分散控制系统在楼宇中央空调中的应用

韩 阳，朱小娟

（沈阳工程学院自动化学院，辽宁 沈阳110136）

1 引言

目前，中国空调产品总量居世界第一，为了达到最低能源消耗和最好的效果，中央空调系统必须处在最佳工作状态，必须更严格地控制室内空气环境，并可以根据人机操作界面实时监控系统操作，以最终实现节能运行。本文以某建筑智能工程项目为背景，研究开发了中央空调自控系统，分析了中央空调的总体结构和制冷系统各环节的工作原理。将分散控制技术应用于中央空调中，从而实现控制系统的控制分散和管理集中及统一协调的功能。

2 中央空调分散控制电力系统的构成

2.1 电力设备系统的构成

本实验所测试的系统包括5台冷却水泵、5台冷却塔风机、3台冷水机等基础设备。结合实际情况，也需要考虑中央空调的实地使用环境，以保证施工成本尽可能。电源供应给所有电力设备的电力系统，有单相和三相交流电，分别为12 V和24 V直流。系统安装和实验测试过程及选择开关，按钮分配，用户完成控制模块的选择都是使用按钮和开关的选择。从节能的根本目的出发，采用无人值守的自动开发设计，避免了操作的盲目性。

中央空调控制系统使用控制模块和数据采集传感器，对冷却水泵和冷冻水泵功率，冷却塔的功率，制冷变频压缩机的操作频率，冷水机组、冷冻水进出水温度，冷却水和冷冻水供回水温度、环境温度和湿度，冷却水和冷冻水流量，冷却水和冷冻水供回水压差、旁通流量等进行实时监测[2]，并实时根据相关控制进行开关量的输出。系统基本设备结构如图1所示。

图1 中央空调基本结构图

2.2 分散控制系统设计

此分散控制系统包括操作管理装置、分散过程控制装置和通信系统三个基本部分。

分散过程控制装置主要用于将生产过程中传感器等部件的过程变量转化为运行监控所需的数据，同时将运行所需的指令信息传递给执行机构[3]。从结构组成上看，它包括工艺装置和现场两个控制层。本文对中央空调制冷系统DCS的核心控制是采用PLC（现场控制液位装置）+变频器（其中一个执行器）+传感器（生产过程中的设备）来实现调速功能，从而达到节能的目的。

2.3 分散控制管理系统人机界面设计

中央空调分散控制管理系统的运行界面如图2所示。系统投入运行后，对操作台进行接口操作。它显示中央空调水系统主要设备的控制过程和工艺流程，并向操作员提供生产过程中的数据，进行实时显示和监控。具体来说，实时反馈的设备包括冷却塔、冷却泵、压缩机、制冷泵和电子膨胀阀设备。在它们的面板附近有控制块，可以双击控制块以打开操作面板并完成所需的控制操作。

图2 分散控制管理系统人机界面

操作面板有两种模式：自动模式和手动模式。两种模式可以相互切换，还可以根据实际工况，在参数设置区设置参数，以达到控制效果。功能块的频率控制，操作者可以设置变频器实时连接相应的设备，根据需要通过操作者的控制，从而达到远程控制设备的目的，不需要手动调整设备。打开PID操作面板，在设备接口有内部和外部两种模式，手动和自动开关模式，在PID操作面板，能够根据工作实际情况的变化设置手动输入，完成新的设定点[4]。同样，可以直接在操作面板上输入输出值、极限值、过程值，这样就可以根据实际工作情况更快更有效地完成控制。执行完成控制动作后，系统会有相应的响应，利用监控单元实时反馈操作页面的显示情况，使操作者可以及时了解当前系统的工作情况，决定下一个操作。界面简单明了，现场操作简单，体现了分布式控制系统分散控制、集中管理[5]的特点。

3 总结

现场实际运行情况表明，本文设计的基于DCS的中央空调冷却控制系统可以满足设计要求，运行过程稳定正常，画面操作简单快捷，并具有以下特点：可以根据相应的PID算法和装置控制变频调速；节能率可达30%左右；系统设计简单，配置灵活，具有很好的可扩展性，可应用于其他领域；用户可通过人机界面查看各控制参数的变化，并实时进行设定和调整，可实现打印、输出、报警、历史趋势存储等操作；控制系统控制过程分散，但操作管理集中；安装调试方便，操作管理方便，控制功能丰富；在软件设计中，采用分段模块化设计、块结构、程序重绕或重执行等容错设计方法，使系统更加安全可靠。