摘要：從地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成出發(fā)，簡單闡述其優(yōu)點及其功能，在把握大的設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，采用工控機作為監(jiān)控管理層設(shè)備，以及采用變頻器、PLC等作為現(xiàn)場控制設(shè)備，利用傳感裝置將被控制對象中的物理量轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給上層控制器，以及采用先進的通信方式確保地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定的運行。
　　關(guān)鍵詞：地源熱泵，空調(diào)，計算機，智能控制
　　地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)是計算機控制系統(tǒng)一個很熱的且有待于成熟的部分，它是自動化控制技術(shù)、自動控制理論、計算機輔助設(shè)計技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及檢測與傳感技術(shù)等多項高新技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。借助計算機的穩(wěn)定性以及快速強大的數(shù)值計算、邏輯判斷等信息處理和加工分析能力，計算機控制系統(tǒng)可快速實現(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)計算機控制系統(tǒng)的基本組成
　　我們所說的地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)中的計算機，也就只是一個廣義上的概念，既可以是數(shù)字信號處理器、單片機、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)控制所使用的計算機等。為保證地源熱泵空調(diào)的正常使用，對計算機控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化，其計算機控制地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1。
　　
　　圖1計算機控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖
　　大部分計算機控制系統(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)用軟件是為實現(xiàn)某礦區(qū)辦公樓以及家用地源熱泵空調(diào)計算機控制而專門設(shè)計的可視化友好程序，其地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(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、動作判定控制決策程序、輸入輸出數(shù)據(jù)系統(tǒng)、遠程控制程序、和報警處理程序等。
　　
　　圖2計算機控制系統(tǒng)的詳細內(nèi)容
　　在地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)中，作為一個相互協(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)計以及硬件設(shè)計時必須注意兩者之間的有機協(xié)調(diào)，才能研制出滿足某地區(qū)某地區(qū)滿足客戶實際應(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)計算機控制系統(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合。在其系統(tǒng)閉環(huán)控制中，信號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的前向通道外，還有一條被控端向比較元件傳遞信號的反饋通道，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
　　地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)因采用了計算機模擬控制，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：
　　(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、可再生且廉價的地下水源清潔能源，特別是對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)計算機控制系統(tǒng)是一項高效節(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)電進行加熱等技術(shù)，其運行費用與其他常見方式相比較低。
　　(3)地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)采用計算機自動控制，其舒適度和自動化很大程度提高。采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)制冷和供暖的建筑，其室內(nèi)溫度相對穩(wěn)定且持續(xù)時間有保障，設(shè)計上可輔以其他機械適當(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還可提供生活熱水，經(jīng)濟便捷實用。
　　(4)地源熱泵系統(tǒng)采用計算機遠程控制技術(shù)，可完全實現(xiàn)遠程智能信息反饋自動化控制，幾乎不需要人工干預(yù)，減輕了人工作業(yè)強度。
　　3地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能
　　地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)要完成的主要功能有三個：
　　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，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，并且借助計算機強大的數(shù)據(jù)記錄和處理能力，對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，進行統(tǒng)計、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)線控制遠程系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；
　　③ 實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量信息實現(xiàn)即時的信息采集，去除不用的信息，保存具有價值的數(shù)據(jù)信息，為后期的研究和故障判斷積累數(shù)據(jù)；
　　④ 報警處理功能：對于錯誤或者重大的決策，采用了報警處理功能，可以防止工作人員的誤操作。
　　⑤ 實時控制輸出：根據(jù)控制決策，通過數(shù)據(jù)線遠程適時地對系統(tǒng)執(zhí)行部件發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。
　　4地源熱泵空調(diào)計算機節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計
　　4.1地源熱泵控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則
　　地源熱泵中央空調(diào)計算機節(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樓層各個用戶的制冷、制熱以及熱水供應(yīng)的需要，同時還要更大程度地節(jié)約電能，保護環(huán)境等，于是，該設(shè)計總體方案構(gòu)建的是否合理高效就直接決定了控制系統(tǒng)能否成功的實施應(yīng)用。
　　地源熱泵中央空調(diào)計算機節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)根據(jù)地源熱泵空調(diào)的運行模式進行，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)定的運行使用，設(shè)計的控制系統(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)的運行環(huán)境極為復(fù)雜，個別地方的環(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�熱泵機組出口水溫以及流量的實時測量，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用先進的可靠地數(shù)值分析方法計算出各種負荷及燴值等，遠程智能地進行邏輯判斷并作出相應(yīng)的運行控制，以跟隨其系統(tǒng)自身各級負荷的變化，對系統(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、壓縮機等設(shè)備均建立在各級負荷分配的基礎(chǔ)上，為了保證協(xié)作順暢，滿足實際生活需要，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)計思路
　　地源熱泵空調(diào)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖3。
　　
　　

　　圖3地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖
　　地源熱泵中央空調(diào)計算機節(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�的進出口溫度和流量等參數(shù)，并將這些測量反饋的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號經(jīng)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)或者支持向量機等理論算法進行運算之后發(fā)出相應(yīng)的控制指令。由控制中心實施對冷卻水泵和冷凍水泵的臺數(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、顯示電路和故障報警電路等設(shè)備進行進一步的優(yōu)化。
　　4.3地源熱泵計算機控制系統(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行熱交換，從而為用戶制冷或供暖，并同時提供生活使用的熱水。整個系統(tǒng)采用工業(yè)PC集中控制的設(shè)計方式，分為系統(tǒng)監(jiān)控管理層、系統(tǒng)終端控制層和數(shù)據(jù)采集變送層三個層次。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。
　　
　　圖4地源熱泵計算機控制系統(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，計算速度快，穩(wěn)定性能高的工業(yè)PC作為主體監(jiān)控機，其與各信息采集終端的通信依賴于MPI多點接口。終端安裝的終端機械的作用是對地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)進行遠程集中操作控制。管理人員可以直接通過終端工控機方便快捷準(zhǔn)確地查看空調(diào)現(xiàn)場系統(tǒng)運行狀況，對水泵、風(fēng)機、壓縮機、過濾機等電氣設(shè)備進行參數(shù)調(diào)整和實時控制。利用終端工控機強大的數(shù)據(jù)存儲能力，還可將本系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的所有歷史數(shù)據(jù)存儲在終端中控計算機的數(shù)據(jù)庫中，方便今后的查詢和研究。這些數(shù)據(jù)對空調(diào)的優(yōu)化設(shè)計具有十分重要的意義，計算機可以用這些歷史數(shù)據(jù)使用數(shù)理統(tǒng)計以及數(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)報表，為今后的設(shè)計研發(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通過遠程MPI多點接口與終端工控機通信，將現(xiàn)場采集到的各種有用信息信息傳送給終端計算機上，終端計算機在對這些信息進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控制器對現(xiàn)場設(shè)備進行相應(yīng)的調(diào)整。PLC通過數(shù)據(jù)總線與各個變頻器進行通信，可以分別對地下深井水泵、循環(huán)水泵、風(fēng)機和變速器等進行啟停控制或電機變速設(shè)置。
　　現(xiàn)場數(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、濕度等多種信號傳感器、傳輸器以及變送器，主要完成現(xiàn)場數(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、熱水進出口水溫、風(fēng)機送風(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)換成電信號再傳送給PLC控制器進行數(shù)據(jù)處理。
　　5小結(jié)
　　現(xiàn)如今計算機飛速發(fā)展，其遠程控制技術(shù)己深入到人們生活的各個領(lǐng)域，利用計算機強大的邏輯運算能力，再結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機以及模糊數(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)。采用終端工控機作為監(jiān)控管理層設(shè)備，以PLC等作為現(xiàn)場控制設(shè)備，利用傳感裝置將被控制對象中的溫度濕度等物理量轉(zhuǎn)換為電信號送給集中控制器。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)定運行。
　　
　　
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