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冰蓄冷空调自控中传感器和执行器发布时间:2014-05-24
冰蓄冷空调自控中传感器和执行器
在冰蓄冷空调机房的自控中,我们需要对水流、水压、液位、温度等物理量进行采样和检测。
水流的采集分定性采集和定量采集,前者可采用水流开关,后者常用的有电远传转子流量计、电磁流量计和超声波流量计。转子流量计造价低


廉,但因其结构上的原因不是很适合用在机房自控上。超声波流量计具有较高的计量精度,但因造价太高也较少采用。电磁流量计分为插入式


和法兰式两类,计量原理和计量精度相同,但造价后者略高,安装也是后者较为麻烦,但前者只能计量出流速,要在计算机中加入管径后计算


出流量。电磁式流量计在安装时对管道有一定的要求,为了避开在采样点存在空气和涡流。
 
       水压的采样分为压差和压力。在压差采样中常见的是采用压差开关做定性采样,即压差达到某个值时触点闭合。压差也有定量采样的


,但由于压差传感器的价格往往比压力传感器高出一倍以上,所以除非有特殊的理由(比如需要在现场构成控制回路),一般都采用两只压力


传感器采样然后由计算机计算成压差。
 
       液位检测也分为定性检测和定量检测。定性检测可采用液位开关,适用于在液位上限发出报警或在液位下限启动补液设备。定量检测


使用在需要对液位做精确反映的场合,比如通过液位反应出的膨胀量来计算蓄冰量等。定量检测常用的手段是浮子式和压力式两种,后者的精


度较高,但要经过复杂的计算。
 
        温度采样是冰蓄冷中央空调机房自控中用得最多的。不同采样原理的温度传感器种类繁多,空调机房自控中用的比较多的是电阻式温


度传感器。从严格的意义上说,如果传感器的定义是把物理变化转变为电信号,那么这类传感器把温度的变化转变为电阻值的变化,并没有实


现从物理信号到电信号的转变。这类传感器必须外加恒流源,利用电阻两端的电压变化来反映电阻的变化从而实现对温度的采样。因此,这类


传感器的精度并不仅仅取决于传感器本身,还取决于恒流源的精度。同时由于信号传输的导线是串联在传感器上的,因此若不采取措施,导线


电阻随温度的变化或接线电阻日久后起的变化都会影响到采样精度。
 
       数字传感器是实现现场总线的前提,且不存在由信号传送环节和信号转换环节引起的误差。现阶段里数字传感器因的造价昂贵很难在


中小规模的控制系统中普及,但随着制造技术的成熟,大部分数字传感器的价格应该和同精度的模拟传感器持平甚至更低。在如何比较数字传


感器和模拟传感器,有一个误区就是不要把系统和器件混淆。以温度为例,电阻式温度传感器需要配上恒流源才能使用,而且还要通过A/D转


换设备才能得到数字信号,因此在计算造价时需要把这些设备的因素也考虑进去。对精度的比较也是一样。数字传感器的精度已经包括了恒流


源的误差和A/D转换设备的误差,应该属于系统精度而不是器件精度,因此不可简单的在二者之间就精度进行比较,设计时也不能用对器材的


精度去要求数字式传感器。
 
       现在已在多个冰蓄冷空调的工程中采用了数字式温度传感器,取得了理想的使用效果。除了现场总线的诸项技术优势外,数字式温度


传感器的另一个特点就是它非好既坏,不存在不准这第三种状态,更不会在传输和转换过程中发生衰减和漂移,这就使自控系统可以放心地使


用它,而不会因为采样不准而引起控制上的混乱。


       在冰蓄冷空调机房的自控中,除了设备启停的控制外,较常用的控制执行器是变频器和电动阀门。
 
       变频器主要是用于对水泵转速进行调整,从而实现对流量、压力等物理量的控制。变频器是个模拟控制器件,自控系统可以对它实现


定量控制。现在也有不少变频器装有RS485工业总线接口或其它总线接口,实现信号传输数字化和总线化。
 
       在供水温度已由其它控制回路恒定的环节,如果我们要对回水温度进行控制,就可以利用变频器去调整水泵转速进而调整流量,根据


能量等于流量和温差顶乘积关系就能对回水温度进行控制。
 
       在末端为变流量系统的工程中,需要对供回水差压进行控制,以避免远端欠压或近端过压的情况发生。控制供回水差压的方法有很多


,采用变频器对循环水泵的转速进行调节是一种常见的方法,其原理是调整循环水的流量,使之自动跟踪末端的分发量,从而稳定供回水的差


压。
在设计使用变频器对水泵转速进行控制的系统时,需对系统的最小流量进行计算,一般如果最小流量有可能小于设计值的20%时,就因考虑在


泵的后面装卸流阀,以维持水泵的最小流量。同时,在自控系统的软件设计上要对变频泵的调节设置下限,当转速达到限制值时应停止对调节


做出响应。
 
       电动阀门分为开关阀和调节阀两类,开关阀较多的是用在工况切换上,用以改变管道系统中各设备之间的逻辑关系,它的设计和使用


都较为简单。调节阀属于定性控制器件,自控系统可通过它对某些物理量进行精确控制。常用的调节阀有球阀和蝶阀两种,受结构的限制球阀


的口径都较小,因此在大口径工程中往往采用蝶阀做调节阀,或者,采用多个球阀的并联使用。
 
        在自控系统的设计中,对调节阀门的使用有个常见的理解上的误区,即认为调节阀属于线性器件。正是这个误区导致许多工程的控制


达不到理想的效果。从执行器的角度观察,调节阀的确是线性的,也就是它的阀门开度是和自控系统的模拟控制信号成线性关系。而且,如果


阀门两端的差压是恒定的,那么流过阀门的水流也应该是和阀门的开度成线性关系的。可事实是阀门两端的差压是随阀门开度而变化的,这就


在系统的控制信号和流过阀门的水流之间产生了非线性失真。计算和实践证明,这种非线性失真如果不在控制模型中加以补偿,对控制效果会


有较大的影响。若要对这种畸变在控制的数学模型中进行补偿,需要大容量和高精度的运算,而对阀门的控制又属于实时控制,也就是必须在


规定的周期内完成控制所需的全部运算,否则下一个周期就会开始而形成在控制周期上的嵌套。因此,这就对自控系统的运算精度和运算速度


提出了很高的要求。
 
        对于阀门的非线性补偿,目前的自控系统通常采用三种做法:最简单的做法是不予理睬。这种做法较多地存在于全部控制都在下位机


上实现而上位机可有可无的系统上。因为下位机的特长是控制而不是运算,因此要使下位机达到与非线性补偿相应的运算能力会使造价大大增


加而使系统失去市场竞争力,所以这种系统往往不对阀门控制特性的非线性时针进行补偿,其代价是较高的运行成本和较差的舒适程度。第二


种做法是全部非线性补偿的运算都由下位机实现。这是标准的做法,因为在DCS系统中,对控制和管理有明确的分工,所有与控制有关的运算


都应在下位机上实现。但是其代价就是需要把大量的投资花在提高下位机的运算能力上,使之能满足要求。这种不是根据控制规模而是根据运


算规模来对下位机选型的做法,会使设备功能的冗余量大大增加,从而大量的投资只是用于满足DCS结构的形式标准。第三种做法是把复杂的


运算提到上位机来实现。这种由下位机实现信息采集,由上位机进行信息处理的分工能使各自的特长都得到充分发挥,从而既达到了目的又没


有太多地提高设备投资。当上位机发生故障时,可以把控制交由下位机而将复杂的运算旁路,从而维持系统的基本运行,这同样能达到DCS系


统分散故障风险的目的,只是此时顶控制效果不尽人意,但随之而来的好处是它在投资上要比第二种方法减少许多。
 
以上对上位机和下位机功能的分配不仅适用于阀门非线性失真的补偿,对管道温度的控制等需要大规模数学模型的控制回路都可作为参考。






VRV变风量空调系统
变风量空调系统(VAV)是一种通过改变送风量来调节室内温湿度的空调系统。变风量系统60年代起源于美国,由于它有巨大优势,而在世界


迅速发展。目前已占世界空调系统30%份额,并且成为空调发展的必然趋势。目前国外高层建筑使用率已达95%。它区别于其它空调形式的优


势主要在于以下几个方面:
一、节能:由于空调系统在全年大部分时间里是在部分负荷下运行,而变风量空调系统是通过改变关风量来调节
室温的,因此可以大幅度减少送风风机的动力耗能。当全年空调负荷率为60%时,它可节约风机动力耗能78%。
二、新风作冷源:因为变风量空调系统是全空气系统,在过渡季可大量彩新风作为天然冷源,相对于风机盘管系
统,能大幅度减少制冷机的能耗,而且可改善室内空气质量。
三、不会产生冷凝水:因为它是全空气系统,可以避免产生冷凝水造成的滴漏污染吊顶。
四、灵活性好:在二次装修过程中,风口位置可通过软管连接任意改变。
五、系统噪声低,不存在现场噪声。
六、不会发生过冷或过热。
七、提高智能化程度。
八、减少综合性初期投资,而且维修量小,寿命长。

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