中央空调实训台系统应用及研究

近年来，各高职院校在"工学结合、校企合作"模式的引领下，培养应用型人才方面不断地进行探索。教育部2006 年文件《教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中明确："职业教育服务区域经济和社会发展，以就业为导向，加快专业改革与建设；加大课程建设与改革的力度，增强学生的职业能力；大力推行工学结合，突出实践能力培养，改革人才培养模式等要求"。由此看出，高职教育不是本科教育的浓缩，也不是传统大专的克隆，而是要把"工学结合"作为高职教育人才培养模式的切入点，引导课程设置、教学内容和教学方法改革。"工学结合"培养模式是与生产劳动和社会实践密切结合的学习模式，突出实践技能教学，注重培养学生具备适应工作岗位的专业技能、实践能力及综合职业素质。中央空调部分的教学作为高职院校建筑设备专业的重要课程内容，也同样面临着如何加强实践教学的探讨。

结合我院实际情况，应用计算机和网络技术，进行中央空调模型实训台改造及实践教学改革方面的研究，逐步探索适合我院的实训室建设方案。中央空调实训台由空调系统、冷水机组、供热系统、冷却水、冷冻水系统等组成。该实训台以制冷、供热系统、循环水系统和空气处理系统为控制对象，融合了传感器技术、计算机技术、自动化控制技术；可以演示中央空调的结构和工作原理，可以将中央空调按功能不同分为空调系统、制冷系统、冷冻水冷却水系统、供热系统等四个单元学习和理解，可以进行：（1）系统设备认识实验；（2）监控空调机组的运行状态、启停控制实验；（3）新风阀及回风阀的比例调节实验；（4）温度设定、参数回显实验；（5）环境温度及湿度检测实验；（6）一次回风系统启停控制实验。通过这一系列的实训练习可以增强学生对中央空调及其控制的理解和掌握。

图1 中央空调模型实训台
1、中央空调模型实训台简介

中央空调模型实训台由冷、热源系统，空气调节系统及辅助部件组成。图1所示为中央空调模型实训台实样图。

1.1 冷热源系统

冷源是一台压缩机为1匹的制冷系统，为空气调节系统提供所需冷量；热源由一台3KW的电热水器模拟锅炉，为空气调节系统提供模拟房间所需的热量。

1.2 空气处理系统

空气处理系统主要包括：新风段、空气混合段、空气过滤段、冷却段、加热段、送风段、回风段和排风段等。在新风段、排风段设有电动风阀，可控制阀门开度，可模拟房间冬季省热量，夏季省冷量，以达到节能要求。

2、空调自控系统的特点

2.1 依调节对象不同而控制方式不同的特性

空调自控的主要任务是维持空调房间一定的温度、湿度。控制效果如何，除与空调系统本身有关外，自控部分对空调系统的运行效率也起着非常重要的作用。自控系统对空调设备的控制不单是简单唯一的控制，也要依据调节对象的不同而采用不同的控制方式，所以了解空调对象的特性，是很关键的一个方面。

2.2 空调系统的整体控制性

空调自控系统是以空调房间的温、湿度控制为中心，通过工况转换与空气进行处理的过程，每个环节都是一个紧密联系在一起的整体控制系统，任意环节有问题，都将影响空调调节效果，甚至使整个调节系统无法工作。

3、中央空调自控系统的基本功能中央空调系统在自控方面应实现的基本功能有：

3.1 中央空调系统各部件设备的启停控制
主要能控制压缩机、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风扇、送风机、回风机等。

3.2 中央空调系统各参数监控

主要可以进行主要部件设备的启停运行状态监控和进行冷水机组回水端、供水端水温、新风温度、

回风温度、室内温度等监控、

3.3 中央空调系统运行状态监测和各电动阀控制

主要调节冷、热水电动阀，新风阀、回风阀、排风阀等电动阀开度和运行状态的监测。

3.4 其它监控：如过滤网堵塞报警等

4、中央空调模型实训台自控系统的构成

根据中央空调模型系统及其自控系统特点、技术要求，本系统采用DDC控制系统，控制系统如图2所示。控制设备及传感器有：温度和湿度传感器、压差开关、大气压力传感器、电动三通阀、DDC控制器等。整个中央空调模型实训台自动控制系统主要有自动控制系统软件、冷水机组控制和空气处理器控制三部分组成。

4.1 自动控制系统软件

中央空调模型实训台整个系统的核心是自动控制系统软件。管理用计算机的系统软件采用Windows7操作系统，应用软件的人机界面由HMI/SCADA自动化软件平台"组态王 6.5"开发。组态王具有数据采集与控制功能，可以通过硬件驱动程序与现场设备通信，完成对数据的采集和控制。组态王具有图形化用户接口，允许开发者用图形化的组态方式进行系统配置，并可以定义图形对象的动态特性。系统运行时有两种控制状态：自动控制状态和手动控制状态。当选择自动控制模式时，通过传感器检测到的模拟房间温度、风系统温度、水系统温度以及压差信号作为反馈，根据控制算法实时地控制电动阀、压差开关、电动风阀，从而使模拟房间的温度、新风量达到目标值。当选择手动控制模式时，所有控制用电动阀、压差开关、电动风阀的控制都由操作人员直接用鼠标点击操作的方式进行控制。其中空气处理系统自控软件界面如图3所示。

4.2 空气处理系统自控

空气处理系统自控的要求有：1.监测风管道内的温度；2.监测及控制新风、排风电动风阀开启度；3.监测及控制表冷器冷水与加热器热水进水阀开度；4.监测新风过滤网两侧压差，以了解过滤网是否堵塞；5.监测送风、回风机的启停状态及启停控制。空气处理系统监控原理图如图4。图4 上方风管为回风管，下方风管为送风管，回风管中装有回风机，送风管中装有过滤网、加热器、表冷器、送风机； T 表示温度传感器，可以分别监测回风管、送风管、模拟房间、新风侧温度；表示电动阀，可以分别监测和控制新风、排风、混合段电动风阀及表冷器、加热器电动阀的开度；ΔP表示压差开关，当空气过滤网上灰尘增多时，通过时空气阻力增大，将影响空调的正常运行，此时滤网两端压差增大，对其两边设置压差监测。可以对滤网状态进行监测。图中5 个电动阀连接至DDC 的模拟输出（AO）端口，5 个温度传感器连接至DDC 的模拟输入（AI）端口，送风机与回风机由DDC 的数字输出（DO）端口控制，2 台风机的开启状态和滤网压差由DDC 的数字输入（DI）端口监控。
由以上连接可以通过回风管、送风管、模拟房间、新风侧的温度传感器经模拟信号输入端送至DDC控制器中，经采样、模拟/数字转换将模拟温度信号变成数字信号，与给定温度值进行比较得出偏差，经DDC 控制器运算，从输出端口输出与偏差成一定关系的信号，夏天输入的 2～15℃的冷冻水流量，对

空气进行等湿冷却或除湿冷却，冬季控制输入的30℃以上的热水流量，可以对空气进行加热，从而实现对送风温度、湿度的调节；过渡季节控制新风阀、排风阀与混合段风阀的开度，调节系统回风与新风混合比例，以适应冷热负荷的变化。在DDC 控制器中，可以根据控制对象的不同特性，选用最合适的控制算法编程，如新风温度补偿控制、模糊控制等，以保证在满足舒适性的同时，最大程度地节能。

4.3 空调水系统监控

空调水系统有两个循环回路。一是冷冻水系统，由冷冻水循环泵通过管道系统连接冷水机组蒸发器与空气处理系统中表冷器。冷冻水在系统中起载冷作用，通过低温水和外界的换热，而达到空调所需要的效果，冷冻水系统可以极大地减少制冷系统的冷媒充注量；二是冷却水系统，主要由冷却塔、水泵和管道组成。冷水流过冷水机组的冷凝器后，温度上升，使升温冷水流过冷却塔则水温下降，用泵送回冷

水机组后再次循环。

对空调水系统进行监控制的主要要求有：1.保证冷水机组蒸发器侧有足够的水量使蒸发器正常工作；2.冷水机组可以向空调机组的表冷器提供足够的冷水量以满足使用要求；3.保证冷水机组冷凝器侧有足够的冷却水通过；4.保证冷却塔风机和各水泵的安全运行。空调水系统监控原理图如图5。

图5 空调水系统监控原理图
图5空调水系统监控原理图中有两个循环系统，每个循环系统都连有进出冷水机组侧的温度传感器，水泵和电动阀。冷水温度的控制是根据室内温度传感器的反馈信息来经DDC计算控制水阀的开度进而控制冷水的温度。