基于DCS的中央空调控制系统.docx
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基于DCS的中央空调控制系统
引言
在一个大型的商场中,一年四季怎么能够缺少中央空调的存在呢,在商场中进行购物,是一个非常愉快,非常轻松的过程,商场的舒适感和消费者的人流量也是有着很大的关系的,所以,一个性价比较高的中央空调系统的存在也是必不可少的。
本文通过对中央空调的工作原理及其国内外控制系统现状的机构和工作原理进行介绍;其次,介绍了DCS系统的结构及功能特点,分析了DCS控制系统与PLC的区别,对DCS分散控制系统做了简要的介绍。
1DCS简介
分散控制系统(DCS)是集中控制技术、计算机技术、通信技术和屏幕显示技术于一体,实现对生产过程的数据采集、控制、保护和管理等功能,并利用通信技术实现数据共享的多计算机监控系统。
他具有集中管理、分散控制、灵活性大、系统安装工程量小,可靠性高等特点。
DCS早已用于炼油、化工、电站等过程控制。
其中,有的以配置先进控制软件、取得了较明显的运行效果和经济效益
2DCS在商场应用概况
自1994年我国大型商场在全套引进机组上使用DCS之后,目前国内大型商场已采用近300套约14种型号的DCS,基本上都是进口新产品。
更应特别指出的是,新建机组几乎无一例外地采用了DCS。
一大批老中小商场的控制系统也采用DCS,以便实施自动化技术改造。
据不完全统计,已有万达,银泰,鲁能,大润发等都采用了DCS。
从而提高了商场自动化投入率和自动化水平。
3DCS在商场控制系统的应用分析
3.1空调系统自动控制的目的
如前所述,我国已建和在建商场,自动控制基本上采用国外DCS及相应的进口仪器仪表。
因此,商场的自动化程度比较高,自动化设备较为先进。
这样,就有必要对商场集控空调系统实现自动控制,以达到如下目的:
1)满足工艺专业设备所需的室内温湿度要求、室内运行人员的卫生和舒适要求,并使空调系统能经济、连续和可靠运行。
2)在集控室内,通过计算机对空调系统运行状态进行监控。
3)满足无人值班的控制要求。
3.2空调控制系统的构成方案
我国电厂空调控制系统采用DCS时,其构成方案大同小异,基本上都由中央监控计算机中心(或称中央管理站)、通讯网络现场控制器检测变送器(或传感器)执行器等几部分组成。
其构成框图和原理图如图1、2所示。
图1空调系统自动控制配置框图
图2系统原理图
3.3空调控制系统的主要功能功能
所有空调控制系统的功能可以归结为四个方面:
1)它包括对整个空调系统的各类热工参数(如温度湿度压力水位差压等)的采集与处理屏幕显示打记录历史数据存储和检索等。
2)设备和控制阀门的运行状态显示。
在监控计算机监视器上需要对空调系统的主要设备(如送风、回风机、加热器、冷水机组、冷却塔和空调泵等)和各类控制阀门(如风管上控制调节阀门、防火阀、排烟阀等)的运行状态进行监控。
3)设备连锁与自动保护。
它包括
●空调系统的回风机、控制设备及仪表与送风机连锁
●电加热器与送风机连锁;并设置无风断电保护和超温报警装置;安装电加热的金属风管接地保护;
●空调系统与消防报警系统、DCIS报警系统及CO2喷淋灭火系统连锁:
●双效蒸汽型吸收澳化锂冷水机组必须具备全自动控制及保护功能
4)调节控制。
空调系统的调节方式,根据调节对象的特性参数房间热湿负荷变化的特点以及控制参数的精度要求进行选择,主要有双位调节恒速调节比例调节比例积分调节比例微分积分调节等空调控制系统主要有:
●风量平衡的调节空调房间保持微正压,送风量应大于房间的回风量;根据变风量系统静压调整送风机及回风机的输人功率和出力,维持风量总体平衡;根据回风与室外新风的温度差控制回风阀和排风阀的开度,调整系统新风量。
●水量平衡控制:
根据系统管路的静压,调整循环水泵的输入功率和出力,达到系统水量总体平衡。
●相对湿度的控制:
通过机器露点恒定的方法,根据送风的相对湿度,控制加湿器的加湿量。
●局部区域的温度控制:
根据房间内的温度,调节变风量装置的送风量和管道式电加热器电加热功率,达到控制房间温度的目的。
●排烟控制:
当火灾扑灭并经确认后,将空调系统切换至排烟状态,在控制室能打开0C:
隔离阀及风道上的防火阀,此时控制系统将忽视管道内烟感器发出的信号,启动空调系统的回风机进行排烟,当排烟进行一段时间后,在启动送风机和房间送新风,以利排除室内残余气味。
图3冷却水泵系统图
3.4空调控制系统主要设备的配置
一般地说空调控制系统主要设备的配置,首先要涉及到是选国内产品还是选进口产品的问题,还有厂家及名牌的问题。
再次空调系统只是商场的辅助设备的一部分,商场控制系统的设备配置则是主要的,空调控制系统的设备配置可能要随商场自控系统而定。
第三要根据不同商场的不同情况而定。
下面,仅以济南高新区某空调控制系统设备的配置为例作一说明(该设备由兰吉尔公司提供)中央控制系统中心设备配置。
3.4.1中央控制系统设备配置
a.采用IBMGL300电脑,配置32兆内存,2GB硬盘,显示器选用14寸SVGA(1024*768),安装window95兰吉尔公司控制系统州INSIGHT系统软件,INSIGHT绘图软件:
图4上位机界面
b.采用EPSONLQ一1600K24针式打印机,用于报警打印和一般记录打印。
当正常运行时,打印出管理员想要知道的设备变动情况及设备故障情况,其他信息可以不作打印,并可以自行进行调整。
c.采用有必要的、与控制网络联系的通讯接口,不间断电源UPS采用美国山特牌提供的中央工作站30分钟电源。
3.4.2通讯网络
a.楼宇级网络。
采用工业级的Peer-to-Peer网络,保证智能控制器之间的高速通信,它区别于环网和星网,保证同层控制器与下一层控制器之间的高速通讯,而无需汇总到上层工作站去处理大量信息这样在任何特殊情况下都不会丢失记忆而误操作。
传送速率达19.2Kbitt/s在本项目是用于智能控制器(MBC)与中央工作站之间的通信。
b.楼层级网络。
采用局部区域网络。
整个网络是具备国际90年代水平的楼宇管理系统,可以与80或70年代的网络进行兼容,也可以最低的投资对早期的网络进行升级换代传送速率为9.6bKbit/s,在本项目是用于模块化智能控制器(MBC)与智能单元控制器(UC)以及智能单元控制器(UC)之间的通信。
3.4.3控制器
a.楼宇级大型模块智能化控制器(MBC)。
b.楼层级小型智能单元控制器(UC)。
3.4.4系统软件
系统软件采用兰吉尔公司专门的Insight软件,它具有一下功能:
a.多任务性:
通过全动态窗口、操作员可以连续监视系统状态,同时其工能仍继续工作,以提高操作员和系统的效率。
b.保密性:
多级密码限制对数据库和其它机密信息的存取采用六级密码控制,可满足50个指定用户的需要。
c.中文性:
系统建立在中文操作界面下,每个信息都采用中文。
d.系统能完全向上兼容,无需特殊设备和工艺就能完成系统升级扩充。
冷却水泵流程图如图4。
图5冷却水泵流程图
3.4.5一次仪表及执行器
a.压力传感器。
QBE61.系列水压探测器,用于测量制冷系统的供回水管压力。
b.插入式电磁流量计。
DWM2000系列电磁流量计。
用于测量制冷系统的供水流量。
c.温度传感器。
544-577系列测量热电阻(Pt1000),用于测量制冷系统的供回水温度。
d.差压开关。
QBM81.3系列气流压差开关,用于测量空调系统的送排风及滤网前后压差。
e.组合式温湿度探测器。
QFN65系列组合式风道湿度和温度探测器,用于测量空调系统的送回风总管湿度。
f.流量开关。
FS4-3J系列流量控制器,用于测量制冷系统的冷机组进水流量。
g.浮球液位计。
ENN-10系列浮球液位计,用于测量冷系统水箱水位。
h.执行器。
所有风门、冷水阀及螺阀等执行器均由供货商随阀门配套供货。
4系统PID算法
4.1PID算法简介
在实际控制中,许多被控对象的数学模型是无法准确获得的.有些系统虽然可以求取数学模型,但当输入方式改变或环境的变化使之干扰的形式发生变化时,数学模型又可能变为未知的.商场中央空调的温度参数正是属于这类被控对象,并且其调节过程属于连续系统[1].此时PID调节便成为最合适的一种调节方式.它的实质是根据系统的偏差,按比例、积分、微分的函数关系进行运算,并将其运算结果用以输出控制.
PID控制器各校正环节的作用如下:
1)比例环节:
成比例地反映控制系统的偏差信号error(t),偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,以减少偏差.
2)积分环节:
主要用于消除静差,提高系统的无差度.积分作用的强弱取决于积分时间常数TI,TI越大,积分作用越弱,反之则越强
3)微分环节:
反映偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减少调节时间.
它可通过以下数值公式:
的近似计算,提供执行机构的位置(k)(即阀门的开度),所以称为位置式PID控制算法.但此算法在实际的使用场合里还存在着一些具体情况,因此需要根据被控制对象的特性和控制要求灵活地修正PID的结构,以适应不同的系统对象。
停机一段时间后,再次开启空调系统时,大空间建筑物带来的大负荷使得短时间内系统输出有很大的偏差,会造成PID运算的积分积累,致使控制量超过执行机构可能允许的最大动作范围对应的极限控制量,引起系统较大的超调,使系统稳定性降低。
由于空调系统使用时,会出现人为不合理因素。
如:
一面大开窗户,一面开空调,致使室温一直保持在过冷或过热状态.系统存在一个方向的偏差,PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大,从而导致阀门开度达到最大.若控制器输出继续增大,阀门开度不可能再增大,则进入控制输出量饱和区.一旦系统出现反向偏差,控制输出量将逐渐从饱和区退出,在这个退出的过程中阀门仍停留在极限位置而不能随偏差反向立即做出相应的改变,造成控制性能恶化.这种现象称为积分饱和现象.为解决这些问题,可以采用一些方法,如积分分离、遇限削弱积分法、有效偏差法等等。
4.2控制程序流程图
本系统的控制对象温度值,具有纯滞后的性质.用一般的PID调节规律难以得到好的动态特性,特别对于图书馆这样的大空间的空气调节,其滞后时间∀较大,会产生持续振荡。
考虑采用纯滞后补偿
系统流程图如图5
图6控制程序流程图
5总结
综上所述,DCS控制中央空调有着非常重要的现实意义和价值,其满足了当下空调的节能控制需要,实现了中央空调在不同工作模式下的可靠控制。
此控制系统具有显著的优势以及特点,系统运行非常稳定,且具有较强的安全性和可靠性,操作面板也非常简便,容易操作,通过清晰的流程图主界面,可以很好的观测到空调水系统的状况和相关信息、动作等。
简言之,DCS可充分发挥出自身坟山控制以及其它强大的功能,表现出强大的抗干扰力,故障发生率也非常低,堪称最优良的控制方案。
参考文献
[1]李树江,倪莎.基于DCS的中央空调制冷机组控制系统[J].仪表技术与传感器,2013(8).
[2]田晓光.中央空调制冷机组故障与分析[D].沈阳:
沈阳建筑大学,2012.
[3]姜莉莉.中央空调水系统控制优化设计[J].科技资讯,2012(15).
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