空调自控系统基础知识及应用

楼宇自动化控制系统简介

（1）系统的定义  

楼宇自动化控制系统是将建筑物或建筑群内的暖通空调、给排水、供配电、电梯、照明等众多分散设备的运行、安全状况、能源使用状况及节能管理实行集中监视、管理和分散控制的建筑物管理与控制系统，称为 BAS（Building AutomationSystem），简称 BA。楼宇自控系统是机电专业的全覆盖，主要包括2部分内容 ：监视和控制。监视范围主要包括设备的运行状态和安全状况，控制范围包括设备的启停管理和节能管理。对于特殊大型设备，由于机组控制的复杂性， BA 一般只采集机组的参数反映在控制电脑上，并不控制机组的运行，只监视不控制，如冷水机组、燃气锅炉等。 

（2）系统的组成及架构

系统由控制电脑、 DDC 控制器、控制网络、传感器和末端控制器组成。
DDC 控制器是整个控制系统的核心，控制器的输入输出信号都分为数字和模拟2种，其中数字信号只有0和1两个，通常能表示系统状态的开与关，逻辑判断的是与否等。模拟信号是0~10 V 电压信号或者4~20 mA 电流信号，通过电压或者电流信号的强弱表达百分比，可表达阀门的开度、空气的湿度等信息。

控制网络按网络结构分为2种类型，即 Bus 总线结构和纯网络结构。Bus 总线结构的最大优点就是系统简单，对一些中、小型工程较为适用，但在大型工程时就会导致布线复杂。为解决大型项目中总线结构的布线复杂问题，衍生出支路 Bus线结构网络，通过1个网络控制引擎后产生多个支路 Bus 总线结构，可以简化系统布线。

传感器主要有温、湿度传感器，其中温度传感器常用的是电阻传感器，金属随着温度变化，其电阻值也发生变化。对于不同金属来说，温度每变化1℃，电阻值变化是不同的，而电阻值又可直接作为输入信号。湿度传感器是采用0~10 V 电压信号或者4~20 mA 电流信号作为传输对象。

（3）DDC控制器 

DDC 控制器是整个控制系统的核心，全称是直接数字控制器（Direct Digital Control），其工作过程是控制器通过模拟量输入通道（AI）和数字量输入通道（DI）采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号（A/D 转换），然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号（D/A 转换），并通过模拟量输出通道（AO）和数字量输出通道（DO）直接控制设备的运行。这些输入与输出也称为控制器的监控点位，数据的输入与输出的方向是针对 DDC 控制器而言。 

暖通空调系统的典型应用

（1）新风机组 

新风系统中自控系统的控制对象包括风机、新风入口处的风阀，过滤器、冷热盘管回水管道设置的电磁两通或者三通阀，其控制原理图如图1所示，风机的控制是3个数字输入节点，分别监测风机的运行状态、 手动 / 自动状态和故障报警，个数字输出节点，控制风机的启停，风机前后设压差传感器，监测风机实际运行状态。 

新风风阀前设置新风温度及湿度传感器，为模拟输入节点 ；新风风阀为开度调节，设置风阀控制的模拟输出节点以及风阀反馈的模拟输入节点 ；过滤器处设置压差传感器，为数字输入节点 ；盘管处回水两通阀设置阀门控制的模拟输出节点、阀门开度反馈的模拟输入节点，以及盘管防冻报警的数字输入节点 ；加湿器给水两通阀设置数字输出节点，控制阀门启停 ；送风管道处设置送风温度和湿度传感器，检测送风温湿度，均为模拟输入节点。

以上方案中也可做简化，如风机处取消前后压差传感器 ；取消新风风阀前的温湿度传感器 ；新风风阀由开度调节改为启闭控制，取消阀门反馈信号 ；盘管前取消防冻报警 ；盘管回水阀门取消阀门开度反馈 ；送风出口侧取消送风湿度传感器等。可大幅简化控制节点，减少投资。 

（2）组合式空调器 

组合式空调器的控制方案如图2所示，送风机和回风机分别设置风机控制模块， 3个 DI1个 DO，风机处设风机压差传感器监测风机实际运行情况 ；风阀共3个，新风阀、排风阀和混风阀，由于3个阀门均为开度调节，且需要相互配合，分别设置阀门控制的模拟输出节点及阀门开度反馈的模拟输入节点 ；过滤器设置压差传感器，为数字输入节点 ；冷盘管回水两通阀设置阀门控制的模拟输出节点、阀门开度反馈的模拟输入节点，以及盘管防冻报警的数字输入节点，在热盘管回水两通阀设置阀门控制的模拟输出节点、阀门开度反馈的模拟输入节点 ；加湿器给水两通阀设置数字输出节点，控制阀门启停，送风管道处设置送风温度和湿度传感器，检测送风温湿度，均为模拟输入节点。回风管道处设置回风温度和湿度传感器，及CO2传感器检测送风温、湿度及室内 CO2浓度，均为模拟输入节点。可实现对室内空气和设备的全面监测和控制。 

简化自控方案可取消风机处的压差监控，取消盘管处的防冻报警，风阀和水阀均可取消阀门开度反馈，取消新风、送风的温湿度监测，仅保留回风处的温度传感器，通过回风温度代替室温监测。该系统仅能实现简单的室温控制，并调节水流量及调控新回风比。 

（3）冷水机组 

冷水机组监控有2个数字输入和1个数字输出节点，输入为运行状态和故障报警，输出为远程启停，冷水机组由于参数众多，一般需要1个扩展模块，用来直接读取机组提供满足odbus 协议的信号，全面展示机组运行界面。冷冻水侧，分、集水器间设置的旁通阀需要进行阀门控制及阀门开度反馈。集水器处回水总管设置水管的温度、压力传感器，为模拟输入节点，监测冷冻水回水参数。 

冷冻水循环泵的监测与风机类似，但循环水泵由于设置了变频器，因此需要增设变频器的控制，具体是水泵个 DI 1个 DO，变频器3个DI1个 DO，监测变频器运行状态、变频器手动 / 自动状态、变频器故障报警和控制变频器启停，另外包括1个变频器频率设定的模拟输出节点， 1个变频器频率反馈的模拟量输入节点 ；循环水泵前后设压差监控 ；冷水机组入口处回水管电磁阀设置阀门启闭控制节点，为数字输入节点，同时设置阀门反馈节点 ；冷机出水管道处设置温度传感器，监测冷机出口水温 ；给水总管至分水器前设置给水温度、压力、流量监测，均为模拟输入节点。

冷却水回水管设置电动蝶阀，设置阀门启闭控制节点，为数字输入节点，同时设置阀门反馈节点 ；冷却水回水设温度监测 ；冷却水循环泵也为变频泵，设置变频水泵监控模块 ；水泵前后设压差监控；回水总管设置水管的温度、压力传感器，为模拟输入节点，监测冷冻水回水参数。冷却塔入口设置电动阀，设置阀门启闭控制的数字输出节点 ；设置反馈节点的数字输入节点 ；冷却塔风机设置风机控制模块 ；冷却水给水总管设置水管的温度、压力传感器，为模拟输入节点，监测冷冻水给水参数。冷却塔出口处设置冷却塔出水温度监测 ；冷却水循环水泵前后设压差监控。

冷水机组自控方案的简化内容包括 ：取消冷冻水泵、冷却水泵的变频控制，取消水泵前后压差监控，改为水流开关状态反馈，取消水阀的开度反馈等。 

结束语

楼宇自控系统一项重要的数据就是点位数，点位数越多，能够监视、控制的功能就越多，系统也越复杂，造价当然也就越高。设计人员应熟悉设备的控制手段和方法，根据业主需要提出建议，必要时提供自控原理图，再交由专业公司二次深化设计，最终实现对系统的有效管理和控制，经济、合理地满足业主使用要求。