第2章_楼宇自动化4―执行器及控制系统--5

2.1.3阀门与电动执行器在气体和液体的流动控制中，常常用阀门来作为介质流动的控制手段。要想实现自动化控制就得对一些阀门、风门等元件实现自动控制。这就需要用到阀门和电动执行器。一、阀门1、风机盘管电动阀家用空调多用电加热、制冷剂制冷，大型空调多用冷、热水调温（象暖气片的原理）。这是一种平衡式冷热水阀，主要应用于中央空调风机盘管冷/热水的控制中，这类阀所需的功率最小，是通电开启的一种阀门。阀门的开启时间仅为7s，具有很好的密闭性，流体允许温度为0～95℃。特点：铜阀体，铝外壳；同步电机驱动；控制部分与阀体可拆分；只有开、关两种状态。主要参数：供电：220V交流功耗：小于7W公称压力：1.6MPa介质温度：5～90℃阀门动作时间（行程时间）：开启＜10s，复位＜6s三通阀二通阀2、电动调节阀是一种可连续对被测介质进行调节的阀门，而不仅仅只有两个位置，一般适用于对温度、湿度、压力等要求较高的场合。主要用于连续控制算法的实现，如PID控制等。在楼宇自控中的应用对象为空调系统、制冷系统、采暖系统、供水系统等。1）外观两通阀三通阀蝶阀2）组成阀体与控制部分。在有些场合，阀体与控制部分是分开的。大管径、大功率一般分开；小管径多采用一体式。事实上，一体化未必好，因为控制电路对环境比较敏感，所以，有时将控制电路放在总控室。3）工作原理通过驱动机构带动三角形锲块上下移动，从而改变流量。4）安装示意图5）主要技术参数同步电机驱动控制信号：0-10V、4-20mA电源：24V直流阀位反馈：0-10V、4-20mA行程：0－25mm功耗：7.5W6)接线二、电动执行器当阀与控制部分分开时，电气控制部分叫电动执行器，主要用于大功率设备的驱动，如蝶阀、风机的风门控制等。三、阀门与执行器的典型应用1、风机盘管控制（两管制冷/热合用）由控制器、电动阀组成，控制器做比较，阀进行通、断，控制水的供应。控制器选择冬、夏模式；控制风机低、中、高运行；冷/热水共用一个阀。2、风机盘管控制（四管制冷/热合用）冷水供水、回水热水供水、回水3、风机连锁控制温度控制由PI控制器TC-1完成、送风温度由TE-1检测、水流量由电动调节阀VA-1控制。控制器TC-1的作用是把TE-1所检测的温度与控制器设定的温度相比较，经PI计算，对电动调节阀VA-1进行控制，从而使送风温度保持在所需要的范围。电动风阀DA-1（进风口）与风机联锁，以保证切断风机电源时风阀亦同时关闭。电动调节阀亦可实现与风机的联动，当风机切断电源时关闭电动调节阀VA-1。当过滤网堵塞时，压差开关DPS-1给出开关信号。当盘管温度过低时，低温防冻开关TS-1给出开关信号，风机停止运行，防止盘管冻裂。2.1.4楼宇自动化常用的计算机控制系统一、控制系统的种类1、闭环控制按偏差进行控制的闭环控制系统框负反馈控制。不仅检测而且控制。闭环控制系统框图控制器执行机构被控对象测量元件变换发送单元给定信号被控参数2、开环控制下图中给出了开环控制系统框图。它与闭环控制系统不同，它的控制器直接根据给定信号去控制被控对象工作。被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。与闭环控制系统相比，它的控制性能较差。开环控制系统框图给定信号控制器执行机构被控对象被控参数3、计算机控制系统基本结构微计算机、A/D、D/A、执行机构、被控对象等组成。在微型计算机控制系统中，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。计算机控制系统基本框图D\A转换器A\D转换器被控对象执行机构被控参数微处理器微型计算机给定信号二、硬件组成微型计算机控制系统的硬件一般是由微型计算机、外部设备、输入输出通道和操作台等组成，如下图所示。微型计算机控制系统原理图各部分作用1、微计算机数据采集、处理、控制，报警处理、逻辑判断等。选型与指标要求将依据处理信息的多少而定。2、接口与输入输出通道主机与被控对象进行信息交换的纽带。接口一般完成主机命令、计算结果的输出或I/O数据的输入。计算机只认识数字量，因此从对象来的模拟量或到对象去的数字量要经过A/D、D/A转换。现在均提高成品的I/O模板，且是标准的。3、外设一般指硬盘、显示器、打印机等检测的作用是把被测参数转换为物理量，如热电偶把温度转换为mV电压信号；变送的作用是把传感器来的物理量转换为标准的电流或电压信号；如II型表转换为0－10mA或0－5V，III型表转换为2－20mA或1－5V。执行单元的作用则是把从计算机来得电信号转换为对被控对象的调节动作，以达到对被控参数控制的目的。一般有电动型、气动型、液动型，也可以是交流电机与步进电机。4、检测、变送与执行的作用5、操作台也叫人机接口，一般包括如下几部份：作用开关：启动、停止；手动、自动，前进、后退等按钮或开关。功能键：设定键、打印键、确认键、参数修改键、画面切换键等。参数显示：LED或CRT或LCD等方式。可以显示棒图、动态工艺流程图、历史与实时趋势图调节回路图等。现在一般取消历史上所称谓的那种操作台，均由计算机代替，通过组态软件设计开关、功能按钮、显示画面等，但重要的地方仍采用冗余设置。三、计算机控制系统的软件1、软件软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和。如操作、监控、管理、控制、计算和自诊断等，它是微型计算机控制系统的神经中枢，整个系统的工作都是在程序的指挥下进行协调工作的。软件通常分为两大类：一类是系统软件，另一类是应用软件。2、软件的分类从语言分：机器语言、汇编语言、高级语言。从功能分：系统软件、应用软件、数据库。3、系统与应用软件1）系统软件由计算机设计者提供的，专门用来使用和管理计算机的程序。它包括：操作系统、诊断系统、开发系统、信息处理等部分。2）应用软件面向用户本身的程序，也就是在它提供的操作系统下开发的用户程序。如数据采集、滤波、标度变换、控制、显示等程序。3）数据库数据库管理系统是如何建立存放数据的表格和形式，如何查询、显示、调用和修改这些数据。具体分类见如下表格。四、计算机控制系统的分类1．操作指导控制系统操作指导控制系统组成框图计算机不直接参与控制，而是人通过对参数的观察，进行控制。优点：简单、相对可靠；缺点：人工操作，速度不能太快，且不能同时操作几个回路，受情绪影响。2．直接数字控制系统（DDC）DDC控制系统原理图管理命令DDC微型机报告人工监管给定值测量值A/D多路开关检测元件D/A反多路开关生产过程用一台微机对多个被控参数进行检测、控制，数字调节器取代了模拟调节器。优点：灵活性大，可靠性高，可做复杂运算，性能价格比高。缺点：参数与回路较多时，实时性较差。•DDC支持的监控点DDC能够支持以下不同性质的监控点：(1)模拟量输入(AI)；温度、流量、湿度等信号(2)开关量输入(DI)；温度高限、烟浓度高限(3)模拟量输出(AO)；风机风量调节(4)开关量输出(DO)。风机启停、喷水阀启停。•DDC的主要功能DDC的主要功能包括以下几个方面：(1)数据采集。(2)数据处理(滤波、放大、转换)。(3)数据分析，确定现场设备的运行状态。(4)数据比较，对异常状态进行报警处理。(5)控制算法运算(连续调节和开关控制)。(6)通过预定控制程序完成各种控制功能，包括P、PI、PID、开关控制、平均值控制、最大/最小值控制、逻辑运算控制和连锁控制。(7)面向I/O，数据输出，改变对象的状态。(8)数据通信。底层数据上传，使上位机能获得数据（报表、数学模型数据），知道设备状态。同时得到上位机的指示、命令。•常见的专用控制器类型常见的专用控制器主要包括下述几类：(1)空气处理机组控制器；(2)空调控制器；(3)照明控制器；(4)变风量控制器；(5)消防报警控制器。DDC的应用范围DDC是小型的、封闭的、模块化的中央控制计算机在监控的范围和信息存储及处理能力上有一定限制。因此，对点多、面广的楼宇自控来讲，必须使用多个DDC，并将其联网（现场总线），组成集散型控制系统。HONEYWELLExcel50简介类型特性8个通用模拟输入电压：0~10V电流：0~20mA(需外接499Ω电阻)电阻：0~10bit传感器：NTC20kΩ电阻-58°Fto302°F(-50°Cto150°C)四个数字输入电压：最大24VDC(小于2.5V为逻辑状态0，大于5V为逻辑状态1)。4个通用模拟输出电压：0~10V，最大11V,±1mA电阻：8bit继电器：通过MCE3或MCD3控制6个数字输出电压：每个可控硅输出24VAC电流：最大0.8A,6个输出一共不能超过2.4A。DDC50控制器（a）（b）XD50-FCS端子口典型DDC控制实例3．计算机监督系统（SCC）计算机监督系统（SupervisoryComputerControl）简称SCC系统。SCC系统有两种不同的结构形式。一种是SCC+模拟调节器，另一种是SCC+DDC控制系统。（1）SCC+模拟调节器控制系统该系统原理图，如图A所示。（2）SCC+DDC控制系统SCC+DDC控制系统原理图，如下图B所示。图ASCC+模拟调节器控制系统原理图管理命令报告人工监管给定值测量值A/D多路开关检测元件生产过程管理命令报告人工监管给定值测量值A/D多路开关检测元件生产过程DDCD/A反多路开关........图BSCC+DCC控制系统原理图4．分级计算机控制系统分级计算机控制系统是一个四级系统，各级计算机的功能如图所示。装置控制级（DDC级）（现场层）楼层监督级（SCC级）（监控层）大厦集中控制级（MIS）（管理层）