CN213814400U - 一种变风量空调系统实验平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变风量空调系统实验平台，该实验平台包括工控机，工控机连接有PLC模块，PLC模块连接有EM231模拟量输入模块，PLC模块连接有EM232模拟量输出模块；EM231模拟量输入模块和EM232模拟量输出模块均连接至测试柜；本实验平台结构简单，通过各个传感器能够实时的将各类数据实时传递至工控机中，工控机计算后，再将数据实时传递至电动阀进行实时的调控，该模拟变风量空调系统的工作状况，达到良好的控制效果，以此实现验证模型预测控制算法的现场控制效果的目的。
Description
【技术领域】
本实用新型属于过程控制实验技术领域，具体涉及一种变风量空调系统实验平台。
【背景技术】
随着工业技术的发展，经典控制理论以及现代控制理论在内的传统控制理论与技术无法满足工业及人类生活中日益复杂的控制与自动化要求。在大多数工业生产领域如电子器件、生物医药、食品冷库等中，都要求有一个恒温恒压的生产环境，这就要求工厂中央空调系统需常年工作在运行状态。而空调系统和其他工业系统一样，都存在着大时滞、强扰动、多变量等特点，用传统的PID控制很难实现。
国内外很多学者把模型预测控制(MPC)的方法应用到变风量空调系统中，也取得了很好的控制效果。但是区别于传统的控制算法，模型预测控制算法开发难度大，需要不断的进行调试完善。采用真实的空调系统验证则成本高、难度大、耗时长。最重要的是将算法应用到真实楼宇系统中控制的时候需要保证其可靠性、稳定性，所以验证算法比较困难。而单纯的基于MATLAB仿真相当于是一套内循环系统，缺乏交互性、实用性，也不满足应用场景的流程控制方式。所以单纯的在计算机上仿真验证效果，不足以模拟真实环境的种种情况，终究达不到贴合真实环境的标准。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种变风量空调系统实验平台，以解决现有技术中计算机中的仿真过程难以模拟真实环境，难以达到贴合真实环境标准的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种变风量空调系统实验平台，包括工控机，工控机连接有PLC模块，PLC模块连接有EM231模拟量输入模块，PLC模块连接有EM232模拟量输出模块；EM231模拟量输入模块和EM232模拟量输出模块均连接至测试箱；
所述EM231模拟量输入模块连接有静压点静压传感器和回风湿度传感器，EM231模拟量输入模块还连接有测试箱；
EM232模拟量输出模块连接至送风机、冷冻水电动阀、新风量电动阀、回风电动阀和加湿电动阀。
本实用新型的进一步改进在于：
优选的，所述PLC模块为西门子S7-1200PLC；所述工控机为T40塔式服务器。
优选的，所述PLC模块和工控机通过OPC协议传输数据。
优选的，所述测试箱内设置有送风电动阀、送风温度传感器、温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器；送风温度传感器、温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器均和EM231模拟量输入模块连接；
送风电动阀和EM232模拟量输出模块连接。
优选的，所述测试箱分别连接有送风管道和排风管道，送风管道和排风管道之间设置有回风管道。
优选的，送风管道和测试柜之间依次设置有冷却水装置、加湿器和送风机。
优选的，所述新风量电动阀设置在送风管道上。
优选的，所述冷冻水电动阀设置在冷却水装置上。
优选的，所述加湿电动阀设置在加湿器中。
优选的，所述回风电动阀和回风湿度传感器设置在回风管道上。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型公开了一种变风量空调系统实验平台，该实验平台包括工控机，工控机连接有PLC模块，PLC模块连接有EM231模拟量输入模块，PLC模块连接有EM232模拟量输出模块；EM231模拟量输入模块和EM232模拟量输出模块均连接至测试箱；本实验平台结构简单，通过各个传感器能够实时的将各类数据传递至工控机中，工控机计算后，将数据实时传递至电动阀对各个输入量进行实时调控，实现模拟变风量空调系统的工作状况，达到良好的控制效果。该实验平台拓展性强，可逆性强，后期可以增加其他类型的传感器检测房间空气质量其他数据进而控制房间其他空气特征。其特有的控制流程贴合真实应用场景的控制方式，为验证算法提供了一种交互性、真实性强的平台。
【附图说明】
图1是本实用新型的实验平台系统连接示意图；
图2是本实用新型的信号传输图；
其中：1-送风电动阀；2-送风机；3-冷冻水电动阀；4-新风量电动阀；5-静压点静压传感器；6-送风温度传感器；7-温湿度传感器；8-工控机；9-PLC模块；10-EM231模拟量输入模块；11-EM232模拟量输出模块；12-回风电动阀；13-回风湿度传感器；14-加湿电动阀；15-排风管道；16-回风管道；17-送风管道；18-冷却水装置；19-加湿器；20-测试箱；21-二氧化碳浓度传感器。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
参见图2，本实用新型包括：工控机8、PLC模块9、EM231模拟量输入模块10、EM232模拟量输出模块11、测试箱20、送风温度传感器6、静压点静压传感器5、温湿度传感器7和二氧化碳浓度传感器21、回风湿度传感器13、冷冻水电动阀3、送风机2、房间送风电动阀1、新风量电动阀4、回风电动阀12、加湿电动阀14。所述工控机8内装有MATLAB、Kepware软件等；所述PLC模块9为西门子S7-1200PLC，与电脑通过以太网连接；所述EM231模拟量输入模块10、EM232模拟量输出模块11与S7-1200PLC连接。优选的，静压点静压传感器5选用QBM66.203，送风温度传感器6为QFM3160，温湿度传感器7为QFA2040，回风湿度传感器13为QFA3160，二氧化碳浓度传感器21为QPA2062D。
上述冷冻水电动阀3、送风机2、房间送风电动阀1、新风量电动阀4、回风电动阀12和加湿电动阀14均为执行元件。
上述EM231模拟量输入模块10和EM232模拟量输出模块11优选的为西门子的模拟量输入输出模块。
参见图1，本实用新型包括和测试箱20连接的送风管道17，以及和外部环境连接的排风管道15，送风管道17和排风管道15之间通过回风管道16连接，送风管道17的输出端连接至冷却水装置18，冷却水装置18的输出端连接至加湿器19，加湿器19的输出端和送风机2连接，送风机2和测试箱20连接，测试箱20和排风管道15连接。
所述冷却水装置18中的冷却水管上设置有冷冻水电动阀3，加湿器19中设置有加湿电动阀14，送风机2后的送分管道1中设置有静压点静压传感器5；回风管道16上设置有回风电动阀12和回风湿度传感器13。测试箱20在伸入至其内部的送风管道17中设置有送风电动阀1，在测试箱20的送风管道17的出口处设置有送风温度传感器6，测试箱20内设置有湿度传感器7和二氧化碳浓度传感器21。
EM232模拟量输出模块11和回风电动阀12、新风量电动阀4、冷冻水电动阀3、送风机2和送风电动阀1连接，EM231模拟量输入模块10分别和回风湿度传感器13、送风温度传感器6、温湿度传感器7、二氧化碳浓度传感器21和静压点静压传感器5连接。
测试箱20现场环境数据经过各个传感器采集之后传至PLC模块9，信号经过PLC模块9转换之后通过以太网OPC协议传至工控机8，工控机8计算后将出当前时刻的最优解传至PLC模块9。PLC模块9再将当前时刻的控制量输入给冷冻水电动阀3、送风机2、送风电动阀1、新风量电动阀4、回风电动阀12、加湿电动阀14等执行元件。至此往复循来环验证模型预测控制算法，可实现实时仿真以及满足现场控制流程的交互性，实用性等特点。
本实用新型的工作原理为：首先传感器模块的送风温度传感器6、静压点静压传感器5、温湿度传感器7和二氧化碳浓度传感器21、回风湿度传感器13采集测试箱内环境状况并将数据传递至PLC模块9，信号经过PLC模块9的采集与转换之后通过以太网利用OPC协议传至工控机8，工控机8在线求解优化问题之后得到当前时刻的最优解，再把数据通过OPC协议送至PLC模块9。PLC模块9将信号经过EM232模拟量输出模块11相连转换之后输入给冷冻水电动阀3、送风机2、送风电动阀1、新风量电动阀4、回风电动阀12、加湿电动阀14等执行元件。执行元件做出相应动作之后。测试箱内温度变化，传感器再采集当前时刻的数据。至此往复循来环验证模型预测控制算法，可实现实时仿真以及满足现场控制流程的交互性，实用性等特点。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变风量空调系统实验平台，其特征在于，包括工控机(8)，工控机(8)连接有PLC模块(9)，PLC模块(9)连接有EM231模拟量输入模块(10)，PLC模块(9)连接有EM232模拟量输出模块(11)；EM231模拟量输入模块(10)和EM232模拟量输出模块(11)均连接至测试箱(20)；
所述EM231模拟量输入模块(10)连接有静压点静压传感器(5)和回风湿度传感器(13)，EM231模拟量输入模块(10)还连接有测试箱(20)；
EM232模拟量输出模块(11)连接至送风机(2)、冷冻水电动阀(3)、新风量电动阀(4)、回风电动阀(12)和加湿电动阀(14)。
2.根据权利要求1所述的一种变风量空调系统实验平台，其特征在于，所述PLC模块(9)为西门子S7-1200PLC；所述工控机(8)为T40塔式服务器。
3.根据权利要求1所述的一种变风量空调系统实验平台，其特征在于，所述PLC模块(9)和工控机(8)通过OPC协议传输数据。
4.根据权利要求1所述的一种变风量空调系统实验平台，其特征在于，所述测试箱(20)内设置有送风电动阀(1)、送风温度传感器(6)、温湿度传感器(7)和二氧化碳浓度传感器(21)；送风温度传感器(6)、温湿度传感器(7)和二氧化碳浓度传感器(21)均和EM231模拟量输入模块(10)连接；
送风电动阀(1)和EM232模拟量输出模块(11)连接。
5.根据权利要求1所述的一种变风量空调系统实验平台，其特征在于，所述测试箱(20)分别连接有送风管道(17)和排风管道(15)，送风管道(17)和排风管道(15)之间设置有回风管道(16)。
6.根据权利要求5所述的一种变风量空调系统实验平台，其特征在于，送风管道(17)和测试箱(20)之间依次设置有冷却水装置(18)、加湿器(19)和送风机(2)。
7.根据权利要求6所述的一种变风量空调系统实验平台，其特征在于，所述新风量电动阀(4)设置在送风管道(17)上。
8.根据权利要求6所述的一种变风量空调系统实验平台，其特征在于，所述冷冻水电动阀(3)设置在冷却水装置(18)上。
9.根据权利要求6所述的一种变风量空调系统实验平台，其特征在于，所述加湿电动阀(14)设置在加湿器(19)中。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的变风量空调系统实验平台，其特征在于，所述回风电动阀(12)和回风湿度传感器(13)设置在回风管道(16)上。
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