基于自組態(tài)技術(shù)的建筑環(huán)境冷熱源通用控制系統(tǒng)研究.pdf

1、暖通空調(diào)系統(tǒng)與人們的生產(chǎn)和生活密不可分，一方面暖通空調(diào)系統(tǒng)給人們提供了舒適的工作和生活環(huán)境，另一方面保障了對建筑環(huán)境有特殊需求的生產(chǎn)工藝的正常運(yùn)行，與此同時也帶來了巨大的能源消耗，加劇了能源緊張形式。降低暖通空調(diào)系統(tǒng)尤其是建筑環(huán)境冷熱源系統(tǒng)能耗、提高系統(tǒng)運(yùn)行管理水平是大勢所趨，解決這一問題的關(guān)鍵是系統(tǒng)自動控制技術(shù)，而隨著暖通空調(diào)系統(tǒng)新技術(shù)、新能源技術(shù)、可再生能源利用技術(shù)的發(fā)展，為滿足社會發(fā)展和科技進(jìn)步的需求，冷熱源系統(tǒng)形式在朝著多元化、

2、大型化和復(fù)雜化的方向發(fā)展，這就對控制系統(tǒng)提出了更高的要求。
　　在控制系統(tǒng)實(shí)施的常規(guī)方式下，需要自控專業(yè)人員、暖通空調(diào)專業(yè)人員、施工人員及控制設(shè)備生產(chǎn)廠家密切配合，而且實(shí)施的過程繁雜、制約因素眾多且難以有效地全程監(jiān)管，另外自控系統(tǒng)難以開放的體系架構(gòu)，導(dǎo)致運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜且需由專業(yè)人員完成。這些因素都使得自控系統(tǒng)難以很好適應(yīng)建筑環(huán)境冷熱源系統(tǒng)的需求，無法保證自控系統(tǒng)的實(shí)施效果，也就不可能使節(jié)能效益最大化。論文研究開發(fā)了一種基于自組態(tài)技術(shù)

3、的建筑環(huán)境冷熱源通用控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)的典型特征就是“自組態(tài)”、“通用性”和“全開放”。“自組態(tài)”技術(shù)不同于常規(guī)控制系統(tǒng)的組態(tài)技術(shù)，借助該技術(shù)暖通空調(diào)的相關(guān)技術(shù)人員可以在無需借助任何專業(yè)工具（如控制軟件開發(fā)平臺、仿真器、編程器等），無需編寫一行程序代碼，就可以輕而易舉構(gòu)建冷熱源的自控系統(tǒng);“通用性”則使這種體系架構(gòu)幾乎適應(yīng)任意的冷熱源系統(tǒng)，其控制算法和控制策略是通用的，控制器及其配套控制軟件是通用的，甚至控制柜也是通用的;“全開放”

4、通用控制系統(tǒng)相對于常規(guī)控制系統(tǒng)而言，是一種基于參數(shù)化的體系，而所有參數(shù)均可以任意設(shè)置修改。
　　論文研究從建立冷熱源系統(tǒng)通用物理模型開始，深入研究了自由度理論在冷熱源系統(tǒng)中的應(yīng)用，建立了通用控制系統(tǒng)特有的控制組件數(shù)據(jù)模型，對冷熱源系統(tǒng)的控制算法和控制策略做了詳細(xì)探討，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了基于Cortex M3內(nèi)核32位的控制器主板和I/O數(shù)據(jù)擴(kuò)展板，以及相應(yīng)的控制軟件。研究的主要內(nèi)容包括:
　　(1)從構(gòu)建冷熱源系統(tǒng)簡單物理模型

5、三要素開始，課題研究引入了表達(dá)設(shè)備間連接關(guān)系和設(shè)備是否存在的“連接關(guān)系虛擬轉(zhuǎn)換開關(guān)”和“存在關(guān)系虛擬轉(zhuǎn)換開關(guān)”，借助這兩個虛擬轉(zhuǎn)換開關(guān)和要素數(shù)量構(gòu)建了冷熱源“標(biāo)準(zhǔn)子系統(tǒng)物理模型”，而標(biāo)準(zhǔn)子系統(tǒng)物理模型的組合最終確立了冷熱源通用物理模型，課題對此模型進(jìn)行了檢驗(yàn);
　　(2)論文將自由度理論引入建筑環(huán)境冷熱源的控制系統(tǒng)中，詳細(xì)討論了自由度對于冷熱源系統(tǒng)控制回路通用構(gòu)建方法的重要性，明確了冷熱源通用物理模型中任意子系統(tǒng)的自由度為2，并詳

6、細(xì)研究了控制回路控制變量與操作變量的確定，自由度理論的研究為通用控制系統(tǒng)的研究奠定了堅實(shí)的理論基礎(chǔ);
　　(3)“自組態(tài)技術(shù)”是冷熱源通用控制系統(tǒng)的核心技術(shù)，而“控制組件”則是該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。將工藝設(shè)備及控制元件的工藝屬性、控制屬性及方法封裝在一起的數(shù)據(jù)模型就是控制組件對象，控制組件使得工藝設(shè)備在具備增加了控制屬性而控制元件增加了工藝屬性，在通用控制系統(tǒng)中它們就是構(gòu)建通用控制系統(tǒng)的“積木”，自組態(tài)就是設(shè)置這些控制組件的屬性和方法

7、，單獨(dú)的控制組件可以編組，編組的控制組件組合成系統(tǒng)級別的組件?？刂平M件將冷熱源工藝系統(tǒng)與自控系統(tǒng)完美融合，構(gòu)建出完美的控制系統(tǒng)。論文對冷熱源系統(tǒng)的各種組件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都做了詳細(xì)的說明。
　　(4)控制算法和控制策略對于控制系統(tǒng)實(shí)施效果有著決定性的作用。針對冷熱源系統(tǒng)的多變量、非線性、大時滯、大容量的特點(diǎn)，研究了適合冷熱源系統(tǒng)的通用控制算法;經(jīng)過深入研究，提出適合冷熱源系統(tǒng)的通用控制策略，包括系統(tǒng)啟動策略、停機(jī)策略、回路連續(xù)控制策略、加