一種自校正變量風機盤管溫度控制裝置

廖鳴鏑，程　佳

（廣州市設計院）

一種自校正變量風機盤管溫度控制裝置

廖鳴鏑，程佳

（廣州市設計院）

論文介紹了一種風機盤管溫度控制裝置，前端采用傳感器采集室內的環境溫度、無人狀態、門和窗開啟狀態信號，通過控制器數據處理單元的自校正比例積分四點中心差分PID算法，控制末端直流無刷風機的運行狀態以及浮點閥的開度；從而提高風機盤管的調節精度，從管理上達到節能的效果。

溫度控制；風機盤管；自校正

1　引言

隨著城市經濟的不斷發展，人們對生活環境的熱舒適性要求越來越高，這也對中央空調系統的調節精度提出了更大的挑戰?？照{的調節精度越高，人體熱舒適性越好，超調能量損失越少。

中央空調的末端風機盤管，是實現分時溫度控制和節能運行的關鍵。風機盤管的溫度控制器主要經歷了三代的發展階段：第一代為電氣式產品，多以雙金屬片或氣動溫包為溫度傳感器，通過“給定溫度盤”調整預緊力來設定溫度，風機三速開關和季節轉換開關為撥檔式機械開關。第二代為電子產品，多以熱敏電阻或熱電阻為溫度傳感器。第三代為智能型控制器，多采用新型控制模型和數控芯片實現智能控制。

2　方案概述

本風機盤管溫控裝置由盤管風機回路、盤管水閥回路、控制面板和控制器構成。通過回風溫度傳感器采集回風溫度信號，并將檢測到的信號輸入控制器模擬量數據端口控制器，將輸入的溫度信號數據進行PID運算處理后，再將運算結果作為控制信號發送給直流無刷風機和浮點閥執行機構，使其進行同步操作。用戶可根據需要通過控制面板輸入設定溫度，回風溫度與設定溫度的溫差隨之變化，PID控制參數也會出現不同變化。采用自校正比例積分四點中心差分PID算法對直流無刷風機和浮點閥進行同步自動控制，直流無刷風機風量大小與浮點閥的閥開度成同一趨勢，即風機風量最大時閥位全開，風量降低時，閥位開度隨之關小，當風機全關時，閥位閉合。用戶通過控制面板手動輸入或修改設定溫度。另外，利用紅外探測器監測風機盤管所屬區域的無人狀態，利用門、窗磁傳感器檢測門、窗的開閉狀態。當室內無人或門、窗打開時，傳感器檢測到相應的狀態信號，并將其輸入控制器，控制即時或延時切斷風機盤管的電源，避免不必要的能源浪費。

3　系統設計

本溫控系統硬件組成包括盤管風機回路、盤管水閥回路、控制面板和控制器，系統結構如圖1所示。

圖1　系統結構框圖

3.1盤管風機回路

盤管風機回路設置回風溫度傳感器、紅外探測器、門窗磁傳感器、直流無刷風機。

1）回風溫度傳感器采用PT100熱敏電阻傳感器，其原理是利用Pt的阻值與溫度變化的線性關系，通過測量感溫電阻的阻值得出溫度值。該種溫度傳感器的測量數據準確、穩定性好、性能可靠。

2）紅外探測器由雙元傳感器或紅外微波雙鑒探測器構成，探測頭對準室內空間，檢測室內無人狀態，以便即時或延時控制斷開風機盤管的電源。

3）門、窗磁傳感器用于檢測開門或開窗狀態，同樣用于即時或延時控制斷開風機盤管電源。

4）直流無刷風機與控制器之間利用串口通信。在對直流無刷風機進行控制時，為得到更加穩定的控制效果，用光電耦合器進行光電隔離。

3.2盤管水閥回路

盤管水閥回路設置浮點閥，浮點閥的控制輸入端與控制器輸出端相連，由控制器向浮點閥輸出控制電壓信號，控制浮點閥開度的大小，以此調節水量。

3.3控制面板

控制面板中設置溫度設定電路、顯示電路、顯示板、操作按鈕接口和對外連接接口?？刂泼姘遢斎?輸出端口通過RS485通訊接口與控制器的I/O端口連接，實現自動或手動調節直流無刷風機風量及浮點閥的開度。

3.4控制器

控制器是本系統的核心，包括溫度輸入模塊、數據處理及溫度校正模塊、輸出及控制模塊以及電源模塊。主控芯片采用STC12C5A60S2單片機?？刂破髁鞒倘鐖D2所示。

圖2　溫度控制器流程圖

1）溫度輸入模塊用于接收溫度設定電路的輸出信號和回風溫度傳感器的輸入信號。

2）數據處理及溫度校正模塊，通過檢測回風溫度與設定溫度的溫差變化輸出溫差校正量。該模塊中設有PID自校正單元，采用自校正比例積分四點中心差分PID算法，用于檢測回風溫度與設定溫度的溫差變化，自動調節自校正比例和積分參數，將輸入的溫度信號數據進行相應的PID運算處理后，作為控制信號發送給直流無刷風機和浮點閥，進行同步自動控制。

3）輸出及控制模塊輸出信號同步控制直流無刷風機和浮點閥。

4）電源模塊設有降壓型穩壓器。

4　自校正變參量四點中心差分PID算法

本系統的數據處理及溫度校正模塊中的PID自校正單元，采用自校正比例積分四點中心差分PID算法。其表達式為：

式中：K為采樣周期， T為采樣周期，Ti為積分時間常數，Td為微分時間常數， Uo為控制量的基準值；ei為 i時刻的偏差值。

相比于常規的PID算法和比例積分四點中心差分PID算法，本系統采用的自校正比例積分四點差分PID算法具有超調量小、穩定時間短的效果，很好地解決減小超調和縮短穩定時間的矛盾，應用在對中央空調系統末端設備風機盤管的控制中，不僅使得被控房間內的溫度很快接近目標溫度，達到穩定狀態，而且不會使被控房間內溫度產生波動，控制效果較好。三種算法的調節曲線如圖3所示。

圖3　三種算法的調節曲線對比圖

5　結束語

自校正變參量風機盤管溫控裝置，可根據實際參數的自動變化調節溫度，實現智能化控制與管理。相比于傳統風機旁觀溫控器的三檔風速調節以及電動二通閥的開、關狀態調節。本系統中的直流無刷風機的風量可以實現無級調速或調速檔位在五檔以上，浮點閥的開度大小也可連續調節。由于浮點閥的開度受控制器的輸出電壓信號控制，浮點閥通電驅動閥門緩慢開啟或緩慢關閉，因此可避免目標溫度值上下浮動、產生振蕩，提高對風機盤管的精確度。此外，利用傳感器檢測室內無人狀態或門、窗開啟的狀態，控制風機盤管的電源通斷，可避免不必要的浪費，高效利用能源，在提升室內熱舒適性的同時節約能源。

【1】廖鳴鏑.工業烘房監控系統［D］.西安交通大學，1989.

【2】廖鳴鏑，肖建平，屈國倫，李繼路，陳東華.一種自校正變參量風機盤管溫控方法及專用裝置［P］.廣東：CN102679498A，2012-09-19.

A Self-correcting Variable Parameter Fan Coil Temperature Control Device

LIAO Ming-di，CHENG Jia
（Guang Zhou Design Institute Information）

This paper introduces a temperature controller for fan coil. By virtue of a series of sensors， indoor status signals such as environment temperature， leaving， opening of windows or doors， can be collected. Then due to the data processing unit of the controller based on self-correcting proportion integration and four-point differentiation algorithm， control signal can be made. Finally， the terminal parts such as direct current brushless fans and floating valve mechanisms take the signal and change their operation status. With this device，accuracy of control on a fan coil is improved， and the effect of saving energy can be obtained.

temperature control； fan coil； self-correcting