变风量VAV末端DDC控制的设计与实现

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1、变风量(VAV)末端DDC控制的设计与实现孙曙任庆昌西安建筑科技大学信控学院摘要:本文主要通过对变风量末端测控系统及其动态特性的分析,基于上位机DDC控制进行控制算法研究与实现,在实验室条件下进行测试,实际的控制效果达到了预期要求,为变风量空调的工程应用提供了参考和依据。关键词:变风量末端DDC控制DesignandImplementofVAVTerminalBasedonDDCControlSUNShu,RENQing-changInstituteofIntelligentBuildings,Xi'anUniversityofArchitectureandTechnologyAb

2、stract:ThispapermainlyanalysisthecontrolsystemandthedynamiccharacteristicsofVAVBOX.BasedonDDCcontrolwithPCtestedunderlaboratoryconditions,acontrolalgorithmwasdeveloped,whichreachedtheanticipativecontrolperformance.Itwillprovideareferenceforthevariableairvolumeair-conditioningengineeringapplica

3、tion.Keywords:VAVBOX,DDC收稿日期:2011-2-10作者简介:孙曙(1985~),男,硕士研究生;西安市雁塔路中段13号166信箱(710054);E-mail:sszhuifeng@163.com在变风量空调系统的风、水系统中涉及到众多温度、湿度、压力、流量等被控参数,对这些参数实施优化控制是保证整个系统高性能运行的重要基础。末端装置(VAVBOX)作为变风量空调系统中的重要部件,其运行状态对整个空调系统能否实现设计目标至关重要。在我国,当前的工程及系统集成商大都以代理或使用国外公司的VAVBOX产品,能提供自主知识产权的企业甚少。VAVBOX研发水平的滞

4、后与我国空调自控系统的迅速发展局面已不相符。因此,本文将主要探讨DDC控制技术在VAVBOX上的应用,利用其功能强,计算速度快,可实现复杂控制的特点,改善中央空调系统的运行效率,实现节能减排的目的。1直接数字控制法(DDC)所谓直接数字控制法(DDC)就是计算机在参加闭环的控制过程中,不需要中间环节,由底层传感器或变送器采集信号,控制算法在计算机(单片机、单板机、PLC、工业PC机等)上完成,直接控制调节阀、风机等执行机构。这样的控制系统统称为DDC控制。若DDC控制器的构成是集成CPU和存储单元,配置AI/AO/DI/DO通道,实现在现场对执行器进行控制,并通过通讯总线与中央控制

5、站联络,则此类DDC控制器实时性较好,抗干扰能力和可靠性强。根据实际条件,本文中的DDC控制器是由工业控制计算机作为中央处理单元,由数据采集卡、PLC完成对输入数据的采集及对执行机构的控制输出。充分利用了工业控制计算机的高速处理能力,实现对系统中不同设备的集中管理和控制。这种模式的DDC控制器,运行灵活,能够满足控制算法的深层次研究,实现在线修正控制器参数,满足系统的运行要求。以下介绍依托西安建筑科大学变风量空调实验室,通过工业控制计算机对变风量末端(VAVBOX)DDC控制的研究与实现。2变风量末端(VAVBOX)DDC控制系统结构图1为西安建筑科大学变风量空调实验室末端控制系统

6、结构图。图1变风量空调实验室末端控制系统结构图由图1可见,DDC控制系统主要由上位工控机,传输网络、现场设备三部分构成。1)上位工控机主要完成对整个系统运行参数的控制和监控。2)现场数据采集主要包括现场传感器和数据采集卡,传感器将现场的实时工况通过数据采集卡送至PLC和工控机,数据输出卡根据上位机的计算结果来调整现场执行机构的输出。3)传输网络主要用于现场与上位机管理之间的数据传输。2.1上位机管理与控制作为变风量末端DDC控制的核心,选用研华IPC系列工控机,软件平台采用NI公司的LabVIEW,其提供了丰富的图形控件,可以通过DLL,NET,MATLAB等脚本节点实现混合编程。

7、在LabVIEW函数库中包括了数据采集,串口控制,数据分析等,非常适合进行控制研究。LabVIEW通过PLC和数据采集板卡完成对现场设备的信号采集。对现场的执行设备控制信号也是由数据采集板卡完成。控制器的设计采用LabVIEW中的PID工具包作为对第三节中采用的双闭环控制器,通过MATLAB脚本节点可以实现高级控制算法的设计。在系统运行和研究过程中,无论前期的建模辨识,还是后期的数据采集和分析,都需要大量的数据。因此在LabVIEW中可以通过ADO(ActiveDat

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