制冷装置自动化-陈之久编 第五章

第五章
第一节 制冷空调计算机控制系统的分类与组成
第二节 计算机控制系统的信号变换 第三节 制冷空调计算机控制系统的输入输出技术 第四节 制冷空调计算机控制系统功能 第五节 单片机在制冷装置中的应用 第六节 可编程序控制器(PLC)在制冷装置中的应用 第七节 工业控制计算机及制冷机组的群控和远程监控
第八节 现代控制理论在制冷空调系统中的应用
1.硬件组成
图5-7 计算机控制系统的硬件组成
2.软件组成
(1)系统软件 系统软件一般包括数据结构、操作系统、数据库系统、通信 网络软件、诊断程序、汇编语言、高级算法语言和控制语言等。 (2)应用软件 应用软件是系统设计人员针对各个制冷空调系统而编制的控 制和管理程序，它的优劣直接影响控制品质和管理水平。
2.开关量输入
开关量输入是在控制系统中，代表一个开或关状态的信号输入给计算机。例 如，电动机是通电，还是没通电；阀门是开着还是关着；一个移动的机械， 已经到达规定的位置还是尚未到达等。计算机就可以根据对这种状态的判断， 配合其他条件，作出控制决策。计算机还可以利用开关量输入来检查以前计 算机给出的开关量输出在系统中的执行情况。一般的开关量输入不申请中断， 它要等CPU主动去读取后，才进入CPU，叫做不带中断的开关量输入。另有一 种用于报警等场合的开关量输入，只要有一个开关量转变为指定的状态(例如 闭合)，它就立即向CPU申请中断，这就是所谓中断的开关量输入。制冷空调 发生某种紧急事件时，例如某个物理量超过了规定的限制。就引起相应的继 电器动作，而该继电器的接点状态，则被用作带中断的开关量输入。这样， 继电器动作后，该开关量输入通道设备就向CPU申请。CPU响应这个申请后， 就立即进行紧急处理。例如，进行开关输出、切断阀门或同时发出声光报警
图5-������
6 制冷空调计算机控制系统的典型结构
1.硬件组成
(1)主机 由中央处理器(CPU)和内存储器(RAM，ROM)组成的主机是控制 系统的核心。 (2)外部设备 常用的外部设备按功能可以分为三类，即输入设备、输出设 计算机与制冷空调系统运行过程之间的信息传递是 备和外存储器。 (3)过程输入输出设备 (4)人机联系设备 进行的。 (5)通信网络设备 为便于大型制冷空调系统的控制与管理，通常需要几台 计算机完成集散控制。 通过输入输出设备进行的，它在两者之间起到了桥梁作用。 操作人员与计算机之间的信息交换是通过人机联系设备
二、记忆功能
图5-14 溴化锂机组浓溶液的动态运行趋势显示
三、预报功能
(1)直接诊断 通过对机组主要运行参数的采集，将采样值与设定值或规定 值进行比较，得出相应的结论。 (2)间接诊断 通过对机组主要运行参数进行采集，根据这些运行数据及历 史运行数据进行综合计算、分析，判断机组异常工作或将要发生异常的设 备或部件，实现故障预报的功能。
5.开关量输出
开关量输出是计算机及其输出通道设备向控制系统提供的一种继 电器接点的闭合动作(反之，关断即提供接点的断开动作)，它在 控制中可用于电动机的起动和停机、电磁阀的开关、指示灯的点 燃和熄灭以及某种控制动作的切换等。
6.脉冲量输出
在有的控制系统中，控制元件是由步进电动机驱动的，这就要求 计算机具有脉冲输出的通道设备，以便给出较大的脉冲(例如幅 值达120V、宽度达3~10ms的脉冲)。需要的脉冲数则有程序决定。 另有一种脉冲输出方式，叫做脉冲持续时间方式，在这种方式中， 输出脉冲的持续时间有程序决定，这种方式用于驱动那种移动距 离与脉冲持续时间有直接函数关系的控制元件。
第四节 制冷空调计算机控制系统功能
一、检测功能
二、记忆功能 三、预报功能 四、执行功能
一、检测功能
检测元件是自动控制系统的主要元件，必不可少，它是自动控制 系统的眼睛。常规模拟仪表的检测通常针对被调参数，不考虑其 他参数的影响，而计算机控制系统的检测不仅仅针对被调参数， 还针对与被调参数相关的各个参数以及与机组安全运行密切相关 的参数。因此，控制系统的检测通常为多参数检测。当然单片机 控制与PLC控制不同，单片机受到输入输出接口的限制，而PLC可 以根据需要任意选择。
一、PLC控制特点
二、采用PLC控制的溴化锂吸收式冷水机组 三、PLC控制编程举例
一、PLC控制特点
(1)与继电器控制相比较 继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机 械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等，组合成控制逻辑，其连 线多而复杂，体积大、功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都 很困难。 (2)与单片机控制相比较 优点。 (3)与工业控制计算机相比较 工业控制计算机具有丰富的软件支持，可以 编制出生动的动画图像，运行速度快。 单片机具有结构简单、使用方便、价格较便宜等
信号，以引起操作人员的注意。
3.脉冲计数器
某些检测仪表的输出是一连串的脉冲。例如涡轮流量计，它的输 出就是一连串的脉冲，单位时间内发出的脉冲数就代表流量，输 入通道设置脉冲计数器，专门接收指定来源的脉冲信息，进行计 数。这种方法在检测仪表输出为脉冲序列的场合得到了广泛的应 用。
4.模拟量输出
模拟量输出(D/A转换)信号一般为VDC=0~5V、VDC=0~10V，IDC=4 ~20mA等信号。对制冷空调的控制常常是通过阀门执行机构等模 拟量装置来完成的。把数字量变成模拟量后向模拟装置(例如阀 门执行器等)输出的工作是由模拟量输出通道设备完成的。对模 拟量输出通道设备有一个重要的要求，就是每个模拟量输出点每 次接受模拟量输出以后，必须保持所达到的数值，直到下一次再 接受新的模拟量输出为止。
二、采用PLC控制的溴化锂吸收式冷水机组
图5-22 直燃型溴化锂吸收式冷水机组的制冷循环图
三、PLC控制编程举例
表5-2 PLC工作位表
三、PLC控制编程举例
图5-24 PLC控制的梯形图
第七节 工业控制计算机及制冷机组的群控和远程监控
一、工业控制计算机
二、制冷机组的群控 三、制冷机组的远程监控 四、基于因特网的通风、供热与空调(HVAC)系统的监测控制系 统
一、工业控制计算机
1)开发人员用Visual Basic、Visual C++等工具从底层开发。 2)工控组态软件进行二次开发,目前大多数制冷空调大型系统都采用这种方 法。
图5-25 工业控制计算机实现管理与检测任务的示意图
二、制冷机组的群控
大型机组采用工业控制计算机组成的中央控制器进行集中管理与监测，通过 串行接口驱动系统控制器实现机组的群控，如图5-25所示。中央控制器、系 统控制器与各台机组的PLC控制器通过RS—485通信接口彼此串联。各台机组 将本机组的各种信息传送到中央控制器，中央控制器能够获取各台机组的所 有现场数据，并通过表格、运转图和曲线图等形式形象地显示出来。中央控 制器集中监控冷源系统中的所有设备，包括监控冷水机运行状态和故障；监 测远程设定冷水机的冷冻水出水温度和满负荷电流；遥控冷水机的开停；监 控冷水泵、冷却水泵和冷却塔的故障和开停；监测冷源系统冷冻供水回水的 温度、流量和压差，并可调整这个压差；监测冷却水总供回水的温度；控制 各分支冷水、冷却水路的电动蝶阀等。中央控制器能够采用最佳控制实现整 个系统的节能运行，同时也可以通过时间程序控制实现机房的无人化管理。 另外，控制系统对数据的定时或随时打印及报警打印为用户更好地维护和管
2.操作指导控制系统
图5-2 操作指导控制系统的构成
3.直接数字控制系统
图5-3 直接数字控制系统的构成
4.监督计算机控制系统
图5- 4 监督计算机控制系统的构成
5.集散控制系统
图5-5 总体分散控制系统的组成示意图
二、计算机控制系统的组成
1.硬件组成 2.软件组成
二、计算机控制系统的组成
1.模拟量输入
模拟量输入(A/D转换)一般为VDC=0~5V，VDC=0~10V、IDC=4~20mA等信号。温 度、湿度、压力和流量等物理量通过检测仪表或传感变送器提供这些标准的 模拟量信号。模拟量输入设备的任务就是把这些传感变送器所输出的模拟量 信号转换成数字量后送入计算机。模拟量输入设备即A/D转换器的技术性能主 要包括精度、转换时间和分辨率等。 A/D转换器的精度分为绝对精度和相对精度。
三、信号的保持
图5-11 零阶保持器
三、信号的保持
图5-12 零阶保持器的信号保持过程
三、信号的保持
图5-13 一阶保持器的输出信号 a)被采样信号 b)采用一阶保持器的复现
第三节 制冷空调计算机控制系统的输入输出技术
1.模拟量输入
2.开关量输入 3.脉冲计数器 4.模拟量输出 5.开关量输出 6.脉冲量输出
制冷空调系统的主要检测参数为温度、压力、流量、液位、湿度、 质量分数等。例如，采用单片机控制的小型热泵热水器的检测参 数包括：水箱水温、环境温度、蒸发器表面温度等；采用PLC控 制的大型螺杆式冷水机组的检测参数包括：冷凝器冷却水进出口 温度、冷水进出口温度、吸气温度、压缩机油箱温度、电动机绕 组温度、压缩机排气压力、压缩机供油压力、蒸发器压力等。
定温度时，即转入除湿运转，压缩机继续运行，室内风机以低速
运转，压缩机及室内风机以每运转10min停止6min的规律往复运 转。
第五节 单片机在制冷装置中的应用
图5-16 单片机的结构框图
图5-17 房间空调器控制系统的组成
第五节 单片机在制冷装置中的应用
图5-18 红外遥控信号编码
第六节 可编程序控制器(PLC)在制冷装置中的应用
二、采用PLC控制的溴化锂吸收式冷水机组
(5)使机组安全运行的安全保护 包括冷水低温、冷水流量、热水高温、冷 剂水低温、高压发生器溶液高温、高压发生器高压、排烟高温、燃料压力 保护(燃气)、燃烧器熄火、溶液泵(变频器)过流、冷剂泵(热继电器)过流、 真空泵(热继电器)过流及燃烧器风机(热继电器)过流等。
1)在自动模式中，控制器根据房间温度自动判定空调器的运转模
式。 2)在制冷模式中，室内风机、风向风机按设定方式运行。 3)在制热模式中，当房间温度低于设定温度时，换向阀动作，4s 后压缩机动作，8s后外风机运转，等室内盘管温度大于25℃时， 室内风机起动，空调器实现制热运转。 4)在除湿模式中，空调器首先以制冷方式运转，房间温度达到设
第二节 计算机控制系统的信号变换
一、信号的采样
二、采样周期的选择 三、信号的保持
一、信号的采样
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8 计算机控制系统的信号流程
一、信号的采样
图5-9 Baidu Nhomakorabea样过程
一、信号的采样
图5-10 理想采样过程 a)单位脉冲周期函数 b)被采样信号 c)理想脉冲函数
二、采样周期的选择
表5-1 各类控制系统采样周期的范围
一、PLC控制特点
图5-21 PLC的基本组成
二、采用PLC控制的溴化锂吸收式冷水机组
(1)冷水温度控制 该控制的被调参数为冷水出口温度，可调节的手段是控 制燃烧器的燃料消耗量。 (2)溶液循环量控制 以是变频控制。 (3)含量限制控制 为防止溶液结晶，需限制溶液的含量，溶液的结晶含量 与温度密切相关，因此通过计算可确定溶液的结晶温度，以确定溶液不结 晶的安全温度，该控制的检测参数为低压发生器与冷凝器的温度，以及机 组浓溶液温度(即低温热交换器的浓溶液出口温度)。 (4)冷却水低温限制控制 该控制的被调参数是冷却水的进口温度，可调节 的手段是控制燃料消耗量，以避免结晶。 该控制的被调参数是高压发生器的溶液液位，可调节 的手段是吸收器到高压发生器的溶液泵，该溶液泵可以是定频控制，也可
第一节 制冷空调计算机控制系统的分类与组成
一、计算机控制系统的分类
二、计算机控制系统的组成
一、计算机控制系统的分类
1.计算机巡回检测和数据处理系统 2.操作指导控制系统 3.直接数字控制系统 4.监督计算机控制系统 5.集散控制系统
1.计算机巡回检测和数据处理系统
图5-1 计算机巡回检测和数据处理系统的构成
图5-15 吸收器故障检测系统流程图
四、执行功能
与常规的控制器相同，计算机控制可实现机组所需要的各种控制 功能，包括实现机组的能量调节，实施安全保护，执行正常的开 停机程序和故障停机程序等。此外，上面所提到的PLC以及一些 数字控制器还可以提供通信接口，实现远程监测功能。
第五节 单片机在制冷装置中的应用