摘要：從地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成出發(fā)，簡單闡述其優(yōu)點(diǎn)及其功能，在把握大的設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，采用工控機(jī)作為監(jiān)控管理層設(shè)備，以及采用變頻器、PLC等作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，利用傳感裝置將被控制對(duì)象中的物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞給上層控制器，以及采用先進(jìn)的通信方式確保地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定的運(yùn)行。
　　關(guān)鍵詞：地源熱泵，空調(diào)，計(jì)算機(jī)，智能控制
　　地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一個(gè)很熱的且有待于成熟的部分，它是自動(dòng)化控制技術(shù)、自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及檢測(cè)與傳感技術(shù)等多項(xiàng)高新技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。借助計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性以及快速強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷等信息處理和加工分析能力，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可快速實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制以外更復(fù)雜、更全面的控制方案，為現(xiàn)如今遠(yuǎn)程控制理論的應(yīng)用提供了有力的工具。
　　1某地方地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成
　　我們所說的地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)，也就只是一個(gè)廣義上的概念，既可以是數(shù)字信號(hào)處理器、單片機(jī)、嵌入式處理器或可編程控制器，也可以是各種功能組合而成的工業(yè)控制所使用的計(jì)算機(jī)等。為保證地源熱泵空調(diào)的正常使用，對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，其計(jì)算機(jī)控制地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1。
　　
　　圖1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖
　　大部分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由主控制和被控制兩部分組成，其內(nèi)容組成見圖2所示。本系統(tǒng)使用的應(yīng)用軟件是為實(shí)現(xiàn)某礦區(qū)辦公樓以及家用地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制而專門設(shè)計(jì)的可視化友好程序，其地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要有操作權(quán)限程序、數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)查詢修改程序、動(dòng)作判定控制決策程序、輸入輸出數(shù)據(jù)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制程序、和報(bào)警處理程序等。
　　
　　圖2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的詳細(xì)內(nèi)容
　　在地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，作為一個(gè)相互協(xié)調(diào)，相互制約的整體系統(tǒng)，內(nèi)部程序不是簡單的控制外部硬件，而是相互的反饋和反復(fù)執(zhí)行命令，在程序設(shè)計(jì)以及硬件設(shè)計(jì)時(shí)必須注意兩者之間的有機(jī)協(xié)調(diào)，才能研制出滿足某地區(qū)某地區(qū)滿足客戶實(shí)際應(yīng)用的高質(zhì)量、穩(wěn)定的地源熱泵控制系統(tǒng)。
　　地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按照控制模式不同，可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。在該系統(tǒng)的開環(huán)控制中，各信號(hào)是從輸入端到輸出端單向傳遞的，不存在信息反饋，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單容易實(shí)現(xiàn)，且成本較低，但控制精度難以保證，適用范圍較為狹窄，僅僅適用于元件工作特性較為穩(wěn)定、干擾較小、控制精度要求不是不高的場(chǎng)合。在其系統(tǒng)閉環(huán)控制中，信號(hào)輸出端和被控端之間存在正向和反向兩條通道，其中一條從輸出端向被控端傳遞信號(hào)的前向通道外，還有一條被控端向比較元件傳遞信號(hào)的反饋通道，因此我們把這種控制模式叫做反饋控制。
　　2地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
　　地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)因采用了計(jì)算機(jī)模擬控制，與其傳統(tǒng)空氣源熱泵中央空調(diào)的供熱或制冷方式相比，很顯然具有如下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：
　　(1)系統(tǒng)在正常工作中，應(yīng)用新技術(shù)新工藝，僅使用無污染、可再生且廉價(jià)的地下水源清潔能源，特別是對(duì)于煤礦開采中排水量較大的煤礦小區(qū)使用，環(huán)境效益十分顯著，符合綠色城市建設(shè)的需要。
　　(2)地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一項(xiàng)高效節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)，因采用煤礦地下水，并輔以瓦斯或煤矸石發(fā)電進(jìn)行加熱等技術(shù)，其運(yùn)行費(fèi)用與其他常見方式相比較低。
　　(3)地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，其舒適度和自動(dòng)化很大程度提高。采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)制冷和供暖的建筑，其室內(nèi)溫度相對(duì)穩(wěn)定且持續(xù)時(shí)間有保障，設(shè)計(jì)上可輔以其他機(jī)械適當(dāng)加大新風(fēng)量以保證室內(nèi)的舒適度。在制冷或供暖的同時(shí)還可提供生活熱水，經(jīng)濟(jì)便捷實(shí)用。
　　(4)地源熱泵系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)，可完全實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能信息反饋?zhàn)詣?dòng)化控制，幾乎不需要人工干預(yù)，減輕了人工作業(yè)強(qiáng)度。
　　3地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能
　　地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)要完成的主要功能有三個(gè)：
　　① 操作權(quán)限功能：在系統(tǒng)使用權(quán)限上設(shè)置不同的等級(jí)，可以方便系統(tǒng)的管理與應(yīng)用，防止不法分子的破壞或者非工作人員的誤操作，增加了系統(tǒng)的安全性。
　　② 動(dòng)作判定控制決策功能：在客戶端均勻安裝若干傳感器，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，并且借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)記錄和處理能力，對(duì)采集到的各種反饋信息使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)等理論，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和處理，并按系統(tǒng)設(shè)定好的的控制規(guī)律，做出控制命令，通過輸出端數(shù)據(jù)線控制遠(yuǎn)程系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；
　　③ 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)來自測(cè)量信息實(shí)現(xiàn)即時(shí)的信息采集，去除不用的信息，保存具有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，為后期的研究和故障判斷積累數(shù)據(jù)；
　　④ 報(bào)警處理功能：對(duì)于錯(cuò)誤或者重大的決策，采用了報(bào)警處理功能，可以防止工作人員的誤操作。
　　⑤ 實(shí)時(shí)控制輸出：根據(jù)控制決策，通過數(shù)據(jù)線遠(yuǎn)程適時(shí)地對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行部件發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。
　　4地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　4.1地源熱泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則
　　地源熱泵中央空調(diào)計(jì)算機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的最終目的是使其空調(diào)系統(tǒng)工作中能夠滿足各個(gè)樓層各個(gè)用戶的制冷、制熱以及熱水供應(yīng)的需要，同時(shí)還要更大程度地節(jié)約電能，保護(hù)環(huán)境等，于是，該設(shè)計(jì)總體方案構(gòu)建的是否合理高效就直接決定了控制系統(tǒng)能否成功的實(shí)施應(yīng)用。
　　地源熱泵中央空調(diào)計(jì)算機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地源熱泵空調(diào)的運(yùn)行模式進(jìn)行，并遵循以下幾方面的原則：
　　（1）其控制系統(tǒng)應(yīng)做到最大程度的節(jié)能，這是地源熱泵的設(shè)計(jì)宗旨，也是最根本的目的。
　　（2）其控制系統(tǒng)應(yīng)穩(wěn)定可靠。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由于存在室內(nèi)外換熱部分，為確保其在不同的條件下能夠長期穩(wěn)定的運(yùn)行使用，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的可靠性穩(wěn)定性一定要充分重視。
　　（3）其控制系統(tǒng)智能化程度要高。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境極為復(fù)雜，個(gè)別地方的環(huán)境還十分惡劣，控制系統(tǒng)應(yīng)能完成室內(nèi)外不同環(huán)境溫度和濕度、地?zé)崴疁囟取�熱泵機(jī)組出口水溫以及流量的實(shí)時(shí)測(cè)量，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用先進(jìn)的可靠地?cái)?shù)值分析方法計(jì)算出各種負(fù)荷及燴值等，遠(yuǎn)程智能地進(jìn)行邏輯判斷并作出相應(yīng)的運(yùn)行控制，以跟隨其系統(tǒng)自身各級(jí)負(fù)荷的變化，對(duì)系統(tǒng)作出最佳工作狀態(tài)。
　　（4）其控制系統(tǒng)的協(xié)作性要好。地源熱泵空調(diào)中的加熱器、壓縮機(jī)等設(shè)備均建立在各級(jí)負(fù)荷分配的基礎(chǔ)上，為了保證協(xié)作順暢，滿足實(shí)際生活需要，應(yīng)保證控制系統(tǒng)與其他設(shè)備之間相互匹配。
　　4.2地源熱泵控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路
　　地源熱泵空調(diào)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖3。
　　
　　

　　圖3地源熱泵空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖
　　地源熱泵中央空調(diào)計(jì)算機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)中，通過安裝在建筑內(nèi)部的各類傳感器，檢測(cè)室地?zé)岢隹谒疁丶傲髁俊��?nèi)外環(huán)境溫度和濕度、地?zé)崴疁囟取⒗鋬鏊�的進(jìn)出口溫度和流量等參數(shù)，并將這些測(cè)量反饋的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)經(jīng)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)或者支持向量機(jī)等理論算法進(jìn)行運(yùn)算之后發(fā)出相應(yīng)的控制指令。由控制中心實(shí)施對(duì)冷卻水泵和冷凍水泵的臺(tái)數(shù)及頻率作出相應(yīng)的控制。其系統(tǒng)還可附加鍵盤、觸摸板、顯示電路和故障報(bào)警電路等設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。
　　4.3地源熱泵計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
　　地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的作用是通過提取地表淺層的土壤熱源進(jìn)行熱交換，從而為用戶制冷或供暖，并同時(shí)提供生活使用的熱水。整個(gè)系統(tǒng)采用工業(yè)PC集中控制的設(shè)計(jì)方式，分為系統(tǒng)監(jiān)控管理層、系統(tǒng)終端控制層和數(shù)據(jù)采集變送層三個(gè)層次。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。
　　
　　圖4地源熱泵計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
　　在系統(tǒng)監(jiān)控管理層，采用硬盤容量大，計(jì)算速度快，穩(wěn)定性能高的工業(yè)PC作為主體監(jiān)控機(jī)，其與各信息采集終端的通信依賴于MPI多點(diǎn)接口。終端安裝的終端機(jī)械的作用是對(duì)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中操作控制。管理人員可以直接通過終端工控機(jī)方便快捷準(zhǔn)確地查看空調(diào)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，對(duì)水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、過濾機(jī)等電氣設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和實(shí)時(shí)控制。利用終端工控機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，還可將本系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的所有歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在終端中控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，方便今后的查詢和研究。這些數(shù)據(jù)對(duì)空調(diào)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的意義，計(jì)算機(jī)可以用這些歷史數(shù)據(jù)使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)以及數(shù)值分析等數(shù)學(xué)方法，產(chǎn)生空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化的的各種參數(shù)報(bào)表，為今后的設(shè)計(jì)研發(fā)提供了重要資料。
　　在終端控制層，一般采用能適應(yīng)惡劣環(huán)境、抗干擾能力強(qiáng)的PLC控制器作為系統(tǒng)中間部分的控制核心，由PLC以及電器回路組成。PLC通過遠(yuǎn)程MPI多點(diǎn)接口與終端工控機(jī)通信，將現(xiàn)場(chǎng)采集到的各種有用信息信息傳送給終端計(jì)算機(jī)上，終端計(jì)算機(jī)在對(duì)這些信息進(jìn)行快速分析處理之后作出相應(yīng)的控制命令傳回給PLC控制器，由PLC控制器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。PLC通過數(shù)據(jù)總線與各個(gè)變頻器進(jìn)行通信，可以分別對(duì)地下深井水泵、循環(huán)水泵、風(fēng)機(jī)和變速器等進(jìn)行啟停控制或電機(jī)變速設(shè)置。
　　現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集變送層位于其控制系統(tǒng)的最前端，設(shè)置有溫度、濕度等多種信號(hào)傳感器、傳輸器以及變送器，主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理、變送和數(shù)據(jù)的加密傳輸?shù)裙ぷ鳌＠�用傳感器采集地地�(zé)崴�出水壓力、熱水進(jìn)出口水溫、風(fēng)機(jī)送風(fēng)溫度和回水溫度、熱泵出水溫度和回水溫度、室內(nèi)外的溫濕度等信息，并由變送器將這些壓力、溫度、濕度等物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再傳送給PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
　　5小結(jié)
　　現(xiàn)如今計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展，其遠(yuǎn)程控制技術(shù)己深入到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，再結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)以及模糊數(shù)學(xué)等數(shù)值分析理論，可組成多種多樣的控制系統(tǒng)，完成眾多智能控制系統(tǒng)。采用終端工控機(jī)作為監(jiān)控管理層設(shè)備，以PLC等作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，利用傳感裝置將被控制對(duì)象中的溫度濕度等物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送給集中控制器。再加之采用加密的通信方式可確保地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。
　　
　　
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