智能楼宇空调监控系统设计毕业设计论文Word文档格式.docx
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摘要
空调系统是现代建筑的重要组成部分，是楼宇自动化系统的主要监控对象，也是建筑智能化系统主要的管理内容之一。
楼宇自动化系统对空调系统的监控主要是针对集中式中央空调系统，主要包括制冷系统和新风机组控制。
上位机开发软件的选择上，北京三维力控科技有限公司的力控为目前工业控制领域先进的上位机监控系统开发软件，结合力控公司的的特点，可扩展性和性价比的比较，力控作为一种我国自发研制的组态软件，功能强大，已经能够满足此次毕业设计的需要，且其性能卓越，价格适中，本文重点选择了力控公司的力控作为毕业设计使用的组态软件。
达到了在中央监控室可以监控到空调运行的相关数据，改变了原先人工现场控制方式，从而节约了人力、提高了效率，增加了数据实时性和可靠性。
关键词：
中央空调；
监控系统；
力控组态软件
Abstract
Airconditioningsystemisanimportantpartofmodernarchitecture,isthemainbuildingautomationsystemsandmonitoringofintelligentbuildingsystemisoneofthemaincontentofmanagement.Buildingautomationsystemsforairconditioningsystemismainlydirectedagainstthecentralizedmonitoringofthecentralairconditioningsystem,mainlyincludingtherefrigerationsystemandairunits
PCsoftwaredevelopment,Beijingonthechoiceof3dpowercontroltechnologyCo.,LTD.Iscurrentlytheforcecontrolofindustrialcontrolcomputermonitoringsystemofadvancedsoftwaredevelopment,thecharacteristicsofthebonding,scalabilityandperformancecomparison,theforcecontrolasaspontaneousdevelopmentinChina'
sconfigurationsoftware,thefunctionisstrong,havebeenabletomeetmyneeds,anditsoutstandingperformance,moderateprice,soIchosetoforcetheforcecontrolasgraduationdesign,theuseofconfigurationsoftware.Darmstadtreachedincentraltoallsitetomonitoralldatafromtheoriginal,changedthewayofartificialmeter,whichcansavemanpowerandimproveefficiency,increasethedatareal-timeandreliability.
Keywords:
centralairconditioning;
monitoringsystem;
theforcecontrolconfigurationsoftware
1引言
1.1问题的提出及研究意义
空调系统是现代建筑的重要部分，是楼宇自动化系统的主要监控对象也是建筑智能化系统主要的管理内容之一。
现代建筑中的空调及其自动控制系统的重要性体现在以下几个方面：
首先，智能建筑的重要功能之一就是为人们提供一个舒适的生活与工作环境，而这一功能主要是通过空调及其控制系统来实现的；
其次，空调系统又是整个建筑最主要的耗能系统之一，有统计资料表明，空调系统的耗能已占到建筑总耗能的40%左右，通过楼宇自动化系统实现空调系统的节能运行，对降低费用、提高效益是非常重要的；
另外，由于在空调系统运行过程中，控制系统必须进行实时调节控制，所以空调控制系统的配置与功能相对而言是整个楼宇自动化系统要求比较高的一部分。
随着科学技术的日新月异，特别是近年来计算机技术、信息技术、通讯技术、系统工程技术以及控制技术、综合布线技术等的迅速发展，使得人们对信息社会和安全舒适的生活方式的需求在不断的增加。
而目前正在兴起的楼宇自动化热，正是适应了这种社会信息化、生活舒适化与经济国际化的需要。
楼宇自动化向人们提供全面的，高质量的、安全、舒适、快捷的综合服务功能，它是现代高科技的结晶，是建筑艺术和信息技术的完美结合。
空气调节技术是楼宇自动化的一个重要组成部分。
楼宇自动化是一个热门话题。
如何在现有技术、产品的基础上设计开发能满足具体要求的自动化系统成为楼宇自动化行业技术人员的重要研究内容。
楼宇自动化作为智能建筑的一个重要分支，正逐渐体现出它的重要性和现实需要性。
目前在我过对楼宇自动化的需求越来越多，为了对楼宇自动化有一个清楚的了解，我们有必要对楼宇自动化进行充分的理解和研究。
空气调节技术已成为我国科学技术发展中的重要学科，近年来，空气调节技术在国民经济各个领域和人民生活的各个方面得到了广泛应用。
空调即空气调节，主要是通过一定的空调设备和调节手段对空气进行处理。
空气调节的任务就是在任何自然环境下，将室内空气维持在一定的温度、湿度、气流速度以及一定的洁净度。
由于空气调节可以创造一种人工的气候环境，所以其用途日益广泛，除了为舒适而设置空调以外，某些场所则要求恒温恒湿空调，其温度、湿度及洁净度等在一定的范围内需恒定，即有精度要求的工艺空调。
根据空调机组的工作形式不同，可以分为集中式空调（又称中央空调）和局部式空调系统，简称空调器。
综上所述，在强调可持续发展的今天，摆在我们面前急需解决的一个重要问题就是在致力于创造舒适健康室内环境的同时，如何实现能源和室内环境的最优控制，以最少的能源消耗达到最佳的空调效果，从而降低空调系统的运行费用。
空气调节（空调）技术作为一门人工环境控制工程技术，包含的内容有：
湿空气的物理性质、室内空气品质的改善、空调负荷的计算、影响人体的热舒适环境条件、空调房间气流组织的分布规律、合理的空调系统和系统的节能运行、空调系统的消声和隔振、空调系统的自动控制等。
自动控制方式的原理是系统把采集的检测数据传送到中控计算机上，中控计算机根据预先设定的控制模型进行滤波、预测、计算，得到空调系统的状态值，进而计算出相应的控制动作。
自动控制的关键是应用准确的控制模型，一般情况下，建筑物不同控制模型也不同，控制模型要根据建筑物的实际参数，包括建筑物的尺寸、室内人数分布情况及工作性质、气候等来制定，并需要在现场进行检测来不断的调整完善。
这两种控制方式互为补充，各自用于不同的场合。
在系统故障或进行维修期间可采用手动控制方式。
正常情况下，则采用自动控制方式，减少人力、物力，节约能源。
1.2中央空调系统的国内外研究现状
1.2.1国内研究现状
国产中央空调产业历史至少提前40年，曾经为麦克维尔、开利、约克、特灵等美日厂商天下的大型中央空调市场，如今被国产品牌打破垄断。
由美的集团和重庆通用集团合资成立的重庆美的工业园正式投产，新工厂制造的第一台离心式冷气机组也于当日下线。
一位出席下线仪式的深圳制冷专家对本报记者称，重庆工业园的投产非比寻常，因为重庆通用公司早在1964年就生产出了中国的第一台离心式制冷机。
如今与美的品牌成功嫁接之后，据推算，国产中央空调的产业化历史进程至少提前了40年。
据介绍，随着国内大中型建筑中央空调的更新换代以及户式中央空调的快速增长，中央空调这块市场“蛋糕”正吸引越来越多的眼球。
以深圳为例，目前已2000多幢高楼大厦采用中央空调机组，但至今90％以上的楼宇装备的都是美日厂商的产品。
一些国内企业虽然也推出了螺杆机等中央空调设施，但由于在整机上面投入有限，市场份额一直远不能同美日厂商相较，现在，这种格局终于有望改写。
随着科学技术的不断发展和进步以及人们生活水平的提高，人们在日常的生活和劳动生产中对空气环境的要求也不断提高，特别是对空气的温度、湿度、通风以及洁净度的要求，使空调系统的应用越来越广泛。
空调控制系统涉及面广，要实现的任务复杂，它通过空调系统为建筑物的不同区域提供满足不同使用要求的环境。
其次，空调控制系统需要有冷热源的支持，空调机组内有大功率的风机，它的能耗很大。
在满足用户对空气环境要求的前提下，采用先进的控制策略对空调系统进行控制，达到节约能漂和降低运行费用成为空调控制系统的最终目标。
特别是近几年来，“绿色建筑”、“环保建筑”的提出，使得对空调控制系统的控制模式的研究显得尤为重要。
现阶段的中央空调系统的控制几乎仍采用传统的控制模式。
传统的控制模式主要存在以下几方面的问题。
1）传统的控制理论都是建立在以微分和积分为工具的数学模型之上的，迄今为止，还未见直接使用自然语言知识描述系统和解决问题的方法。
不能灵活配置联动控制功能；
2）在实际工程中，尤其在工业过程控制中，被控对象的严重非线性，数学模型的不确定性，系统工作点变化剧烈等因素都是传统控制理论无法解决的；
3）传统的控制系统输入信息比较单一，而现代的复杂系统要以各种形式一视觉的、听觉的、触觉的以及直接操作的方式，将周围的环境信息作为系统输入，并将各种信息进行融合、分析和推理，相应地采取对策或行动。
对这样的控制系统就要求有自适应、自学习和自组织的功能，因而需要新一代的控制理论和技术支持。
由于智能控制特别是模糊控制在家用电器方面的发展比较迅速，近年来，国产的模糊洗衣机、模糊空调器、模糊电冰箱、模糊电视机等的问世报道不时见诸报端。
这些都说明智能控制在我国空调领域的发展还是比较迅速。
1.2.2国外研究现状
美国是最大的空调市场，占世界总空调设备销售额的28％，大多数是有风管的单元式空调系统。
但是，热泵比例相对的低，在2001年以数量计占20％而以销售额计占30％。
美国空调市场与其它国家的差别，一些明显的原因是：
大多数人居住在位于有广阔空间的郊区独立房屋内，可以更方便地为整个室内空间的舒适优先选择安装风管。
能源价格相对要低，全国范围有电力和燃气可以供应，在冬季可以通过天然气管路网络用燃气炉取暖。
大部分陆地在冬季的寒冷天气并不适用没有辅助电加热的热泵，而辅助电加热是不经济的。
强大工业分销商和经济商网络以相对低的安装费用和维修后缓支持推销有风管的中央空调系统。
日本开利公司五十年代发明溴化锂机组技术以后并没有马上大力推广（当时美国的电力、能源并不紧缺，全球对氟里昂制冷剂破坏地球大气臭氧层还没有引起足够的重视）、也没有进一步研究发展。
日本厂商引进溴化锂技术以后便大力发展，诸如荏原、日立、三菱重工、川崎重工等公司都形成了成熟、稳定的技术，现在日本国内溴化锂机组占据了主机市场份额的90％左右。
日本住宅空调是从60年代由本地生产或从美国进口的WRAC开始的，基于人们大多数在生活区居住而只对单个房间的空调有强烈要求，一般不采用中央系统以节省很昂贵的电力费用。
但是，许多人抱怨高的运转噪声和振动不能为卧室所接受。
同时在房间内安装也不大方便。
1.3毕业设计的主要内容、功能及技术指标
本设计论述了中央空调的组成以及监控系统设计，主要由以下内容组成：
（1）中央空调的基本内容，包括中央空调的组成、发展、现状以及中央空调的工艺流程；
（2）中央空调制冷系统和新风机组控制系统的构成。
（3）详细介绍了力控组态软件的使用方法，并用力控组态软件进行中央空调监控。
2中央空调概述
空气调节简称空调，它的目的是创造一个合适的（室内）大气环境，使人在该环境中感觉到舒适；
或者是保证（室内）大气环境满足生产工艺过程或科学研究、实验过程的需要。
为了实现这一目的，空气调节所依靠的技术手段主要是通风换气，具体地说，就是加工和处理一定质量的空气送入室内，使室内大气环境满足要求。
对空气的处理过程包括加温（降温）、加湿（除湿）、净化等，即常说的热湿处理。
2.1空调系统的一般组成
为了达到空调的目的，发挥空调的作用，就必须有对空气进行处理和调节的措施和方法，一般的空气调节的基本措施，要求其系统的结构组成应包括以下几部分。
2.1.1新风部分
空调系统在运行过程中必须采用一部分室外的新鲜空气（即新风），这部分新风必须满足室内工作人员所需要的最小新鲜空气量，因此空调系统的新风取入量决定于空调系统的服务用途和卫生要求。
新风的导入口一般设在周围不受污染影响的地方。
这些新风的导入口和空调系统的新风管道以及新风的滤尘装置（新风空气过滤器）、新风预热器（又称为空调系统的一次加热器）共同组成了空调系统的新风系统。
2.1.2空气的净化部分
空调系统根据其用途不同，对空气的净化处理方式也不同。
因此，在空调净化系统中有设置一级初效空气过滤器的简单净化系统，也有设置一级初效空气过滤器和一级中效空气过滤器的一般净化系统，还有设置一级初效空气过滤器，一级中效空、气过滤器和一级高效空气过滤器的三级过滤装置的高净化系统。
2.1.3空气的热、湿处理部分
对空气进行加热、加湿和降温、去湿，将有关的处理过程组合在一起，称为空调系统的热湿处理部分。
在对空气进行热、湿处理过程中，采用表面式空气换热器（在表面式换热器内通过热水或水蒸气的称为表面式空气加热器，简称为空气的汽水加热器）。
设置在系统的新风入口，一次回风之前的空气加热器称为空气的一次加热器：
设置在降温去湿之后的空气加热器，称为空气的二次加热器：
设置在空调房间送风口之前的空气加热器；
称为空气的三次加热器。
三次空气加热器主要起调节空调房间内温度的作用，，常用的热媒为热水或电加热。
在表面式换热器内通过低温冷水或制冷剂的称为水冷式表面冷却器或直接蒸发式表面冷却器，也有采用喷淋冷水或热水的喷水室，还有采用直接喷水蒸汽的处理方法，来实现空气的热湿处理过程。
2.1.4空气的的输送和分配、控制部分
空调系统中的风机和送、回风管道称为空气的输送部分。
风管中的调节风阀、蝶阀、防火阀、启动阀及风口等称为空气的分配、控制部分。
根据空调系统中空气阻力的不同，设置风机的数量也不同，如果空调系统中设置一台风机，该风机既起送风作用，又起回风作用的称为单风机系统：
如果空调系统中设置两台风机，一台为送风机，另一台为回风机的空调系统称为双风机系统。
2.1.5空调系统的冷源
空调系统中所使用的冷源一般分为天然冷源和人工冷源。
天然冷源一般指地下深井水，人工冷源一般是指利用人工制冷方式来获得的，它包括蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷以及蒸汽喷射式制冷等多种形式。
2.2中央空调系统构成及工作原理
中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。
制冷系统为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；
制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。
制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。
中央空调系统主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成，其系统结构如图（图2-1）所示：
图2-1中央空调系统图
中央空调主要是通过空调压缩机吸入来自蒸发器中的常温、低压的冷煤气体压缩成高温、高压的冷煤气体，在冷凝器中同冷却水进行充分的热交换，冷却水吸收了冷煤的热量，通过冷却泵输送到冷却塔中利用塔风机同喷林冷却水进行热交换，将热量释放到大气中；
这时经过冷却后变成低温、低压液态冷煤，经调节阀在蒸发器中吸收冷冻水中的热量，转换成常温、低压的冷煤气体传送到空调压缩机，完成了冷煤的单次循环；
而冷冻水因冷煤在蒸发过程中被吸收了热量，变成温度更低的冷水，通过冷冻泵输送到空调末端设备（风机盘管）同室内空气进行热交换，达到降低室内空气温度目的。
2.2.1制冷系统的分类
空调用制冷技术属于普通制冷范围，主要是采用液体气化制冷法。
（主要是利用液体气化过程要吸收比潜热，而且液体压力不同，其沸点也不同，压力越低，沸点越低。
）根据热量从低温物体向高温物体转移的不同方式，可分为：
蒸气压缩式制冷、吸收式制冷。
1蒸气压缩式制冷
制冷原理：
气态制冷工质（如氟利昂）经压缩机压缩成高温高压气体后进入冷凝器，与水（空气）进行等压热交换，变成低温高压液态。
液态工质经干燥过滤器去除水份、杂质，进入膨胀阀节流减压，成为低温低压液态工质，在蒸发器内气化。
液体气化过程要吸收气化潜热，而且液体压力不同，其饱和温度（沸点）也不同，压力越低，饱和温度越低。
例如，1kg的水，在绝对压力为0.00087MPa，饱和温度为5℃，气化时需要吸收2488.7KJ热量；
1kg的氨，在1个标准大气压力（0.10133MPa）下，气化时需要吸收1369.59KJ热量，温度可抵达-33.33℃。
因此，只要创造一定的低压条件，就可以利用液体的气化获取所要求的低温。
依此原理，气化过程吸取冷冻水的热量，使冷冻水温度降低（一般降为7℃）。
制冷工质在蒸发器内吸取热量，温度升高变成过热蒸气，进入压缩机重复循环过程。
蒸气压缩式制冷系统主要分为水冷式和风冷式，
制冷压缩机是蒸气压缩式制冷装置的一个重要设备。
制冷压缩机的形式很多，根据工作原理的不同，可分为两大类：
容积式制冷压缩机和离心式制冷压缩机。
目前常用的压缩机主要有活塞式压缩机、涡旋式、螺杆式以及离心式压缩机，如图（图2-2）所示。
图2-2制冷压缩机
容积式制冷压缩机是靠改变工作腔的容积，将周期性吸入的定量气体压缩。
常用的容积式制冷压缩机有往复活塞式制冷压缩机和回转式制冷压缩机。
离心式制冷压缩机是靠离心力的作用，连续地将所吸入的气体压缩。
这种压缩机的转数高，制冷能力大。
2制冷剂制冷
制冷剂是制冷装置中进行制冷循环的工作物质，其工作原理是制冷剂在蒸发器内吸收被冷却物质的热量而蒸发，在冷凝器中将所吸收的热量传给周围的空气或者水，而被冷却为液体，往复循环，借助于状态的变化来达到制冷的作用。
载冷剂是一种中间物质，如常用的空调冷冻水，其在蒸发器内被冷却降温，然后远距离输送，来冷却需要被冷却的物体。
目前常用的载冷剂有水，它只能用于高于0℃的条件，当要求低于0℃时。
一般采用盐水，如：
氯化钠或者氯化钙水溶液或者采用乙二醇、丙二醇等有机化合物的水溶液。
3吸收式制冷
吸收式制冷是液体气化的一种形式，它和蒸气压缩式制冷一样，是利用液态制冷剂在低温低压下气化以达到制冷的目的。
所不同的是：
蒸气压缩式制冷是靠消耗机械功（或电能）使热量从低温物体向高温物体转移，而吸收式制冷则是靠消耗热能来完成这种非自发过程的。
图2-3吸收式制冷机
制冷原理：
上图（图2-3）表示出吸收式制冷机主要由四个交换设备组成，即发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，它们组成两个循环环路：
制冷剂循环与吸收剂循环。
左半部是制冷剂循环，属逆循环，由冷凝器、节流装置和蒸发器组成。
高压气态制冷剂在冷凝器中向冷凝器中向冷却介质放热被凝结为液态后，经节流装置减压降温进入蒸发器；
在蒸发器内，该液体被气化为低压气态，同时吸取被冷却介质的热量产生制冷效应。
这些过程与蒸气压缩式制冷完全相同。
右半部为吸收剂循环（图中的点画线部分），属正循环，主要由吸收器、发生器和溶液泵组成，相当于蒸气压缩式制冷的压缩机。
在吸收器中，用液态吸收剂不断吸收蒸发器产生的低压气态制冷剂，以达到维持蒸发器内低压的目的；
吸收剂吸收制冷剂蒸气而形成的制冷剂-吸收剂溶液，经溶液泵升压后进入发生器；
在发生器中该溶液被加热、沸腾，其中沸点低的制冷剂气化形成高压气态制冷剂，进入冷凝器液化，而剩下的吸收剂溶液则返回吸收器再次吸收低压气态制冷剂。
吸收式制冷机中的吸收剂通常并不是单一物质，而是以二元溶液的形式参与循环的，吸收剂溶液与制冷剂—吸收剂溶液的区别只在于前者所含沸点较低的制冷剂量比后者少，或者说前者所含制冷剂的浓度比后者低。
二元溶液通常有溴化锂水溶液、氨水溶液等。
中央空调制冷系统的选择，应根据负荷大小、能源提供方式、便利程度等多种客观条件决定。
其中活塞式制冷压缩机多为中型（标准制冷量60~600KW）和小型（小于60KW），但是由于其噪音大、效率低切容易发生故障，目前使用的已不多；
涡旋式制冷压缩机目前主要用于小型制冷系统，在家用空调以及商用VRV等小型系统大量使用；
而螺杆机具有结构简单、可靠性高及操作维护方便，另外技术成熟等一系列独特的优点，已经广泛应用于空调中；
离心式压缩机结构简单紧凑，运动件少，工作可靠，经久耐用运行费用低，一般适用大500RT的制冷系统中，并且可以实现无级调节，使机组的负荷在30%~100%范围内工作。
通常情况下，多采用电制冷，在燃气或燃煤资源丰富的地区，可采用吸收式制冷。
2.3新风机组
2.3.1新风机组的起源
中央新风系统（VMC）存在至今已有50年历史了。
70年代西班牙90%以上的新建住宅中装用VMC系统。
1989年美国ASHRAE制定了“室内空气品质通风规范”。
在德国，住宅通风系统已经与建筑物溶为一体，成为不可缺少的重要组成部分。
2000年，欧盟统一了住宅通风标准。
在中国2002年1月1日室内空气污染控制规范诞生。
非典、禽流感、肺结核等疾病的发生，使全世界对室内空气质量给予了高度的关注。
新风系统是建筑科技发展的必然选择，建筑节能离不开新风系统，人们的健康离不开新风系统。
目前，中国越来越多的人知道了新风系统，了解了新风系统，新风系统必将成为人们生活的必备品之一。
20世纪90年代以前，我们的住宅是有空隙的，是开放型的，通风！
透气！
冬天，风能进入屋子，屋内很冷；
夏天，冷气起不到效果，能感到很热，但是气流在通过房屋时也把其中的有害气体烟尘等带出室外，这就是房屋的“呼吸”——自然换气。
但是随着科技的不断发展，中空玻璃、密封、保温技术的不断进步，房屋都成了高气密性的容器，室外的新鲜空气进入不到室内，室内的烟雾、湿气、气味都被封锁在屋子里，与“毒气罐”无异，人要是住在这样的“房子”里，能舒服吗？
！
衣物食物在里面能不发霉变质吗？
不仅不舒服，严重时甚至威胁生命！
通过了解以上的方式，我们发现没有一个专门全面的解决空气质量的方法，因此我们就必须有一种新的通风换气的形式来改善人们迫在眉睫的健康忧患。
于是，在经济、科技发达又注重生活品质的欧洲就出现了住宅微循环空气置换系统，简称VMC，也就是通称的中央新风系统。
它是持续而且能控制通风路径的通风方式，通过性能良好的风机和气流控制系统，使新风的更换完全得到控制，这种技术对室内温度的
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