基于PLC的中央空调控制系统

基于PLC的中央空调控制系统

1 绪论

1.1 中央空调系统简介

中央空调概念：空气调节（简称空调），就是把经过一定处理后的空气，以一定的方式送入室内，使室内的温度、相对湿度、清洁度和流动速度等控制在适当的范围内以满足生活舒适和生产工艺需要的一种专门技术。中央空调系统是由一台主机（或一套制冷系统或供风系统）通过风道送风或冷热水源带动多个末端的方式，来达到室内空气调节的目的的空调系统。

1.2中央空调发展

今天，我们的生活当中已经离不开空调了，各种新型空调还在不断涌现。空调从诞生发展到今天，从简单的空调扇到传统的制冷空调，再到今天节能化、智能化的超空调时代，已经走过了百余年的历程。

1902年，美国人威利斯·开利设计了第一个空调系统，1906年他以“空气处理装置”为名申请了美国专利。开利的发明缘于一个印刷作坊，印刷机由于空气温度与湿度的变化使得纸张伸缩不定，油彩对位不准，印出来的东西模模糊糊。为此开利打开了空调机商业化之门。1922年开利工程公司研制成功在空调史上具有里程碑地位的产品——离心式空调机，简称离心机。离心机最大的特点是效率高，这为大空间调节空气打开了大门。

80年代初期，变频空调技术在日本开始运用。1982年，日本生产了第一台交流变频空调。变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统的空调。它的基本结构和制冷原理和普通空调完全相同。传统空调压缩机依靠其不断地“开、停”来调整室内温度，其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。变频空调的主机是自动进行无级变速的，它可以根据房间情况自动提供所需的冷（热）量；当室内温度达到期望值后，空凋主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证环境温度的稳定。变频空调具有节能、噪音低、温控精度高、调温速度快、电压要求低、环境温度要求低等特点。

1998年，变频空调技术取得了重大突破，日本研制出了直流变频技术，直流变频空调性能比交流变频空调更加优异。从这以后，直流变频空调迅速成为现代空调的主流，目前直流变频空调已在日本和欧美家用空调市场占90%以上。在我国，继海尔在1998年率先推出国内首台直流变频空调以后，国内生产变频空调的厂家也迅速增加，中国变频空调市场尤其是直流变频空调市场开始有了突飞猛进的发展。

1.2.1空调控制系统国内外研究现状

伴随着计算机控制技术的发展，世界上HVAC系统的控制从五十年代就开始采用气动仪表控制系统，六十年代改进为电动单元组合仪表，七十年代采用小型专用微型计算机进行集中式控制，直到1984年，美国哈特福德市第一栋采用微型计算机集散式控制系统大厦的出现，标志着智能建筑时代的开始。集散式（即集中管理、分散控制）自控系统，目前技术趋于成熟，主要技术特征是采用了DDC （Direct Digital Control）。作为控制系统中的主要单元控制器，目前国内外主要采用的是常规PLC的PID控制，因其控制简单，实用，成本低、技术成熟，易于实现，参数调整方便，并且具有一定的鲁棒性，在空气调节中的应用比较广泛。

智能控制与传统的PID控制相比，它不完全或不依赖于被控对象的精确数学模型，同时具有自寻优特点。并且在整个控制过程中，计算机在线获取信息和实时处理并给出控制决策。通过不断的优化参数和寻找控制器的最佳结构形式。以获取整体最优控制性能。由于空调系统是一个大滞后、多干扰、大惯性的系统，获取它的精确模型很困难，所以智能控制器成为中央空调系统中研究的热点。

随着智能建筑在中国的飞速发展，楼宇自动控制技术和装置也得到快速的发展。对于楼宇自动控制而言，在确保建筑内舒适和安全的办公环境的同时，还要实现高效节能目的。因此诞生了综合现代计算机技术、现代控制技术、现代通信技术和现代图形显示技术的集散型控制系统。集散型中央空调监控系统在我国的智能建筑中得到广泛应用，其自动监视、测量、控制和管理功能是相当优越的，自动化程度高，节约了大量的劳动力和运行费用。20世纪90年代未至21世纪初，我国在中央空调系统的控制领域，同时推出两项节能技术和产品：中央空调变频调速控制节能系统和中央空调变流量控制节能系统。将这两项技术相结合，在集散型中央空调监控系统的基础上，增加PLC和变频技术，并且与智能控制方

法相结合，将原有的定流量系统改为变流量控制系统，从而使中央空调的各泵组和冷却塔风机的运行跟随负荷的变化而同步变化，就能够在保证负荷需求的前提下，实现中央空调系统的最大节能。

国内还有一些科研机构和企业的科研团体，也都开展了智能空调器的研制工作，其核心内容都集中在对单相压缩机变屏调速控制器和智能型室温控制器的研究，其研究成果还未见公开发表。智能型空调器是一个综合技术的聚合体，开发难度较大，现在的样机或产品在控制模式上、控制系统的稳定性和鲁棒性方面相比国际先进技术还存在很大的差距，有待于进一步的研究和提高。

综上可知，智能控制是今后控制界发展的必然趋势，随着计算机技术和智能控制理论的发展，智能控制必将在空调系统中得到广泛的应用

1.2.2我国中央空调系统的发展趋势

近年来，为了满足各阶层消费者的各种需要，国内空调市场上还出现了多种新型空调：智能空调，采用人性智能设计，无需人手操作即可自动开关。智能空调还可根据光线强弱、人员多少、内外温差自动调节运行状态，以达到最佳室温。这种顺应趋势发展的空调自然成为新的主流。

展望将来，网络技术的发展必将为空调带来一场全新的技术革命。传统空调的概念将发生质的改变，空调网络信息时代的到来成为不可逆转的潮流。一些新型空调产品开始预留网络接口，实现网络开放。通过选配的网络控制器可实现千里之外的网络遥控。集中控制器可实现同时控制128台空调，为智能化小区物业管理提供便利。高技术、高附加值的特点把空调这种最初简单的舒适品推向了一个全新的概念，成为人们在工作和生活中必不可少的人性化智能家电。

在各类中央空调产品已经趋势成熟化的今天，中央空调性能和质量的内核化日益明显，空调产品使用的高性能电机、压缩机、控制器、磁控管阀、传感器等关键部件越来越成为我国中央空调行业发展的壁垒和障碍，也使得国内中央空调绝大多数产品很难在短时间内赶上或超过国际先进制造企业的生产水平。由于国内空调生产企业对核心部件技术进口的规模和范围没有降低，市场的补缺不足部分仍完全依赖进口，造成进口中央空调配套设备数量与金额逐年上升。这种状况一方面将制约行业整体水平的提高，另一方面也造成中央空调行业部分资源的浪费。因此，在今后中央空调行业结构调整的过程中，重主机、轻配套的局面将有所改善，整个行业将呈现协调、持续、快速、健康发展的良好态势。