邱水

摘 要：計算機控制系統(tǒng)以其強大的邏輯運算、極高的可靠性、適應(yīng)工業(yè)過程現(xiàn)場以及強大的聯(lián)網(wǎng)功能等特點使用越來越普遍。目前，計算機控制系統(tǒng)已廣泛的應(yīng)用于各種生產(chǎn)工藝過程中，用于數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判別和輸出控制等。在計算機控制系統(tǒng)管理層里，通常用工控機擔(dān)負人機交流界面功能，用組態(tài)軟件來完成工業(yè)流程及控制參數(shù)的顯示，實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控和管理等功能?；诖?，本文針對地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)展開詳細的分析和研究。

關(guān)鍵詞：地源熱泵空調(diào)；計算機控制系統(tǒng)；計算機控制技術(shù)

前言：隨著生產(chǎn)技術(shù)的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在生產(chǎn)工藝中要求有更加復(fù)雜、更加完善的控制裝置，以此來達到更高的控制精度、更快的控制速度和實現(xiàn)更大的經(jīng)濟效益。因此計算機控制，作為自動控制理論在工業(yè)控制過程中的應(yīng)用不斷得到快速發(fā)展。在生產(chǎn)過程中，通常需要測量和控制的變量有溫度、壓力、流量、液位、重量、電量電流、電壓、功率和成分等，這些變量的測量和控制也隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及測量技術(shù)的不斷發(fā)展，其基本測量原理雖然變化不大，但是信號轉(zhuǎn)換、顯示和控制裝置的變化卻發(fā)展十分迅速。

1 計算機控制系統(tǒng)的組成

隨著生產(chǎn)不斷發(fā)展和技術(shù)水平的提高，控制技術(shù)采用一些自動裝置代替人工操作。被控制的對象如熱交換器等加上一些自動控制裝置計算機、測溫儀表及變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)等，就構(gòu)成了一個計算機自動控制系統(tǒng)。計算機控制使得勞動強度大為降低，控制精度得到提高，控制質(zhì)量得到可靠的保證[1]。在控制系統(tǒng)中引入計算機，可以充分利用計算機強大的算術(shù)運算、邏輯運算及記憶等功能，運用計算機指令系統(tǒng)，編出符合某種控制規(guī)律的程序。計算機通過執(zhí)行這些程序，就能實現(xiàn)被控參數(shù)的控制。在計算機控制系統(tǒng)中，程序是無形的，這也就是我們通常說的軟件，而設(shè)備是有形的，通常我們稱作為硬件。在以往常規(guī)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的控制規(guī)律由硬件決定，這樣的話，如果改變控制規(guī)律就必須變更硬件。而在計算機控制系統(tǒng)中系統(tǒng)的控制規(guī)律的改變僅僅只需要改變程序軟件就可以了，因此對于修改控制規(guī)律來說，計算機控制系統(tǒng)無疑是非常的方便的。

2 地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)設(shè)計原則

地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)實施成功與否，在很大程度上取決于計算機控制系統(tǒng)總體方案的構(gòu)建。設(shè)計一套既能滿足生活需要成本又低的控制系統(tǒng)是最終的目的。根據(jù)地源熱泵空調(diào)的運行模式對整個空調(diào)系統(tǒng)進行計算機控制方案的設(shè)計，設(shè)計時主要從以下原則入手：

2.1 節(jié)能性原則

目前的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計能力和實際運行過程中負荷的需求量之間還存在著較大的差異，也就是說，目前對地?zé)豳Y源的利用還存在很大的浪費。

2.2 可靠性原則

由于地?zé)豳Y源埋藏于地下的特殊性，地下?lián)Q熱系統(tǒng)一旦建好就必須長期穩(wěn)定得工作運行。所以這就要求在設(shè)計時保證設(shè)計的系統(tǒng)可靠性一定要高。

2.3 匹配性原則

系統(tǒng)的設(shè)計要使得與其它建立在負荷分配基礎(chǔ)上的壓縮機、加熱器等相互匹配。

2.4 智能化原則

在室內(nèi)外環(huán)境溫、濕度的實時測量和地?zé)崴疁囟取岜脵C組進出口水溫度以及流量的實時測量的基礎(chǔ)上，進行各種負荷計算、燴值計算等，以此作為系統(tǒng)工況最佳分配的實時數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，自動完成隨負荷變化而進行的邏輯判別和運行控制。

3 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)控制設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能分析

控制系統(tǒng)具有遠程控制和現(xiàn)場控制兩種控制功能。系統(tǒng)通過工業(yè)控制計算機和工調(diào)節(jié)器對地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的送風(fēng)機、回風(fēng)機、深井水泵、循環(huán)泵和補水泵實現(xiàn)遠程控制。同時，系統(tǒng)也可以通過直接操作變頻控制柜，實現(xiàn)現(xiàn)場控制。控制系統(tǒng)可以工作在手動自動兩種工作模式下[2]。手動和自動模式下均可實現(xiàn)遠程現(xiàn)場控制和參數(shù)設(shè)定，在手動模式下，可以人為的根據(jù)氣候、負荷的變化設(shè)定送風(fēng)機、回風(fēng)機、深井泵、循環(huán)泵和補水泵等電機的轉(zhuǎn)速，此時相當于一種“開環(huán)控制”。

在自動模式下，只需要根據(jù)室內(nèi)溫度和室外溫度的變化設(shè)定地源熱泵的回水溫度和房間的相對溫度、相對濕度等參數(shù)，系統(tǒng)就能夠根據(jù)外在氣候條件的實際變化自動的調(diào)節(jié)各個電機的轉(zhuǎn)速進行控制，滿足用戶實際需求。這樣就減少了人工干預(yù)，提高了自動化水平。控制系統(tǒng)可以通過安裝在地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)場的各類傳感器，檢測地下水出水溫度、回水溫度、室外溫度、室外相對濕度、室內(nèi)溫度、室內(nèi)相對濕度、地?zé)崴鏊髁?、地?zé)崴厮畨毫Α⒂脩粲盟髁?、補水流量等參數(shù)，并將這些測量數(shù)據(jù)通過變送器傳送給計算機進行數(shù)據(jù)處理分析。并且所有參數(shù)均可在計算機顯示器上顯示，或由打印機直接打印出來。

為了保證系統(tǒng)的安全運行，控制系統(tǒng)設(shè)計為可以通過對溫度、壓力等信號進行報警設(shè)定，當?shù)卦礋岜每照{(diào)系統(tǒng)在運行過程中超過了上、下限設(shè)定值時，系統(tǒng)就會自動提示報警信息。對一些必要的參數(shù)，控制系統(tǒng)還設(shè)置了報警聯(lián)動功能，即超限時地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)會自動停止運行。整套控制系統(tǒng)為方便統(tǒng)計分析，設(shè)計為計算機可以產(chǎn)生相應(yīng)的各種參數(shù)報表，隨時提供查詢和打印參數(shù)變化實時趨勢圖和歷史趨勢圖、報警記錄和數(shù)據(jù)記錄報表等。

3.2 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

設(shè)置動力控制中心控制冷卻、冷凍水泵變臺數(shù)、變頻運行，并具有與空調(diào)主機聯(lián)鎖自動控制功能。中央控制臺有自動、手動兩種控制方式可供選擇，控制系統(tǒng)具有運行工況指示、故障自檢聲光報警、故障急停等功能。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，主要通過提取地表淺層土壤熱源進行熱交換為用戶供暖和制冷同時提供生活用熱水。系統(tǒng)控制分為地下?lián)Q熱控制系統(tǒng)、循環(huán)泵控制系統(tǒng)、補水泵控制系統(tǒng)以及室內(nèi)末端控制系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)采用集中控制設(shè)計，分為三層。系統(tǒng)首先根據(jù)實際需要負荷量控制臺機組的啟停以實現(xiàn)負荷的粗調(diào)，然后根據(jù)熱泵進出口溫差控制深井泵的變頻運行以實現(xiàn)負荷的精調(diào)。對于地?zé)崴畞碚f，由于出口溫度常年保持不變，基本維持恒定，所以在控制設(shè)計中首先根據(jù)實際需要負荷量控制臺機組的啟停以實現(xiàn)負荷的粗調(diào)，然后根據(jù)地?zé)崴厮疁囟葹榭刂茀?shù)控制地?zé)崴倪M出口溫差。用溫度傳感器、變頻器、調(diào)節(jié)器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，按照溫差指標進行自動控制，用多少給多少真正實現(xiàn)節(jié)能[3]。

熱水循環(huán)泵系統(tǒng)同樣由循環(huán)水泵泵電動機組成，兩臺循環(huán)泵采用一臺定速轉(zhuǎn)動一臺變速轉(zhuǎn)動的形式，系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動。為了滿足用戶的需要必須實現(xiàn)兩臺水泵電機轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，使得水泵電機轉(zhuǎn)速根據(jù)實際熱負載的大小而設(shè)定，這樣既能保證用戶的需求又能節(jié)約能源。變頻器和工控計算機作為系統(tǒng)控制的核心部件，以末端最不利環(huán)路壓差為反饋信號，時刻跟蹤著該信號與設(shè)定值一般取的偏差變化情況，經(jīng)過變頻器內(nèi)置的調(diào)節(jié)器運算，利用工控計算機實現(xiàn)水泵變頻與工頻的切換，自動控制水泵投入臺數(shù)和電機的轉(zhuǎn)諫，實現(xiàn)閉環(huán)控制，自動調(diào)整恒壓差變量供水。

4 結(jié)語

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，計算機廣泛應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域。由于計算機具有強大得邏輯運算功能，因此在工業(yè)上將計算機與傳感技術(shù)共同運用于自動控制中，構(gòu)成了計算機自動控制系統(tǒng)。計算機利用傳感裝置將被控對象中的物理參量轉(zhuǎn)換為電量，再將這些代表實際物理參量的電量送入輸入裝置中轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的數(shù)字量，并且再計算機的現(xiàn)實裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來。本章主要介紹了計算機控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成以及原理，并通過分析了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的控制原理，提出了對地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的水泵和風(fēng)機實行計算機監(jiān)控的控制方案。

參考文獻

[1]張群力，王晉.地源和地下水源熱泵的研發(fā)現(xiàn)狀及應(yīng)用過程中的問題分析.流體機械，2016，（06）1-3.

[2]顏愛斌.地源熱泵應(yīng)用的技術(shù)分析與思考.天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報，2015，（10）10-13.

[3]王金峰.能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化必須以煤炭為基礎(chǔ).中國經(jīng)濟導(dǎo)報，2014，（21）1-3.