CN202871173U

CN202871173U - 多功能风机盘管自控实验装置

Info

Publication number: CN202871173U
Application number: CN 201120561069
Authority: CN
Inventors: 孙育英; 李炎锋; 徐聪聪; 李俊梅; 尹晨晨; 边江
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2021-12-29

Abstract

多功能风机盘管自控实验装置，属于实验装置技术领域。水箱的出水管接至盘管热交换器，出水管上安装有水泵，盘管热交换器的回水管又连接至水箱，形成水路循环系统；风道的中央处又装有用于感测出风温度的铂电阻温度传感器，铂电阻温度传感器与单片机控制系统的接入端相连，水箱中放置有用于加热水的电加热器，电加热器的开关控制端与单片机控制系统的输出端相连接，水箱内有液位开关，其输出端接至电磁阀的控制端，电磁阀同时也连接至系统补水箱。本实用新型具有很强的可操作性。此实验装置能有效促进实验者对风机盘管控制系统的认识。本实用新型装置结构紧凑、能实现系列化控制实验，各部件紧凑结合，占用空间少。

Description

多功能风机盘管自控实验装置

技术领域

本实用新型涉及实验装置，更具体说是一种应用在教学科研中的简易的多功能风机盘管自控实验装置。

技术背景

在暖通空调领域，风机盘管系统在空调通风系数中大量使用。风机盘管的控制是建筑节能技术一项重要内容，因此要求暖通空调专业的从业人员在理解暖通空调设备和系统的同时对于空调设备自动控制方面的知识有一定深度的了解。因此，目前国内多数院校建筑环境与设备工程专业开设了自动控制原理、微机系统应用、智能建筑控制设计等课程，但是由于这些课程的抽象、逻辑性较强，对于非电气专业的学生来说学习起来有一定难度。如何结合具体的设备控制增加学生对设备运行以及节能控制技术掌握是一项重要任务。现场的风机盘管一般采用高、中、低三挡控制，学生很难通过其简单换档运行了解节能控制技术。

因此，需要研发一种多功能风机盘管自控实验装置，该装置能根据建筑环境与设备工程专业对自动控制原理的教学要求和学生培养要求实现学生对风机盘管系统进行多种模式控制。

发明内容

为了解决在传统的教学过程中学生很难通过简单的换档了解节能控制技术的问题，本发明提供一种了应用在暖通自动化控制的教学或者实验中，既实用于教学又紧密联系工程实际的风机盘管控制实验装置。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案包括：

本实用新型的结构特点是设置风机盘管系统和自动控制系统。

所述的多功能风机盘管自控实验装置，包括有铂电阻温度传感器1，盘管热交换器2，风机3，单片机控制系统4，电加热器5，水泵6，液位开关7，电磁阀8，补水箱9，水箱10，风道11。水箱10的出水管接至盘管热交换器2，出水管上安装有水泵6，盘管热交换器 2的回水管又连接至水箱10，形成水路循环系统；风道11的中央处又装有用于感测出风温度的铂电阻温度传感器1，铂电阻温度传感器与单片机控制系统4的接入端相连，水箱10中放置有用于加热水的电加热器5，电加热器的开关控制端与单片机控制系统4的输出端相连接，水箱10内有液位开关7，其输出端接至电磁阀8的控制端，电磁阀8同时也连接至系统补水箱9。

本实用新型的控制电路接入了用于指示水泵6是否运行的水泵运行指示灯、用于指示风机3是否运行的风机运行指示灯和用于指示电加热器是否运行的电加热器运行指示灯。

单片机控制系统4通过串口与上位机相连接，同时也与控制面板相连接。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1.本实用新型具有很强的可操作性。此实验装置能有效促进实验者对风机盘管控制系统的认识。

2.本实用新型装置结构紧凑、能实现系列化控制实验。实验装置各部件紧凑结合，占用空间少，在同一实验装置上可以进行暖通自动控制课程的分阶段系列化的实验，包括调节对象特性实验、双位调节器实验、比例调节器实验、比例积分调节器实验、比例积分微分调节器实验，能强化学生对暖通自动控制知识的认识，易于学生对系列课程内容的融会贯通。

附图说明。

图1为实验装置结构图；

图2为风机盘管自控试验台接线图；

图3为设备供电控制电路图；

图4为系统控制框图。

图中：1、铂电阻温度传感器 2、盘管热交换器 3、风机 4、单片机控制系统 5、电加热器 6、水泵 7、液位开关 8、电磁阀 9、补水箱 10、水箱 11、风道

具体实施方案

下面结合图1、图2和具体实施方式对本发明做进一步的说明：

本实验装置中风机3、水泵6、电加热器5均接交流电源。

控制面板上的水泵启动按钮与供电控制电路中的电磁继电器J1相连，继电器J1同时连接水泵6和水泵运行指示灯。当水泵启动按钮闭合时，J1常开触电吸合，风机3电机通电，风机运行指示灯亮，风机3运行。

控制面板上风机启动按钮与供电控制电路中的电磁继电器J2相连，继电器J2同时也与风机3和风机运行指示灯线连接；当风机启动按钮闭合时，电磁继电器J2的常开触点吸合，水泵6电机通电，水泵启动按钮上的运行指示灯亮，水泵6运行。

水箱10内设有电加热器5，由控制面板上电加热器旋转开关控制电加热器5的工作。电加热器旋转开关分为三档，分别是：手动开、手动关和自动。电加热器旋转开关与固态继电器J3相连接，固态继电器J3连接电加热器以及运行指示灯，并且与单片机控制电路板的输出端DO控制点相连，固态继电器J3接在0V和+5V的直流电源上。如图3所示，单片机控制电路板与控制面板相连接，接两个直流电源分别为-12V、+12V和+5V和GND。控制电路板上的RS232接口与其终端设备DB9相连接，并接至上位机COM口上。

在图2中各个端点连接如下表所示：

当电加热器旋转开关旋转为“手动开”位置时，则电加热器5通电工作，电加热器运行指示灯亮。

①当电加热器旋转开关旋转为“手动关”位置时，则电加热器5断电停止工作，电加热器运行指示灯灭。

②当电加热器旋转开关旋转为“自动”位置时，电加热器5受固态继电器J3的控制。当固态继电器J3线圈通电时，J3常开触点闭合，电加热器5通电工作，电加热器运行指示灯亮；当固态继电器J3线圈断电时，J3常开触点闭合，电加热器5断电，电加热器运行指示灯灭。而固态继电器线圈是否通电是由单片机控制系统来控制的，具体实现如图4所示。

单片机控制系统允许用户设定送风温度的控制方式，在控制面板上点击小键盘上“模式设定”按键，选择控制模式，控制模式的种类有“PID”、“P”、“PI”、“PD”、“双位”共5种，若选择“PID”控制模式，则MCS51单片机将按照PID算法运行。单片机控制系统允许用户设定控制参数与送风温度设定参数，在控制面板上点击小键盘上“参数设定”按键，可以实现修改送风设定温度、PID的参数值以及双位控制的差动范围等的操作。

铂电阻温度传感器1感测盘管送风温度，由单片机控制电路板上的热电阻线性化电路将传感器1的电阻信号转化成0-5V电压信号，并由模数转换芯片AD0809转换成数字信号送入MCS51单片机，单片机将测得送风温度与控制面板上所设定的温度进行比较，运行用户所设定的控制算法，输出一定脉宽的脉冲信号，通过固态继电器J3控制电加热器5的开关，从而控制送风温度保持稳定。

本实验装置可以完成自动控制的系列实验。如：调节对象特性实验、调节器特性实验、自动调节系统实验等。

在进行调节对象特性实验时，利用了实验装置的自动检测记录功能。具体实验方法如下：打开实验装置电源，按下“风机”按钮和“水泵”按钮，启动风机3与水泵6，观察数码显示屏7，待所示温度值稳定时，记下风机盘管出口侧空气的初温。然后，给电加热器5通电，即加入阶扰，“电热器三速开关”14转到“手动开”，电热器运行指示灯亮，这时候开始记时，待数码显示管所示温度值有变化时，记时，得到迟延时间τ。同时，自控设备将会每秒自动采样，当被控温度稳定3-5分钟时间后,将电热器三速开关转到关闭状态，弹出风机启动按钮和水泵启动按钮，系统停止工作。可以调出上位机数据库中的送风温度与时间的数据，做出调节对象的反应曲线，求取调节对象动、静态特性参数（迟延时间τ，时间常数T，传递系数K）。

在进行调节器特性实验中，利用了实验装置的自动检测记录功能和双位控制功能。具体实验方法如下：打开实验装置电源，按下控制面板上风机启停按钮和和水泵启停按钮，开启风机3与水泵6，使风机盘管水系统和风系统工作；在键盘区域设置控制模式为“双位调节（BB）”模式，使自控系统按双位调节器原理运行，并在控制面板上设置送风温度设定值和差动范围；将电加热器旋转开关设置为“自动”状态，使电加热器受到双位调节器的控制。上位机软件会自动记录送风温度、时间、加热器状态，当完成2-3个控制过程后，停止实验。在控制面板上将风机、水泵设置为“关”状态，风机运行指示灯和水泵运行指示灯灭，将电加热器设置为“手动关”状态，电热器运行指示灯灭。最后调出上位机软件数据库中的送风温度、时间、加热器状态的数据，并绘制调节过程曲线并进行分析。

在进行自动调节系统性能实验中，利用了实验装置的自动检测记录功能和PID控制功能。打开实验装置电源，在控制面板上将风机、水泵设置为“开”状态，将电加热器设置为“自动”状态，将控制模式可以设置为“P、PD、PID”模式，使用实验装置的自动监控功能。具体实验方法如下：通过开启风机3与水泵6，使风机盘管水系统和风系统工作；在控制面板的小键盘上设置控制模式为“PID调节”模式，使自控系统按PID调节器原理运行，并在控制面板上设置送风温度设定值、PID参数。测试在不同PID参数下的系统控制过程。最后从上位机数据库中调出送风温度与时间的数据，作出温度自动控制曲线，根据曲线分析控制性能（误差、超调和衰减比），使学生了解PID参数的意义与设置原理。

Claims

1.多功能风机盘管自控实验装置，包括有铂电阻温度传感器（1），盘管热交换器（2），风机（3），单片机控制系统（4），电加热器（5），水泵（6），液位开关（7），电磁阀（8），补水箱（9），水箱（10），风道（11）；其特征在于：水箱（10）的出水管接至盘管热交换器（2），出水管上安装有水泵（6），盘管热交换器（2）的回水管又连接至水箱（10），形成水路循环系统；风道（11）的中央处又装有用于感测出风温度的铂电阻温度传感器（1），铂电阻温度传感器与单片机控制系统（4）的接入端相连，水箱（10）中放置有用于加热水的电加热器（5），电加热器的开关控制端与单片机控制系统（4）的输出端相连接，水箱（10）内有液位开关（7），其输出端接至电磁阀（8）的控制端，电磁阀（8）同时也连接至系统补水箱（9）。

2.根据权利要求1所述的多功能风机盘管自控实验装置，其特征在于：单片机控制系统（4）通过串口与上位机相连接，同时单片机控制系统（4）也与控制面板相连接。