毕业设计论文基于LONWORKS技术的空调自控系统设计文档格式.docx
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在对系统送风温度控制回路的调节器的参数进行整定时,使用了史密斯预估补偿法来克服纯滞后环节对系统带来的影响;
整定VAV末端串级控制回路,采用“先内后外”的原则,并结合临界比例度整定法对系统进行了整定。
此外,本文还运用了单纯型法对PID参数进行优化,使得调节效果更加显著。
关键词:
变风量空调,LonWorks技术,史密斯预估补偿,
寻优
DesignofAutomaticControlinVAVSystem
BasedonLonWorksTechnology
Abstract
Nowadays,VAVair-conditioningsystemhasgraduallybecomemostpopularinChinaandabroadbecauseofitssignificantenergysaving.
AccordingtoanalyzingtheprincipleofcontrolonVAVexperimentalsystemandcombiningwiththedesigningrequirement,weselectsixinputandoutputmoduleofLonWorks,tocompletethetransmissionofthesignalandmutualcommunicationamongthemodules.Oneinputmodule(airflowtemperature,pipelinestaticpressure,carbondioxidedensity)correspondtooneoutputmodule(opendegreeofwatervalve,frequencyofconverter,opendegreeofnewairflowvalve).Thetransducerssendtheon–the-spotsignalstoinputmodules,andthentheinputmodulessendittooutputmodulesthroughthetwistwire.Thesesignals,whichareoperatedbyPIDcontroller,areconversedintocontrolsignals.Thecontrolsignalscandriveactuatortocompletetheon-the-spotcontrol.Inthisway,notonlythecostofthewirecanbesaved,butalsothecontrolofthesystemcanbecomemoreconvenient,makethecontrolsystemmoresafe.Inaddition,weuseKingview6.5andLonMakerforWindowssoftwaredesigningthemonitoringman-machineinterfacetomonitorthewholesystem.
Whensettingtheparametersofthecontrollerintheairflowtemperaturecontrolloop,weselectSmithpredictortoovercomedisturbing,whichwasinducedbydelaylinksoftheloop;
whenadjusttheVAVboxseriesloops,weadjusttheinter-loopfirstly,aftertheinter-loopwasadjustedwell,weusethecriticalproportionmethodtoadjusttheouter-loop.Bytheway,asimplexmethodisadoptedtofindthebestparameters.
KeyWords:
VAVaircondition,LonWorkstechnology,
Smithpredictor,Optimization
1绪论
1.1变风量空调概述
1.1.1变风量空调系统简介
随着人民生活水平不断提高和科技水平的不断发展,空调系统已成为人们生活中不可缺少的一部分。
但是,随着空调系统的大量使用,其能量消耗问题也日益突出。
尤其是在欧美等一些发达国家,空调能耗占整个建筑物能耗的50%,其中冷热源使用能量占40%,输送系统占60%。
所以,采用有效的空气调节方式对智能建筑的EMC(EnergyManagementControl)系统节能具有重要意义。
变风量空调系统是通过改变送风量来调节和控制某一空调区域温度的一种空调系统,属于全空气式空调方式。
该系统是通过变风量箱调节送入房间的风量或新回风混合比,并相应调节空调机组(AHU)的风量或新回风混合比来控制某一空调区域温度的空调系统。
它是通过向空调房间输送足够数量的\经过一定处理了的空气,用以消除室内的余热和余湿负荷,并且当室内负荷变化时,用改变送风量的方法维持室内所需的温度和湿度的。
送入房间的风量可按
确定的(G为送风量,Q为空调房间室内负荷,
为空气定压比热容,
为室内空气温度和送风温度)。
由该式可知,当室内负荷Q值发生变化而又需要使室内温度
保持不变时,可将送风量G固定,而改变送风温度
对应于这种方式的空调系统一般称为定风量系统CAV(ConstantAirVolume);
也可将送风温度
固定,而改变送风量G,这种空调系统则称为变风量系统VAV(VariableAirVolumeSystem)。
1.1.2变风量系统基本结构
变风量(VAV)空调系统由空气处理机组(Air-HandlingUnits)、风道系统(主风管、支风管)、VAV末端装置(TerminalUnits)、送风散流器以及必要的自控装置等五部分组成,具体介绍如下:
图1.1变风量(VAV)空调系统的结构原理图
1.新风门2.混风门3.排风门4.过滤器5.表冷器6.喷淋器
7.变频风机8.VAV末端装置9.温度传感器10.送风散流器
1)空气处理机组(Air-HandlingUnits,AHU)
空气处理机组(即空调机组),是为满足空调房间对送风状态的要求而对空气进行净化和热、湿处理的设备。
空气处理设备由普通的新风隔栅、新风阀、回风阀、送风阀、过滤器、预热器(如果需要的话)、表冷器和变容量送风机和回风机组成。
2)风道系统
风道系统主要由送风管道和回风管道组成。
可分为主风管道和支风管道。
3)VAV末端装置(VAVTerminalUnits)
VAV末端装置是变风量系统的关键设备,它可以接受室温调节器的指令,根据室温的高低,自动调节送风量,以满足室内负荷的需求。
按变风量调节原理分,VAV末端装置可以分为四种基本类型,即节流型,风机动力型(FanPowered)、双风道型和旁通型等四种。
而在这四种类型中目前设计使用最多的是节流型和风机动力型。
①节流型
节流型变风量装置是最基本的变风量末端装置,它通过改变空气流到的截面积而改变风量,其他几种都是在节流型的基础上变化发展起来的。
节流型变风量末端装置应该满足三点要求:
a.能根据室内负荷变化自动调节送风量;
b.应具有定风量的功能,不会因系统中其他风口风量调节而导致的冯道静压变化引起该装置送风量的再变化;
c.应避免节流时产生噪声及对室内气流组织产生不利影响。
②风机动力型
风机动力型变风量末端装置(Fan Powered Terminals)是在节流型变风量末端装置中内置加压风机的产物。
通过加压风机使来自回风道或吊顶内的热风与以此风混合而后送入室内。
根据加压风机与变风量阀的排列方式又分为串联风机动力型和并联风机动力型两种。
所谓串联风机动力型是指风机和变风量阀串联内置,一次风既通过变风量阀,用通过风机加压;
所谓并联风机动力型是指风机和变风量阀并联内置,以此风只通过变风量阀,而不需通过风机加压。
③旁通型
旁通型是利用旁通风阀来改变送风量的一种变风量末端装置。
当室内负荷减小时只是将一部分风量送入室内,其余的部分经由旁通阀返回系统。
但由于它并不具备变风量系统的全部优点,因而可称期为“准”变风量系统。
该系统的特点是投资较低,但节能却很少,因为有大量送风直接旁通返回空调设备 ,系统总风量并未改变,风机能耗并未节省,所以目前使用不多。
④双风道型
双风道型变风量末端装置用于采用冷热双风道的变风量系统中。
它是由两个风量调节装置及控制器组成。
在室温控制器控制下,通过改变冷热风的混合比例,以保持室温一定和最小风量。
但冷热风的混合会造成能源浪费,而且这种双风道所占空间大,系统造价昂贵和控制复杂,因而较少得到使用。
送风散流器
送风散流器位于各个房间的新风入口处,用于对新风进行散流。
5)必要的自控装置
除以上各装置外,对系统的监测和控制还需一些监测与控制装置,如温湿度传感器,压力变送器,DDC控制装置以及一些相关控制组件。
1.2变风量空调系统的特点及适合应用的场合
1.2.1变风量空调系统的优点
变风量(VAV)空调系统可根据空调负荷的变化以及室内要求参数的改变,自动调节空调送风量,以满足各个被调空间的要求,同时根据实际送风量自动调节送风机转速,最大限度减少风机的动力,节约能量。
因此,变风量(VAV)空调系统具有如下优点:
⑴由于变风量控制系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化,同时在确定系统总风量时还可以考虑一定的同时使用系数,所以能节约风机消耗和减少装机容量。
⑵系统的灵活性较好,易于改、扩建,能实现局部区域(房间)的灵活控制,可根据负荷的变化或个人的舒适要求自动调节工作环境,不用再加热方式或双风管方式就能适应多种室内舒适要求或工艺设计要求。
完全消除再加热方式或双风管方式的冷热混合损失。
⑶室内无过热过冷现象,由此可减少空调负荷15%到30%。
⑷变风量(VAV)空调系统是全空气系统(All-air-system),空气品质好,没有风机盘管凝水问题和霉变问题。
在过渡季节,还可以充分利用天然冷源甚至全新风,其节能效益较高。
变风量空调系统的其它优点还包括具有良好的舒适性及自
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