CN110260481A - 一种使用计算机对空调plc控制系统进行干预性控制的方法 - Google Patents

一种使用计算机对空调plc控制系统进行干预性控制的方法 Download PDF

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Abstract

一种使用计算机对空调PLC控制系统进行干预性控制的方法，建立空调系统能量模型，在空调系统数学模型基础上建立系统能量模型，并通过能量模型对系统的各个影响因素进行全面分析，计算出系统的运行状态参考点；将计算出的最优路径修正值及所需要的其他参数传送给空调机组本体PLC控制器，由空调本体PLC控制器执行路径监控系统的指令；空调本体PLC控制器把空调运行状况参数传送给空调路径监控系统，为下一采样周期的计算做准备；建立空调系统运行状态图，实时计算空调多工况焓湿图的边界并存贮于计算机中，并把空调机组的各工作节点绘于焓湿图中，作为运行状态图进行呈现。该方法能合理有效地选取合适的加湿方式，能够有效降低能量的浪费，实现空调的节省控制。

Description

一种使用计算机对空调PLC控制系统进行干预性控制的方法
技术领域
本发明属于中内空调控制技术领域，具体是一种使用计算机对空调PLC控制系统进行干预性控制的方法。
背景技术
当前工厂中央空调机组主要应用PLC控制技术进行控制的，PLC控制系统根据设定的参数及温湿度模块反馈的数据进行PID调节。这种传统的PID调节控制方式下各个功能段根据反馈回来的温湿度数据，结合设定值(t0)利用PID调节进行自动化控制，但是由于各功能段相对独立，在某些条件下，尤其是对于湿度的控制易发生冷热量抵消，造成能量浪费。这种浪费通常发生在过渡季节，过渡季节气候温暖，空气干燥，需要中内空调机组进行调节温湿度的车间有大量的加湿需求，对于温度的控制相对较小。空调器的加湿方式有两种:蒸发(等焓)加湿和蒸汽(等温)加湿。在实际控制过程中，如果中央空调的控制系统选取了不合适的加湿方式就会造成能源浪费。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种使用计算机对空调PLC控制系统进行干预性控制的方法，该方法能合理有效地选取合适的加湿方式，能够有效降低能量的浪费，实现空调的节省控制。
为了实现上述目的，本发明提供一种使用计算机对空调PLC控制系统进行干预性控制的方法，包括以下步骤：
步骤1：建立空调系统能量模型，利用计算机在空调系统数学模型基础上建立系统能量模型，并通过能量模型对系统的热负荷、湿负荷、环境涵值及其他影响因素进行全面分析，计算出系统的运行状态参考点；
步骤2：利用计算机将步骤1计算出的最优路径修正值及所需要的其他参数传送给空调机组本体PLC控制器，由空调本体PLC控制器执行路径监控系统的指令；
步骤3：空调本体PLC控制器把空调运行状况参数传送给空调路径监控系统，为下一采样周期的计算做准备；
步骤4：建立空调系统运行状态图，利用计算机实时计算空调多工况焓湿图的边界，以数学解析式的方式存贮于计算机中，并把空调机组的各工作节点绘于焓湿图中，作为空调机组运行状态图呈现给操作人员。
进一步，为了便于自动地执行最优的运行路径，在步骤4中，计算机根据空调机组运行状态图监控空调机组当前运行路径，在空调机组当前运行路径不是最优路径时，向空调机组本体PLC控制器发出控制指令，空调机组本体PLC控制器收到控制指令后调整运行路径到最优路径上。
进一步，为了便于手动地执行最优的运行路径，在步骤4中，当操作人员发现空调机组当前运行路径不是最优路径时，通过手动的方式向空调机组本体PLC控制器输入控制指令，空调机组本体PLC控制器收到控制指令后调整运行路径到最优路径上。
进一步，在步骤2中，计算机和空调本体plc控制器之间通过OPC进行通信；在步骤3中，空调本体plc控制器和空调路径监控系统之间通过OPC进行通信。
作为一种优选，空调运行状况参数包含输入参数、输出参数、环境参数车间内设备负载参数。
该方法能将空调的当前运行状态图直观地显示在监视屏上，并能直观地呈现出空调的最优路径，当空调机组当前运行路径不是最优路径时，可以自动或便于通过手动的方式来执行最优的运行路径，从而能使空调机组选择最低能耗能量组合方式工作。该方法能合理有效地选取合适的加湿方式，在湿平衡范围内，可以省略对湿度的控制，仅实施对温度的控制，进而能够有效降低能量的浪费，实现空调的节省控制。
附图说明
图1是本发明中中央空调多工况分区示意图；
图2是本发明的最大新风降湿路径规划示意图；
图3是本发明的湿平衡状态仅控温度示意图；
图4是本发明的区域控制除湿季设定值规划示意图；
图5是本发明的区域控制加湿季设定值规划示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种使用计算机对空调PLC控制系统进行干预性控制的方法，包括以下步骤：
步骤1：建立空调系统能量模型，利用计算机在空调系统数学模型基础上建立系统能量模型，该系统能量模型即为空调路径监控系统，并通过能量模型对系统的热负荷、湿负荷、环境涵值及其他影响因素进行全面分析，计算出系统的运行状态参考点。运行状态参考点包括最优路径修正值及其他影响空调运行的参数，还可以包括根据能量模块求出的湿平衡域。
步骤2：利用计算机将步骤1计算出的最优路径修正值及所需要的其他参数传送给空调机组本体PLC控制器，由空调本体PLC控制器执行空调路径监控系统的指令；
步骤3：空调本体PLC控制器把空调运行状况参数传送给空调路径监控系统，为下一采样周期的计算做准备；
步骤4：建立空调系统运行状态图，利用计算机实时计算空调多工况焓湿图的边界，以数学解析式的方式存贮于计算机中，并把空调机组的各工作节点绘于焓湿图中，作为空调机组运行状态图呈现给操作人员。
为了便于自动地执行最优的运行路径，在步骤4中，计算机根据空调机组运行状态图监控空调机组当前运行路径，在空调机组当前运行路径不是最优路径时，向空调机组本体PLC控制器发出控制指令，空调机组本体PLC控制器收到控制指令后调整运行路径到最优路径上。
为了便于手动地执行最优的运行路径，在步骤4中，当操作人员发现空调机组当前运行路径不是最优路径时，通过手动的方式向空调机组本体PLC控制器输入控制指令，空调机组本体PLC控制器收到控制指令后调整运行路径到最优路径上。
在步骤2中，计算机和空调本体plc控制器之间通过OPC进行通信；在步骤3中，空调本体plc控制器和空调路径监控系统之间通过OPC进行通信。
空调运行状况参数包含输入参数、输出参数、环境参数车间内设备负载参数。
下面对以上方法进行验证分析：
1、空调控制的性能指标及当前现状
1)指标一：温湿度精度指标
温湿度精度控制指标是指在空调控制系统的作用下，通过空调机组的能量匹配，使需要中内空调机组进行调节温湿度的车间温度及相对湿度满足工艺给出的要求。比如：温度26±2℃，相对湿度60±5％。
当前，空调机组的控制水平已经较好的解决了温湿度精度的控制指标。
2)指标二：最小能量指标
空调机组在能量匹配的过程中有多种不同的能量参与其中，能量匹配的方式不是唯一的。不同的能量配方可能产生的能量消耗不同，而不同的能量配方称为路径。
2、空调运行路径的定义
空调运行路径即在涵湿图上以空调回风温湿度为起点，以各工艺段(表冷段、加热段、加湿段)处理后的温湿度为节点，以送风温湿度为终点的曲线。
通过空调运行路径图可以准确地、定量的计算出各个工艺段的能量交换情况，进而能很方便的对空调机组的能量关系进行分析。
在相同的热、湿负荷及相同的室外温湿度条件下，对于同一台空调选择不同的运行路径能量消耗是不同的。
3、最优路径节能的理论依据
根据能量守恒原理，中央空调系统在恒定的热、湿负荷状态下，空调系统所需要的能量也是恒定的。所谓节能是指节约需要购置的商业能量(包括电、蒸汽、冷水等)。选择最优路径的目的在于：
①采用适宜控制方式合理的引入自然能量，使能量的消耗达到最小。
②采用适宜控制方式降低甚至完全消除空调内部损耗。
4、多工况焓湿图分区
多工况分区技术是工艺路径优化的基础。根据室外空气状态点、室内状态点与送风状态点的相对位置，在焓湿图上划分若干区。如图1所示，将具有相同空气处理过程的部分划分为同一区域，采用相同的运行策略，将多工况焓湿图分割为9个区。
最小新风状态下的混风温、湿度点在焓湿图的坐表点是一个非常重要的状态点，由于最小新风比是国家标准所规定的，所以空调气流的处理实际上自这点开始的，我们把这点称为气流处理的初始点。
表1给出了空调运行区域汇总表，如表1所示，中央空调运行初始点所驻留的区称为空调的运行区,新风状态点所驻留的区称为空调的运行域。例如：若空调运行在9区1域简称为9.1区。
这种分区方法将空调的运行状态与当前气象状态点建立了联系，为分析、计算引入自然能量，确定最佳工艺路径提供了依据。
表1：空调运行区域汇总表
5、工艺路径优化计算
中央空调在运行中有多种能量参与，能量组合的方式并不是唯一的，不同的能量组合方式导致能量消耗不同。选择最低能耗能量组合方式节能研究的目标。
能量组合方式体现了中央空调参与空气处理的工艺段，也称工艺路径，在焓湿图上表现为自回风状态点至送风状态点各工艺段后温、湿度坐标的连线。表2给出了空调运行最优工艺路径列表，同时，图2给出了最佳路径的一个范例，应用于湿负荷较大的车间，最大限度引入了新风能量。
表2：空调运行最优工艺路径列表
6、湿平衡状态控制优化计算
如果车间的湿负荷与环境及新风作用于车间的湿负荷平衡时，称为空调处于湿平衡状态。对传统控制而言湿平衡状态仅为一个点存在，没有利用价值。
实施区域目标控制技术后，湿平衡将转换为一个域，就产生了很大的利用价值。在湿平衡范围内，可以省略对湿度的控制，仅实施对温度的控制。实验结果表明在除湿状态下该项技术可节能20％。
由于车间存在湿负荷，且湿负荷由于车间空气的流动是变化的。湿平衡不能简单地靠新风适度确定。本方法依据在线辨识的数学模型可以求得足够准确的湿平衡域，实施湿平衡域的节能控制。
图3表示在湿平衡状态仅控制温度的示意图。图中可以看出空调在传统控制下应处于除湿状态，应用湿平衡控制后仅处于降温状态，节能量是可观的。本项技术对过渡季节能控制具有明显的意义。
7、区域目标控制优化计算
图4的黑色十字线表示空调原始设定值，红色四边形表示空调的允许控制误差范围。这个允许的范围是一个很重要的资源。在满足工艺条件下使空调运行在最节能的目标点的节能潜力是很大的。
在允许误差内部设置一个设定域，空调运行时设定值可在设定域内寻求最节能的点作为实时设定值。仿真计算及实际运行结果表明，该项技术在除湿季可节能10％，在加湿季可节能5％。
图4是除湿季设定值优化运行示意图，图5是加湿季蒸发(微雾)加湿配备的设定值优化示意图。
该方法能将空调的当前运行状态图直观地显示在监视屏上，并能直观地呈现出空调的最优路径，当空调机组当前运行路径不是最优路径时，可以自动或便于通过手动的方式来执行最优的运行路径，从而能使空调机组选择最低能耗能量组合方式工作。该方法能合理有效地选取合适的加湿方式，在湿平衡范围内，可以省略对湿度的控制，仅实施对温度的控制，进而能够有效降低能量的浪费，实现空调的节省控制。

Claims (5)

1.一种使用计算机对空调PLC控制系统进行干预性控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立空调系统能量模型，利用计算机在空调系统数学模型基础上建立系统能量模型，并通过能量模型对系统的热负荷、湿负荷、环境涵值及其他影响因素进行全面分析，计算出系统的运行状态参考点；
步骤2：利用计算机将步骤1计算出的最优路径修正值及所需要的其他参数传送给空调机组本体PLC控制器，由空调本体PLC控制器执行路径监控系统的指令；
步骤3：空调本体PLC控制器把空调运行状况参数传送给空调路径监控系统，为下一采样周期的计算做准备；
步骤4：建立空调系统运行状态图，利用计算机实时计算空调多工况焓湿图的边界，以数学解析式的方式存贮于计算机中，并把空调机组的各工作节点绘于焓湿图中，作为空调机组运行状态图呈现给操作人员。
2.根据权利要求1所述的一种使用计算机对空调PLC控制系统进行干预性控制的方法，其特征在于，在步骤4中，计算机根据空调机组运行状态图监控空调机组当前运行路径，在空调机组当前运行路径不是最优路径时，向空调机组本体PLC控制器发出控制指令，空调机组本体PLC控制器收到控制指令后调整运行路径到最优路径上。
3.根据权利要求1所述的一种使用计算机对空调PLC控制系统进行干预性控制的方法，其特征在于，在步骤4中，当操作人员发现空调机组当前运行路径不是最优路径时，通过手动的方式向空调机组本体PLC控制器输入控制指令，空调机组本体PLC控制器收到控制指令后调整运行路径到最优路径上。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种使用计算机对空调PLC控制系统进行干预性控制的方法，其特征在于，在步骤2中，计算机和空调本体plc控制器之间通过OPC进行通信；在步骤3中，空调本体plc控制器和空调路径监控系统之间通过OPC进行通信。
5.根据权利要求4所述的一种使用计算机对空调PLC控制系统进行干预性控制的方法，其特征在于，空调运行状况参数包含输入参数、输出参数、环境参数车间内设备负载参数。
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