CN202929939U - 中央空调控制系统模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种应用于中央空调控制系统实验装置，主要实现中央空调基本控制功能的安装和操作。本实用新型包含了以半导体制冷片为核心的制冷系统，采用直接数字控制系统（DDC）作为控制器，运用组态软件实现上位机的监控功能。本实用新型还通过接线端子实现了实验设备和DDC之间的间接连接；通过修改DDC中的PID模块，可设置相应的控制算法，编写符合实验装置要求的控制逻辑程序，有助于进一步提高学生对中央空调控制方式的了解和开发，并提高学生的动手能力。

Description

中央空调控制系统模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种中央空调控制系统模拟实验装置，是利用制冷片为冷源和DDC为控制器的可以让学生模拟实现中央空调控制系统基本功能的实验装置，属于中央空调技术领域。

背景技术

中央空调控制系统是智能建筑楼宇自动化中一个非常重要的组成部分，随着楼宇自动化技术的发展，作为研究智能建筑的学生必须掌握中央空调控制系统的安装和操作。

目前，国内对中央空调控制主要集中在对工程的应用设计上，缺少针对高等院校和各类职业院校设计和技能实训的相关实验实训设备。但是随着智能楼宇相关专业的迅速发展，对中央空调控制系统的实验实训装置的需求也愈加迫切，急需相关的教学设备帮助学生掌握中央空调控制系统的设计和具体实施方法，并能对其控制方案进行优化设计。本新型实用专利正是在此基础上，将实际工程运用和教学实验相结合，便于学生学习实践的中央空调控制系统实验实训设备。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种中央空调控制系统模拟实验装置，解决目前中央空调控制主要集中在对工程的应用设计上，缺少针对高等院校和各类职业院校设计和技能实训的相关实验实训设备，通过本实用新型提供一种适配能力更好、更符合学生和被培训者模拟中央空调控制的实验装置，进行中央空调控制系统的组态、接线和安装的工程训练。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的，一种中央空调控制系统模拟实验装置，在实验台架上设置包括计算机、以直接数字控制系统 DDC为核心的、采用半导体制冷片的风模拟系统和水模拟系统；通过计算机完成对两模拟系统的监测和控制。

所述的风模拟系统包括直接数字控制器DDC-A、继电器组A、模拟的排风风道、新风风道，以及与排风风道、新风风道连接的房间；排风风道与新风风道间连接回风风道，该回风风道中设置回风门；新风风道的进风口至房间的风道中依次设置新风门、过滤器、装有半导体制冷片的表冷器、送风机，新风温湿度传感器的探头置于进风口的风道内，房间温湿度传感器的探头置于房间内，压差传感器的探头置于过滤器两端的风道内；房间至排风风道的出风口的风道中依次设置回风机、排风门，回风温湿度传感器的探头置于排风门与回风机的风道内。

在风系统模拟装置中，风道和房间用有机玻璃制成，用以模拟实际的房间和风道，其中的温湿度传感器可对房间、回风和新风中的温湿度进行测量并将数据传送到控制装置中；排风门、回风门、新风门和过滤器用手动挡板代替，实现对风道风量通断及大小的控制，其中过滤器上的压差传感器向控制装置发送监测到的压差信号；用小风扇模拟回风机和送风机的工作，通过DDC对其进行开关量的控制；最后，通过装入的半导体制冷片和小风扇降低模型的温度，实现风机盘管表冷器工作的模拟。

所述的水模拟系统包括直接数字控制器DDC-B、继电器组B、冷却水系统和冷冻水系统，运用安放于机组中的半导体制冷片模拟两系统在机组中实现的能量转换；其中，冷却水系统由冷却水塔、冷却水泵A和冷却水泵B组成；冷冻水系统由冷冻水泵A和冷冻水泵B组成；冷却水塔和机组上分别设置水塔温度传感器、机组温度传感器。

在水系统控制模拟装置中，用空气的流动模拟实际中冷却水和冷冻水的流动，流通的通道由有机玻璃制作的通道进行模拟。冷却水泵和冷冻水泵都由小风扇进行模拟控制。冷冻水和冷却水的温度变化由半导体制冷片提供，在机组中通过半导体制冷片和风扇实现对机组工作的模拟。在水塔和机组中安装温度传感器，实现对其温度进行检测，并送控制装置实现监控。

本实用新型实验装置采用BAS-3520研华开发的直接数字控制系统 (Direct Digital Control简称DDC)，由接口转接设备随负荷变化作系统控制，如中央空调冷水循环系统、中央空调箱变频自动风量调整及冷却水塔散热风扇的变频操控等。该控制器采用全光电隔离、电源电压监视、瞬间脉冲干扰抑制、数字滤波、看门狗等多种抗干扰措施，运用全以太网的通讯方式，保证现场设备之间数据的快速通讯和数据交换，开放式通讯协议支持BACNet和Modbus协议；支持WebServer功能，允许客户在远端通过普通的IE浏览器直接登录现场DDC进行数据浏览；通过基于以太网设计开发的上位机HMI/SCADA软件，保证现场设备与上位机软件之间无缝链接。

本实用新型实验的控制算法是在DDC中修改PID模块，同时编写控制逻辑程序，这一方式有利于控制算法的修改和设计。

本实用新型组态选用完全基于IE浏览器的HMI/SCADA监控及数据采集软件——Advantech WebAccess组态软件，可以对中央空调控制系统中自动化设备进行监控。

本实用新型结合目前流行的中央空调装置运行情况，设计了使用制冷片为制冷元件，DDC为控制器，组态软件作为上位机监控系统的中央空调控制实验装置，此实验装置能够实现实际中央空调控制系统的基本控制功能，便于学生进行相关的学习。在对实验设备的安装中，为了方便学生做实验，同时预防学生在实验过程中重复操作对元器件的接线端子带来损害，增加了一排接线端子，共70个端子口，供学生对相关设备进行接线，减少对实验设备的损伤。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图； 

图2是本实用新型中的新风控制试验原理接线图；

图3是本实用新型中的一次回风控制试验原理接线图； 

图4是本实用新型中的冷冻站冷冻水系统控制试验原理接线图；

图中，1 DDC-A，2 继电器组A，3 接线端子A，4 风系统模拟装置，5 DDC-B，6 接线端子B，7继电器组 B，8 水系统模拟装置，9 实验台架，10 计算机，11 排风风道，12 回风风道，13 新风风道，14房间，15排风门，16回风门，17新风门，18过滤器，19压差传感器，20回风温湿度传感器，21新风温湿度传感器，22房间温湿度传感器，23回风机，24送风机，25表冷器，26机组，27冷却水塔，28冷却水水泵A，29冷却水水泵B，30冷冻水水泵A，31冷冻水水泵B，32水塔温度传感器，33机组温度传感器。

具体实施方式

结合附图和实施例进一步说明本实用新型，如图1所示，本实用新型在实验台架9上设置包括计算机10、以直接数字控制系统 DDC-A 1为核心的、采用半导体制冷片的风模拟系统，以直接数字控制系统DDC-B   5为核心的、采用半导体制冷片的水模拟系统，通过计算机10完成对两模拟系统的监测和控制。

本实用新型为学生提供了一个模拟中央空调控制的实验装置，可以让学生进行中央空调控制系统的组态、接线和安装的工程训练。学生使用该系统可以从硬件连接、到组织一个完整的中央空调机组控制系统，通过编写DDC的控制程序实现控制空调机组的工作。

本实用新型运用计算机10中的组态软件对中央空调系统中的DDC进行管理，从而实现对中央空调系统中风系统和水系统的控制。

中央空调风系统模拟控制部分利用房间温湿度传感器22、回风温湿度传感器20和新风温湿度传感器21对模拟装置中房间14、排风风道11、新风风道13的温湿度进行监控，运用压差传感器19对模拟的过滤器18进行监控；传感器将测得的相关物理量转换为对应的电信号，运用DDC-A 1和计算机10，结合相应的控制原理和方案对电信号进行采样和分析后，按分析结果驱动模拟回风机23、送风机24、表冷器25中风机的小风扇工作，实现对中央空调中风系统控制工作方式的模拟。

中央空调水系统模拟控制部分由冷却水系统和冷冻水系统两部分组成，它们在机组26中实现汇接，用以模拟实际中央空调水系统的控制工作方式。其中冷却水系统运用水塔27和机组26中的温度传感器33将水塔27和机组26中的温度转换为相应的电信号，运用DDC-B 5和计算机10，结合相应的控制原理和方案对电信号进行采样和分析后，按分析结果驱动模拟冷却水水泵A 28、冷却水水泵B 29运行的小风扇进行工作；另外冷冻水系统运用两个小风扇模拟冷冻水水泵A 30、冻水水泵B 31的工作，通过两组通道模拟冷冻水的集水和分水，运用DDC-B 5、计算机10，并结合相应的控制原理和方案实现对模拟冷冻水水泵工作的小风扇进行控制，最终实现中央空调水系统控制工作方式的模拟操作。

本实用新型采用BAS-3520研华开发的直接数字控制系统 (Direct Digital Control简称DDC)。它可借由接口转接设备随负荷变化作系统控制，如空调冷水循环系统、空调箱变频自动风量调整及冷却水塔散热风扇的变频操控等，DDC采用全光电隔离、电源电压监视、瞬间脉冲干扰抑制、数字滤波、看门狗等多种抗干扰措施，可靠性高，性价比高，操作筒单。该控制器采用全以太网的通讯方式，保证现场设备之间数据的快速通讯和数据交换，开放式通讯协议支持BACNet和Modbus协议。同时DDC支持WebServer功能，允许客户在远端通过普通的IE浏览器直接登录现场DDC进行数据浏览。完全基于以太网设计开发的上位机HMI/SCADA软件，保证现场设备与上位机软件之间无缝链接。

本实用新型中的制冷系统核心是半导体制冷片，其型号是TEC1-12706，额定电压为12V，额定功率为65W，用于代替空调系统中的表冷器。半导体制冷片在通电的情况下，两端极板会产生一定的温差，人们正是利用它的冷凝面为物体提供一个低温环境、发热面提供热源能量。

本实用新型组态选用Advantech WebAccess组态软件。Advantech WebAccess是完全基于IE浏览器的HMI/SCADA监控及数据采集软件，可以对中央空调控制系统中自动化设备进行监控。

本实用新型实验的控制算法是在DDC中修改PID模块，同时编写控制逻辑程序。经过测量实验设备模拟房间的尺寸，根据分析建立房间的数学模型为                                                

                。例如在一次回风空调系统实验中，选择制冷

模式，观察控制算法的效果。

本实用新型具体完成的操作有：完成一个空调机组的控制系统的组建；完成DDC的输入输出接口和空调机组上传感器的连接；组建一个使用以太网的中央空调自控系统；编写常规的DDC控制程序；控制程序下载至DDC中；实际调试控制程序；完成一个空调机组控制系统组织、编程、控制及整机调试的过程。通过完成上述操作，对中央空调控制系统的结构原理；DDC的使用；DDC控制程序的编写、调试；通信网络的架构；传感器、执行器和DDC（直接数字控制器）的连接方法等将得到更深刻的认识，大幅度提高实际操作技能。

本实用新型如图1所示，左边为风系统，包含了风道11、12、13，房间14，风门15、16、17，过滤器18，压差传感器19，温湿度传感器20、21、22，风机23、24，表冷器25等；右边为水系统，包含了机组26，冷却塔27，水泵28、29、30、31，温度传感器32、33等。为了减少对DDC和各设备的损坏，在本实验装置中，各设备与DDC之间采用间接接线法，彼此的连接是通过端子排进行连接。

本中央空调控制系统实验装置实现全新风控制、一次回风控制、冷冻水系统控制等实验。现在以上述三个实验为例，具体操作如下：

1、全新风控制实验

全新风控制实验所需实验设备按照图2进行连线，运用空调新风系统实验监控软件进行相应的观测、设置和编程。首先，打开计算机10显示测量信号，记录下新风温湿度传感器21所测量的温/湿度，以及房间温湿度传感器22所测量的模拟系统房间的温/湿度；然后，放下过滤器18插板，观察报警信号；当温度高于设定值时，打开风机23、24，调节表冷器25盘管（制冷片），观测并调节模拟系统房间温/湿度的变化，当温度达到设定值时停止风机23、24，等待4-5分钟后停止表冷器25盘管（制冷片）。

2、一次回风控制实验

一次回风控制实验所需实验设备按照图3进行连线，运用空调回风系统实验监控软件进行相应的观测、设置和编程。首先，打开计算机10显示测量信号，记录下新风温湿度传感器21所测量的温/湿度,以及房间温湿度传感器22所测量的模拟系统房间的温/湿度，回风温湿度传感器20测量的风道温湿度；然后，放下过滤器18插板，观察报警信号；当温度高于设定值时，依次打开回风机23，送风机24，当温度低于设定温度时调节表冷器25（制冷片），观测并调节模拟系统房间温/湿度的变化，当温度达到设定值时停止风机23、24，等待4-5分钟后停止表冷器25（制冷片）。

3、冷冻水系统控制实验

冷冻水系统控制实验所需实验设备按照图4进行连线，运用空调水系统实验监控软件进行相应的观测、设置和编程。首先，打开计算机10显示测量信号，记录下冷却水塔27中水塔温度传感器32所测量的冷却水供水温度,以及机组26中机组温度传感器33所测量的冷冻水回水温度；然后，启动各个设备，各设备启停顺序为：第一步启动冷却水泵28、29，观察冷却水塔27中水塔温度传感器32变化3-5分钟，当温度高于所设定温度时依次启动冷冻水泵30、31、冷动机组26；第二步当温度达到要求，依次停止冷动机组26、冷冻水泵30、31、冷却水塔27、冷却水泵28、29。

通过以上三个实验，从连线、观测、状态及设备的调整，可全方面培养学生动手能力。而且本实验装置还具有很好的可扩充性，能方便学生实现进一步的研究开发，从组态、网络、控制等多方面进行设计水平及动手能力的培养和提高。

Claims (7)

1.一种中央空调控制系统模拟实验装置，其特征是，在实验台架上设置包括计算机、以直接数字控制系统DDC为核心的、采用半导体制冷片的风模拟系统和水模拟系统；通过计算机完成对两模拟系统的监测和控制。 

2.根据权利要求1所述的中央空调控制系统模拟实验装置，其特征是，所述的风模拟系统包括直接数字控制器DDC-A（1）、继电器组A（2）、模拟的排风风道（11）、新风风道（13），以及与排风风道（11）、新风风道（13）连接的房间（14）；排风风道（11）与新风风道（13）间连接回风风道（12），该回风风道（12）中设置回风门（16）；新风风道（13）的进风口至房间（14）的风道中依次设置新风门（17）、过滤器（18）、装有半导体制冷片的表冷器（25）、送风机（24），新风温湿度传感器（21）的探头置于进风口的风道内，房间温湿度传感器（22）的探头置于房间（14）内，压差传感器（19）的探头置于过滤器（18）两端的风道内；房间（14）至排风风道（11）的出风口的风道中依次设置回风机（23）、排风门（15），回风温湿度传感器（20）的探头置于排风门（15）与回风机（23）的风道内。 

3.根据权利要求1所述的中央空调控制系统模拟实验装置，其特征是，所述的水模拟系统包括直接数字控制器DDC-B（5）、继电器组B（6）、冷却水系统和冷冻水系统，运用安放于机组（26）中的半导体制冷片模拟两系统在机组（26）中实现的能量转换；其中，冷却水系统由冷却水塔（27）、冷却水泵A（28）和冷却水泵B（29）组成；冷冻水系统由冷冻水泵A（30）和冷冻水泵B（31）组成；冷却水塔（27）和机组（26）上分别设置水塔温度传感器（32）和机组温度传感器（33）。 

4.根据权利要求3所述的中央空调控制系统模拟实验装置，其特征是，所述的冷却水系统中的两冷却水水泵分别采用小风扇模拟；冷冻水系统中的两冷冻水水泵分别采用小风扇模拟。 

5.根据权利要求1所述的中央空调控制系统模拟实验装置，其特征是，所述的半导体制冷片采用TEC1-12706，利用半导体制冷片,接通电源实现温度变化,模拟实际中空调系统的工作。 

6.根据权利要求1所述的中央空调控制系统模拟实验装置，其特征是，风模拟系统和水模拟 系统中均设置接线端子，各系统中的相关部件与各自的DDC之间经接线端子间接连接。 

7.根据权利要求1所述的中央空调控制系统模拟实验装置，其特征是，控制器采用全以太网的通讯方式，保证现场设备之间数据的快速通讯和数据交换。 

Images