空调系统自动控制与智能化管理探讨

罗传钦

文章编号：2095-6835（2016）13-0055-02

摘 要：近年来，随着社会经济的飞速发展，环境问题和能源问题日益突出，越来越多的人开始关注“节能减排”这一焦点话题。因此，为了满足建筑节能的要求，采用新技术、新工艺最大限度地降低中央空调系统能耗非常有必要。详细探究了智能化管理在中央空调系统中面临的问题，结合实践，总结并归纳出几点常用的自动化控制措施，并对其优缺点进行了论述。

关键词：空调系统；自动控制；智能化管理；PLC控制

中图分类号：TU831.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.055

当前，人们对室内空气的要求在不断提高，导致空调耗能在建筑能耗中所占的比例居高不下，出现了严重的建筑能耗问题。在这种情况下，对空调系统实施优化颇为重要。本文针对智能化在中央空调系统中面临的问题进行分析后，提出采用继电器控制、PLC控制、DDC控制和模糊控制等措施，促使空调系统达到自动化、智能化控制管理的目的。这样不仅满足了空调的使用功能，对提升能源效益和环保效益也有积极的影响，具体分析如下。

1 空调系统自动化控制中存在的问题

通常情况下，由于中央空调系统受到诸多因素的影响，其负荷呈现出变化大、复杂性的特征。基于目前能源和环保问题日益突出的情况，我们必须采取优化方案对空调承担的负荷进行调节，确保空调系统在运行过程中始终处于最佳状态。这样才能够达到合理使用、降低能耗的目的。但从当前空调系统的运行状况来看，空调系统还存在诸多问题，难以满足能源和环保要求。例如中央空调系统十分庞大，反应速度较慢，控制惯性较大，且节能效果不理想。所以，要想保证系统始终处于最佳状态，必须要综合考虑，结合该系统的特点，采用全方位、多角度控制方案，促使其达到智能化管理的效果。

2 自动化与智能化管理探究

空调系统的自动化与智能化管理可从继电器控制、PLC控制、DDC控制和模糊控制这四大方面具体开展。下面分析不同控制技术的应用情况及其优缺点，以期为空调系统实现智能化管理提供积极的指导。

2.1 继电器控制方式

继电器，作为一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控制量发生预定的阶跃变化的一种电器。继电器具有控制系统和被控制系统之间的互动关系，通常情况下，将其应用于空调系统自动化的控制电路中，其实是发挥了它的自动开、关的作用。电磁继电器、热敏干簧继电器、时间继电器等都属于空调系统中的常见继电器类型。在正常运行过程中，由于空调系统负荷变化比较大，并且对控制要求在不断提高，继电器动作频繁，这样很容易出现元件故障或者是更严重的损坏现象。即便继电器控制是开发应用比较早的控制方式之一，但是由于自身的不足和局限性，难以保证在空调系统中的使用效率，比如中央空调在运行过程中能耗大、故障率高、调节精度不合理等。所以，技术人员要利用科学技术进一步研究，提高继电器控制在空调系统中的运用效率和精准度。

2.2 PLC控制方式

PLC的英文全称是“Programmable Logic Controller”，即可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统。所谓“PLC控制系统”，是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、自动控制技术、计算机技术和通讯技术等，最终形成了一种新型工业控制装置，其应用目的是取代继电器、记时、计数等各项顺序控制功能，构建一种新型系统。PLC控制系统呈现出使用方便、通用性强、可靠性高、适应范围广、编程简单、隔离性好、易维护、抗干扰能力强且能适应较大的温度变化范围等特点。该系统在应用过程中，将用户程序调试完成后，在编程器将其程序写入PLC存储器中，并将现场的输入信号和被控制的执行元件按照相应的位置连接后，便能够完成不同模块的功能。而现代的PLC的编程语言主要按照简单、易懂的标准设计，除了有梯形图编程功能和助记符之外，还增加了各种通讯选择及相关参数，比如某年、某月、某时等。这些功能的增加，不仅节省了程序量，还在一定程度上缩短了开发周期。将其应用于空调系统中，通过对具体情况进行分析可知，PLC控制主要是通过预先电脑编制程序对空调系统的各个设备进行自动化控制，具体运行步骤如图1所示。

为了进一步说明PLC控制方式在空调系统中的应用情况，本文以组合式空调器为例，具体运行情况为：①启动整个系统时，由PLC发出控制指令并开启回风管和新风管上的电动密闭阀；做好这两个准备工作后，开启送风机，并且通过控制变频器进一步调节风机的转速，促使其满足正常工作要求。②在系统运行过程中，送风机转速的快慢是由温度传感器信号决定的。将其与系统设定值比较后，采用PID方式控制空调变频器，从而达到控制送风量、调节风机转速的目的。③系统接收盘管后的露点温度传感器信号，将其与系统自动设置的参数比较后，发出指令，同时采用PID方式控制空调系统中的水流量，使其能够最大限度地满足送风机温度设置好的参数。④对于压差传感器，一般情况下，在过滤器前后具体设置。如果压差信号超出设定值时，PLC控制系统会自动发出报警信号。这项功能对于保证系统正常运行具有非常重要的意义。此外，报警信号还可以提醒维护人员对系统异常情况及时处理。由此可见，PLC控制方式对复杂的空调系统也有非常重要的应用价值。技术人员只需要在空调系统中选择适当的位置增加传感器，并对相关参数进行设置，便能够实现全面控制系统运行的目的。PLC系统唯一的缺陷是体系结构是封闭的，各PLC厂家的硬件体系相互不兼容，编程语言及指令也各异，给用户使用带来一定的难度。

2.3 DDC控制方式

所谓“DDC控制方式”，通常称为“DDC控制器”。该系统主要由中央控制设备，现场DDC控制器、与设备相关的传感器、执行器、通讯网络等共同组成，它代替了传统控制组件，比如温度开关、接收器或其他电子机械组件。此控制器的工作原理是：所有的控制逻辑由微信号处理器，并以各种控制器为基础完成。在具体的工作过程中，控制器通过模拟量输入通道（AI）和数字输入通道（DI）采集由传感器、触点或其他仪器送来的实时数据，并将模拟信号转变成计算机可接受的数字信号（A/D转换），然后按照一定的控制规律运算，最后发出控制信号，将数字量信号转变成模拟信号（D/A转换），并通过模拟输出通道（AO）和数字量输出通道（DO）直接控制设备运行。运行原理如图2所示。

DDC控制方式在空调系统中的应用目的是达到节能的效果。目前，大部分场合通过选择合适的PID系数来调节室内温度。PID系数越高，该控制系统调节室内温度到设定值的速度越快；相反，则速度越慢。但是在此过程中，由于频繁驱动电磁阀等调节元件，整个系统的稳定性受到严重影响。所以，在应用PID系数调节室内温度时，需要综合考虑，将对房间负荷影响最大的特征参数、房间使用功能等相关因素综合考虑后再作设定，以便实现降低能耗，节约能源的目的。

DDC控制方式优于PLC等控制方式，成为各种建筑环境控制的通用模式。现在，多数建筑都可使用DDC系统，包括办公大楼、学校、医院、宾馆及工业建筑。DDC系统可安装于各种建筑的空调系统中。在小型建筑空调系统中，该系统的优点是其遥控显示器可安装于管理服务公司；在大型建筑空调系统中，其优点是可通过中心管理系统，比单个管理更省人力和能源。

2.4 模糊控制方式

所谓“模糊控制（Fuzzy Control）”，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术，主要是利用模糊数学的基本思想和相关理论达到控制的目的。模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。该控制模式的最大特点是既有系统化的理论，也有大量实际应用背景。控制规则是模糊控制器的核心，它的正确与否直接影响到控制器的性能，其数目的多少也是衡量控制器性能的一个重要因素。模糊控制规则的形式主要可分为2种，即状态评估模糊控制规则和目标评估模糊控制规则。而模糊控制规则的取得方式主要有3种，即专家的经验和知识、操作员的操作模式、学习。

在空调系统的整个控制过程中，将系统收集到的信息以计算机编程语言的形式输出，并转化为模拟规则，技术人员对其进行推理、论证后，构建出最终的模糊控制方法。例如空调系统运行时对制冷剂流量的控制，由模糊控制器根据采集到空调系统运行的相关负荷参数，对其进行推理最终得到系统所需要的热量和冷量，进而控制节流阀开度及压缩机转速，提供适量的制冷剂蒸发以满足用冷需求。模糊控制方式能够进一步优化系统，确保空调系统在负荷不断变化的条件下正常运行，从而达到节约能源，降低能耗的目的。由此可见，该系统的优点是使用语言方便，不需要过程的精确数学模型；有较强的容错能力，操作人员易于通过人的自然语言进行人机界面操作。但该系统也有缺点——缺乏系统性，无法定义控制目标。此外，整个系统的控制精度和动态品质比较差。

由此可见，以上几种控制方式都有自身的优越性，将其应用于空调系统自动控制领域中，对实现空调系统智能化管理有积极的意义，可达到节约资源、降低能耗的目的。但也存在一定的局限性——继电器控制在空调系统中的运用效率、精准度还需要进一步提高，PLC控制方式要提高整个系统的兼容性，DDC控制方式需要选择合适的PID系数来调节室内温度，模糊控制方式需要提升整个系统的控制精度和动态品质。在实际应用中，要综合考虑各种控制方式的特点及系统运行条件、使用要求等，优化智能控制方案。

3 结束语

综上所述，在信息技术高速发展的今天，新产品和新技术不断出现。这对于改善我们的生活质量都有非常重要的意义。自动化控制技术作为新技术的一类，它在人们生产生活的各个领域都有所涉及，本文所述的空调系统自动控制与智能化管理是基于自动化控制技术的应用进一步实现的，具体介绍了PLC控制方式、DDC控制方式、模糊控制和继电器控制四大类各自的优缺点。这些控制技术的应用对进一步实现空调系统自动化、智能化以及满足建筑节能需求都有相当重要的现实意义。将自动化控制技术应用于空调系统中，能够有效降低空调能耗，节约资源，解决空调智能化控制管理存在的问题，大大提高其运行的效率。笔者希望更多人士参与到空调系统自动控制与智能化研究当中，为实现空调系统的节能性和舒适性目标作出更大的贡献。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕