一种自校正变量风机盘管温度控制装置

廖鸣镝，程　佳

（广州市设计院）

一种自校正变量风机盘管温度控制装置

廖鸣镝，程佳

（广州市设计院）

论文介绍了一种风机盘管温度控制装置，前端采用传感器采集室内的环境温度、无人状态、门和窗开启状态信号，通过控制器数据处理单元的自校正比例积分四点中心差分PID算法，控制末端直流无刷风机的运行状态以及浮点阀的开度；从而提高风机盘管的调节精度，从管理上达到节能的效果。

温度控制；风机盘管；自校正

1　引言

随着城市经济的不断发展，人们对生活环境的热舒适性要求越来越高，这也对中央空调系统的调节精度提出了更大的挑战。空调的调节精度越高，人体热舒适性越好，超调能量损失越少。

中央空调的末端风机盘管，是实现分时温度控制和节能运行的关键。风机盘管的温度控制器主要经历了三代的发展阶段：第一代为电气式产品，多以双金属片或气动温包为温度传感器，通过“给定温度盘”调整预紧力来设定温度，风机三速开关和季节转换开关为拨档式机械开关。第二代为电子产品，多以热敏电阻或热电阻为温度传感器。第三代为智能型控制器，多采用新型控制模型和数控芯片实现智能控制。

2　方案概述

本风机盘管温控装置由盘管风机回路、盘管水阀回路、控制面板和控制器构成。通过回风温度传感器采集回风温度信号，并将检测到的信号输入控制器模拟量数据端口控制器，将输入的温度信号数据进行PID运算处理后，再将运算结果作为控制信号发送给直流无刷风机和浮点阀执行机构，使其进行同步操作。用户可根据需要通过控制面板输入设定温度，回风温度与设定温度的温差随之变化，PID控制参数也会出现不同变化。采用自校正比例积分四点中心差分PID算法对直流无刷风机和浮点阀进行同步自动控制，直流无刷风机风量大小与浮点阀的阀开度成同一趋势，即风机风量最大时阀位全开，风量降低时，阀位开度随之关小，当风机全关时，阀位闭合。用户通过控制面板手动输入或修改设定温度。另外，利用红外探测器监测风机盘管所属区域的无人状态，利用门、窗磁传感器检测门、窗的开闭状态。当室内无人或门、窗打开时，传感器检测到相应的状态信号，并将其输入控制器，控制即时或延时切断风机盘管的电源，避免不必要的能源浪费。

3　系统设计

本温控系统硬件组成包括盘管风机回路、盘管水阀回路、控制面板和控制器，系统结构如图1所示。

图1　系统结构框图

3.1盘管风机回路

盘管风机回路设置回风温度传感器、红外探测器、门窗磁传感器、直流无刷风机。

1）回风温度传感器采用PT100热敏电阻传感器，其原理是利用Pt的阻值与温度变化的线性关系，通过测量感温电阻的阻值得出温度值。该种温度传感器的测量数据准确、稳定性好、性能可靠。

2）红外探测器由双元传感器或红外微波双鉴探测器构成，探测头对准室内空间，检测室内无人状态，以便即时或延时控制断开风机盘管的电源。

3）门、窗磁传感器用于检测开门或开窗状态，同样用于即时或延时控制断开风机盘管电源。

4）直流无刷风机与控制器之间利用串口通信。在对直流无刷风机进行控制时，为得到更加稳定的控制效果，用光电耦合器进行光电隔离。

3.2盘管水阀回路

盘管水阀回路设置浮点阀，浮点阀的控制输入端与控制器输出端相连，由控制器向浮点阀输出控制电压信号，控制浮点阀开度的大小，以此调节水量。

3.3控制面板

控制面板中设置温度设定电路、显示电路、显示板、操作按钮接口和对外连接接口。控制面板输入/输出端口通过RS485通讯接口与控制器的I/O端口连接，实现自动或手动调节直流无刷风机风量及浮点阀的开度。

3.4控制器

控制器是本系统的核心，包括温度输入模块、数据处理及温度校正模块、输出及控制模块以及电源模块。主控芯片采用STC12C5A60S2单片机。控制器流程如图2所示。

图2　温度控制器流程图

1）温度输入模块用于接收温度设定电路的输出信号和回风温度传感器的输入信号。

2）数据处理及温度校正模块，通过检测回风温度与设定温度的温差变化输出温差校正量。该模块中设有PID自校正单元，采用自校正比例积分四点中心差分PID算法，用于检测回风温度与设定温度的温差变化，自动调节自校正比例和积分参数，将输入的温度信号数据进行相应的PID运算处理后，作为控制信号发送给直流无刷风机和浮点阀，进行同步自动控制。

3）输出及控制模块输出信号同步控制直流无刷风机和浮点阀。

4）电源模块设有降压型稳压器。

4　自校正变参量四点中心差分PID算法

本系统的数据处理及温度校正模块中的PID自校正单元，采用自校正比例积分四点中心差分PID算法。其表达式为：

式中：K为采样周期， T为采样周期，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数， Uo为控制量的基准值；ei为 i时刻的偏差值。

相比于常规的PID算法和比例积分四点中心差分PID算法，本系统采用的自校正比例积分四点差分PID算法具有超调量小、稳定时间短的效果，很好地解决减小超调和缩短稳定时间的矛盾，应用在对中央空调系统末端设备风机盘管的控制中，不仅使得被控房间内的温度很快接近目标温度，达到稳定状态，而且不会使被控房间内温度产生波动，控制效果较好。三种算法的调节曲线如图3所示。

图3　三种算法的调节曲线对比图

5　结束语

自校正变参量风机盘管温控装置，可根据实际参数的自动变化调节温度，实现智能化控制与管理。相比于传统风机旁观温控器的三档风速调节以及电动二通阀的开、关状态调节。本系统中的直流无刷风机的风量可以实现无级调速或调速档位在五档以上，浮点阀的开度大小也可连续调节。由于浮点阀的开度受控制器的输出电压信号控制，浮点阀通电驱动阀门缓慢开启或缓慢关闭，因此可避免目标温度值上下浮动、产生振荡，提高对风机盘管的精确度。此外，利用传感器检测室内无人状态或门、窗开启的状态，控制风机盘管的电源通断，可避免不必要的浪费，高效利用能源，在提升室内热舒适性的同时节约能源。

【1】廖鸣镝.工业烘房监控系统［D］.西安交通大学，1989.

【2】廖鸣镝，肖建平，屈国伦，李继路，陈东华.一种自校正变参量风机盘管温控方法及专用装置［P］.广东：CN102679498A，2012-09-19.

A Self-correcting Variable Parameter Fan Coil Temperature Control Device

LIAO Ming-di，CHENG Jia
（Guang Zhou Design Institute Information）

This paper introduces a temperature controller for fan coil. By virtue of a series of sensors， indoor status signals such as environment temperature， leaving， opening of windows or doors， can be collected. Then due to the data processing unit of the controller based on self-correcting proportion integration and four-point differentiation algorithm， control signal can be made. Finally， the terminal parts such as direct current brushless fans and floating valve mechanisms take the signal and change their operation status. With this device，accuracy of control on a fan coil is improved， and the effect of saving energy can be obtained.

temperature control； fan coil； self-correcting