智能化工业空调及数字控制器的设计探析

智能化工业空调及数字控制器的设计探析

何志峰

河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心,河南 郑州 450000

摘要：当今社会空调系统越来越普遍，由于智能建筑中的能耗对于需要在生产环境中控制空气的企业来说非常高，因此有必要制定空调系统的有效节能方法。智能数字控制器是易于使用的控制装置，根据负载变化采用模糊+PID控制方法。动态调节空调冷水循环系统、空调蒸汽循环系统、风道末端系统和冷却水冷却风扇，使空调系统在最佳条件下高效运行，从而优化设备使用寿命。

关键词：智能化工业空调；数字控制器；设计探析

引言

空调器自动控制系统通过直接数字控制器(DDC)分配组合实现对整个空调器系统的控制，将空调器组、冷水机组、冷却塔和外围设备整合到一个能够精确控制每个设备的系统中，实现优化目标一般而言，运行良好的自动空调控制系统可节省15%至25 %的能源。因此，开发智能节能的自动空调系统可以有效地降低建筑物的能耗。DDC作为底层现场控制器直接连接到设备层控制网，实现受控设备的特性和程序参数的测量。同时实现网络与上位机的双向通信，接受上位机的统一控制和管理，或者DDC之间的点对点通信，共享信息资源。DDC设计的优缺点直接影响空调自动控制系统的整体性能。

1.智能化工业空调的应用特点

1无需传统空调压缩机和散热器等复杂设备即可实现冷却和热生产的简单TEC系统，可通过电流转换控制系统进行冷却和加热。它可以冷却或加热。TEC工业空调的冷却能力通常较低，但其加热能力较高，因此TEC集成电路组可用于替代加热和冷却系统。2小体积。由于传统空调缺少压缩机、冷凝器、蒸发器等大型组件，智能工业空调体积小，空间利用率高。3无污染。因为不需要制冷剂，所以工业智能空调不会损耗，不会污染环境，也不会产生污染。4低噪音。无旋转元件，无滑动元件，无噪音及振动。智能工业空调安静得多，没有磨损，因此寿命长、可靠且易于安装。5在特殊场合多环境应用。TEC芯片不受空间方向的影响，即重力场没有影响，已广泛应用于航空等领域。6快速效率。TEC系统的热惯性很小，冷却和加热时间很快。在热端提供良好的热性能，冷端没有负载，冷却系统可在不到一分钟的时间内达到最大温差。控制很简单。TEC系统是一种电流连接元件，通过控制输入电流实现精确的温度控制，结合了温度检测和控制方法，建立了智能自动控制系统。控制器的冷却能力可以通过调整工作电流和改变电流方向来改变冷却或加热状态。6运动温度范围要发挥。TEC系统只能将范围广泛的温度从90°c调整到130°c。(⑨tec系统易于构建。冷却系统是使用相同的堆叠类型、阵列和平行方式建立的。电源功率可能很高，从几毫瓦到数万瓦不等。

2.数字控制器的设计要素

(1)快速对应的PWM模块。工作频率高达120MHz，考虑到空对空比，死区和侧移的分辨率高达1.06ns，因为较低的分辨率不会引起PWM控制的精度问题。系统共需要9个PWM通道，因此许多微控制器无法提供资源密集型应用程序。dsPIC数字控制器提供动态、冗馀、独立和丰富的PWM输出模式。因此，无需使用PWM控制来生成CPLD或复杂电路，从而简化了控制的结构和复杂性。(2)从安全角度看，检测到电平变化时，可立即调节PWM作为无效输出，提高系统可靠性。(3)扩展插件资源。数字控制器配备了两个SPI模块，可以使用外部AD/C轻松扩展；发射机通用UART模块-异步接收机可以与外部485总线通信；增强CAN模块(e CAN)用于实现复杂的can协议；16位数据总线具有内置指令集，可有效执行小数运算、整数乘法和除法运算，而且该数字控制器在工业空调中的应用已被证明具有良好的实际性能。

3.智能化工业空调数字控制器设计

3.1利用NCU对工业空调通讯系统进行三级网络改进

新的工业空调数据分析和处理网络架构由于工业空调的复杂性、不确定性、超负荷、非线性和多种工作条件，改善了分散地区空调设备的控制和通信方法。使用NCU中央网络处理器，通过niagaraworkbench平台，有效改进所有生产地区空调数据的分析处理和空调控制。第一级使用RTU现场通信技术将终端控制器或温湿度测量点与DDC直接数字控制器连接起来；二级实现DDC直接数字控制器与NCU中央网络控制器之间的链路，利用TCP/IP协议进行通信，建立计算机网络子系统，采用以太网、客户端和服务器结构模式，实现中央网络控制器的数据处理和传输；第三层是集成平台，NCU中央网络控制器与主机或计算机使用BACnet/IP协议进行交互，形成三层网络。与以前的光电集中处理模式不同，它降低了中央操作站的运行负荷和数据丢失率，有效提高了地区温湿度控制精度和监控灵敏度。改进原有光纤铺设设备和光终端的扩展，利用传输距离、信号稳定性和可靠性等优点，实现远距离大容量通信系统。使用三层网络体系结构，实现完美的布线和布线节约，并设计更高效的通信系统。即使顶机脱机，NCU网络控制器也能正常工作，保证空调自动控制系统正常运行，从而降低顶机负荷，提高整个系统的容错能力。同时，NCU网络控制器的有效处理能力有效提高了空调机组的技术和稳定性，使地区温湿度控制更加准确可靠。

3.2 DDC系统的应用

DDC是一个独立的控制器，由自己的控制程序进行控制，不受网络或其他控制的影响。它处理模拟输入信号或通电信号，输出模拟信号或指令通电信号，从而能够监控和控制整个系统的机电设备。DDC系统使用硬件和软件根据控制程序和设置的参数实时控制控制对象，如压力、温度、流量和相对湿度。DDC系统将检测到的压力、温度和流量等数据与参数进行比较。如果测量不符合参数，系统会向执行机制发送一个命令信号，使其能够采取行动。如下文所述，滴滴涕系统与传统控制方法相比具有许多优势。(1)易于使用且可靠:DDC系统可轻松管理一个或多个检查点、执行所有逻辑功能、自动运行程序或执行客户的手动指令操作。(2)控制灵活性:建筑物参数各不相同，DDC系统可根据需要进行重新配置，无需更换设备，DDC系统是一个易于维护和扩展的模块化系统。(3)提供更舒适的环境:由于DDC系统控制精度高，温度、湿度等。中央空调可以更接近指令，改善工作和生活环境。采用变频调速技术进行节能改造的关键在于能够连续调节电机转速。过去，由于交流电机转速无法调节，只有当泵开得不够，有两个开口时才能开两个泵。现在，仅仅打开一个泵是不够的，第二个泵可以根据需要调整转速，这样可以节省所损失的能量。因此，在这种系统中，一个水泵马达在任何时候都必须处于可调节的状态，这样可以节省能源，并且不会限制系统中并行运行的水泵的数量。这是使用DDC控制变频器切换的优点。

3.3基于ARM7的暖通空调直接数字控制器设计

控制器采用多种先进的集成技术，提供易用性、技术成熟性、相对简单的开发和较短的开发周期。控制器测量电路采用软件补偿方法提高精度，满足0.5s级精度要求；使用RS-485串行传输数据实现DDC之间的异步通信或直接连接到计算机，并接受上级计算机的统一管理；具有历史曲线记录和数据存储功能，以方便用户获取和分析数据。DDC结合了各种功能，例如记录运行曲线和配置信息、实时数据显示和运行状态、热和通量累积、所有恒流、变流和变流空调系统的温度和通量调节。测试结果表明，该系统测量精度高、计算速度快、控制效果好、运行稳定性好，符合设计要求，能够满足操作环境的功能要求。

结束语

一般大楼和企业的空调系统每天机组和循环水等开关大都靠工人来操作操作规范缺乏有效管理．采用智能控制器控制空调系统由系统设定各组件开关顺序和启停时间，由系统自动运行，使系统在最优的控制方式下工作降低机组的启停频率，增加了设备的使用寿命．通过实际运行比原来节能30％左右节能效果非常好．

参考文献

[1]卢航远,戴慧江,陈静泓.模块化软件设计在空调集成系统中的应用[J].科技信息,2011(13):456.

[2]周斌.变风量空调系统(VAV)在智能建筑中的工程实例系统分析[J].科技风,2010(20):250-251.

[3]宁永生,王琪辉,张英.大型空调中央监控系统设计[J].暖通空调,2004(03):59-61+65.

[4]宁永生,王琪辉,张英.大型建筑空调系统中央监控设计[J].自动化与仪器仪表,2003(06):16-18+21.

[5]朱良军.智能大楼中空调设备自动化系统的设计[J].声学与电子工程,2001(01):42-48.