CN105404177A - 一种全空气空调仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全空气空调仿真系统，包括分离式仿真单元、集中式仿真柜和仿真监控台，所述分离式仿真单元、集中式仿真柜分别通过RS485与仿真监控台通讯连接，所述分离式仿真单元、集中式仿真柜通过硬接线与控制系统通讯连接，所述仿真监控台与控制系统通过视频线通讯连接。通过分离式仿真单元或者集中式仿真柜，可以将各个模型仿真出来的数据传送给控制系统，为控制系统的调试提供接近真实的环境及数据，解决了控制系统厂内的调试问题，同时解决了控制系统现场调试的成本高、时间长问题。

Description

一种全空气空调仿真系统

技术领域

本发明涉及一种全空气空调仿真系统，具体涉及暖通空调、计算机仿真领域。

背景技术

随着我国城市化建设的快速发展，估计至2020年，全国房屋建筑面积为261亿平方米。据建设部测算，预计到2020年，全国高耗能建筑面积将达到720亿平方米，建筑能耗将占总能耗的40％，将直接加剧能源危机。在大型公共建筑中的暖通空调系统(HVAC)的能耗约占了建筑能耗的85％。大多数建筑物使用的HVAC系统在设计时需按最大空调负荷进行设计，而实际投入使用中，却很少达到满负荷状态。可见在满足人们健康、舒适要求的前提下，对大型公共建筑中的暖通空调系统进行节能优化，提高暖通空调系统能源利用效率，将产生巨大的经济效益和社会效益。

在巨大的市场驱动及政府的鼓励下，大量科研院校单位及企业投入到对HVAC系统节能优化研究及工程实施中，竞相开发自己的节能控制产品，但由于这些节能控制产品缺乏空调系统仿真模拟测试试验环境，只有在投入到实际的空调系统中运用时，才能判断这些节能控制产品的功能和性能是否满足预期需求，而一旦发生偏差时，往往需要大量的人力和物力才能弥补；另外，这些节能控制产品在投运到实际的空调系统中以后，不可能在很短时间内就遍历完成在各种负荷级别、气象条件下的运行试验，一般需要至少一个空调季节才能完成其功能和性能上的验证，这就导致了这些采用节能控制产品的项目实施时间长，成本高等问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种全空气空调仿真系统，该全空气空调仿真系统通过仿真空调系统的运行环境(室外环境、室内环境)及空调设备(表冷器、风机、加热器、加湿器)的运行状况，提供空调系统运行过程中的温度、湿度、风量、风压、房间压力、CO₂浓度、能耗、负荷等，为控制系统的调试提供接近真实的环境及数据。工程技术人员通过该全空气空调仿真系统，可以方便、快捷的完成产品的厂内调试工作，减少现场调试工作，同时解决了控制系统现场调试的成本高、时间长等问题。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种全空气空调仿真系统，包括分离式仿真单元、集中式仿真柜和仿真监控台，所述分离式仿真单元、集中式仿真柜分别通过RS485与仿真监控台通讯连接，所述分离式仿真单元、集中式仿真柜通过硬接线与控制系统通讯连接，所述仿真监控台与控制系统通过视频线通讯连接。

所述仿真监控台包括显示器A、显示器B、显示器C、仿真主机、路由器和串口服务器，仿真主机上运行全空气空调仿真软件，显示器A的视频输入端与控制系统的视频输出端连接，显示器B、显示器C的视频输入端分别与仿真主机的两个视频输出端对应连接，仿真主机通过以太网与路由器通讯连接，路由器通过以太网与串口服务器通信连接。

所述分离式仿真单元包括模拟量接口单元A、温度传感器模拟单元A和数字量接口单元A，模拟量接口单元A中的模拟量接口模块A1的模拟量输出端AO与温度传感器模拟单元A的模拟量输入端AI连接，温度传感器模拟单元A的模拟量输出端AO与控制系统的模拟量输入端AI连接，模拟量接口单元A中的模拟量接口模块A2的模拟量输出端AO、模拟量输入端AI分别与控制系统的模拟量输入端AI、模拟量输出端AO对应连接，数字量接口单元A的数字量输出端DO、数字量输入端DI点分别与控制系统的数字量输入端DI、数字量输出端DO对应连接；模拟量接口单元A、数字量接口单元A的通信接口分别与串口服务器的串口输出端连接。

所述集中式仿真柜包括模拟量接口单元B、温度传感器模拟单元B和数字量接口单元B，模拟量接口单元B中的模拟量接口模块B1的模拟量输出端AO与温度传感器模拟单元B的模拟量输入端AI连接，温度传感器模拟单元B的模拟量输出端AO与控制系统的模拟量输入端AI连接，模拟量接口单元B中的模拟量接口模块B2的模拟量输出端AO、模拟量输入端AI分别与控制系统的模拟量输入端AI、模拟量输出端AO对应连接，数字量接口单元B的数字量输出端DO、数字量输入端DI点分别与控制系统的数字量输入端DI、数字量输出端DO对应连接；模拟量接口单元B、数字量接口单元B的通信接口分别与串口服务器的串口输出端连接。

所述全空气空调仿真软件中的空气混合模型A1、表冷器模型A、风机模型A1、加热器模型A、加湿器模型A、房间模型A、空气混合模型A2、风机器模型A2、空气混合模型A3依次通过风管模型连接，且空气混合模型A1与空气混合模型A3之间还通过风管模型连接。

所述全空气空调仿真软件中的空气混合模型B1、表冷器模型B、风机模型B1、加热器模型B、加湿器模型B、房间模型B、空气混合模型B2、依次通过风管模型连接，且空气混合模型B1与空气混合模型B2之间还通过风管模型连接；房间模型B还通过风管模型与风机模型B2的一端连接，风机模型B2的另一端接排风口。

所述房间模型A为多个房间模型并联。

所述房间模型B为多个房间模型并联。

本发明的有益效果在于：通过在仿真监控台的仿真计算机软件上预先设定影响空调系统运行参数的外部参数及设定全空气空调系统设备的连接关系，仿真计算机通过分立式仿真单元或集中式仿真柜检测来自控制系统的全空气空调系统设备运行状态，并通过计算机及其内置的仿真软件运算后，再通过分立式仿真单元或集中式仿真柜输出一组表征空调系统的运行参数，从而仿真模拟空调系统的运行状况，为控制系统的调试提供仿真数据，为控制系统在真实投入使用前提供功能和性能的验证方法，同时解决了控制系统现场调试的成本高、时间长等问题。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是图1的原理图；

图3是图2中仿真主机中运行的全空气空调仿真软件模型原理框图，但是房间模型没有单独设排风管路；

图4是图2中仿真主机中运行的全空气空调仿真软件模型原理框图，但是房间模型单独设有排风管路。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1～4中所示的一种全空气空调仿真系统，包括分离式仿真单元、集中式仿真柜和仿真监控台，所述分离式仿真单元、集中式仿真柜分别通过RS485与仿真监控台通讯连接，所述分离式仿真单元、集中式仿真柜通过硬接线与控制系统通讯连接，所述仿真监控台与控制系统通过视频线通讯连接。

所述仿真监控台包括显示器A、显示器B、显示器C、仿真主机、路由器和串口服务器，仿真主机上运行全空气空调仿真软件，显示器A的视频输入端与控制系统的视频输出端连接，显示器B、显示器C的视频输入端分别与仿真主机的两个视频输出端对应连接，仿真主机通过以太网与路由器通讯连接，路由器通过以太网与串口服务器通信连接。

所述分离式仿真单元包括模拟量接口单元A、温度传感器模拟单元A和数字量接口单元A，模拟量接口单元A中的模拟量接口模块A1的模拟量输出端AO与温度传感器模拟单元A的模拟量输入端AI连接，温度传感器模拟单元A的模拟量输出端AO与控制系统的模拟量输入端AI连接，模拟量接口单元A中的模拟量接口模块A2的模拟量输出端AO、模拟量输入端AI分别与控制系统的模拟量输入端AI、模拟量输出端AO对应连接，数字量接口单元A的数字量输出端DO、数字量输入端DI点分别与控制系统的数字量输入端DI、数字量输出端DO对应连接；模拟量接口单元A、数字量接口单元A的通信接口分别与串口服务器的串口输出端连接。

所述集中式仿真柜包括模拟量接口单元B、温度传感器模拟单元B和数字量接口单元B，模拟量接口单元B中的模拟量接口模块B1的模拟量输出端AO与温度传感器模拟单元B的模拟量输入端AI连接，温度传感器模拟单元B的模拟量输出端AO与控制系统的模拟量输入端AI连接，模拟量接口单元B中的模拟量接口模块B2的模拟量输出端AO、模拟量输入端AI分别与控制系统的模拟量输入端AI、模拟量输出端AO对应连接，数字量接口单元B的数字量输出端DO、数字量输入端DI点分别与控制系统的数字量输入端DI、数字量输出端DO对应连接；模拟量接口单元B、数字量接口单元B的通信接口分别与串口服务器的串口输出端连接。

串口服务器分别通过RS485通讯线与分离式仿真单元和集中式仿真柜通讯连接。

所述全空气空调仿真软件中的空气混合模型A1、表冷器模型A、风机模型A1、加热器模型A、加湿器模型A、房间模型A、空气混合模型A2、风机器模型A2、空气混合模型A3依次通过风管模型连接，且空气混合模型A1与空气混合模型A3之间还通过风管模型连接；所述房间模型A为多个房间模型并联。

所述全空气空调仿真软件中的空气混合模型B1、表冷器模型B、风机模型B1、加热器模型B、加湿器模型B、房间模型B、空气混合模型B2、依次通过风管模型连接，且空气混合模型B1与空气混合模型B2之间还通过风管模型连接；房间模型B还通过风管模型与风机模型B2的一端连接，风机模型B2的另一端接排风口；所述房间模型B为多个房间模型并联。

空气混合模型包含开关阀及调节阀，所述表冷器模型、加湿器模型、房间模型包含调节阀，所述风机模型转速可调节，所述加热器模型具有档位调节功能。全空气空调仿真软件中模型之间的连接关系可设置为单独排风系统或无单独排风系统。通过调节空气混合模型各个阀门的开度，可以实现全新风系统的仿真、全回风系统的仿真、全排风系统的仿真、混风系统(新风与回风，回风与排风，新风与排风，新风、回风、排风都有)的仿真。

控制系统发送设备启停或阀门开关命令，命令传送到分离式仿真单元或集中式仿真柜里面的数字量接口单元的DI点，经过串口服务器及路由器，把命令传送给仿真主机，从而全空气空调仿真软件就收到相应的命令，这样，全空气空调仿真软件就执行命令，实现对现场设备启停或阀门开关的模拟仿真；全空气空调仿真软件仿真出的设备运行状态或阀门开关状态依次通过下面的顺序：仿真主机、路由器、串口服务器、分离式仿真单元或集中式仿真柜里面的数字量接口单元的DO点，最终传送给控制系统，从而，就实现控制系统对现场设备运行状态或阀门开关状态的仿真模拟。

控制系统发送频率控制信号，传送给分离式仿真单元或集中式仿真柜里面的模拟量接口单元的AI点，信号再依次经过串口服务器、路由器、仿真主机，最后传送给全空气空调仿真软件，全空气空调仿真软件收到频率控制信号后，就对风机模型的运行频率进行设置，从而实现控制系统对现场风机设备频率控制的仿真模拟，风机模型收到控制系统发送的频率控制值后，调节自己的运行频率，并实时的将当前运行频率依次通过下面的顺序发送给控制设备：全空气空调仿真软件、仿真主机、路由器、串口服务器、分离式仿真单元或集中式仿真柜里面的模拟量接口单元的AO点、控制系统，这样就实现控制系统对现场风机设备运行频率实时检测的模拟。

全空气空调仿真软件根据设置的参数，仿真出温度信号(新风、回风、混风、送风、室外温度、室内温度)，依次经过下面的顺序，最终传输给控制系统：全空气空调仿真软件、仿真主机、路由器、串口服务器、分离式仿真单元或集中式仿真柜里面的模拟量接口单元的AO点、分离式仿真单元或集中式仿真柜里面的温度传感器模拟单元的AI点、分离式仿真单元或集中式仿真柜里面的温度传感器模拟单元的AO点、控制系统，从而实现控制系统对现场设备温度信号实时检测与监视的仿真模拟。

全空气空调仿真软件根据设置的参数，仿真出非温度信号(湿度、风量、风压、房间压力、CO2浓度、能耗、负荷)，依次经过下面的顺序，最终传输给控制系统：全空气空调仿真软件、仿真主机、路由器、串口服务器、分离式仿真单元或集中式仿真柜里面的模拟量接口单元的AO点、控制系统，从而实现控制系统对现场所需信息的实时采集与监视的仿真模拟。

控制系统的控制执行情况可以通过VGA视频传输线接到仿真监控台的显示器A，而全空气空调仿真软件的仿真运行情况可以在仿真监控台的显示器B及显示器C上面进行显示，三个显示器并排显示，方便系统的调试，从而解决了控制系统厂内的调试问题，同时解决了控制系统现场调试的成本高、时间长等问题。

本仿真系统与控制系统相连后，控制系统可以对全空气空调仿真软件里的设备模型或器件模型进行控制，如可以对风机模型进行启停控制及频率调节；可以对空气混合模型的阀门进行开关控制及开度调节；可以对表冷器模型的阀门、加湿器模型的阀门、房间模型的阀门进行开度调节；可以对加热器模型的加热档位进行调节。通过设置风机模型的参数，可以实时仿真出在不同阀门的特定开度及特定风机运行频率下每个风机的风量、出风动压、静压、全压、能耗、输入功率、运行状态。通过设置表冷器模型的参数，可以实时地仿真出不同状态的进风空气及不同状态的冷水流过表冷器后，空气的温度、相对湿度、出水温度、当前负荷、制冷量、除湿量。通过设置加热器模型的参数，可以实时地仿真出空气经过加热器加热后的温度、相对湿度、加热器的输入功率、耗电量。通过设置加湿器模型的参数可以实时地仿真出空气经过加湿器加湿后加湿器的当前加湿量、析湿量及空气温度、相对湿度。通过设置房间模型参数，可以实时地仿真出房间的温度、相对湿度、CO₂浓度、当前人数、进风量、排风量、回风量及房间压力。通过设置混风箱模型，可以实时地仿真不同状态的空气混合后的空气温度、相对湿度、CO₂浓度及混合后的总风量。通过管道模型，可以在模型之间自动传递空气的参数，如风量、温度、相对湿度、CO₂浓度。通过分离式仿真单元或者集中式仿真柜，可以将各个模型仿真出来的数据传送给控制系统，为控制系统的调试提供接近真实的环境及数据，解决了控制系统厂内的调试问题，同时解决了控制系统现场调试的成本高、时间长问题。

Claims (8)

1.一种全空气空调仿真系统，包括分离式仿真单元、集中式仿真柜和仿真监控台，其特征在于：所述分离式仿真单元、集中式仿真柜分别通过RS485与仿真监控台通讯连接，所述分离式仿真单元、集中式仿真柜通过硬接线与控制系统通讯连接，所述仿真监控台与控制系统通过视频线通讯连接。

2.如权利要求1所述的全空气空调仿真系统，其特征在于：所述仿真监控台包括显示器A、显示器B、显示器C、仿真主机、路由器和串口服务器，仿真主机上运行全空气空调仿真软件，显示器A的视频输入端与控制系统的视频输出端连接，显示器B、显示器C的视频输入端分别与仿真主机的两个视频输出端对应连接，仿真主机通过以太网与路由器通讯连接，路由器通过以太网与串口服务器通信连接。

3.如权利要求1所述的全空气空调仿真系统，其特征在于：所述分离式仿真单元包括模拟量接口单元A、温度传感器模拟单元A和数字量接口单元A，模拟量接口单元A中的模拟量接口模块A1的模拟量输出端AO与温度传感器模拟单元A的模拟量输入端AI连接，温度传感器模拟单元A的模拟量输出端AO与控制系统的模拟量输入端AI连接，模拟量接口单元A中的模拟量接口模块A2的模拟量输出端AO、模拟量输入端AI分别与控制系统的模拟量输入端AI、模拟量输出端AO对应连接，数字量接口单元A的数字量输出端DO、数字量输入端DI点分别与控制系统的数字量输入端DI、数字量输出端DO对应连接；模拟量接口单元A、数字量接口单元A的通信接口分别与串口服务器的串口输出端连接。

4.如权利要求1所述的全空气空调仿真系统，其特征在于：所述集中式仿真柜包括模拟量接口单元B、温度传感器模拟单元B和数字量接口单元B，模拟量接口单元B中的模拟量接口模块B1的模拟量输出端AO与温度传感器模拟单元B的模拟量输入端AI连接，温度传感器模拟单元B的模拟量输出端AO与控制系统的模拟量输入端AI连接，模拟量接口单元B中的模拟量接口模块B2的模拟量输出端AO、模拟量输入端AI分别与控制系统的模拟量输入端AI、模拟量输出端AO对应连接，数字量接口单元B的数字量输出端DO、数字量输入端DI点分别与控制系统的数字量输入端DI、数字量输出端DO对应连接；模拟量接口单元B、数字量接口单元B的通信接口分别与串口服务器的串口输出端连接。

5.如权利要求2所述的全空气空调仿真系统，其特征在于：所述全空气空调仿真软件中的空气混合模型A1、表冷器模型A、风机模型A1、加热器模型A、加湿器模型A、房间模型A、空气混合模型A2、风机器模型A2、空气混合模型A3依次通过风管模型连接，且空气混合模型A1与空气混合模型A3之间还通过风管模型连接。

6.如权利要求2所述的全空气空调仿真系统，其特征在于：所述全空气空调仿真软件中的空气混合模型B1、表冷器模型B、风机模型B1、加热器模型B、加湿器模型B、房间模型B、空气混合模型B2、依次通过风管模型连接，且空气混合模型B1与空气混合模型B2之间还通过风管模型连接；房间模型B还通过风管模型与风机模型B2的一端连接，风机模型B2的另一端接排风口。

7.如权利要求5所述的全空气空调仿真系统，其特征在于：所述房间模型A为多个房间模型并联。

8.如权利要求6所述的全空气空调仿真系统，其特征在于：所述房间模型B为多个房间模型并联。