羅傳欽

文章編號(hào)：2095-6835（2016）13-0055-02

摘 要：近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，環(huán)境問題和能源問題日益突出，越來越多的人開始關(guān)注“節(jié)能減排”這一焦點(diǎn)話題。因此，為了滿足建筑節(jié)能的要求，采用新技術(shù)、新工藝最大限度地降低中央空調(diào)系統(tǒng)能耗非常有必要。詳細(xì)探究了智能化管理在中央空調(diào)系統(tǒng)中面臨的問題，結(jié)合實(shí)踐，總結(jié)并歸納出幾點(diǎn)常用的自動(dòng)化控制措施，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)；自動(dòng)控制；智能化管理；PLC控制

中圖分類號(hào)：TU831.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.055

當(dāng)前，人們對(duì)室內(nèi)空氣的要求在不斷提高，導(dǎo)致空調(diào)耗能在建筑能耗中所占的比例居高不下，出現(xiàn)了嚴(yán)重的建筑能耗問題。在這種情況下，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化頗為重要。本文針對(duì)智能化在中央空調(diào)系統(tǒng)中面臨的問題進(jìn)行分析后，提出采用繼電器控制、PLC控制、DDC控制和模糊控制等措施，促使空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)化、智能化控制管理的目的。這樣不僅滿足了空調(diào)的使用功能，對(duì)提升能源效益和環(huán)保效益也有積極的影響，具體分析如下。

1 空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化控制中存在的問題

通常情況下，由于中央空調(diào)系統(tǒng)受到諸多因素的影響，其負(fù)荷呈現(xiàn)出變化大、復(fù)雜性的特征?；谀壳澳茉春铜h(huán)保問題日益突出的情況，我們必須采取優(yōu)化方案對(duì)空調(diào)承擔(dān)的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，確?？照{(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中始終處于最佳狀態(tài)。這樣才能夠達(dá)到合理使用、降低能耗的目的。但從當(dāng)前空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況來看，空調(diào)系統(tǒng)還存在諸多問題，難以滿足能源和環(huán)保要求。例如中央空調(diào)系統(tǒng)十分龐大，反應(yīng)速度較慢，控制慣性較大，且節(jié)能效果不理想。所以，要想保證系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài)，必須要綜合考慮，結(jié)合該系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用全方位、多角度控制方案，促使其達(dá)到智能化管理的效果。

2 自動(dòng)化與智能化管理探究

空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化管理可從繼電器控制、PLC控制、DDC控制和模糊控制這四大方面具體開展。下面分析不同控制技術(shù)的應(yīng)用情況及其優(yōu)缺點(diǎn)，以期為空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化管理提供積極的指導(dǎo)。

2.1 繼電器控制方式

繼電器，作為一種電控制器件，是當(dāng)輸入量的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控制量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。繼電器具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間的互動(dòng)關(guān)系，通常情況下，將其應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化的控制電路中，其實(shí)是發(fā)揮了它的自動(dòng)開、關(guān)的作用。電磁繼電器、熱敏干簧繼電器、時(shí)間繼電器等都屬于空調(diào)系統(tǒng)中的常見繼電器類型。在正常運(yùn)行過程中，由于空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化比較大，并且對(duì)控制要求在不斷提高，繼電器動(dòng)作頻繁，這樣很容易出現(xiàn)元件故障或者是更嚴(yán)重的損壞現(xiàn)象。即便繼電器控制是開發(fā)應(yīng)用比較早的控制方式之一，但是由于自身的不足和局限性，難以保證在空調(diào)系統(tǒng)中的使用效率，比如中央空調(diào)在運(yùn)行過程中能耗大、故障率高、調(diào)節(jié)精度不合理等。所以，技術(shù)人員要利用科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步研究，提高繼電器控制在空調(diào)系統(tǒng)中的運(yùn)用效率和精準(zhǔn)度。

2.2 PLC控制方式

PLC的英文全稱是“Programmable Logic Controller”，即可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。所謂“PLC控制系統(tǒng)”，是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)等，最終形成了一種新型工業(yè)控制裝置，其應(yīng)用目的是取代繼電器、記時(shí)、計(jì)數(shù)等各項(xiàng)順序控制功能，構(gòu)建一種新型系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出使用方便、通用性強(qiáng)、可靠性高、適應(yīng)范圍廣、編程簡單、隔離性好、易維護(hù)、抗干擾能力強(qiáng)且能適應(yīng)較大的溫度變化范圍等特點(diǎn)。該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，將用戶程序調(diào)試完成后，在編程器將其程序?qū)懭隤LC存儲(chǔ)器中，并將現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)和被控制的執(zhí)行元件按照相應(yīng)的位置連接后，便能夠完成不同模塊的功能。而現(xiàn)代的PLC的編程語言主要按照簡單、易懂的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，除了有梯形圖編程功能和助記符之外，還增加了各種通訊選擇及相關(guān)參數(shù)，比如某年、某月、某時(shí)等。這些功能的增加，不僅節(jié)省了程序量，還在一定程度上縮短了開發(fā)周期。將其應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)中，通過對(duì)具體情況進(jìn)行分析可知，PLC控制主要是通過預(yù)先電腦編制程序?qū)照{(diào)系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，具體運(yùn)行步驟如圖1所示。

為了進(jìn)一步說明PLC控制方式在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，本文以組合式空調(diào)器為例，具體運(yùn)行情況為：①啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，由PLC發(fā)出控制指令并開啟回風(fēng)管和新風(fēng)管上的電動(dòng)密閉閥；做好這兩個(gè)準(zhǔn)備工作后，開啟送風(fēng)機(jī)，并且通過控制變頻器進(jìn)一步調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，促使其滿足正常工作要求。②在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢是由溫度傳感器信號(hào)決定的。將其與系統(tǒng)設(shè)定值比較后，采用PID方式控制空調(diào)變頻器，從而達(dá)到控制送風(fēng)量、調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。③系統(tǒng)接收盤管后的露點(diǎn)溫度傳感器信號(hào)，將其與系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置的參數(shù)比較后，發(fā)出指令，同時(shí)采用PID方式控制空調(diào)系統(tǒng)中的水流量，使其能夠最大限度地滿足送風(fēng)機(jī)溫度設(shè)置好的參數(shù)。④對(duì)于壓差傳感器，一般情況下，在過濾器前后具體設(shè)置。如果壓差信號(hào)超出設(shè)定值時(shí)，PLC控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這項(xiàng)功能對(duì)于保證系統(tǒng)正常運(yùn)行具有非常重要的意義。此外，報(bào)警信號(hào)還可以提醒維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)異常情況及時(shí)處理。由此可見，PLC控制方式對(duì)復(fù)雜的空調(diào)系統(tǒng)也有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。技術(shù)人員只需要在空調(diào)系統(tǒng)中選擇適當(dāng)?shù)奈恢迷黾觽鞲衅鳎?duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，便能夠?qū)崿F(xiàn)全面控制系統(tǒng)運(yùn)行的目的。PLC系統(tǒng)唯一的缺陷是體系結(jié)構(gòu)是封閉的，各PLC廠家的硬件體系相互不兼容，編程語言及指令也各異，給用戶使用帶來一定的難度。

2.3 DDC控制方式

所謂“DDC控制方式”，通常稱為“DDC控制器”。該系統(tǒng)主要由中央控制設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)DDC控制器、與設(shè)備相關(guān)的傳感器、執(zhí)行器、通訊網(wǎng)絡(luò)等共同組成，它代替了傳統(tǒng)控制組件，比如溫度開關(guān)、接收器或其他電子機(jī)械組件。此控制器的工作原理是：所有的控制邏輯由微信號(hào)處理器，并以各種控制器為基礎(chǔ)完成。在具體的工作過程中，控制器通過模擬量輸入通道（AI）和數(shù)字輸入通道（DI）采集由傳感器、觸點(diǎn)或其他儀器送來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)可接受的數(shù)字信號(hào)（A/D轉(zhuǎn)換），然后按照一定的控制規(guī)律運(yùn)算，最后發(fā)出控制信號(hào)，將數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)（D/A轉(zhuǎn)換），并通過模擬輸出通道（AO）和數(shù)字量輸出通道（DO）直接控制設(shè)備運(yùn)行。運(yùn)行原理如圖2所示。

DDC控制方式在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用目的是達(dá)到節(jié)能的效果。目前，大部分場(chǎng)合通過選擇合適的PID系數(shù)來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。PID系數(shù)越高，該控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度到設(shè)定值的速度越快；相反，則速度越慢。但是在此過程中，由于頻繁驅(qū)動(dòng)電磁閥等調(diào)節(jié)元件，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響。所以，在應(yīng)用PID系數(shù)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度時(shí)，需要綜合考慮，將對(duì)房間負(fù)荷影響最大的特征參數(shù)、房間使用功能等相關(guān)因素綜合考慮后再作設(shè)定，以便實(shí)現(xiàn)降低能耗，節(jié)約能源的目的。

DDC控制方式優(yōu)于PLC等控制方式，成為各種建筑環(huán)境控制的通用模式。現(xiàn)在，多數(shù)建筑都可使用DDC系統(tǒng)，包括辦公大樓、學(xué)校、醫(yī)院、賓館及工業(yè)建筑。DDC系統(tǒng)可安裝于各種建筑的空調(diào)系統(tǒng)中。在小型建筑空調(diào)系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是其遙控顯示器可安裝于管理服務(wù)公司；在大型建筑空調(diào)系統(tǒng)中，其優(yōu)點(diǎn)是可通過中心管理系統(tǒng)，比單個(gè)管理更省人力和能源。

2.4 模糊控制方式

所謂“模糊控制（Fuzzy Control）”，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)，主要是利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和相關(guān)理論達(dá)到控制的目的。模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。該控制模式的最大特點(diǎn)是既有系統(tǒng)化的理論，也有大量實(shí)際應(yīng)用背景?？刂埔?guī)則是模糊控制器的核心，它的正確與否直接影響到控制器的性能，其數(shù)目的多少也是衡量控制器性能的一個(gè)重要因素。模糊控制規(guī)則的形式主要可分為2種，即狀態(tài)評(píng)估模糊控制規(guī)則和目標(biāo)評(píng)估模糊控制規(guī)則。而模糊控制規(guī)則的取得方式主要有3種，即專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)、操作員的操作模式、學(xué)習(xí)。

在空調(diào)系統(tǒng)的整個(gè)控制過程中，將系統(tǒng)收集到的信息以計(jì)算機(jī)編程語言的形式輸出，并轉(zhuǎn)化為模擬規(guī)則，技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行推理、論證后，構(gòu)建出最終的模糊控制方法。例如空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)制冷劑流量的控制，由模糊控制器根據(jù)采集到空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)負(fù)荷參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行推理最終得到系統(tǒng)所需要的熱量和冷量，進(jìn)而控制節(jié)流閥開度及壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，提供適量的制冷劑蒸發(fā)以滿足用冷需求。模糊控制方式能夠進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)，確?？照{(diào)系統(tǒng)在負(fù)荷不斷變化的條件下正常運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)約能源，降低能耗的目的。由此可見，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是使用語言方便，不需要過程的精確數(shù)學(xué)模型；有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，操作人員易于通過人的自然語言進(jìn)行人機(jī)界面操作。但該系統(tǒng)也有缺點(diǎn)——缺乏系統(tǒng)性，無法定義控制目標(biāo)。此外，整個(gè)系統(tǒng)的控制精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)比較差。

由此可見，以上幾種控制方式都有自身的優(yōu)越性，將其應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制領(lǐng)域中，對(duì)實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)智能化管理有積極的意義，可達(dá)到節(jié)約資源、降低能耗的目的。但也存在一定的局限性——繼電器控制在空調(diào)系統(tǒng)中的運(yùn)用效率、精準(zhǔn)度還需要進(jìn)一步提高，PLC控制方式要提高整個(gè)系統(tǒng)的兼容性，DDC控制方式需要選擇合適的PID系數(shù)來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，模糊控制方式需要提升整個(gè)系統(tǒng)的控制精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中，要綜合考慮各種控制方式的特點(diǎn)及系統(tǒng)運(yùn)行條件、使用要求等，優(yōu)化智能控制方案。

3 結(jié)束語

綜上所述，在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，新產(chǎn)品和新技術(shù)不斷出現(xiàn)。這對(duì)于改善我們的生活質(zhì)量都有非常重要的意義。自動(dòng)化控制技術(shù)作為新技術(shù)的一類，它在人們生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域都有所涉及，本文所述的空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制與智能化管理是基于自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的，具體介紹了PLC控制方式、DDC控制方式、模糊控制和繼電器控制四大類各自的優(yōu)缺點(diǎn)。這些控制技術(shù)的應(yīng)用對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化以及滿足建筑節(jié)能需求都有相當(dāng)重要的現(xiàn)實(shí)意義。將自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)中，能夠有效降低空調(diào)能耗，節(jié)約資源，解決空調(diào)智能化控制管理存在的問題，大大提高其運(yùn)行的效率。筆者希望更多人士參與到空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制與智能化研究當(dāng)中，為實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性和舒適性目標(biāo)作出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]韓寧.樓控系統(tǒng)在空調(diào)設(shè)備節(jié)能中的應(yīng)用 對(duì)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)能顯著提升效率[J].電氣應(yīng)用，2013（02）：13-14.

[2]王利波.智能化設(shè)備管理在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的研究和應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（36）：237-238.

[3]王彥，劉宏立，楊珂.LMBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（03）：49-52.

〔編輯：劉曉芳〕