空調系統自動控制與智能化管理探討

羅傳欽

文章編號：2095-6835（2016）13-0055-02

摘 要：近年來，隨著社會經濟的飛速發展，環境問題和能源問題日益突出，越來越多的人開始關注“節能減排”這一焦點話題。因此，為了滿足建筑節能的要求，采用新技術、新工藝最大限度地降低中央空調系統能耗非常有必要。詳細探究了智能化管理在中央空調系統中面臨的問題，結合實踐，總結并歸納出幾點常用的自動化控制措施，并對其優缺點進行了論述。

關鍵詞：空調系統；自動控制；智能化管理；PLC控制

中圖分類號：TU831.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.055

當前，人們對室內空氣的要求在不斷提高，導致空調耗能在建筑能耗中所占的比例居高不下，出現了嚴重的建筑能耗問題。在這種情況下，對空調系統實施優化頗為重要。本文針對智能化在中央空調系統中面臨的問題進行分析后，提出采用繼電器控制、PLC控制、DDC控制和模糊控制等措施，促使空調系統達到自動化、智能化控制管理的目的。這樣不僅滿足了空調的使用功能，對提升能源效益和環保效益也有積極的影響，具體分析如下。

1 空調系統自動化控制中存在的問題

通常情況下，由于中央空調系統受到諸多因素的影響，其負荷呈現出變化大、復雜性的特征?；谀壳澳茉春铜h保問題日益突出的情況，我們必須采取優化方案對空調承擔的負荷進行調節，確?？照{系統在運行過程中始終處于最佳狀態。這樣才能夠達到合理使用、降低能耗的目的。但從當前空調系統的運行狀況來看，空調系統還存在諸多問題，難以滿足能源和環保要求。例如中央空調系統十分龐大，反應速度較慢，控制慣性較大，且節能效果不理想。所以，要想保證系統始終處于最佳狀態，必須要綜合考慮，結合該系統的特點，采用全方位、多角度控制方案，促使其達到智能化管理的效果。

2 自動化與智能化管理探究

空調系統的自動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的應用情況及其優缺點，以期為空調系統實現智能化管理提供積極的指導。

2.1 繼電器控制方式

繼電器，作為一種電控制器件，是當輸入量的變化達到規定要求時，在電氣輸出電路中使被控制量發生預定的階躍變化的一種電器。繼電器具有控制系統和被控制系統之間的互動關系，通常情況下，將其應用于空調系統自動化的控制電路中，其實是發揮了它的自動開、關的作用。電磁繼電器、熱敏干簧繼電器、時間繼電器等都屬于空調系統中的常見繼電器類型。在正常運行過程中，由于空調系統負荷變化比較大，并且對控制要求在不斷提高，繼電器動作頻繁，這樣很容易出現元件故障或者是更嚴重的損壞現象。即便繼電器控制是開發應用比較早的控制方式之一，但是由于自身的不足和局限性，難以保證在空調系統中的使用效率，比如中央空調在運行過程中能耗大、故障率高、調節精度不合理等。所以，技術人員要利用科學技術進一步研究，提高繼電器控制在空調系統中的運用效率和精準度。

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，一種數字運算操作的電子系統。所謂“PLC控制系統”，是在傳統的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、自動控制技術、計算機技術和通訊技術等，最終形成了一種新型工業控制裝置，其應用目的是取代繼電器、記時、計數等各項順序控制功能，構建一種新型系統。PLC控制系統呈現出使用方便、通用性強、可靠性高、適應范圍廣、編程簡單、隔離性好、易維護、抗干擾能力強且能適應較大的溫度變化范圍等特點。該系統在應用過程中，將用戶程序調試完成后，在編程器將其程序寫入PLC存儲器中，并將現場的輸入信號和被控制的執行元件按照相應的位置連接后，便能夠完成不同模塊的功能。而現代的PLC的編程語言主要按照簡單、易懂的標準設計，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參數，比如某年、某月、某時等。這些功能的增加，不僅節省了程序量，還在一定程度上縮短了開發周期。將其應用于空調系統中，通過對具體情況進行分析可知，PLC控制主要是通過預先電腦編制程序對空調系統的各個設備進行自動化控制，具體運行步驟如圖1所示。

為了進一步說明PLC控制方式在空調系統中的應用情況，本文以組合式空調器為例，具體運行情況為：①啟動整個系統時，由PLC發出控制指令并開啟回風管和新風管上的電動密閉閥；做好這兩個準備工作后，開啟送風機，并且通過控制變頻器進一步調節風機的轉速，促使其滿足正常工作要求。②在系統運行過程中，送風機轉速的快慢是由溫度傳感器信號決定的。將其與系統設定值比較后，采用PID方式控制空調變頻器，從而達到控制送風量、調節風機轉速的目的。③系統接收盤管后的露點溫度傳感器信號，將其與系統自動設置的參數比較后，發出指令，同時采用PID方式控制空調系統中的水流量，使其能夠最大限度地滿足送風機溫度設置好的參數。④對于壓差傳感器，一般情況下，在過濾器前后具體設置。如果壓差信號超出設定值時，PLC控制系統會自動發出報警信號。這項功能對于保證系統正常運行具有非常重要的意義。此外，報警信號還可以提醒維護人員對系統異常情況及時處理。由此可見，PLC控制方式對復雜的空調系統也有非常重要的應用價值。技術人員只需要在空調系統中選擇適當的位置增加傳感器，并對相關參數進行設置，便能夠實現全面控制系統運行的目的。PLC系統唯一的缺陷是體系結構是封閉的，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”。該系統主要由中央控制設備，現場DDC控制器、與設備相關的傳感器、執行器、通訊網絡等共同組成，它代替了傳統控制組件，比如溫度開關、接收器或其他電子機械組件。此控制器的工作原理是：所有的控制邏輯由微信號處理器，并以各種控制器為基礎完成。在具體的工作過程中，控制器通過模擬量輸入通道（AI）和數字輸入通道（DI）采集由傳感器、觸點或其他儀器送來的實時數據，并將模擬信號轉變成計算機可接受的數字信號（A/D轉換），然后按照一定的控制規律運算，最后發出控制信號，將數字量信號轉變成模擬信號（D/A轉換），并通過模擬輸出通道（AO）和數字量輸出通道（DO）直接控制設備運行。運行原理如圖2所示。

DDC控制方式在空調系統中的應用目的是達到節能的效果。目前，大部分場合通過選擇合適的PID系數來調節室內溫度。PID系數越高，該控制系統調節室內溫度到設定值的速度越快；相反，則速度越慢。但是在此過程中，由于頻繁驅動電磁閥等調節元件，整個系統的穩定性受到嚴重影響。所以，在應用PID系數調節室內溫度時，需要綜合考慮，將對房間負荷影響最大的特征參數、房間使用功能等相關因素綜合考慮后再作設定，以便實現降低能耗，節約能源的目的。

DDC控制方式優于PLC等控制方式，成為各種建筑環境控制的通用模式?，F在，多數建筑都可使用DDC系統，包括辦公大樓、學校、醫院、賓館及工業建筑。DDC系統可安裝于各種建筑的空調系統中。在小型建筑空調系統中，該系統的優點是其遙控顯示器可安裝于管理服務公司；在大型建筑空調系統中，其優點是可通過中心管理系統，比單個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的一種計算機數字控制技術，主要是利用模糊數學的基本思想和相關理論達到控制的目的。模糊控制實質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是既有系統化的理論，也有大量實際應用背景?？刂埔巹t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，其數目的多少也是衡量控制器性能的一個重要因素。模糊控制規則的形式主要可分為2種，即狀態評估模糊控制規則和目標評估模糊控制規則。而模糊控制規則的取得方式主要有3種，即專家的經驗和知識、操作員的操作模式、學習。

在空調系統的整個控制過程中，將系統收集到的信息以計算機編程語言的形式輸出，并轉化為模擬規則，技術人員對其進行推理、論證后，構建出最終的模糊控制方法。例如空調系統運行時對制冷劑流量的控制，由模糊控制器根據采集到空調系統運行的相關負荷參數，對其進行推理最終得到系統所需要的熱量和冷量，進而控制節流閥開度及壓縮機轉速，提供適量的制冷劑蒸發以滿足用冷需求。模糊控制方式能夠進一步優化系統，確?？照{系統在負荷不斷變化的條件下正常運行，從而達到節約能源，降低能耗的目的。由此可見，該系統的優點是使用語言方便，不需要過程的精確數學模型；有較強的容錯能力，操作人員易于通過人的自然語言進行人機界面操作。但該系統也有缺點——缺乏系統性，無法定義控制目標。此外，整個系統的控制精度和動態品質比較差。

由此可見，以上幾種控制方式都有自身的優越性，將其應用于空調系統自動控制領域中，對實現空調系統智能化管理有積極的意義，可達到節約資源、降低能耗的目的。但也存在一定的局限性——繼電器控制在空調系統中的運用效率、精準度還需要進一步提高，PLC控制方式要提高整個系統的兼容性，DDC控制方式需要選擇合適的PID系數來調節室內溫度，模糊控制方式需要提升整個系統的控制精度和動態品質。在實際應用中，要綜合考慮各種控制方式的特點及系統運行條件、使用要求等，優化智能控制方案。

3 結束語

綜上所述，在信息技術高速發展的今天，新產品和新技術不斷出現。這對于改善我們的生活質量都有非常重要的意義。自動化控制技術作為新技術的一類，它在人們生產生活的各個領域都有所涉及，本文所述的空調系統自動控制與智能化管理是基于自動化控制技術的應用進一步實現的，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缺點。這些控制技術的應用對進一步實現空調系統自動化、智能化以及滿足建筑節能需求都有相當重要的現實意義。將自動化控制技術應用于空調系統中，能夠有效降低空調能耗，節約資源，解決空調智能化控制管理存在的問題，大大提高其運行的效率。筆者希望更多人士參與到空調系統自動控制與智能化研究當中，為實現空調系統的節能性和舒適性目標作出更大的貢獻。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕