控制系統(tǒng)對(duì)于很多設(shè)備來講就相當(dāng)于一個(gè)大腦，指揮著設(shè)備系統(tǒng)各個(gè)部件的協(xié)作運(yùn)行。因此，今天我們就來講一講空調(diào)控制系統(tǒng)的邏輯和幾大類常用控制系統(tǒng)。

空調(diào)控制系統(tǒng)的邏輯

制冷空調(diào)系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單來說，就是通過人機(jī)界面將我們希望機(jī)組每一個(gè)部件如何動(dòng)作，通過軟件語(yǔ)言編寫， 再通過硬件來實(shí)現(xiàn)出來。

1、控制系統(tǒng)和信號(hào)的分類 

自動(dòng)控制系統(tǒng)按照原理，一般可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

制冷空調(diào)系統(tǒng)一般采用閉環(huán)控制，也叫反饋控制系統(tǒng)，利用輸出量同目標(biāo)值的偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以獲得比較好的修正和穩(wěn)定的控制。定時(shí)檢測(cè)輸出量的實(shí)際值，將輸出量的實(shí)際值與目標(biāo)值進(jìn)行比較得出偏差， 用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差， 使得輸出量維持目標(biāo)值。 

控制系統(tǒng)的基本要求有三個(gè)方面， 穩(wěn)定性，快速性， 準(zhǔn)確性；當(dāng)前的制冷空調(diào)系統(tǒng)中使用的控制板以單片機(jī)和PLC為主，標(biāo)準(zhǔn)化的小型批量設(shè)備一般采用單片機(jī)居多，工程項(xiàng)目類設(shè)備和非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品以PLC居多。

制冷空調(diào)控制系統(tǒng)的信號(hào)包括輸入側(cè)和輸出側(cè)，簡(jiǎn)單的可以分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)。比如一般我們常說的各種保護(hù)開關(guān)接入控制板，給出的輸入信號(hào)就是數(shù)字信號(hào)，定速壓縮機(jī)和定速風(fēng)扇電機(jī)的控制線路接入控制板，輸出信號(hào)就是數(shù)字信號(hào)，溫度傳感器和壓力傳感器等轉(zhuǎn)成為電壓電流電阻信息接入控制板，這個(gè)輸入信號(hào)就是模擬信號(hào)，對(duì)外部輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，比如0～10V， 4～20mA等信號(hào)用來驅(qū)動(dòng)電子膨脹閥的信號(hào)就屬于模擬信號(hào)，制冷空調(diào)系統(tǒng)的控制板就是定時(shí)獲得輸入信號(hào)，通過邏輯計(jì)算，決定輸出量大小，然后通過輸出來改變系統(tǒng)每一個(gè)零部件的狀態(tài)。

2、制冷空調(diào)系統(tǒng)的常用控制方法  

1） 開關(guān)型控制

開關(guān)控制的方法廣泛應(yīng)用在大量的家用制冷空調(diào)設(shè)備和中小型的簡(jiǎn)單制冷設(shè)備中。

比如使用單臺(tái)定速壓縮機(jī)的單個(gè)蒸發(fā)器的制冷系統(tǒng)，根據(jù)該蒸發(fā)器對(duì)應(yīng)的使用側(cè)溫度信號(hào)來計(jì)算負(fù)荷，控制壓縮機(jī)的起停，當(dāng)溫度達(dá)到目標(biāo)值+2以上，并連續(xù)維持一定的時(shí)間， 壓縮機(jī)開機(jī)， 當(dāng)溫度降低到目標(biāo)值-2以下，并連續(xù)維持一定的時(shí)間，則壓縮機(jī)停機(jī)。

這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，一般不會(huì)有產(chǎn)生系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的可能，缺點(diǎn)是受控變量波動(dòng)較大，不能達(dá)到精確控制，滿足不了舒適度的要求，甚至為了避免壓縮機(jī)的頻繁起停和信號(hào)的偶然跳躍誤差，需要加入計(jì)時(shí)器，強(qiáng)制壓縮機(jī)在達(dá)到負(fù)荷要求之后，繼續(xù)過度輸出。

比如上圖所示，并聯(lián)定速壓縮機(jī)的控制方案中，理論上負(fù)荷50%以上啟動(dòng)2臺(tái)壓縮機(jī)， 50%以下，僅1臺(tái)壓縮機(jī)啟動(dòng)，實(shí)際上為了避免壓縮機(jī)的頻繁起停，在邏輯上可能需要定義負(fù)荷達(dá)到65%以上才加載另外1臺(tái)壓縮機(jī)，負(fù)荷降低到35%以下才減載其中1臺(tái)壓縮機(jī)。

2） PID控制

P控制就是比例控制， 是一種類似開環(huán)控制的方法， 單純由輸入信號(hào)的變量大小按照比例來決定輸出信號(hào)的大小， 例如將房間溫度的目標(biāo)區(qū)域從最小值到最大值定義成0%~100%，目標(biāo)值-2℃時(shí)， 機(jī)組輸出0%，目標(biāo)值+2℃時(shí)，機(jī)組輸出100%， 目標(biāo)值時(shí)，機(jī)組輸出50%，以此類推。P控制一般在制冷空調(diào)系統(tǒng)中很少單獨(dú)使用， 因?yàn)殡S著機(jī)組的逐漸磨損和效率衰減，P控制所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差會(huì)越來越大。

I控制就是積分控制，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差， 在計(jì)算公式中引入積分項(xiàng)，輸出信號(hào)與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系，積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)也會(huì)增大對(duì)輸出信號(hào)的影響，直到誤差趨向0。

D控制就是微分控制，與積分控制對(duì)輸出信號(hào)的影響相反， D控制是受控溫度減少波動(dòng)，盡快穩(wěn)定下來的一種控制方式，與目標(biāo)值無關(guān)，微分項(xiàng)提前預(yù)判受控溫度的變化方向，防止過大的波動(dòng)出現(xiàn)，比如冷庫(kù)降溫過程，如果出現(xiàn)負(fù)荷較小，降溫非常快速，即使沒有達(dá)到目標(biāo)庫(kù)溫，微分項(xiàng)為了防止庫(kù)溫波動(dòng)， 會(huì)提前預(yù)判，提前減載壓縮機(jī)輸出。

PI或者PID組合控制經(jīng)常使用在制冷空調(diào)行業(yè)， 作為變頻壓縮機(jī)或者電子膨脹閥的控制方案，通過P比例計(jì)算決定了基本的輸出信號(hào)大小，比如電子膨脹閥的初始開度， 變頻壓縮機(jī)的初始上載頻率等， 然后通過I控制使受控溫度逐步快速的趨向目標(biāo)值。D控制項(xiàng)使受控溫度穩(wěn)定在目標(biāo)溫度上。一般我們會(huì)通過改變PID項(xiàng)各自的權(quán)重， 來達(dá)成不同的調(diào)節(jié)效果，或者根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)來適用不同的方案， 比如通過加大P參數(shù)實(shí)現(xiàn)快速達(dá)到目標(biāo)，但是波動(dòng)較大，或者反過來，慢慢達(dá)到目標(biāo)值，但是波動(dòng)較小。

PID控制參數(shù)權(quán)重大小，也就是參數(shù)整定的方法很多， 在制冷空調(diào)行業(yè)一般都是通過實(shí)驗(yàn)，依賴經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)疊加驗(yàn)證來獲得，首先僅加入比例控制參數(shù)，直到系統(tǒng)的受控溫度出現(xiàn)臨界震蕩，記下P參數(shù)大小和震蕩周期，用來計(jì)算I和D參數(shù)，再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和小幅修正。

3、制冷空調(diào)系統(tǒng)部件的正常起停功能控制邏輯

制冷空調(diào)系統(tǒng)一般都包括的四個(gè)部件，壓縮機(jī)， 冷凝器， 蒸發(fā)器和節(jié)流結(jié)構(gòu)， 稍微特殊一點(diǎn)的系統(tǒng)還包括噴液冷卻， 抽真空循環(huán)以及熱氣旁通等功能， 這些功能的啟動(dòng)和停止先后順序如下圖所示: 

一般收到開機(jī)命令之后，蒸發(fā)側(cè)會(huì)優(yōu)先啟動(dòng)，尤其采用水系統(tǒng)的話， 啟動(dòng)的提前時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)一些，將蒸發(fā)側(cè)的吸收熱量的系統(tǒng)提前準(zhǔn)備完善， 防止壓縮機(jī)啟動(dòng)后， 短時(shí)間內(nèi)造成回液的風(fēng)險(xiǎn)。 冷凝器側(cè)的換熱一般會(huì)根據(jù)冷凝壓力進(jìn)行控制，一般的小型系統(tǒng)會(huì)和壓縮機(jī)同步起停，但是對(duì)于中大型系統(tǒng)， 尤其變負(fù)荷系統(tǒng)， 需要稍微滯后于壓縮機(jī)， 防止壓縮機(jī)啟動(dòng)后的短時(shí)間內(nèi)造成系統(tǒng)低壓過低。 

節(jié)流機(jī)構(gòu)如果是電子膨脹閥的話，需要提前進(jìn)行初始化過程，提前的時(shí)間需要參考具體閥門全程開和關(guān)需要的時(shí)間，比如丹佛斯的ETS400電子膨脹閥，滿步數(shù)是3810步，設(shè)定開關(guān)的速率是300步/秒，邏輯執(zhí)行初始化是執(zhí)行關(guān)閥110%，全程共需要約14秒，控制邏輯上，需要在壓縮機(jī)啟動(dòng)之前預(yù)留27秒，14秒用來初始化，13秒預(yù)留將閥開到初始開度。

幾大常用空調(diào)控制系統(tǒng)

    

1、蒸發(fā)器除霜控制

2、溢流閥控制熱氣除霜壓力的應(yīng)用

3、制冷系統(tǒng)回油控制

4、并聯(lián)機(jī)組的回油控制

5、冷熱水盤管的控制

6、閥門的流量特性

7、直線流量特性

直線流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)，用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示：

以行程的10%、50%以及80%三點(diǎn)為例，若位移變化量都是10%，則：

可見，直線特性的閥門在開度小時(shí)流量相對(duì)變化值大，靈敏度高，不易控制，甚至發(fā)生振蕩，而在大開度時(shí)，流量相對(duì)變化值小，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。

8、等百分比流量特性

等百分比流量特性也稱為對(duì)數(shù)流量特性。它是指單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，它隨著相對(duì)流量的增大而增大。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：

為了和直線流量特性進(jìn)行比較，同樣以行程的10%、50%和80%三點(diǎn)進(jìn)行研究，當(dāng)行程變化10%時(shí)流量變化分別為1.91%、7.3%和20.4%，而它們流量相對(duì)變化值卻都為40%。

等百分比流量特性在小開度時(shí)，調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)小，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；在大開度時(shí)，放大系數(shù)大，調(diào)節(jié)靈敏有效。還可以看出，等百分比特性在直線特性下方，因此，在同一位移時(shí)，直線閥通過的流量要比等百分比大。

9、盤管特性＋閥的組合特性

10、各種閥門的流量特性

隔膜閥：快開

閘閥：線性

O形球閥：快開

V形球閥：等百分比

蝶閥：等百分比

調(diào)節(jié)閥：閥芯曲面經(jīng)專門設(shè)計(jì)，可制成各種流量特性的調(diào)節(jié)閥，以滿足不同場(chǎng)合的需要。

 

10、AHU送風(fēng)溫度控制

當(dāng)采用直接膨脹式冷卻盤管時(shí)，怎樣精確控制送風(fēng)溫度（或房間溫度）？

11、AHU濕度控制

12、中央空調(diào)水系統(tǒng)及控制

13、二級(jí)泵冷凍水系統(tǒng)