本發(fā)明屬于空調(diào)自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及中央空調(diào)自動控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

中央空調(diào)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用領(lǐng)域，如賓館、酒店、寫字樓、商場、醫(yī)院、現(xiàn)代化工業(yè)廠房等。相對于石油化工、電力、鋼鐵等過程工業(yè)領(lǐng)域，中央空調(diào)控制技術(shù)仍有大幅提升的空間。長期以來，中央空調(diào)系統(tǒng)大多仍在傳統(tǒng)模式下運行，環(huán)境溫度和空調(diào)實際使用面積發(fā)生變化時，電機都固定在工頻狀態(tài)下全速運行，造成很大的能源浪費。近年來，這一問題已引起國內(nèi)外制冷工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，采用通用變頻器對中央空調(diào)系統(tǒng)中的水泵和風(fēng)機等進(jìn)行控制，可在一定程度上節(jié)約水泵和風(fēng)機等電機的能耗。不過，由于種種原因，使用變頻器的電機，很大一部分是開環(huán)、手動，仍然達(dá)不到應(yīng)有的節(jié)電效果。

在石油化工、電力、鋼鐵等過程工業(yè)領(lǐng)域，控制計算機已經(jīng)普遍采用了通用的dcs（分布式控制系統(tǒng)）、plc（可編程邏輯控制器）、fcs（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）或?qū)Ｓ贸商卓刂蒲b置；而空調(diào)、制冷設(shè)備系統(tǒng)控制，更多的是基于專用儀表機理如何實現(xiàn)控制功能?？照{(diào)、制冷系統(tǒng)控制硬件上仍處于ddc（直接數(shù)字控制）儀表階段，從控制方法上，國內(nèi)外已經(jīng)普遍采用了pid調(diào)節(jié)器，并且在大力推廣先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用；而空調(diào)制冷設(shè)備控制仍處于pid調(diào)節(jié)都用得不多的階段。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種運行耗電省、控制效果好的中央空調(diào)自動控制系統(tǒng)。

本發(fā)明中，中央空調(diào)系統(tǒng)，如圖1所示，包括主機系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、末端溫度系統(tǒng)以及冷卻水循環(huán)系統(tǒng)等四個子系統(tǒng)。其中，主機系統(tǒng)由壓縮機、蒸發(fā)器、澎脹閥和冷凝器依次連構(gòu)成接；冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由水泵、冷卻裝置、冷凝器依次連接構(gòu)成；冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由冷凍水泵、蒸發(fā)器中的一系列盤管依次連接構(gòu)成；末端溫度系統(tǒng)包括一系列分別與各盤管連接的風(fēng)機及對應(yīng)的房間。

低溫冷凍水經(jīng)過盤管及風(fēng)機，將冷風(fēng)送入末端各房間，達(dá)到制冷降溫的效果。同時，冷凍循環(huán)水溫度有所升高。之后，循環(huán)水通過冷凍水泵被泵入主機系統(tǒng)的蒸發(fā)器盤管中，與制冷劑進(jìn)行間接熱交換，重新變成低溫冷凍水。主機系統(tǒng)中的制冷劑在冷凝器中釋放熱量，其釋放的熱量被冷卻循環(huán)水系統(tǒng)帶走。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)均是主機系統(tǒng)的從動系統(tǒng)。當(dāng)主機系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時，對冷凍水、冷卻水的需求量也會自動地發(fā)生變化。

本發(fā)明通過采用plc、變頻器、蒸發(fā)與冷凝中一些專用儀表和常規(guī)儀表，加上帶有pid調(diào)節(jié)功能和先進(jìn)控制與優(yōu)化功能的控制器，形成如下具有動態(tài)反饋功能的閉環(huán)控制回路：（1）冷凍水溫度自動控制回路，（2）末端房間溫度自動控制回路、（3）冷卻水溫度自動控制回路。每個自動控制回路包括參數(shù)檢測裝置、基于計算機的控制器、以及相應(yīng)的執(zhí)行裝置等，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運行，在滿足制冷需求的前提下，降低各環(huán)節(jié)中的能耗，其中：

（1）冷凍水溫度自動控制回路，其控制框圖如圖2所示。該控制回路由冷凍水回水溫度檢測裝置、溫度控制器、冷凍水循環(huán)水泵變頻器、冷凍水循環(huán)流量檢測裝置依次連接組成；把檢測到的回水溫度值與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，并把比較結(jié)果作為溫度控制器的輸入信號；溫度控制器根據(jù)當(dāng)前輸入信號與歷史輸入信號，通過一定的控制算法，得到控制器的輸出；該輸出信號作為冷凍水循環(huán)水泵前端變頻器的輸入，自動調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)冷凍水的流量。流量的改變使得冷凍水與若干盤管進(jìn)行熱交換后的溫度發(fā)生相應(yīng)改變，從而達(dá)到回水溫度自動控制的效果。在溫度控制器設(shè)計的過程中，充分考慮盤管風(fēng)機的狀態(tài)與環(huán)境空氣溫度對回水溫度的影響，確保回路系統(tǒng)的控制品質(zhì)。控制器可采用常規(guī)pid控制策略，也可根據(jù)控制性能指標(biāo)要求采用先進(jìn)控制策略；

（2）末端房間溫度自動控制回路，其控制框圖如圖3所示。該控制回路由房間溫度檢測裝置、溫度控制器、盤管風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)、風(fēng)機轉(zhuǎn)速檢測裝置依次連接組成。把檢測到的末端房間溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，并把比較結(jié)果作為控制器的輸入信號；控制器根據(jù)當(dāng)前輸入信號與歷史輸入信號，通過一定的控制算法，得到控制器的輸出；控制器輸出信號作為盤管風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)的輸入，自動調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)末端房間的溫度。在本回路中，控制器設(shè)計充分考慮冷凍循環(huán)水系統(tǒng)中的冷凍水溫度與流量對末端房間溫度的影響，確保本回路系統(tǒng)的動態(tài)與靜態(tài)控制品質(zhì)?？刂破骺刹捎贸Ｒ?guī)pid控制策略，也可根據(jù)控制性能指標(biāo)要求采用先進(jìn)控制策略。pid控制或先進(jìn)控制策略的參數(shù)確定可根據(jù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的模型參數(shù)，通過理論分析計算，并在系統(tǒng)運行現(xiàn)場反復(fù)調(diào)試后得到；

（3）冷卻水溫度自動控制回路，其控制框圖如圖4所示。該控制回路由出冷凝器冷卻水溫度檢測裝置、進(jìn)冷凝器冷卻水溫度檢測裝置、控制器、冷卻水循環(huán)水泵變頻器、冷卻水循環(huán)流量檢測裝置、冷卻塔風(fēng)機轉(zhuǎn)速檢測、冷卻塔環(huán)境大氣溫度檢測（對于地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，冷卻裝置無需冷卻塔，相應(yīng)的風(fēng)機轉(zhuǎn)速和環(huán)境大氣溫度無需檢測）等依次連接組成。把檢測到的出冷凝器冷卻水溫度值與設(shè)定值做比較，將比較結(jié)果作為控制器的輸入信號；控制器根據(jù)當(dāng)前輸入信號與歷史輸入信號，通過一定的控制算法，得到控制器的輸出；控制器輸出信號作為冷卻水循環(huán)水泵變頻器的輸入，自動調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)出冷凝器冷卻水的溫度。在本控制回路中，控制器設(shè)計需要充分考慮冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中的進(jìn)冷凝器冷卻水溫度對系統(tǒng)的影響，確?？刂苹芈废到y(tǒng)的動態(tài)與靜態(tài)控制品質(zhì)?？刂破骺刹捎贸Ｒ?guī)pid控制策略，也可根據(jù)控制性能指標(biāo)要求采用先進(jìn)控制策略。pid控制或先進(jìn)控制策略的參數(shù)確定可根據(jù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的模型參數(shù)，通過理論分析計算，并在系統(tǒng)運行現(xiàn)場反復(fù)調(diào)試后得到。

在中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時，通過以上具有動態(tài)反饋功能的閉環(huán)控制回路，可以在滿足末端房間制冷溫度需求的前提下，通過自動調(diào)節(jié)設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能。具體而言：

對于冷凍水溫度自動控制回路，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時，為保證末端房間室溫，需要自動調(diào)節(jié)低溫空氣流量，從而影響到冷凍循環(huán)水的回水溫度。為保持室溫不變，控制回路會通過自動控制冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，因而自動控制冷凍水的流量，使冷凍水泵電機自動適應(yīng)負(fù)荷變化而保持冷凍回水溫度不變，不必將水泵電機一直處于滿負(fù)荷狀態(tài)，從而節(jié)電。

對于末端房間溫度自動控制回路，根據(jù)末端房間的制冷需求，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時，控制回路會自動調(diào)節(jié)盤管風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，不必一直處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，從而節(jié)電。

對于冷卻水溫度自動控制回路，當(dāng)中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時，控制回路會通過自動調(diào)節(jié)出冷凝器的冷卻水溫度，自動改變冷卻水流量，使冷卻水循環(huán)水泵不必一直處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，從而節(jié)電。

附圖說明

圖1為中央空調(diào)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為冷凍水溫度控制回路方框圖。

圖3為末端房間溫度控制回路方框圖。

圖4為冷卻水溫度控制回路方框圖。

具體實施方式

本發(fā)明提出的中央空調(diào)控制系統(tǒng)，涉及的控制回路儀表包括：冷凍水溫度傳感器、末端房間溫度傳感器、冷卻水溫度傳感器、冷凍水流量傳感器、冷卻水流量傳感器、控制器（基于plc實現(xiàn)的pid控制器或基于工控機的先進(jìn)算法控制器）、電機變頻器等。具體實施方式為：在（1）冷凍水溫度自動控制回路中，回水溫度檢測值與設(shè)定值（該值可通過優(yōu)化算法給出）比較后，送入控制器。在控制回路投入自動運行之前，根據(jù)系統(tǒng)辨識得到的模型，設(shè)計pid控制器的參數(shù)。在控制回路調(diào)試運行階段，根據(jù)實際控制性能再對控制器參數(shù)作相應(yīng)修正調(diào)整。也可以不對系統(tǒng)進(jìn)行模型辨識，直接在調(diào)試運行階段，采用工程整定方法，如臨界比例度法、衰減曲線法等得到控制器的參數(shù)?？刂苹芈吠度胱詣舆\行后，控制器根據(jù)當(dāng)前及歷史輸入，得到控制器輸出，通過變頻器自動調(diào)節(jié)冷凍循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)冷凍水的流量，從而達(dá)到自動控制回水溫度的效果，實現(xiàn)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能。在pid控制器實現(xiàn)回路自動控制的基礎(chǔ)上，還可以采用先進(jìn)控制如預(yù)測控制策略，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高。

與冷凍水溫度自動控制回路的實施過程相類似，在（2）末端房間溫度自動控制回路中，末端房間溫度檢測值與設(shè)定值比較后，送入本回路控制器。在控制回路投入自動運行之前，根據(jù)系統(tǒng)辨識得到的模型，通過理論設(shè)計得到pid控制器的參數(shù)。在調(diào)試運行階段，根據(jù)實際控制性能再對控制器參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)修正調(diào)整。也可直接在調(diào)試運行階段，采用工程整定方法，如臨界比例度法、衰減曲線法等得到控制器參數(shù)。在控制回路投入自動運行后，控制器根據(jù)當(dāng)前及歷史輸入，得到控制器輸出，通過變頻器自動調(diào)節(jié)盤管風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)冷凍水與末端房間的冷量交換，達(dá)到自動調(diào)節(jié)末端房間溫度的效果，實現(xiàn)末端溫度系統(tǒng)的節(jié)能。在pid控制器實現(xiàn)回路自動控制的基礎(chǔ)上，還可以采用先進(jìn)控制如預(yù)測控制策略等，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高。

在（3）冷卻水溫度自動控制回路中，出冷凝器冷卻水溫度檢測值與設(shè)定值比較后，送入回路控制器。對于采用地源水介質(zhì)的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，控制器通過變頻器自動調(diào)節(jié)潛水泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)地源水與主機系統(tǒng)冷凝器的熱量交換，實現(xiàn)回水溫度的自動調(diào)節(jié)。對于采用冷卻塔裝置的冷卻循環(huán)系統(tǒng)，增加冷卻塔風(fēng)機轉(zhuǎn)速檢測裝置、環(huán)境大氣溫度檢測裝置、冷卻塔風(fēng)機控制裝置，作為本控制回路的前饋擾動量加以考慮，以提高回路的控制品質(zhì)。在控制回路投入自動運行之前，根據(jù)系統(tǒng)辨識模型，通過理論設(shè)計得到pid控制器的參數(shù)。在調(diào)試運行階段，根據(jù)實際控制性能再對控制器參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)修正調(diào)整。也可直接在調(diào)試運行階段，采用工程整定方法，如臨界比例度法、衰減曲線法等確定控制器參數(shù)。在控制回路投入自動運行后，控制器根據(jù)當(dāng)前及歷史輸入，得到控制器輸出，通過變頻器自動調(diào)節(jié)冷卻水泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)冷卻水的流量，達(dá)到自動調(diào)節(jié)出冷凝器冷卻水溫度的效果，實現(xiàn)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能。在pid控制器實現(xiàn)回路自動控制的基礎(chǔ)上，還可以采用先進(jìn)控制如預(yù)測控制策略等，實現(xiàn)本回路控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高。