52制冷空调系统中的计算机控制-第6章热质交换设备

制冷原理与技术5.2.1制冷空调计算机控制系统的组成计算机控制系统分为计算机巡回检测和数据处理系统操作指导控制系统直接数字控制系统监督控制系统集散控制系统制冷原理与技术1．计算机巡回检测和数据处理系统计算机巡回检测和数据处理系统的构成见图5-15制冷原理与技术制冷原理与技术2．操作指导控制系统操作指导控制系统的构成见图5-16。优点:灵活;保险制冷原理与技术制冷原理与技术3.直接数字控制系统直接数字控制（DirectDigitalControl，简称DDC）系统的构成见图5-17。生产过程输入输出通道DDC控制器制冷原理与技术制冷原理与技术4.监督计算机控制监督计算机控制（SupervisoryComputerControl，简称SCC）系统的构成见图5-18。制冷原理与技术制冷原理与技术5.集散控制系统组成示意图见图5-19。特点分层次在管理、操作、显示三方面集中在功能、负荷和危险性三方面分散制冷原理与技术制冷原理与技术制冷空调计算机控制系统的典型结构图见图5-20。计算机控制系统硬件软件制冷原理与技术1)硬件组成主机外部设备过程输入输出设备人机联系设备通信网络设备见图5-21制冷原理与技术制冷原理与技术２）软件组成系统软件系统软件应用软件数据结构操作系统数据库系统通信网络软件诊断程序汇编语言高级算法语言控制语言制冷原理与技术应用软件过程输入程序控制程序过程输出程序人-机接口程序打印显示程序和各个公共子程序核心：控制程序制冷原理与技术5.2.２制冷空调计算机控制系统的输入输出技术模拟量不能直接送给计算机进行处理和控制实现模拟量与数字量之间转换的装置就是模数（A/D）或数模(D/A)转换器。还包括开关量输入、输出和脉冲计数器、脉冲输出等制冷原理与技术１．模拟量输入-A/D转换主要指标精度转换时间分辨率精度绝对精度相对精度实际模拟量输入值与理论值之差绝对误差与满刻度值之比制冷原理与技术转换时间A/D转换器完成一次转换所需时间分辨率A/D转换器对微小输入量变化的敏感程度二进制数的末位变化1所需的最小输入电压对满量程值之比制冷原理与技术一个开或关状态的信号输入给计算机。２．开关量输入3．脉冲计数器4．模拟量输出-D/A转换输入通道设置脉冲计数器，专门接收指定来源的脉冲信息，进行计数制冷原理与技术5．开关量输出计算机及其输出通道设备向控制系统提供的一种继电器接点的闭合动作。6．脉冲量输出制冷原理与技术5.2.3人机接口及抗干扰技术计算机控制系统在运行过程中，通常要具备人机对话功能。干扰就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。干扰是客观存在的，研究干扰的目的是抑制干扰进入计算机。制冷原理与技术1)按键和键盘接口键盘是一组按键或开关的集合，键盘接口向计算机提供被按键的代码编码键盘非编码键盘图5-22制冷原理与技术制冷原理与技术机械式按键弹性触点振动抖动干扰图5-23消除抖动干扰硬件单稳态触发器滤波器软件延时重复扫描制冷原理与技术制冷原理与技术2．LED显示器接口七段或十六段LED可以显示数字、字母和符号，单段LED（圆形或方形）可以显示状态。如果用几片七段LED组成一行数字，究竟改变其中哪位数字，还应该进行位选和片选，例如图中，用片选信号Ci的高低来控制是否选该片。图5-24图5-25制冷原理与技术制冷原理与技术制冷原理与技术在计算机控制系统中，为了便于操作员了解系统工作状态，除了采用LED数字显示器外，还应设置状态指示灯和声光报警器。图5-26制冷原理与技术制冷原理与技术3．干扰的来源和传播途径1)干扰传播途径:干扰外部内部与系统结构无关，是由外界环境因素决定的由系统结构和制造工艺等因素所决定强电设备起动和工作干扰电磁场空间传播的电磁波和雷电的干扰高压输电线周围交变磁场的影响图5-27制冷原理与技术制冷原理与技术干扰传播的途径静电耦合磁场耦合公共阻抗耦合电场通过电容耦合途径窜入其它线路通过导体间的互感耦合形成发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路制冷原理与技术制冷原理与技术图5-29两导线间的磁场耦合制冷原理与技术公共阻抗耦合制冷原理与技术如果系统的模拟信号和数字信号不是分开接地的，则数字信号就会耦合至模拟信号中去。模拟信号和数字信号是分开接地的，两种信号分别流入大地，这样就可以避免相互干扰，因为大地是一个无限吸收面。图5-31制冷原理与技术制冷原理与技术2)串模干扰串联于信号源回路之中的干扰，也称横向干扰或正态干扰。如果邻近的导线（干扰线）中有交变电流Ia流过，那么由Ia产生的电磁干扰信号就会通过分布电容C1和C2的耦合，引人放大器的输入端。制冷原理与技术制冷原理与技术3)共模干扰图5-33共模干扰地、信号放大器的地以及现场信号源的地之间，通常要相隔一段距离，在两地之间往往存在着一个电位差Vc，Vc对放大器产生干扰。制冷原理与技术制冷原理与技术共模电压Vc对放大器的影响，实际上是转换成串模干扰的形式加人到放大器输人端而起作用的。(a)单端输入(b)双端输人图5-34单端和双端输入时共模电的引入制冷原理与技术4)长线传输干扰信号在长线中传输会遇到三个问题长线传输易受到外界干扰具有信号延时高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。制冷原理与技术4.干扰的抑制1)共模干扰的抑制共模干扰的抑制措施主要有以下三种：变压器隔离（见图5-35）光电隔离（见图5-36）浮地屏蔽（见图5-38）干扰的来源串模干扰共模干扰长线传输干扰制冷原理与技术图5-35变压器隔离制冷原理与技术图5-36光电隔离制冷原理与技术图5-38浮地屏蔽制冷原理与技术2)串模干扰的抑制用双绞线作信号引线滤波图5-39无源阻容低通滤波器图5-40有源低通滤波器制冷原理与技术3)长线传输干扰的抑制始端匹配：在传输线始端串入电阻R，如图5-43所示，终端匹配为了进行阻抗匹配，必须事先知道传输线的波阻抗Rp，波阻抗的测量如图5-41所示。最简单的终端匹配方法如图5-42制冷原理与技术制冷原理与技术图5-42终端匹配图5-43始端匹配制冷原理与技术4）信号线的选择和敷设信号线类型的选择：对信号精度要求比较高，或干扰现象比较严重的现场，采用屏蔽信号线是提高抗干扰能力的可行途径。选择了合适的信号线，还必须合理地进行敷设。图5-44信号线的敷设。考虑方面实用经济抗干扰（最主要）制冷原理与技术制冷原理与技术5.接地技术接地的目的抵制干扰，使计算机工作稳定保护计算机设备和操作人员的安全分为工作接地保护接地制冷原理与技术1)地线系统的分析在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。在过程控制计算机中，对上述各种地的处理一般是采用分别回流法单点接地。模拟地、数字地、安全地（机壳地）的分别回流法如图5-45所示。模拟地数字地安全地系统地交流地（注意点）制冷原理与技术制冷原理与技术2）输入系统的接地在计算机输入系统中，传感器、变送器和放大器通常采用屏蔽罩，而信号的传送往往使用屏蔽线。对于屏蔽层的接地要慎重，也应遵守单点接地原则。输入信号源有接地和浮地两种情况。图5-46（a）中，热电偶（信号源端）接地，而放大器（接收端）浮地而图5-46（b）中信号源浮地，而接受端接地制冷原理与技术图5-46输入接地方式制冷原理与技术3）主机系统的接地为了防止干扰，提高可靠性。几种主机接地方式全机一点接地：主机外壳接地，机芯浮空：如图5-48所示。制冷原理与技术制冷原理与技术6．供电技术电网的干扰，频率的波动将直接影响到计算机系统的可靠性与稳定性。另外，计算机的供电不允许中断。因此，必须采取电源保护措施，防止电源干扰，保证不间断供电。制冷原理与技术1）供电系统的一般保护措施2）电源异常的保护措施过程计算机的供电不允许中断，为此，可采用不间断电源UPS，其原理如图5-50所示。图5-49计算机一般供电框图制冷原理与技术制冷原理与技术5.2.4计算机PID控制技术在制冷空调系统中的应用以往采用双位和比例调节器。现在采用更先进的控制规律和控制方法。如：PID控制规律特点原理简单，易于工程实现，且鲁棒性强，适用面广。制冷原理与技术1.数字PID控制算法dtdeTedtTeKudip1其传递函数形式为：sTTs11KudipKp为增益，Kp=1/δ，Ti为积分时间，Td为微分时间，u为控制量，e为被控量y与给定值r的偏差。PID被控对象∑r+euy-（5-104）制冷原理与技术用计算机实现PID控制算式，必须把微分方程式（5-104）离散化，改写成差分方程。n0jjTeedt（5-106）T1nenedtde（5-107）其中，T为采样周期（或控制周期）；n为采样序号。制冷原理与技术将式（5-106）和（5-107）代入式（5-104），可求得差分方程：10neneTTjeTTneKnudnjip（5-108）其中，u(n)为第n时刻的控制量。PID算法位置型增量型制冷原理与技术位置型PID算式的调节动作是连续的增量型PID算式考虑控制器的输出非位置式，而采用增量式。求n时刻控制量的增量为：2121212121111100neneneKneKneneKneneneTTneTTneneKneneTTTjeTTneKneneTTjeTTneKnununudipdipddnjipdnjip（5-109）其中，称之为比例增益（放大系数）；称之为积分增益；1PKiPiTTKKTTKKdPd,称之为微分增益。制冷原理与技术第n时刻的实际控制量为：)(1nununu(5-110)为了程序编制方便，也可将（5-109）式整理成如下形式：)2()1(210neqneqneqnu(5-111)TTTT1Kqdip0TTKqdp211TTKqdp2增量型PID算式优点程序编制简单历史数据可以递推使用占用存储单元少运算速度快制冷原理与技术理想微分PID控制的实际控制效果并不理想，见图5-53。因此，在实际应用中，通常采用含有实际微分的PID控制算式。在计算机直接数字控制系统中，通常是采用以下三种实际微分PID控制器。图5-53PID数字控制器的阶跃响应制冷原理与技术1）实际微分PID控制算式之一该算式的传递函数为：dddipKsTsTsTKsEsU111(5-112)其中，Kp为比例增益，Ti为积分时间，Td为微分时间，Kd为微分增益。为了便于编写程序，可用图5-54的框图来表示式（5-112）。制冷原理与技术图5-54算法之一的框图制冷原理与技术实际程序编制用的增量型差分方程式为：1neneKnupp(5-113)neTTKnuipi(5-114)11neneKKnuTTKTnudpddddd(5-115)1nununuddd(5-116)nunununudip(5-117)nununu1(5-118)其中ud(n)和ud(n-1)分别为实际微分环节第n、n-1个采样时刻的输出。制冷原理与技术2）实际微分PID控制算式之二该算式是带一阶惯性迟延滤波器的PID控制器，其传递函数为：sTKKsTsTsEsUipddd11/11(5-119)为了便于编写程序将式（5-119）用框图来表示，见图5-55。制冷原理与技术微分作用的输出差分方程为11321neane