1、建筑设备自动化课件34章第3章 控制器与执行器3.1 传感器与变送器 3.2 控制器3.3 执 行 器3.4 调节阀的选择与计算3.1 传感器与变送器 测量传感器是提供与输入量有确定关系的输出量器件。凡是能将传感器输出的信号转换为标准信号的器件就称为变送器。采暖通风空调系统中的传感器可分为：温度、湿度、压力、流速、舒适和室内空气质量。3.1.1 传感器的常规技术指标1、性能指标量程、重复性、准确度等级、灵敏度、漂移、响应时间、响应特性2、实用与经济指标造价、维护、兼容性、环境、干扰3.1.2 传感器的常规技术指标1、温度传感器热电偶：不同金属片组成电路，灵敏度低，需要参考端温度补偿，用于高温测
2、量。热电阻：应用金属电阻随温度变化阻值改变，近似线性特性，量程范围宽-259630，但造价高热敏电阻：半导体器件，较高灵敏度，相对便宜，较多应用于空调系统。2、压力传感器HAVC通常采用电容式和电感式压力传感器电容式压力传感器：金属膜片作为电容极板。测量范围69Pa68900kPa，用于测量通风过滤器或VAV系统送风机。电感式压力传感器：通过移动部件改变电感来测压力，很高的输出、分辨能力强和较高信噪比，用于压力较低通风系统。3、流速与流量传感器毕托管：用于通风系统，基于伯努利方程。通过压力差表示气流速度。热线式风速器：用于通风系统，灵敏度高可用于大量程测量，从0.03m/s到超声速，测风管内流
3、量，耐性不如毕托管。孔板：流体通过节流孔而产生节流，产生压差而测流量，结构简单，用于管道流体测量。文丘里流量计：与孔板原理类似，优点是压力损失可以恢复、不易磨损，缺点是体积大，价格较高。涡轮流量计：主要用于液体流量测量，易磨损和卡塞，特别不适合于污浊流体。漩涡流量计：用于液体流量测量，有很高精度，工作原理是由于漩涡而产生压力波动的频率，频率与流体流速成比例关系，价格较贵。电磁流量计：要求流体是导电的，电磁场以与流速成比例的速率被切割，在导体中产生感应电动势。适用于水货泥浆，不能测量气体。超声波流量计：基于多普勒效应，通过流体微粒中反射波频率的变化来测量流量。4、湿度传感器机械湿度计：通过湿气的
4、吸收和解吸改变原材料的体积来测量湿度，存在较严重的非线性并易于漂移，已被电子器件取代。干湿球湿度计：将蒸馏过的湿芯线缠绕在温度传感器上，引起温度降低，其干、湿球温度差与相对湿度有一定关系，难点在于通过湿球气流速度足够高，不适宜于HVAC控制。电容式湿度计：能将空气相对湿度变换为标准电信号，电信号与湿度成线性关系，传输距离远、性能稳定、几乎不要维护，被广泛应用。5、舒适传感器考虑居住人员变化率、居住人员衣服保温、干球温度、湿气含量、风速、平均辐射温度等6个参数的集合来估计一个“预测均权”（PMV），PMV0感觉暖。实际可简化为空气温度、平均辐射温度、空气流速3个参数，在BAS系统，可估算出一个房
5、间的舒适度以代表全体居住者能接受的舒适度。6、室内空气质量传感器室内空气质量优劣容易引起建筑综合症，室内空气质量传感器由一个镀有薄层的半导体、一对电极、及在半导体管内的微型加热元件组成。在温度不变时，半导体吸收人体散发气体，导致电子释放，由此改变电极之间的电阻而产生信号。人体散发气体中含一定比例二氧化碳。该传感器灵敏且响应快，适于IQA检测。7、室内占用传感器节能是可持续发展的需要。室内占用传感器任务：室内被占用时启动照明和空调，否则关闭照明和空调。市场上室内占用传感器种类：超声波运动传感器（US）和红外运动传感器（IR）。超声波运动传感器（US）：利用多普勒效应，超声波对检测范围内的任何运动
6、会引起原来发射频率的漂移，主要特点是：灵敏度高。但对于房间内人员长时静坐不能准确探测，对空调启动、人员及无生命物体移动检测易出错。红外运动传感器（IR）：感受运动红外源。对空调、风机启动不会错判。但距离较远时灵敏度较低，典型的应用于工作场所、仓库、室内车库、储藏室等房间把（IR）和（US）两种传感器技术结合起来使用可以互补，结合起来使用提供了良好的检测性能。基于红外的人员计数器：利用多普勒效应感受反射光，即可计算通过该区域的人员数，对电梯控制或HVAC控制等，采用这种传感器很有效。8、火灾探测传感器烟雾传感器：烟雾是建筑火灾发展前期的表现，能在火灾前期发现，即能及时采取措施灭火。电离式烟雾传感
7、器：适应于检测包括高可燃性材料的房间。光电式烟雾传感器：适应于起居室、卧室和厨房等房间感温探测器：在火灾发生的中后期探测的一种报警器，有定温式、差温式和差定温式三种。感光探测器：在火灾发生的中期探测的一种报警器，探测红外和紫外光。复合探测器：感烟感温式探测器、感光感温式探测器、感烟感光式探测器。可燃气体探测器：探测环境可燃气体浓度，可预测火灾发生，还可预报煤气中毒。现在技术发展，探测器内置CPU朝智能化发展。3.2 控制器控制器是建筑环境与设备自动控制中确保热工参数达到要求的检测和控制器件。一般可使用模拟控制器或软件控制器对过程进行控制。3.2.1 自动控制仪表的分类1.按能源分类电动仪表：以
8、电为能源及传送信号的仪表。气动仪表：以压缩空气为能源及传递信号的仪表。直接作用式仪表：不需要辅加能源，只是传 感器从被测（控）介质中取得能量，就足以使推动执行器动作。2.按结构形式分基地式仪表 单元式仪表：根据自动控制的要求，将整套仪表划分为能独立实现一定功能的若干单元，单元之间采用统一的标准信号联系。变送单元；转换单元；计算单元；显示单元；给定单元；调节单元；执行单元；辅助单元。组装电子式调节仪表基本组件：一块一块具有不同功能的功能仪表。功能模件：指各种典型线路构成的标准电路板，每种电路板具有一种或数种功能，并有用一规格尺寸、输入输出端电源和信号制。3.2.2 模拟控制器1.自力式温度控制器
9、2.电气模拟控制器3.电子模拟控制器模拟控制器有电动和气动之分，电动模拟控制器使用电作为能源，分为电气式和电子式两大类。电气式模拟控制器不使用电子元件，仅利用传感器从被控介质中取得能量，然后推动微动开关之类的电动电触点动作来控制执行器。电子式模拟控制器是利用电子元件，按模拟电子技术构成的控制器。1.自力式温度控制器2.电气式模拟控制器1）电气式温度控制器2）电气式压力控制器3.电子式模拟控制器1）断续输出的电子式模拟控制器：二位/三位/三位比例积分2）连续输出的电子式控制器自力式温度控制器：集传感器、控制器、调节阀于一体，称为恒温调节阀，用于暖气片上。电气式温度控制器：断续输出的电子控制器1.
10、双位控制器组成：测量、给定电路、电子放大 器、开关电路等双位控制器原理图2）实际特性：存在呆滞区呆滞区2：在传感器信号变化，但不能引起控制器动作的变化区域。呆滞区对控制系统的影响：呆滞区增大，控制系统的控制精度差，但控制器的寿命长。2.三位控制器1）输出状态：三位控制器的输出特性也是继电特性，其输出有三种状态。1 e 0P=0 -0 e+0 -1 e-0 2）组成：测量、给定电路，电子放大电路，开关 电路等。三位式电子控制器原理框图及特性3）特性理想当偏差e 0 0，（即实测值下限值）时，灵 敏继电器1J吸合；当e-0 0（即实测值上限值 时，灵敏继电器2J吸合；当-0 0 e 继电器交流接触
11、线圈接触器辅助触头控制器的输人通道。变频器及可控硅：直接改变供电频率以改变电机转速，或改变供电电压；变频器和可控硅调压器产品一般都设计成电压或电流式的输入信号；缺点是干扰大，应有相应抗干扰措施。执行器的发展趋势：以单片机为核心的新一代智能型执行器。智能型执行器是将计算机与执行器的机械装置、驱动控制及保护装置做在一起，并增设了行程保护、过力矩保护和电动机过热保护等以提高可靠性，还具有断电信号保护、输出现场阀位指示和故障报警功能。智能执行器可直接接受以数字通信方式发来的命令，直接操作改变阀的位移，可进行现场操作或远方操作，完成手动操作及手动自动之间无扰动切换，同时还可将执行结果及故障状况以数字通信
12、方式发出。智能执行器利用微处理器技术和现场通信技术扩大功能，实现双向通信、PID调节、在线自动标定、自校正与自诊断等多种控制技术要求的功能，能有效提高自动控制系统的精度和动态特性，获得最快响应时间，并为现场总线技术的产生和发展奠定基础。3）气动执行器气动执行器：以压缩空气为动力的执行机构。气动执行器的特点：结构简单、负载能力大、防火防爆气动执行机构的分类：薄膜式和活塞式两大类，并以薄膜执行机构应用最广。气动执行器需要压缩空气为动力，使用、安装、维护比较复杂，在智能建筑中不宜采用。3.4.1执行器1.执行器的作用：通过接受控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。212PPFQ3.4.
13、2 调节阀1.分类：（1）按其功能和特性分：直通调节阀、三通调节阀、蝶阀、电 磁阀等种类。（2）按使用的能源划分：电动、气动、液动调节阀（3）按阀体分：二通阀、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋 转、蝶形、套筒式、球形等10种 3.电动调节阀（1）构造：电动执行机构和调节阀组成。（2）工作原理：A：当电动机通电旋转，带动机械减速器使丝杠转动，丝杠 上的导板将电动机转动变成上下移动，由弹性联轴器去带动阀杆，进而使阀芯上下移动。随着电动机转向不同，使阀 芯朝着开启或关闭方向移动。（2）工作原理：B:当阀芯达到极限位置时，通过出轴上的凸 轮，使相应的限位开关断开，自动停机，同时 可发出灯光信号。阀全行
14、程时间（由全关到全 开所需时间）在2min左右，如果全行程时间过 短，则利用三位PI控制装置时，将不能发挥PI 作用。（3）分类：按结构分二通阀（单座、平衡座）；三通阀。二通电磁阀应用于控制中央空调风机盘管冷水 热水的通断。当 控制器输出控制信号给电动阀后，电动阀打开，水流从进至出，当信号撤销后，电磁阀靠自身的弹簧复位，关闭电动阀，截止水流。（4）直通阀的特点：（1）直通单座阀：泄露量小，不平衡力大，流通能力比 同口径的双座 阀流通能力小（2）直通双座阀：与直通单座阀的特点相反；采用P、PI、PID控制规律（5）三通调节阀合流阀：三通合流阀是将来自A、B两个入口的 流体混合至AB端，改变阀芯的
15、位置，即改变A、B方向的流量分配，以达到 调节的目的，当A端全关时，B端全 开，当A端全开时，则B端全关。分流阀：三通分流阀与合流阀则相反，将一个 入口的流体分别由两个口送出。（6）蝶阀1）组成：由阀体、阀板轴及轴封等部分组成，其行程为090。2）特点：蝶阀的阻力损失小，但其泄漏量较大。蝶阀控制有位式控制和比例控制两种方式。除作两通阀用外，还可以用两个蝶阀组合，完成三通阀的功能。3）应用：在空调系统的控制中，开/关型电动蝶阀常用于冷冻水、冷却水和热水系统，作为水路的连通和关断控制，此时，电动蝶 阀应根据工艺要求，与水系统中相应的冷机及水泵进行连锁控制。设计时选择单座阀或者双座阀，应根据其工作时
16、两 端的压差来考虑。(1）用于空调机组的调节阀，其最大的压差为调水系统供、回水管至该末端环路的压差，此时用单座阀即可，而且单座阀价格较双座阀低；（2）对于冷、热水供水与回水之间的压差旁通阀，由于在系统初投入运行时，各空调机组与风机盘管的调节阀开关情况不明，旁通阀的最大压差应按水泵的扬程考虑，所以旁通阀一般用双座阀。直通阀选型3.4.3 阀门基本术语1.流量系数：通常称为“Cv”值或“Kv”值Cv值定义为：在阀门全开、阀两端的压差为1磅的条件下。温度60的水一分钟内流经阀的流量，以加仑分表示(GPM)。Kv（C）值定义为：在阀门全开，阀两端的压差为1巴的条件下，温度20的水一小时内流经阀的流量，
17、以米小时表示(CMPH)。Kv=0.86 Cv。2.临界流量系数-F L 流体流经阀门后相对的压力恢复测量值。低F L 低损失：表示层流状流路中的压 力损失,如球阀和旋转球形阀中的压力损 失。高F L 高损失：表示原流状态下的压力损失，如阀座式球形阀和闸阀中的压力损失。8.流量特性 该特性规定了流量变化率同阀门位置或阀门开度变化之间的关系曲线。9.噪音：分两种类型：液动噪音和气体噪音 液动噪音通常由液体的流动所引起。气体噪音最为严重、由气流、蒸汽流或(液体)汽化流所引起。10.阀门参数规格：随材料和端部连接方式的不同而变化11.结构材料：在选用控制阀时应予以考虑的主 要因素之一。12.端部连接
18、方式：可选用螺纹连接、焊接、法兰或无法兰连接等 方式通常由用户指定。13.空气工作方式:a.正作用气关式(ATC)b.反作用气开式(ATO)14.试验范围：也称为“弹性限值”指的是在无负载的情况下，推动调节阀达到满行程时所需的压力 15.仪表信号控制信号输入信号-指的是从调节器送到控制阀的信号。例：4-20mA DC 16.气源：重要的是要知道供气压力是否能允分满足工作的要求。17.均衡压力：指的是阀杆的设计,同不均衡的阀杆设计相比较,均衡的设计顺阀杆方向施加 的作用 力(均衡压力)较低。3.4.4调节阀的流量特性及其选择 1.调节阀的流量特性 调节阀的流量特性是指流过调节阀介质的相 对流量与
19、调节阀的相对开度之间的关系。式中，相对流量，即调节阀某一开度下 的流量与全开 流量之比。相对开度，即调节阀某一开度下 的行程与全开时行程之比。maxmaxLLfQQmaxQQmaxLL3.理想流量特性（1）直线性流量特性：调节阀的相对流量Q/Qmax与相对开度L/Lmax成直线关系，即单位行程变化所引起的流量变化是一个常数。直线特性的阀门适用于负荷变化小的场合。（2）等百分比流量特性（对数流量特 性）：其单位相对开度的变化所引起的相对流量变 化与此点的相对流量成比例关系。等百分比特性的阀门适合于负荷变化大的场 合。（3）快开流量特性具有快开流量特性的阀门流量随开度增 加很快，而在阀行程的后面部
20、分，流量变化 不大，故此种流量特性的阀不可用作调节 阀。放大系数与相对流量成反比。（4）抛物线流量特性，其单位相对开度的变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量值的平方根成正比。介于直线和等百分比特性之间。6、调节阀流量特性的选择从调节系统的调节质量分析并选择；从工艺配管情况考虑；从负荷变化情况分析。（2）等百分比（对数）特性阀应用场合 控制热水加热器 补偿加热器的非线性的影响，保证系统开 环放大系数不随负荷而变化，使事先调整好的 控制器参数不变，可获得一个好的调节品质，使系统有自适应能力。管道阻力大时，即S较小，或者阀前后压差变 化比较大（即S变化大）的情况，使用等百分 比特性阀。3）当系统
21、负荷大幅度变动时，等百分比特 性的放大系数随开度而增大，并且各开度处的 流量相对值变化为一定值，因此选用等百分比 特性具有较强的适应性。（3）直线特性阀应用场合阀前后压差一定。阀上压差大。即S值大。负荷变化小。（因为直线特性阀，在小流量时 不稳定）。压差控制旁通调节阀7.调节阀口径的选择 调节阀口径的选择和确定主要依据阀的流通能力即C。计算流量的确定。现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算流量的Qmax和Qmin.阀前后压差的确定。根据已选择的阀流量特性及系统特点选定S(阻力系数)，再确定计算压 差。计算Cv。根据所调节的介质选择合适的计算公 式和图表，求得Cmax和Cmin.选用C。
22、根据Cmax,在所选择的产品标准系列中选取Cmax且与其最接近的一级C调节阀开度验算。一般要求最大计算流量时的开度90%，最小计算流量时的开度10%。调节阀实际可调比的验算。一般要求实际可调比10 阀座直径和公称直径的确定。验证合适后，根据C确定。（1）流通能力的定义当调节阀全开，阀两端压差为 10 5 Pa、流体密度为1g/cm 3 时，每小时 流经调节阀的流量数（m 3/h）定义为 调节阀的流通能力，用C表示。1mb=100Pa3.4.5调节风门1.组成：电动执行机构、风门2.风门的分类：1）多叶风门：平行叶片风门 对开叶片风门 复式风门 菱形风门2）单叶风门：蝶阀 单叶菱形风门 3.风阀
23、的特性（1）风阀的固有特性：在等压降和无外部阻力部件（过滤器、盘管等）条件下，风阀叶片开度和通过风阀风量之间的关系（风量调节阀的流量特性指流过风阀的相对流量与风阀转角的关系）。多叶对开阀型风阀的特性类似等百分比特 性；多叶平行型风阀的特性近似线性特性。两者之间在风量上有很大的差别，在工程应用 时，要根据使用条件选择合适的风阀。（2）风阀的工作特性（安装特性）1）与串接元件有关串接元件（如风管、风口）的阻力使风阀压降 随着风阀叶片开度变化而改变，故而风阀的工作特性与基于恒定的风阀压降的阀的固有特性是不同的。2）风阀的工作特性与其阀权（又称为特性 比）有关 风阀的阀权：风阀全开时的阻力与系统阻力之
24、 比，系统阻力不含风阀阻力，例如新风阀，系统 阻力指从新风进风口至混风箱这段的阻力，包括 进风口、连接件、风管等部分的阻力。串接元件 阻力改变了风阀的风量特性，串接元件阻力越 大，特性变化越大。4.风阀的性能（1）漏风量：调节风阀的漏风量是指风阀在承受静压的 条件下，风阀全关状态的泄漏量。风阀的漏风 量与风阀的结构及静压有关。漏风量随着叶片 数量增加和叶片长度的增加而明显地增大，其 中叶片数量比叶片长度影响更大。静压大则漏 风量大。风阀的漏风量可以根据所选用风阀的 宽度、高度及风阀关闭后承受的静压，在生产 厂家提供的风阀性能曲线上查出。（2）额定温度：最大运行温度是指风阀能完成正常功能的 最高
25、环境温度。最高温度影响到轴承和密封材料的耐温 性。目前国内调节风阀的耐温等级有-40-+95与-55-+205两种。（3）额定压力：额定压力是指在叶片关闭时，作用在风阀前 后的最大允许静压差。系统运行时，风阀关闭状态下前后的最大静 压差应不大于其额定值。最大允许静压差与风阀 的宽度成反比。过高的压差会引起叶片弯曲而产 生过大的漏风量，同时还会在风阀上产生一个过 高的运行力矩，严重时会损坏风阀。最大允许静 压差可从生产厂家样本上的性能曲线图中，根据 所选用的风阀尺寸查出。（4）额定风速额定风速是指风阀处于全开状态时，气 流进入风阀时的最大速度，也称为最大流入 速度。额定风速与风阀叶片及连杆的刚性
26、、轴承及风阀整体机械设计有关。风阀总体性 能提高，其最大风速也增大。额定风速可从 生产厂家样本上的性能曲线图中根据所选用 风阀的尺寸查出。（5）力矩要求风阀正常开关运行的力矩需求直接影响到 执行器的选择。最小力矩要考虑两个条件，一 个是关闭力矩，其要使风阀叶片完全关闭，以 达到尽可能小的漏风量；另一个条件是动态力 矩，其要克服高速气流在风阀叶片上的作用 力，最大动态力矩出现在中部附近叶片旋转到 三分之二角度的位置。风阀所需力矩与风阀机械设计、传动机 构、风阀面积大小有关，它涉及到电动风阀执 行器的选择。5.风阀执行器1）作用：电动风阀执行器，又称为直联式电动风阀 执行器，是一种专门用于风阀驱动
27、的电动执行 机构。分类：2）按控制方式分类 风阀电动执行器分为开关式与连续调节式 两种，其旋转角度为90或95，电源为AC 220V、24V及DC 24V，控制信号为DC210V。3.4.6电动阀门定位器1.作用：（1）接受控制器来的0-10VDC连续控制信号，对以24VAC供电的执行机构的位置进行控制。使阀门位置与控制信号成比例关系，从 而使调节阀位按输入的信号，实现正确的定位。（2）在控制器输出的0-100范围内，任意选择执行器的起始点（执行器开始动作时，所对应的调节器输出电压值）。（3）在控制器输出的20-100范围内，任意选择全行程的间隔，又称工作范围（执行器从全开到全关，或从全关到全
28、开所对应的控制器输出电压值）；（4）具有正、反作用的给定。当阀门开度随输入电压增加而加大时称正作用，反之则称反作用。因此，电动阀门定位器与连续输出的控制器配套可实现分程控制。3.4.7电压调整装置1.作用：电压调节装置将PID控制器输出的连续电流信号 转换成一系列的电脉冲，通过可控硅元件，控制电 加热等装置的电压，它广泛应用于温度等调节系统 上，获得良好效果。2.组成：比较环节包括 PID信号输入电路（R l、R 2）、反馈信号电路（R 6、整流电路 1）和预给信号电路（R 3、R 4、稳压电源）组成。放大、触发电路由晶 体三极管 BG I，单结晶体管 BG 2 和脉冲变压器B 1 等元 件组
29、成。可控硅主电路由SCR 1 和SCR 2 反并联的可控 硅组成。3.工作原理由PID控制器送来的0-10mA直流信号在电阻R 2 上产 生的电压与R 4 的预给电压及作用在R 6 上的负反馈电压 叠加在三极管BG l 的基极上，作为触发器的输人信 号。这个信号控制了触发器脉冲的移相，改变可控 硅的导通角，从而连续调节电加热器电压。装置中采用负反馈是为了提高被调参数的稳定性。由反馈变压器输出的电压经整流后加在电阻R 6，R 6 上 的电压极性与 PID控制器来的信号相反，所以是负 反馈，因而能起到加强稳定性的作用。预给电路是为了合理地选择BG 1 管的工作点而设置 的，R 4 值可以决定可控硅
30、起始导通所需的最小输人 信号。3.4.8 电一气转换器1.作用：电动仪表的统一标准的电流（或电压）信 号转换为气动仪表的统一标准信号（20-100kPa）2.工作原理 当0-10mADC的电信号通入测量线圈时，动 圈产生一个向上的电磁力，使杠杆绕支点0作顺 时针转动，挡板8靠近喷嘴9，放大器输出20-100kPa的气压信号，此气压一方面作为转换器 输出，另一方面反馈到正、负两个波纹管，产 生与电磁力相平衡的力矩，使杠杆重新平衡。第4章 空气处理过程的控制4.1概述4.1.1集中空调自动控制系统的特点4.1.2 集中空调自动控制系统的特点4.1.3 空气处理自动控制系统的分类4.1.1 集中空调
31、自动控制系统的特点1.空调系统的多干扰性（1）多干扰性1）热干扰：室外空气、太阳辐射、室内热源、电加热器的电压变化、蒸汽加热器的压力变化等。2）湿干扰室内散湿量的波动以及新风含湿量的变化；露点恒湿空调系统在运行过程中，可能会由于进入水冷式表面冷却器内的冷水温度变化、压力变化或者两者同时变化，直接蒸发式表面冷却器内蒸发压力的变化，喷水室的喷水温度与压力的波 动，一次混合后空气温度的变化等因素而使空调系统的机器露点温度发生变化。2.温、湿度相关性当相对湿度发生变化时要引起加湿（或减 湿）动作，其结果将引起室温波动；而当室温变化时，使室内空气中水蒸气的饱和压力变化，在 绝对含湿量不变的情况下，就直接
32、改变了相对湿度（温度增高相对湿度减少，温度降低相对湿度增加）。这种相对关联着的参数称相关函数。显然，在温、湿度都要求的空调系统中，组成自动控制系统时应充分注意这一特性。3.多工况冬季工况夏季工况过渡季节工况4.1.2 集中空调自动控制的特点1.多工况相互转换方式的控制2.整体的控制性3.跨行业跨系统集成1）集中空调自控系统与消防系统的集成。2）集中空调自控系统与安保系统的集成。3）集中空调自控系统与门禁系统的集成。4）集中空调自控系统甚至跨行业与机场航显系统集成。4.随着集中空调系统的发展需求而发展窗际热环境的控制策略信息化的新风控制策略超距离系统监控，如利用手机界面的自动控制 等。5.随着自
33、动控制系统的发展进程而发展现场总线技术的发展智能型传感器与执行器的发展无线技术的发展随着自动控制技术与通信技术的日益融合而发 展。4.1.3集中空调系统自动控制系统1.集中空调自动控制系统的设计（1）集中空调自动控制系统的设计原则根据空调系统的用途来设计相应的空调自动控制系统.在满足设计标准的前提下，尽可能地节省能源,保证设备运行以及人员安全；设备可靠性高、维修方便；节省人力。2）集中空调设计方法与流程集中空调设计方法与流程如下：开始研究建筑功能了解业务需求和物业管理方式了解机电专业控制要求确定控制范围和内容与机电专业探讨控制方案确定BA控制水平和方式根据系统集成要求确定BA系统网络结构节能与
34、经济性分析与土建配合，确定控制位置、面积，竖井的位置、数量，平面布线方式、标高画出大楼BA系统网络图配合电气专业完成配电设备二次回路设计仪表量程计算、选择调节阀计算确定BA系统现场设备的规格、尺寸，安装方式画出现场安装大样画出管线铺设平面列出BA系统设备材料表写出设计施工要点各专业图纸会签设计任务完成施工图交底及施工配合从流程图可看出，要完成BA系统设计，必须掌握：自动控制技术网络技术熟悉空调技术了解相关专业知识。2.集中空调自动控制系统的基本内容（1）集中空调自动控制系统的主要任务对以空调房间为主要调节对象的空调系统的温度、湿度及其他有关参数进行自动检测;自动调节有关信号的报警、连锁保护控制
35、，以保证空调系统始终在最佳工况点运行，满足工艺条件所要求的环境条件。（2）空调系统自动控制的基本内容：空调房间的温度、湿度、静压的检测与调节；新风干、湿球温度的检测与报警；一、二次混合风的检测、调节与报警；回风温度、湿度的检测；送风温度、湿度的检测与控制；表面冷却器后空气温度及湿度的检测与控制。喷水室露点温度的检测与调节；喷水室或表面冷却器供水泵出口水温、水压的检测；喷水室或表面冷却器进口冷水温度的检测；空调系统运行工况的自动转换控制；空调、制冷设备工作的自动联锁与保护；喷水室或表面式冷却器用冷水泵转速的自动控 制；空气过滤器进、出口静压差的检测与报警；变风量空调系统送风管路静压检测及风机风量
36、的检测、联锁控制；送、回风机的风量的平衡自动控制；冷源系统中有关温度、压力和流量参数的检 测、控制、信号报警、联锁保护等。热源系统中有关温度、压力和流量参数的检测、控制、信号报警、联锁保护等。设备的运行台数控制。与火灾报警和消防联动控制系统的联系。3.集中空调系统自动控制系统的分类（1）按给定值分：可以分为恒值控制系统随动控制系统程序控制系统（2）按系统的回路分类：单回路控制系统多回路控制系统（3）按系统的结构分类：开环系统闭环系统（4）按节能效果：变设定值控制新风补偿控制设备台数控制焓值控制等。（5）按所使用的控制器种类：1）模拟仪表自控系统模拟控制仪表一般适用于小规模空调系统2）直接数字控
37、制系统利用直接数字控制器、现场硬件（传感器、执行器）及其相应软件可以完成多台机组的自动控制。适用于供热、制冷、空调工程中各类热交换 站、冷冻站、新风机组、空调机组等常用设备 的现场多参数、多回路的控制。有完善的控制软件，既可以独立工作，也可 以接受中央站的监督控制，成为集散系统中的 分站或分布式现场控制站。4.集散型能量管理系统计算机技术的发展，为集中空调系统的能源 管理奠定了基础。集散型能量管理系统的能量管理和控制程序库可以在现场控制器内执行，即可以独立于中央站而运行，在中央站停止运行时，也不受影响。另外，这些程序可以通过同层总线，从其它控制器读取共享的输入，并用来控制本控制器的输出。现场控
38、制器支持下列能量管理程序：1）直接数字控制（DDC）执行现场要求的操作顺序，用比例（P）、比 例积分（PI）或比例积分微分（PID）算法控制HVAC系统，自动调节加热、冷却、加湿、去湿、空调系统风量等凋节装置，以满足空调品质的要求。2）功率要求控制在需求功率峰值到来之前，通过关掉事先选择好的设备，来减少高峰功率负荷。3）设备间歇运行通过空调动力设备的间歇运行，来减少设备 开启时间，从而减少能耗。4）焓差控制按新、回风焓值比较，充分、合理地利用新风能量和回收回风能量，控制新风量，决定 新风阀门的开度，同时，相应控制回风阀门和排风阀门的开度。5）设定值的再设定控制根据新风温度，重新设定给定值，使之
39、既减少室内外温差，又节约能量消耗（夏季工况）达到既舒适，又节能的目标。6）夜晚循环在下班时间，降低空气品质，把温度维持在允许的范围内，降低能量消耗。7）夜风净化在夏季的夜晚，让室外的冷空气在建筑物内流通，使室内清新凉爽。8）最佳启动在人员进入前，为使空间温度达到适宜值而稍微提前启动HVAC系统，以保证开始使用时。房间温度恰好达到要求，减少不必要的能量消耗。9）最佳停机在人员离开之前的最佳时刻关机，既能使空间维持舒适的水平，又能尽快地关闭设备以节约能量。10）零能量区间把室外温度分成加热区、零能量区和冷却 区。零能量区定义了一个温度区间，在这个区间内不消耗加热或冷却能量。同样可以达到舒适温 度范
40、围。11）特别时间计划 为特殊日期，诸如假日，提供日期和时间安 排计划。12）运行时间监视 监视并累计设备运行时间（开或关的时 间），并发出预先设定的、设备使用水平的信息。13）时间、事件程序 生命令或根据启动、停机计划，点报警或点状态变化，触发标准的或定制的 DDC程序。4.2新风机组监控系统4.2.1 新风机组监控系统1.送风温度控制被控量：送风温度（冬、夏）操作量：冬季操作量、夏季操作量小知识：微压差开关对车间或房间加正微压(5-10Pa)，选用2000-60Pa微差压计。检查粗、中、高效空气过滤器的过滤效果，选用2000-125、250Pa、500Pa或1KPa等差 压计，随时观测过滤
41、网的压差，以便更换过滤器。（1）系统组成：1）送风温度控制系统：温度传感器TE、冷/热盘管执行器TV-1冷/热盘管新风阀门TV-2组成。2）送风湿度控制系统：湿度传感器HE-1加湿器电动调节阀HV-l加湿器等组成。（2）工作原理温度传感器TE将送风温度信号送至控制器TC-1，与设定值比较，根据比较结果按已定的控制规律输出相应的电压信号，通过转换开关TS-1按冬/夏工况控制电动调节阀门TV-1的动作，改变冷、热水量，维持送风温度恒定。湿度传感器HE通过湿度控制器HC-1控制加湿 阀HV-1，改变蒸汽量来维持送风湿度恒定。（3）其它1）送风温度控制系统与送风湿度控制系统 一般采用单回路控制系统，控
42、制器一般采 用PI控制器。2）压差开关PdS测量过滤网两侧的压差，通过压差超限报警器PdA发出声、光报警信号，通知管理人员交换过滤器或进行清洗。3）联锁：新风阀门通过电动风阀执行机构TV-2与风机联锁，当风机启动后阀门自动打开；当风机停止运转，阀门自动关闭。4）TS为防冻开关当冬季加热器后风温等于、低于某一设定值时，TS的常闭接点断开，使风机停转，新风阀门自动关闭，防止盘管冻裂。当防冻开关恢复正常时，应重新启动风机，打开新风阀，恢复机组工作。小知识：压差开关应用：用于监测液体或气体的过压、真 空、压差等状态,监测过滤网或风机状态;温度范围：-2085C最大过压：10KPa量程范围：20-200
43、/40-100/40-200/50-500/200-1000/500-2500/1000-4000Pa,量程内设定现场调节触点寿命：至少1百万次封装：IP54,IP00（1）监测功能:1）风机的状态显示、故障报警。送风机的工作状态是采用压差开关监测的，风机起动，风道内产生风压，送风机的送风管差压增大，差压开关闭合，空调机组开始执行顺序起动程序；当其两侧压差低于其设定值时，故障报警并停机。风机事故报警（过载信号）采用过流继电器常开触点作为DI信号,接到DDC。2）测量风机出口空气温湿度参数选用具有4-20电流信号输出的温、湿度变送器，接在DDC的AI通道上；或选用数字温、湿度传感器接至DI输入通
44、道 上。温度传感器的测温精度应0.5，湿度传感 器测量相对湿度的精度应0.5%。3）测量新风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要更换。用微压差开关即可监视新风过滤器两侧压差。当过滤器阻力增大时，微压差开关吸合，从而产生“通”的开关信号，通过一个DI输入通道接入DDC。4）检查新风阀状况,以确定其是否打开。小知识：微压差开关吸合时所对应的压差可以根据过滤器阻力的情况预先设定。这种压差开关的成本远低于可以直接测出压差的微压差传感器，并且比微压差传感器可靠耐用。因此，在这种情况下一般不选择昂贵的可连续输出的微压差传感器。（2）控制功能:1）根据要求启/停风机。2）自动控制蒸汽加湿器调节阀,使冬季风机
45、出 口空气相对湿度达到设定值。3）自动控制空气-水换热器水侧调节阀，以使风机出口空气温度达到设定值。控制原理同模拟控制仪表系统，所不同的是DDC 控制器取代了模拟控制器。水阀应为连续可调的电动调节阀以控制风温，可以采用2个DO输出通道控制，一路控制电动执行器正转,开大阀门；另一路使执行器反转,关小阀门。为了解准确的阀位还通过一路AI输入通道测量阀门的阀位反馈信号。可以采用1个控制器输出AO信号，连续调节电动调节阀以控制风温；用DDC控制电动阀门时，对阀位有一定的控制精度要求，有的调节阀定位精度为2.5%，有的为1%。4）自动控制蒸汽加湿器调节阀,使冬季风机 出口空气相对湿度达到设定值。（3）联
46、锁及保护功能:1）冬季当某种原因造成热水温度降低或热水停止供应时，为了防止机组内温度过低，冻裂空气-水换热器，应自动停止风机，同时关闭新风阀门。当热水恢复供应时,应能重新启动风机，打开新风阀，恢复机组的正常工作。2）风机停机，风阀、电动调节阀同时关闭；风机启动，风阀、电动调节阀同时打开。（4）集中管理功能：1）显示新风机组起/停状况，送风温、湿度，风阀、水阀状态；2）通过中央控制管理机起/停新风机组，修改 送风参数的设定值；3）当过滤器两侧之压差过大、冬季热水中 断、风机电机过载或其它原因停机时，还可以通过中央控制机管理报警。4）自动/远动控制。风机的起/停及各个阀门 的调节均可由现场控制机与
47、中央管理机操作。2.室内温度控制（1）适用系统：直流式系统；（2）温度传感器安装位置：1）设于被控房间的典型区域；2）排风系统。3.送风温度与室内温度的联合控制（1）适用系统：新风机组+风机盘管，且新风机组承担部分室内负荷。（2）被控量：制冷工况：被控量为送风温度；供热工况：被控量为送风温度；过渡季节：被控量为室内温度。4.二氧化碳CO 2 浓度控制（1）适合于某些采用新风机组加风机盘管系 统的办公建筑物中间歇使用的小型会议室等场 所。（2）控制方法：各房间均设CO 2 浓度控制器，控制其新风支管上的电动风阀的开度，同时，为了防止系统内静压过高，在总送风管上设置静压控制器控制风机转速。5.根据
48、焓值控制新风量A区：制冷工况，并且（新风焓回风焓），故应采取最小新风量，减少制冷机负荷。在此工况下，应根据室内空气CO 2 浓度控制最低新风量或给定最小新风量，以保证卫生条件的要求。B区：制冷工况，并且（新风焓0 h0最 小 新 风 量最 大 新 风 量新 风 冷 量 与 室内 负 荷 相 等minOA最 小 新 风 量B区与C区的交界线：在此线上新风带入的冷量恰与室内负荷相等，制冷机负荷为零，停止运行。C区：制冷工况，因室外新风焓进一步降低，此时可利用一部分回风与新风相混合，即可达到要求的送风状态。此时可不启动制冷机，完全依靠自然冷源来维持制冷工况。图中minOA线是利用最小新风量与回风混合
49、可达到要求的送风温度。D区：即minOA线以下，由于受最小新风量限制，空调系统进入采暖工况。该区使用最小新风量，从而减少热源负荷。E区：采暖工况，且新风焓比室内空气焓值高的工况。当然，这种情况出现的机率少。如遇此情况应尽量采用新风。工作原理TC-3根据新、回风温、湿 度计算焓值，并比较新、回风焓值，输出0-10V（PI）信号控制 执行机构，再通过机械联动装置使新、回、排风门按比例开启。说明：焓值控制器实质上是焓比较器。焓值控制器与阀门定位器配合，用一个控制器控制三个风门，实现分程控制。温、湿度传感器可以直接采用焓值传感器。如果处于B区，新风阀处于最大开度，室温仍 高于给定值，系统处于失调状态。
50、为此应设置室 内温度控制系统，控制冷盘管的冷水阀门开度，随着冷负荷的减少，冷水阀门逐渐关小，当冷水 阀门全关时，工况进入C区，按比例调节新、回风比例维持室内温度。热水阀与冷水阀开度由室内温度控制器控制。小知识：风机盘管温控器传感器组成：由弹性材料制成的感温膜盒，其内充有气、液混合物质。工作原理：它置于被测介质中感受温度变化，并从介质 中取得能量，使膜盒内物质压力发生变化，膜 盒产生形变。当温度上升时，膜盒产生的形变力克服微动 开关的反力，可使微动开关接点动作。控制规律为双位控制。通过“给定刻度盘”调整膜盒的预紧力来调整给定温度值。1.控制方法:风机转速控制和室内温度控制两部分，即可以通过控制盘
