摘要：從地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)構成出發(fā)，簡單闡述其優(yōu)點及其功能，在把握大的設計原則的基礎上，采用工控機作為監(jiān)控管理層設備，以及采用變頻器、PLC等作為現(xiàn)場控制設備，利用傳感裝置將被控制對象中的物理量轉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、自動控制理論、計算機輔助設計技術、通信與網(wǎng)絡技術以及檢測與傳感技術等多項高新技術緊密結合的產(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)控制以外更復雜、更全面的控制方案，為現(xiàn)如今遠程控制理論的應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)的基本結構框圖如圖1。
　　
　　圖1計算機控制系統(tǒng)的基本結構框圖
　　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執(zhí)行命令，在程序設計以及硬件設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)結構簡單容易實現(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，應用新技術新工藝，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，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，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，設計上可輔以其他機械適當加大新風量以保證室內(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，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，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 操作權限功能：在系統(tǒng)使用權限上設置不同的等級，可以方便系統(tǒng)的管理與應用，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、模糊數(shù)學等理論，進行統(tǒng)計、分析和處理，并按系統(tǒng)設定好的的控制規(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。
　　4地源熱泵空調(diào)計算機節(jié)能控制系統(tǒng)設計
　　4.1地源熱泵控制系統(tǒng)設計的基本原則
　　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，該設計總體方案構建的是否合理高效就直接決定了控制系統(tǒng)能否成功的實施應用。
　　地源熱泵中央空調(diào)計算機節(jié)能控制系統(tǒng)的設計應根據(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)應做到最大程度的節(jié)能，這是地源熱泵的設計宗旨，也是最根本的目的。
　　（2）其控制系統(tǒng)應穩(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)境極為復雜，個別地方的環(huán)境還十分惡劣，控制系統(tǒng)應能完成室內(nèi)外不同環(huán)境溫度和濕度、地熱水溫度、熱泵機組出口水溫以及流量的實時測量，并在此基礎上應用先進的可靠地數(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、壓縮機等設備均建立在各級負荷分配的基礎上，為了保證協(xié)作順暢，滿足實際生活需要，應保證控制系統(tǒng)與其他設備之間相互匹配。
　　4.2地源熱泵控制系統(tǒng)總體設計思路
　　地源熱泵空調(diào)控制系統(tǒng)的總體設計方案如圖3。
　　
　　

　　圖3地源熱泵空調(diào)計算機控制系統(tǒng)整體結構圖
　　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，檢測室地熱出口水溫及流量、內(nèi)外環(huán)境溫度和濕度、地熱水溫度、冷凍水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)轉換為數(shù)字信號經(jīng)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊數(shù)學或者支持向量機等理論算法進行運算之后發(fā)出相應的控制指令。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)的結構
　　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)結構框圖如圖4所示。
　　
　　圖4地源熱泵計算機控制系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構框圖
　　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確地查看空調(diào)現(xiàn)場系統(tǒng)運行狀況，對水泵、風機、壓縮機、過濾機等電氣設備進行參數(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，為今后的設計研發(fā)提供了重要資料。
　　在終端控制層，一般采用能適應惡劣環(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的控制命令傳回給PLC控制器，由PLC控制器對現(xiàn)場設備進行相應的調(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、風機和變速器等進行啟停控制或電機變速設置。
　　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＠�用傳感器采集地地熱水出水壓力、熱水進出口水溫、風機送風溫度和回水溫度、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、濕度等物理量轉換成電信號再傳送給PLC控制器進行數(shù)據(jù)處理。
　　5小結
　　現(xiàn)如今計算機飛速發(fā)展，其遠程控制技術己深入到人們生活的各個領域，利用計算機強大的邏輯運算能力，再結合BP神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機以及模糊數(shù)學等數(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)控管理層設備，以PLC等作為現(xiàn)場控制設備，利用傳感裝置將被控制對象中的溫度濕度等物理量轉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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