1 課題研究的背景和意義
1．1 我國(guó)的能源現(xiàn)狀
伴隨著世界性能源短缺，地球變暖等問題，我國(guó)的能源現(xiàn)狀也不容樂觀。隨著人們生活水平的提高，越來(lái)越多的電器進(jìn)入生活，并且大功率電器也越來(lái)越普及，日常消耗的能源越來(lái)越多。加之類似煤炭，石油等能源的性，目前政府每年都在加大對(duì)節(jié)能產(chǎn)業(yè)的支持，廢除落后的大能耗企業(yè)與項(xiàng)目，逐步實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型與過(guò)渡。足見我國(guó)對(duì)于能源節(jié)約項(xiàng)目的重視。
1．2 中央空調(diào)在我國(guó)的應(yīng)用
當(dāng)今大型建筑如商場(chǎng)，醫(yī)院，政府辦公場(chǎng)所，企業(yè)，事業(yè)單位等對(duì)于夏季制冷與冬季取暖多使用中央空調(diào)。其能耗比例占據(jù)整個(gè)建筑能耗的很大一部分。并且每年以5 ～ 6 億平方米的速度呈持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
2 中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制
中央空調(diào)控制系統(tǒng)在使用時(shí)段上依據(jù)時(shí)令進(jìn)行劃分，具體的在夏季由于外界氣溫較高，需要進(jìn)行制冷，因此使用夏季制冷回路對(duì)于管道回水通過(guò)蒸發(fā)器冷卻塔等設(shè)備進(jìn)行降溫，而在冬季，由于外界氣溫較低，需要進(jìn)行加熱，因此使用采暖回路對(duì)水溫進(jìn)行加熱以提高室內(nèi)溫度。通常的中央空調(diào)系統(tǒng)使用水作為傳遞溫度的媒介，以空調(diào)水泵提供動(dòng)力，通過(guò)提高水壓來(lái)調(diào)節(jié)水循環(huán)速度，將管道水流推送至分水器，再由分水器將冷水或者熱水分送至各個(gè)房屋或者負(fù)載，而經(jīng)過(guò)房屋或者負(fù)載的已經(jīng)使用過(guò)的管道水再次通過(guò)集水器進(jìn)行統(tǒng)一回收至主送水管道，終流經(jīng)冷卻或者加熱端，完成一次水循環(huán)。空調(diào)水泵的轉(zhuǎn)速會(huì)直接影響管道水流的速度，因此如果想使得回水溫度和供水溫度的溫差較大時(shí)，可以放慢空調(diào)水泵的轉(zhuǎn)速，反之如果想使得回水溫度和供水溫度的溫差較小時(shí)則需要加速空調(diào)水泵的轉(zhuǎn)速。因此控制整體水溫的關(guān)鍵在于通過(guò)變頻器控制空調(diào)水泵的轉(zhuǎn)速快慢，其中小溫差意味著高轉(zhuǎn)速進(jìn)而更耗電，大溫差意味著低轉(zhuǎn)速而更加省電。但是為了保證整個(gè)管道水處于正常的循環(huán)狀態(tài)，空調(diào)水泵的轉(zhuǎn)速不得低于某一限定的值。
3 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案設(shè)計(jì)
隨著社會(huì)的高速發(fā)展，控制理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越成熟尤其在農(nóng)業(yè)，工業(yè)通信以及航空航天領(lǐng)域發(fā)揮了很好的作用。本文構(gòu)建的中央空調(diào)水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用在于可以調(diào)節(jié)中央空調(diào)系統(tǒng)中變頻器的輸出頻率，用較低的能耗來(lái)滿足建筑物內(nèi)溫度的舒適性，并且能夠在建筑物內(nèi)部與外界環(huán)境溫度負(fù)荷變化的情況下及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，取代了以前空調(diào)始終大負(fù)荷地運(yùn)行情況，用較低的能耗來(lái)保持系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，達(dá)到設(shè)想的控制效果。針對(duì)中央空調(diào)控制系統(tǒng)的構(gòu)成，通過(guò)給定值與實(shí)際值( 如水溫差、水壓) 進(jìn)行閉環(huán)控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，如下圖所示，來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。

4 控制方案實(shí)施
4．1 控制器的選擇
本系統(tǒng)由于布置在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，因此對(duì)主控電路提出較高的要求。主控電路控制器應(yīng)當(dāng)能夠適應(yīng)該工業(yè)環(huán)境，而常見的控制器主要包括PLC，單片機(jī)，F(xiàn)PGA，臺(tái)式機(jī)CPU 等等，其中PLC相對(duì)于其他控制器而言，具有環(huán)境適應(yīng)性高，可靠性強(qiáng)，抗外界電磁干擾好的特點(diǎn)，因此對(duì)于中央空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)常使用PLC 作為主控制器。其具體型號(hào)的選擇主要考慮以下幾點(diǎn):
(1) 根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出信號(hào)接入點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC。
(2) 根據(jù)實(shí)際需要的系統(tǒng)是快速變化還是慢速變化，選擇相應(yīng)的CPU 響應(yīng)時(shí)間。由于中央空調(diào)一般用于大型樓宇中，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多，在主控制器選型上選擇中型PLC 即可滿足要求。西門子公司的S7_300PLC 作為一款經(jīng)典的中型PLC，具備CPU 集成以太網(wǎng)PＲOFINET 接口，并對(duì)現(xiàn)有的PＲOFIBUS系統(tǒng)提供升級(jí)支持，因此選取S7_300PLC 作為控制器。
4．2 中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
對(duì)于中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為了方便系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和維護(hù)，本設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)軟件部分主要?jiǎng)澐譃? 大模塊，其中壓力信號(hào)處理模塊、壓差信號(hào)處理與溫差設(shè)定模塊為信號(hào)輸入模塊。溫度信號(hào)處理模塊，溫差信號(hào)處理模塊為信號(hào)處理運(yùn)算模塊。變頻器輸出模塊為輸出模塊。啟動(dòng)與故障標(biāo)志模塊和PID 循環(huán)模塊為主控制模塊，如下圖所示。

PID 調(diào)節(jié)頻率需要以變頻器釋放權(quán)限為信號(hào)，當(dāng)變頻器設(shè)置為自動(dòng)模式時(shí)開始進(jìn)行PID 控制，當(dāng)變頻器設(shè)置為定頻模式時(shí)，不進(jìn)行PID 控制。由于PID 控制切入的不定時(shí)性，將PID控制模塊以中斷的新式寫入主程序中。PID 控制模塊的輸入主要為設(shè)定溫差與實(shí)際溫差為，通過(guò)典型PID 模塊運(yùn)算，調(diào)整變頻器輸出，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)空調(diào)水泵，進(jìn)而達(dá)到實(shí)際溫差跟隨設(shè)定溫差的目的。
5 總結(jié)
雖然目前新的算法類似蟻群算法，神經(jīng)算法，遺傳算法等算法發(fā)展迅猛，但是在實(shí)際應(yīng)用中往往由于硬件的不支持難以得到很好的應(yīng)用。但是時(shí)代在不斷的發(fā)展，對(duì)于中央空調(diào)節(jié)能算法，節(jié)能方案，節(jié)能硬件配套的研究還在不斷繼續(xù)，不斷優(yōu)化的過(guò)程中。此外由于大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，如何將各種節(jié)能設(shè)計(jì)的運(yùn)行效果進(jìn)行合成整理也是目前的一個(gè)研究課題，該課題需要在本文介紹的方法上對(duì)于通信技術(shù)進(jìn)行相關(guān)研究。本文希望能夠通過(guò)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能減排設(shè)計(jì)為我國(guó)的能源現(xiàn)狀貢獻(xiàn)出自己的一份微薄之力。