03.恒温恒湿机组的控制解析

1目录第1章绪论恒温水箱通断控制实验第2章恒温水箱通断控制第1次讨论课：恒温水箱通断控制第3章整体式恒温恒湿机组的控制第2次讨论课：整体式恒温恒湿机组的控制第4章散热器实验台的控制1、2第3次讨论课：散热器实验台的控制第5章空调系统的控制调节1、2第4次讨论课：空调系统的控制调节第6章冷热源与水系统的控制1、2第7章通信网络技术第8章建筑自动化系统第5次讨论课：动手操作第3章恒温恒湿机组的控制3主要内容1.恒温恒湿机组及其控制管理的需求2.传感器的选择及其接口电路（了解常见传感器的原理、使用方式）3.执行器的选择及其接口电路（了解常见末端设备的控制调节方式）4.基于计算机的控制器（了解基于单片机的控制器的基本原理、外电路、控制调节逻辑）5.控制调节过程6.第二次大作业41.恒温恒湿空调机监测对象房间温度房间湿度水位、水流、送风控制设备压缩机电加热器电加湿器风机5压缩机蒸发器电加热器房间zz10控制器11传感器补水风机冷凝器膨胀阀电热加湿器12水位传感器123456789冷却水阀51.恒温恒湿空调机的控制管理需求启停控制启动顺序：风机→冷凝侧风机（或冷却水系统）→压缩机→判断风速→加热器→判断水箱液位→加湿器停止顺序：加热器→加湿器→压缩机→冷凝侧风机（或冷却水系统）→风机房间参数控制调节根据实测值与设定值决定压缩机、加热器、加湿器、风机的启停控制精度：温度±0.1℃，湿度±3%避免同时升降温、加除湿，避免冷热抵消61.恒温恒湿空调机的控制管理需求自动运行、安全保护压缩机：冷凝压力过高、油压过低、冷却水流速过低、油温过低电加热器：风速过低时断电电加湿器：水位过低时断电空气过滤器阻力过大时报警人机界面输入温湿度设定值显示设备运行状态单台设备的操作命令72.传感器需监测的参数空气的温度、湿度冷凝压力空气过滤阻力冷却水流送风气流加湿器水位各设备的运行状况82.传感器温湿度等物理参数的准确测量实现正确控制的保障实现节能效益、管理效益的保障35456584109.2119.24688799120155149172355050100150200250300350400BJ-1BJ-2BJ-3BJ-4BJ-5BJ-6SH-1SH-2SH-3SH-4SH-5HK-1HK-2US-1无自控有自控Anualenergyconsumptionofbuilding，Unit：kWh/(㎡.a)BJ:BeijingSH:Shanghai92.传感器传感器故障对能耗影响一例020406080100102030405060708090100hourRhamb[%]Rhamb,OCCRhamb,OCCRhfreshRhfresh102.传感器传感器故障对能耗影响一例48121620243236404448525660ha,AHU,dis,ha,mixkJ/kgha,AHU,disha,AHU,disha,coil,exha,coil,exha,mixha,mixha,AHU,retha,AHU,retha,freshha,freshFreshairMixairReturnairCoilexhaustAHUexhaustCoolingloadbreakdownanalysis(June8th)-1400-1200-1000-800-600-400-20008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00TimekWQ_dot_freshair_coolingQ_dot_zone_coolingQ_dot_fan112.传感器传感器故障的种类无读数或读数无变化122.传感器传感器故障的种类高频噪声132.传感器传感器故障的种类长期缓慢漂移142.传感器传感器的平均无故障时间MTBF（MeanTimeBetweenFailure）()1MTBF出故障时刻初运行时刻故障次数21MTBF出故障传感器数工作时间总传感器数温度湿度CO2风速MTBF1（小时）100,00050,00020,00050,000MTBF1（年）11.45.72.35.7MTBF2（年）2.21.70.50.5152.传感器传感器准确测量的实现正确感知物理量的变化:不能影响被测物理量电信号的可靠传输传输线路长度沿途磁场干扰接收端的高精度转换电压、电流模拟信号脉冲信号数字信号162.传感器传感器的输出信号电压信号接收端阻抗小，电流大时，外引线电阻引起的压降大接收端阻抗大，电流小时，抗干扰能力差4~20mA电流信号电流大，抗干扰能力强15105200.25电流(mA)负载电阻(kΩ)0.50.7511.25172.传感器温度传感器的类型热敏电阻型金属电阻•灵敏度：0.1%/K•线性热敏电阻•灵敏度：3%~5%/K•非线性热敏电阻型注意事项电阻的温升不能影响被测对象的温度•90mm铂电阻通过5mA电流测水温时温升0.01K，测空气温度温升0.1K解决温升误差的办法•只在测量时供电，不测量时断电•时间比法测热敏电阻的电阻值182.传感器温度传感器的类型热敏电压型热电偶：温差电势百毫伏级半导体PN结：电压大，但一致性难保证192.传感器温度传感器的类型集成芯片（IC型）电流型：AD590（美国ANALOGDEVICES公司的单片集成两端感温电流源）•流过器件的电流(μA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数•测温范围为-55℃~+150℃；•电源电压范围为4～30V•精度高，在-55℃~+-150℃范围内，非线性误差为±0.3℃Reference：M.P.Timko,“ATwo-TerminalICTemperatureTransducer,”IEEEJ.SolidStateCircuits,Vol.SC-11,p.784-788,Dec.1976.UnderstandingtheSpecifications–AD590.202.传感器温度传感器的类型数字通信型集成芯片（智能传感器）温度测量：LM75•I²C总线接口•测温范围为-55℃~+125℃；•电源电压范围为3～5.5V•测温分辨率0.1K，精度0.25K温湿度测量：SHTXX•相同封装外形•测相对湿度分辨率1%•适合建筑环境控制212.传感器湿度传感器的类型电容式：湿度变化引起电容变化，转换为电流变化氯化锂电阻式：湿度变化引起电阻变化氯化锂露点温度：加热氯化锂敏感元件，使其表面水蒸汽分压力等于空气水蒸汽分压力，测出氯化锂温度得到对应的水蒸汽分压力测量信号的变送4～20mA标准电流脉冲输出数字通信（智能传感器）222.传感器开关型输出的传感器制冷循环的压力报警→压力开关流速过低报警→流速开关水位过高、过低报警→水位开关空气过滤器压差报警→微压差开关233.执行器电加热器、加湿器的通断触点开关交流接触器•单片机控制•光电隔离控制计算机(控制器)1弹簧34计算机(控制器)243.执行器电加热器、加湿器的通断电子开关电子开关可控硅调压计算机(控制器)电子开关固态继电器（SolidStateRelay,SSR）253.执行器风机、压缩机电机的控制直接启停控制263.执行器风机、压缩机电机的控制降压启动(控制器)计算机273.执行器风机、压缩机电机的控制变频控制计算机(控制器)变频器283.执行器电动水阀的控制电磁阀→通断，断电后状态：常开/常闭293.执行器电动水阀的控制电动阀→连续调节开度，断电后阀位不变电热阀→通过感温元件的热胀冷缩实现开关阀缓开缓关，会产生水锤，无转动部件，使用寿命长，无噪音304.控制器基于计算机的控制器单片机单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU），在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路的单芯片微型计算机。8051系列是一种应用广泛的典型单片机：﹡Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；﹡ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；﹡Philips、华邦、Dallas、STCSiemens(Infineon)等公司的许多产品。314.控制器基于计算机的控制器单片机命名规则STC89C52RC40C-PDIP401217H3B001.90C2012年第17周制造324.控制器基于计算机的控制器8051单片机管脚构成2个供电管脚2个连接晶振1个重置3个外部程序输入4X8个输入输出通道（P0~P3)•数据输入DI•数据输出DO•模拟输入AI•模拟输出AO334.控制器基于计算机的控制器8051单片机管脚构成P3第二功能各引脚功能定义•P3.0：RXD串行口输入•P3.1：TXD串行口输出•P3.2：INT0外部中断0输入•P3.3：INT1外部中断1输入•P3.4：T0定时器0外部输入•P3.5：T1定时器1外部输入•P3.6：WR外部写控制•P3.7：RD外部读控制344.控制器基于计算机的控制器单片机输入输出的实现数据输入DI：监测管脚的电压变化，超过阈值读“1”数据输出DO：指定管脚的电压，接通电路外围电路与单片机的隔离计算机(控制器)计算机(控制器)354.控制器基于计算机的控制器单片机输入输出的实现模拟输入AI：测出管脚的电压，计算出相应被测物理量的值模拟输出AO：指定管脚电压，驱动外电路工作在需要的状态串行通信UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）传感器控制器4~20364.控制器控制器外电路CJ9-5冷却水水流开关状态测量5kW加热器状态测量2.5kW加热器状态测量加湿器电加热器状态测量1.25kW加热器1状态测量压缩机状态测量风机状态测量XTAL2XTAL1VddCJ7-3冷却水阀加湿器补水阀温度变送器温度变送器4~20mA4~20mA室外温度传感器冷却水温传感器AI3温度变送器湿度变送器AI44~20mA4~20mA室内温度传感器室内相对湿度传感器手/自动开关+5V+5VCJ5-3低液位开关高液位开关风速开关CJ6-3DI14油压保护高压保护低压保护DI13DI12油加热器启停J9DO9CJ4-3CJ3-3CJ2-3+VREF+2VVrefDI11DI10DI9加湿器启停加热器5kW加热器2.5kW加热器1,1.25kW压缩机启停风机启停KM1-4CJ1-3KM7-4KM6-4KM5-4KM3-4KM2-4RESET+24VDI8DI4DI5DI3DI2DI1DI6DI7AI2AI1J8J7J6J5J4J3J2J1DO8DO7DO6DO1DO2DO3DO5DO4+5VALEPSENEA0.1k+5V+5VDO10J10加热器2,1.25kWDI151.25kW加热器2状态测量KM4-4TXRX通信接口+24VJt延时继电器Jt374.控制器控制器软件风机的开、停加湿器补水阀压缩机、加热器、加湿器启停冷却水电磁阀开关初始化读键盘输入并显示停机状态下是否接收到开机命令？是否“保护状态”的测量是否到时？是测量各个保护状态并实施相关动作否开机程序开机状态下是否接收到停机命令？“控制逻辑”是否到时该执行？否测量各个控制参数执行控制逻辑“控制参数”的测量是否到时？否停机程序是是385.控制调节算法占空比控制占空比(DutyRatio)：在一串理想的脉冲周期序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。395.控制调节算法控制对象温度湿度调节设备冷机：降温除湿，不能频繁启停加热器：升温，惯性小，调节性能好加湿器：加湿，惯性大，迟滞大设备控制要求启停控制加热器、加湿器：可较高频率启停，~1min冷机：运行、停止