动控制系统,来自动调节水泵的输出流量,从而达到节能目的.设备改造试验结果表明,由S7-1200PLC控制器构成的温差闭环自动控制系统,能耗下降较为明显,实现了恒温控制,节约了企业设备改造成本.【期刊名称】《陇东学院学报》【年(卷),期】2013(024)005【总页数】4页(P19-22)【关键词】中央空调;S7-1200PLC;变频器;PID【作者】张燎;薛岩;金佛荣【作者单位】甘肃工业职业技术学院电信学院,甘肃天水741025;甘肃工业职业技术学院电信学院,甘肃天水741025;甘肃工业职业技术学院电信学院,甘肃天水741025【正文语种】中文【中图分类】TP311传统中央空调系统普遍存在着30%以上的无效能耗［1］，其主要原因是冷冻水采用了定流量控制，忽略了中央空调系统是一个多参量、非线性、时变性的复杂系统，而且实际负荷的大小是随着环境条件和运行的台数而改变，主要体现在：负荷的频繁波动，使系统的运行参量偏离空调的最佳工作状态，导致主机热转换效率大大降低；空调系统始终在设计的额定状态下运行，能耗始终处于设计的最大值，而负载处于过能量工作状态；在工频状态下启停大功率水泵和风机，冲击电流大，能耗也比较严重，同时不利于电网和机电设备的安全运行.为此，设计以S7－1200PLC为控制器的冷冻水变流量控制系统，采用PID控制算法和变频调速，实现对冷冻水供回水温度、压差和冷却水泵的流量等工艺参数的控制，优化空调设备的起停，使空调系统高效、节能运行，实现恒温控制［2］.现以某小型超市的空调系统改造为例来说明S7－1200PLC的在其中的应用.1 S7－1200PLC的特点S7－1200PLC是西门子公司替代s7－200PLC的产品，该控制器将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET接口、高速运动控制I／O以及板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中以形成功能强大的控制器.控制器使用灵活、功能强大，设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些优势的组合使它成为自动化应用中的完美解决方案，决定了S7－1200PLC具有强大的分布式网络控制、计数、测量、PID闭环控制和运动控制等功能［3］，特别是它的以太网通信功能，是西门子S7系列其它产品所没有的，顺应了工业信息化和高度自动化中的发展要求.2 中央空调控制系统的设计2.1 中央空调控制控制回路根据节能的需要，中央空调冷冻水变流量控制控制回路设计成图1的结构.图1 冷冻水变流量控制回路某小型超市的中央空调控制系统是以温差来调节的闭环控制系统，实现对冷冻泵的流量、流速控制任务，从而达到控制房间温度和其它参数的目的.2.2 控制系统的组成温度设定由上位机根据工作要求通过CSM1277以太网交换机给出，温度调节器采用S7－1200PLC（CPU1214C，1个），执行元件由1个西门子MM440变频器、3台异步电动机、2台冷冻机主机，6台冷冻水水泵（3用3备用，每台功率为22千瓦）和盘管组成，进出水温度由2个PT100温度传感器检测，西门子SM1231模拟量输入输出模块完成盘管后端温度模拟量的A／D转换，SM1234模拟量输入输出模块将数字量转换为模拟量，并将PLC根据温差确定的频率值传送至MM440变频器，控制异步电动机进行调速，RS－485串行口主要用以在组态中的精简面板显示变频器的工作状态.上位机主要有两个作用，一是设定空调的工作温度，二是监视现场设备的工作状态.控制系统电气原理图见图2.图2 中央空调冷冻水循环控制系统主回路电气连接示意图2.3 中央空调变频原理在中央空调水系统中，最主要的运行设备是水泵.由水泵学比例定律可知，对于同一台水泵，当以不同转速运行时，水流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，由此可见，当降低转速时，功率的减少量远比流量的减少量大得多.因此，控制水泵的转速可以有效地控制水泵的消耗功率，这就是中央空调系统高效节能的理论基础［2］.要控制水泵的转速就必须控制异步电动机的转速，异步电机的实际转速可由下式给出［4］：式中：n——电动机实际转速；s——异步电动机的转差率.由式（2.2）可知，改变参数f，s中的任意一个就可以改变电动机的转速，即对异步电动机进行调速控制.因此，可以通过改变该电源的频率来实现对异步电动机的调速控制.2.4 中央空调控制系统的PID调节PID调节不需要建立系统的数学模型，就可以实现系统的调节，因此获得了广泛应用.PID调节器是一种线性调节器，它将给定值r（t）与实际输出值c（t）的偏差e（t）的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成控制量，PID调节规律为：式中e（t）＝r（t）－c（t），其中KP ＝20～60%，积分时间常数取值范围TI＝180～600s，微分时间常数TD＝3～180s；这些取值都是经验性的，而且各参数的预置是相辅相成的.图3 上位机PC和下位机PLC程序工作流程PID参数的工程整定方法主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法.两种方法各有其特点，其共同点都要经过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定，工程上一般采用的是临界比例法.参数整定时，应根据实际情况进行如下细调：被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间I，如仍有振荡，可适当减小比例增益P.被控物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益P，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间I，还可加大微分时间D［5］.中央空调冷冻水温度PID控制采用S7－1200PLC工艺对象模块中的PID来实现，其组态画面简单明了，比S7－200PLC组态画面更加友好，参数和状态的组态都很方便.3 系统软件的设计上位机软件设计是按照C／S结构进行的，其中OPC服务器的开发是关键.3.1 上位机监控软件上位机软件主要完成对中央空调现场设备运行状态的设定和监视，设计客户端和OPC服务器等软件，采用C＃［6］开发，其软件开发的接口为一般选与西门子PLC相匹配的OPCSiemensDAAutomation类.该软件还有与照明、配电、消防等系统的通讯接口，可以实时监控这些设备的运行情况，及时调整耗电设备的运行参数，定时记录运行数据，为以后作进一步的能源分析和管理提供原始数据.其工作流程较为简单，见图4.3.2 下位机软件设计下位机软件主要对空调系统中的各设备进行现场控制，可分为冷冻机房变频控制系统和空调机房控制系统的程序设计，空调机房的PLC程序设计又可分为AHU单元PLC控制和水循环PLC控制的设计.PLC主程序流程图见图4.4 上位机与下位机S7－1200PLC软件接口的实现在空调控制系统中，上位机PC和下位机S7－1200PLC是通过RJ45网络硬件接口进行以太网通信的，上位机和下位机软件通信采用了OPC技术标准.OPC标准为Windows应用程序和现场过程控制设备程序之间建立了桥梁.由于COM与语言、操作系统的无关性，在实现时不需要特定的语言和操作系统，只要按照COM 规范开发即可［7］.DCOM是COM的扩展，使COM支持在局域网、广域网甚至Internet上不同计算机的对象之间的通讯，它提供了定制接口和自动化接口.在工程实现中，可将OPC技术和以太网技术通过.Net平台进行融合，有效解决了上位机和下位机因软件接口不同而导致的不能通信问题，实现了空调控制系统的信息化和自动化.5 结束语经过5天的现场调试，由S7－1200PLC组成的空调控制系统运行稳定，经过技术改造后，该空调每日耗电量下降约32.6%，节能效果明显，空调系统的信息化水平和自动化水平明显提高.由于采用了S7－1200PLC控制器，缩短了项目周期，为企业节约了成本，显示了西门子新一代PLC在工业控制中的优势.参考文献：［1］赵彬.中央空调变频节能的应用及展望［J］.厦门大学学报，2000，20（1）：25－42.［2］梁春生，智勇.中央空调变流量控制节能技术［M］.电子工业出版社，2005：70－72.［3］胡敏.深入浅出西门子S7－1200PLC［M］.北京：北京航空航天大学出版社出版，2009：1－5.［4］史乃，汤蕴缪.电机学［M］.北京：机械工业出版社，2003：186－190. ［5］刘素芹.PID与模糊控制算法的比较及其改进［J］.石油大学学报，2003，30（1）：45－52.［6］王小科，李继业，等.C＃开发宝典［M］.北京：机械工业出版社，2010. ［7］陆会明，朱耀春，等.控制装置标准化通信［M］.北京：机械工业出版社，2010：131－172.。
5.2冷冻站系统的监测与控制
1AI
1AI
水管温度传感器 1AI
1#冷冻机 2DI 1DO
2#冷冻机 2DI 1DO
电动蝶阀 1DI 1DO
水流开关 1DI
电动蝶阀 1DI 1DO
水流开关 1DI
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水流开关 1DI
水流开关 1DI
旁通阀 1AO or2DO
冷冻机： 2DI 冷冻机运行状态 冷冻机故障状态
1DO冷冻机启停控制
电动蝶阀： 选择使用哪台冷冻机组 注：1DI ：启停状态反馈（可选用） 1DO：启停控制
压力传感器、水管温度传感器 ：（AI）监测 的作用
流量计：（1AI）测量流量的大小，从而 计算 冷冻机的功耗
旁通阀：起的是分压作用，保持系统
的水平衡，
注: 旁通阀通常有2种控制模式： 1.模拟量（AO）控制 2.三态浮点（2个DO）
（3）冷冻水系统的控制：
监测冷冻水总供回水温度、压差、流量等参数，以调节旁 通阀门开度或水泵转速，保证末端水流控制能在压差稳定 情况下正常运行，并控制制冷机组的运行台数。
（4）补水泵的控制：
根据膨胀水箱的液位或管道压力，自动启停补水泵；
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水流开关连锁控制示意图
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5.2.2 空调闭式冷冻水系统的控制
1基本概念
中央空调中的DCS控制系统
智能楼宇中的中央空调系统一．中央空调系统的控制要求1空调系统设计概述本设计为智能楼宇中的中央空调系统，该系统由新风，空气过滤，空气的冷、热、湿处理，空气的输送和分配，冷热源五大部分组成。
本系统可以实现空调机组的工艺流程参数进行自动控制和实时监测功能，并使空调系统设备处在最佳状态下运行。
除此之外，本系统的设计以DCS为背景，具备DCS系统分散控制，集中管理的特点，可以对中央空调的冷热源系统，空气处理系统和被测设备控制系统进行集中操作，并提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能，提高了系统的可靠性，降低了系统故障。
2 工艺要求1）本系统空调器的工艺流程如图1-11-1空调器工艺流程图2）设备的管理和参数的采集①中央空调系统采用计算机管理与控制；②空调器的回风温度，混风温度，加湿阀开度控制送风温度、送风湿度、冷热盘管调节阀开度、一次回风阀的开度、送风机工作状态及室内温度等在计算机上界面上进行实时显示；③能够对制冷系统进行实时监控；④各风量调节阀、水量调节阀及风机电机、电加热器既可手动控制又具有计算机控制与管理的功能。
3）控制精度要求根据人体舒适温湿度：夏季：室内温度26－29℃，相对湿度40％－60％；冬季：室内温度16－21℃，相对湿度30％－50％；3 空调系统的设计1）空调系统的控制流程图设计，如下图1-2所示1-2空调系统控制流程图2）检测点的安排AI：模拟量输入点主要用于空调器新风阀，回风阀开度监测，冷热盘管调节阀监测，回风温度和混风温度的数据采集，新风阀，回风阀的信号采集，送风温湿度监测。
AO：模拟量输出点主要用于新风阀，回风阀的开度控制。
DI：数字量输入点主要用于初效过滤器差压状态，送风机差压状态采的集，送风机故障报警。
DO：数字量输出点主要用于风机启停控制。
二．空调系统硬件的配置设计1 DDC选型中央空调DDC控制系统是利用直接数字控制器、计算机网络技术、图形处理技术对建筑物所属的各类设备的运行、安全状况、能源使用情况及节能等实行综合自动检测、控制与管理的自动化控制系统。
【CN209744640U】一种中央空调冷冻站综合电单耗最优控制系统【专利】
4 .根据权利要求1所述的一种中央空调冷冻站综合电单耗最优控制系统，其特征在于， 所述数据采集单元(12)包括至少一个用于提供不同协议以供现场数据采集使用的协议采 集器(121)。
5 .根据权利要求1所述的一种中央空调冷冻站综合电单耗最优控制系统，其特征在于， 所述现场工作站(13)包括：
采集参数配置单元(131) ，对采集终端进行参数配置，所述参数包括：现场数据种类、采 样周期和采集协议；
计量装置(11) ，设置于中央空调设备的电源输入端或被计量参数的输出接口上，用于 对中央空调能耗参数、环境参数及设备运行参数进行计量；
数据采集单元(12) ，设置于中央空调的被计量设备的现场，通过电缆与所述计量装置 (11)相连，用于按照预设的采样周期从所述计量装置(11)的计量参数中采集现场数据；
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )实 用新型专利
(21)申请号 201920184194 .3
(22)申请日 2019 .02 .01
(73)专利权人 上海冷元节能科技有限公司 地址 201207 上海市浦东新区自由贸易试 验区郭守敬路498号14幢22301-1783 座
(72)发明人 阮文婧
采集状态监测单元(132) ，用于记录操作步骤和错误日志，发布现场数据当前的采集状 态；
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空气热湿处理系统框图
2.1.3 通风换气
风机控制方案
2.2 空调水系统的基本概念
2.2.1 开式和闭式
开式水系统
闭式水系统两管制系统
2．三管制系统
3．四管制系统
2.2.3 同程和异程
2.2.4 定水量和变水量系统
1．定水量系统 2．变水量系统
第2章 中央空调 冷冻站自动控制 系统
第2章 中央空调冷冻站自动控制系统
2.1 空调系统的基本概念 2.1.1 空调系统的组成 1)进风 2)空气过滤 3)空气的热湿处理 4)空气的输送和分配 5)冷热源部分
2.1.2 空气调节方式 1．局部式空调 2．集中式空调
典型的集中式空调系统
中央空调系统的原理
2.2.5 冷却水系统