1、第十二章 自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用,自動控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)形式可分為單回路控制系統(tǒng)與多回路控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在供熱、通風(fēng)、空調(diào)、制冷工程中都得到了應(yīng)用。 為了正確進行自控系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)對控制對象、工藝過程、狀態(tài)參量、干擾全面了解，合理確定被控量、操作量、控制器、調(diào)節(jié)閥等。 控制方案設(shè)計和控制器參數(shù)整定是兩個重要方面。如果控制方案設(shè)計不正確，僅憑控制器參數(shù)的整定，是不可能獲得較好的控制質(zhì)量的，反之，若控制方案設(shè)計很好，但是在運行中控制器參數(shù)整定不合適，也不能使系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。,自動控制實施方案，常采用自動控制流程圖表示，也稱自動控制原理圖。它是用規(guī)定的文字、圖形符號，按照工藝流程繪出的，是自控人員和工

2、藝人員設(shè)計思想的集中表現(xiàn)和共同的工程語言。 流程圖主要反映被控變量及其測點位置、執(zhí)行器種類及其安裝位置、控制器、以及系統(tǒng)之間的關(guān)系等。 流程圖中，一般用圓表示某些自動控制裝置，圓內(nèi)寫有兩位或三位字母，第一個字母表示被控變量，后續(xù)字母表示儀表的功能。常用被控變量和儀表功能的文字符號見表12-1，圖形符號見表12-2。,第一節(jié) 空調(diào)單回路控制系統(tǒng) 單回路控制系統(tǒng)是由傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器及被控對象組成的單一反饋回路的控制系統(tǒng)。由于這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資少，易于調(diào)整、投運，又能滿足一般過程控制的要求，應(yīng)用十分廣泛，尤其適用于被控對象純滯后和慣性較小，負荷和干擾變化比較平緩、或者對控制精度要求

3、不高的場合。 空調(diào)裝置由加熱器、冷卻器、加濕器、去濕器、空氣混合器以及凈化器等設(shè)備組成。空調(diào)自動控制的任務(wù)是在最大限度節(jié)能與安全生產(chǎn)的條件下，自動控制上述各種裝置的實際輸出量與實際負荷相適應(yīng)，以滿足人們在生產(chǎn)和生活中對空氣參數(shù)(溫度、濕度、壓力以及潔凈度等)的要求。,一、空氣靜壓自動控制系統(tǒng) 在變風(fēng)量空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的靜壓應(yīng)保持恒定，以減小靜壓波動給各系統(tǒng)帶來的干擾。圖12-1是一靜壓自動控制系統(tǒng)原理圖。帶電動閥門定位器的電動執(zhí)行機構(gòu)4，由控制風(fēng)機入口導(dǎo)向葉片，進行風(fēng)量調(diào)節(jié)以恒定空氣靜壓。,二、空氣混合溫度自動控制系統(tǒng) 空氣混合溫度自動控制可以合理地利用新風(fēng)冷源，例如，在冬季和過渡季節(jié)，建

4、筑物內(nèi)區(qū)發(fā)熱量較大，室內(nèi)需供冷風(fēng)，這時可把新風(fēng)作為冷源，推遲人工冷源使用時間，節(jié)約能耗?；祜L(fēng)溫度控制系統(tǒng)原理圖如圖12-2所示。控制器3的給定值有Xsl(對應(yīng)新風(fēng)閥全開時的混風(fēng)溫度)和最小新風(fēng)量。 圖11-1 WJ35型溫度控制器原理圖,在冬季，當混風(fēng)溫度低于給定值Xs1時，根據(jù)混風(fēng)溫度按控制器的比例帶控制風(fēng)門開度?；祜L(fēng)溫度升高，新風(fēng)閥門開大。當混風(fēng)溫度達到給定值Xsl 時，新風(fēng)閥門全開，取最大新風(fēng)量。最小新風(fēng)量是可調(diào)的，例如20。新風(fēng)閥位與混風(fēng)溫度的關(guān)系見圖12-3所示。圖中Xp 是混風(fēng)溫度控制器的比例范圍，在此范圍內(nèi)新風(fēng)閥位與混風(fēng)溫度成線性關(guān)系。當混風(fēng)溫度Xsl 時，進人過渡季節(jié)，使用最大

5、新風(fēng)量。,三、恒溫、恒濕空調(diào)自動控制系統(tǒng) 圖12-4為一個集中式空氣處理系統(tǒng)給兩個空氣區(qū)送風(fēng)，而且a區(qū)和b區(qū)室內(nèi)熱負荷差別較大，需增設(shè)精加熱用電加熱器aDR、bDR，分別調(diào)節(jié)a、b兩區(qū)的溫度。由于兩區(qū)散濕量差別不大，可用同一機器露點溫度來控制室內(nèi)相對濕度。此系統(tǒng)屬定露點控制系統(tǒng)，可應(yīng)用在余熱變化而余濕基本不變的場合。,根據(jù)空氣處理過程分析，控制系統(tǒng)中有三種控制點，分別設(shè)在四個地方：室內(nèi)溫度控制點兩個，分別設(shè)在a區(qū)和b區(qū)送風(fēng)口處；送風(fēng)溫度控制點設(shè)在二次加熱器SR-2后面的總風(fēng)管內(nèi)；露點溫度控制點設(shè)在淋水室出風(fēng)口擋水板后面。整個系統(tǒng)分為四個子控制系統(tǒng)：a區(qū)室溫控制系統(tǒng)，b區(qū)室溫控制系統(tǒng)，送風(fēng)溫度控

6、制系統(tǒng)及露點溫度控制系統(tǒng)。,.系統(tǒng)控制過程 (1)露點溫度控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)由溫度傳感器TE-1、控制器TC-1，電動雙通閥V-1，加熱器SR-1，電動三通閥V-2和淋水室等組成。 為了避免一次加熱器SR1加熱的同時向淋水室供送冷水，在電氣線路上應(yīng)保證電動三通閥V-2和電動雙通閥V-1之間互相聯(lián)鎖，即僅當淋水室里全部噴淋循環(huán)水時才使用一次加熱器SR-1。反之，則僅當一次加熱器的電動雙通閥處于全關(guān)位置時才向淋水室供送冷水?？刂票P上的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)K用于各種工況的轉(zhuǎn)換。在有些自動控制系統(tǒng)中季節(jié)工況的轉(zhuǎn)換也可由自動轉(zhuǎn)換裝置來完成。,(2)送風(fēng)溫度控制系統(tǒng) 送風(fēng)溫度的控制系統(tǒng)由溫度傳感器TE-2、控制器T

7、C-2，電動雙通閥V-3、加熱器SR-2及送風(fēng)管道組成，主要是對二次加熱器的控制。 (3)室溫控制系統(tǒng) 室溫的a區(qū)控制系統(tǒng)由a區(qū)傳感器TE-a、控制器TC-6、電壓調(diào)整器TK-5、電加熱器aDR組成。b區(qū)控制系統(tǒng)則由b區(qū)傳感器TE-b、控制器TC-4、電壓調(diào)整器TK-3、電加熱器bDR組成。a區(qū)、b區(qū)的室溫通過對應(yīng)的精加熱用電加熱器的控制來實現(xiàn)。精加熱器的加熱量與相應(yīng)空氣區(qū)的熱負荷的變化相適應(yīng)。,第二節(jié) 多回路控制系統(tǒng) 在單回路控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了多回路控制系統(tǒng)。它與單回路控制系統(tǒng)相比，所采用的傳感器、變送器、控制器及執(zhí)行器等的數(shù)量較多，所構(gòu)成的系統(tǒng)比較復(fù)雜、系統(tǒng)功能比較齊全。 一、按混

8、風(fēng)溫度和新風(fēng)溫度控制系統(tǒng) 圖12-6為帶混風(fēng)溫度和新風(fēng)溫度控制新風(fēng)量的原理示意圖。圖12-7是閥位與溫度關(guān)系圖?？刂破鱐C-2同時接受傳感器TE-1測出的混風(fēng)溫度信號和傳感器TE-2測出的室外新風(fēng)溫度信號，按照比例調(diào)節(jié)規(guī)律輸出0-10V.DC信號，用來控制帶電動閥門定位器的電動風(fēng)門。 圖114 三位比例積分調(diào)節(jié)裝置示意圖。,圖12-6 帶混風(fēng)溫度和新風(fēng)溫度控制新風(fēng)量原理圖,圖12-7 新風(fēng)閥位與溫度關(guān)系,在冬季，控制器將根據(jù)傳感器TE-l來的混風(fēng)溫度信號控制執(zhí)行器。隨著混風(fēng)溫度1的升高，在比例范圍Xp1內(nèi)，按比例自動地開大新風(fēng)閥門、關(guān)小回風(fēng)門、開大排風(fēng)閥門。當混風(fēng)溫度達到給定值Xs1時，新風(fēng)全

9、開。 在夏季，當新風(fēng)溫度達到或超過給定值s2時，控制器能自動地使用新風(fēng)溫度通道，而自動地切換到由室外溫度控制控制器，進而控制執(zhí)行器。同理，在比例范圍p2內(nèi)，隨著室外新風(fēng)溫度的升高，自動地按線性關(guān)系關(guān)小新風(fēng)閥門。因而，只要合理地整定s1、s2、Xp1、p2，就可以合理地利用新風(fēng)冷源，達到經(jīng)濟運行的目的。,二、新風(fēng)溫度補償自動控制系統(tǒng) 室溫的給定值隨室外空氣溫度的變化按一定規(guī)律變化，稱為補償控制。它既能改善空調(diào)房間舒適狀況，又能節(jié)約能耗。圖12-8為新風(fēng)溫度自動補償控制系統(tǒng)，圖12-9為新風(fēng)溫度自動補償特性。,圖12-8 為新風(fēng)溫度自動補償控制系統(tǒng) 1-室溫傳感器；2-室外溫度傳感器；3-1-季節(jié)

10、轉(zhuǎn)換控制器； 3-2-補償控制器；4-二通電動調(diào)節(jié)閥；5-三通電動調(diào)節(jié)閥,圖12-9 為新風(fēng)溫度自動補償特性 A-夏季補償起點；B-夏季補償終點；C-冬季補償起點；-10%-冬季補償比； 62.5%-夏季補償比,第三節(jié) 空調(diào)計算機控制系統(tǒng),計算機控制系統(tǒng)與生產(chǎn)過程有密切的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程的復(fù)雜程度和具體任務(wù)采用不同的測控系統(tǒng)。微機測控系統(tǒng)按照計算機參與控制的方式、控制的目的，常分為巡回檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)和集散式計算機控制系統(tǒng)。,一、計算機控制系統(tǒng)的類型 （一）微機直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC) 圖12-10 DDC控制系統(tǒng)原理圖,由于微型計算機的

11、速度快，所以一臺微型機可代替多個模擬調(diào)節(jié)器、這是非常經(jīng)濟的。DDC控制系統(tǒng)的優(yōu)點是靈活性大，可靠性高。因為計算機計算能力強，所以用它可以實現(xiàn)各種比較復(fù)雜的控制規(guī)律，如串級控制、前饋控制、自動選擇控制以及大滯后控制等。正因如此，DDC系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。,（二）微機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC) 計算機監(jiān)督系統(tǒng)，簡稱SCC系統(tǒng)。在DDC系統(tǒng)中，是用計算機代替摸擬調(diào)節(jié)器進行控制的。而在計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)中，則是由計算機按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，計算出最佳給定值送給模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計算機，最后由模擬調(diào)節(jié)器或DDC計算機控制生產(chǎn)過程，從而使生產(chǎn)過程處于最優(yōu)工作情況。SCC系統(tǒng)較DDC系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化

12、實際情況，它不僅可以進行給定值控制，同時還可以進行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等，它是操作指導(dǎo)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。SCC系統(tǒng)就其結(jié)構(gòu)來講有兩種，一種是SCC加模擬調(diào)節(jié)器，另一種是SCC加DDC控制系統(tǒng)。,.SCC加模似調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng) 圖12-11 SCC加模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)原理圖,2. SCC加DDC控制系統(tǒng) 圖12-12 SCC加DDC控制系統(tǒng)原理圖,(三)微機集散控制系統(tǒng) 微機集散控制系統(tǒng)，就是將生產(chǎn)過程控制與企業(yè)經(jīng)營管理控制結(jié)合起來，由多級計算機來實現(xiàn)全面控制。各級之間既有明確的分工，又有密切的聯(lián)系，也稱作微機分布式控制系統(tǒng)。圖12-13為微機集散控制系統(tǒng)的框圖，這是一個集散式

13、三級控制系統(tǒng)。其中，MIS是生產(chǎn)管理級，SCC是監(jiān)督控制級，DDC是直接數(shù)字控制級。而生產(chǎn)管理級又可分為企業(yè)管理級、工廠管理級和車間管理級。因此，該系統(tǒng)實際上是分布式五級管理控制系統(tǒng)。,圖12-13 微機集散控制系統(tǒng)圖,二、集中空調(diào)DDC控制系統(tǒng) 圖12-14為集中空調(diào)DDC控制系統(tǒng)，DDC控制器為C500型。它有五個模擬信號輸入口AI1AI5，輸入兩個濕度、三個溫度模擬信號。一條輸出總線可輸出數(shù)字信號驅(qū)動四臺數(shù)字電機，用以控制風(fēng)門、閥門的開度。該DDC控制器有如下三個控制功能。 1.焓值調(diào)節(jié) 2.空調(diào)器最佳啟?？刂?3 .溫度控制,圖12-14 集中空調(diào)DDC控制系統(tǒng) TE-1、TE-2、T

14、E-3-房間、房間、新風(fēng)溫度傳感器；HE-1、HE-2-回風(fēng)、新風(fēng)濕度傳感器； H1-熱水加熱器；MV-1、MV-2-回風(fēng)、新風(fēng)閥；C1-表冷器；TV-1、TV-2-電動雙通閥； F1-送風(fēng)機；DC-C500型直接數(shù)字控制器。,第四節(jié) 換熱設(shè)備自動控制 用以實現(xiàn)換熱目地的設(shè)備稱之為換熱設(shè)備，其種類較多。在供熱與通風(fēng)空調(diào)工程中常用的有換熱器、蒸汽加熱器等。為了保證被加熱的流體出口溫度，滿足供熱的要求，必須采用自動控制對其傳熱量進行調(diào)節(jié)。,一、換熱器的自動控制 換熱器是利用熱流體放熱，而冷流體被加熱的換熱設(shè)備。換熱器最常用的控制方案是把被加熱的流體出口溫度做為被控變量，載熱體做為操作量。如果載熱體

15、的壓力較平穩(wěn)，可以采用簡單的自動控制系統(tǒng)，如圖12-15所示。當載熱流體是利用冷流體回收熱量時，它的總流量是不好調(diào)節(jié)的，可以將熱流體分路一部分，以調(diào)節(jié)冷流體的出口溫度T1O，分路一般采用三通閥。如三通閥裝在入口處，則用分流閥，如圖12-16所示。分流閥的優(yōu)點是沒有溫度應(yīng)力，缺點是流通能力較小。如三通閥裝在出口處，則用合流閥，如圖12-17所示。合流閥的優(yōu)點是流通能力較大，但在高溫差時，管子的熱膨脹會使三通閥承受到較大的應(yīng)力而變形，造成連接處的泄漏或損壞。,圖12-15 換熱器簡單的自動控制系統(tǒng),圖12-16 換熱器分流閥自動控制系統(tǒng),圖12-17 換熱器合流閥自動控制系統(tǒng),二、蒸汽加熱器自動控

16、制 蒸汽加熱器的被控變量是冷流體的出口溫度，操作量為蒸汽流量。圖12-18為最常用的調(diào)節(jié)方案，如果干擾作用的影響，使加熱器的出口溫度低于設(shè)定值，則調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差而動作，控制調(diào)節(jié)閥開大，蒸汽流量增加，調(diào)節(jié)閥閥后壓力增加，使傳熱平均溫差增大，結(jié)果傳熱量增加，從而使被加熱流體溫度上升，回到設(shè)定值。 圖12-18 蒸汽加熱器的常用自動控制方案,如果閥前蒸汽壓力有波動，且變化較頻繁，將影響控制品質(zhì)，滿足不了工藝要求時，則可經(jīng)過穩(wěn)壓對總管進行壓力控制。常采用如圖12-19所示的出口溫度對閥后壓力的串級自動控制系統(tǒng)；或者采用出口溫度對蒸汽流量的串級自動控制系統(tǒng).如圖12-20所示。 圖12-19 出口溫度對

17、閥后壓力的串級自動控制系統(tǒng),圖12-20 出口溫度對蒸汽流量的串級自動控制系統(tǒng),第五節(jié) 制冷自動控制,制冷裝置的自動化系統(tǒng)主要包括蒸發(fā)器溫度的自動控制、冷凝器溫度的自動控制、壓縮機的能量自動控制和制冷裝置的自動保護等四部分。這里介紹利用熱力膨脹閥、電磁閥對蒸發(fā)器的自動控制,一、利用熱力膨脹閥對蒸發(fā)器進行自動控制 圖12-21 利用熱力膨脹控制制冷劑流量的制冷系統(tǒng)示意圖。,二、利用電磁閥對蒸發(fā)器進行自動控制 圖12-22 凍結(jié)物冷藏間自控原理圖 1-熱電阻；2-控制器；3-氣用常閉型電磁主閥；4-液用常閉型電磁主閥；5-蒸發(fā)器,第六節(jié) 集中供熱系統(tǒng)自動控制,集中供熱系統(tǒng)為了滿足熱用戶的需要，節(jié)約熱能，合理地利用熱能，應(yīng)設(shè)置自動檢測與控制系統(tǒng)。 集中供熱系統(tǒng)的自動檢測與控制，根據(jù)熱源、熱交換站及熱力入口的裝置采用不同