中央空调末端DDC系统标准控制软件的需求分析
引言
随着中央空调系统在大型建筑中的普及，末端系统也开始逐渐进入我们的生活中。末端系统是用户空气环境的实际控制者，所以末端系统的运行效果直接影响了用户对整个中央空调系统的评价。一个优秀的中央空调末端应该具有温度控制、湿度控制、风量控制、空气净化等功能。以末端中最为庞大、功能最为复杂组合式空气处理机组为例，其内部负载包括：风机、变频器、风阀及其执行器、水阀及其执行器、转轮、加湿器、电加热器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器等。为了使这些负载可以稳定高效的协同运行，我们一般使用DDC（直接数字式控制器）对大型末端系统进行控制。DDC控制功能的实现完全是依靠对其控制软件的编制而实现的。目前的末端DDC控制软件的 研制能力成熟度较低。这主要是因为末端控制系统一般是按照订单开发，且每个订单的用户需求又不尽相同，所以控制软件每次总是按照用户的需求全新开发，软件的复用度很低，造成开发质量在低水平徘徊，加之订单开发周期均较为紧张，软件的过程控制工作就很难开展。为了提高DDC末端控制软件的研制能力成熟度，加强控制软件的稳定性和质量，我们迫切的需要一种新的、功能可配置的、可以满足大部分用户订单需求的末端DDC控制软件。
新的标准化的末端DDC控制软件首先必须可以满足大多数用户订单的需求，其次，可以在不变更软件程序代码的情况下配置软件的功能。以下，我们将逐项分解，进行分析。
1 标准控制功能结构
此系统采用面向对象的分析原理，参考MVC三层架构设计思想，将整个程序分为三层：逻辑层、驱动层、IO配置层，如图1所示：
其中在逻辑层主要有温度控制功能、湿度控制功能和风控制功能（含空气净化）三个模块，此三个模块融合了空调末端所有负载的逻辑运算。
2 逻辑层需求
2.1 温度控制功能
图1 功能结构图
普通的温度控制功能现对简单，如图2的斜坡控制。
图2中使用目标温度（可以是回风或者室内温度）和设定温度的差值去调节盘管水阀的开度，水阀的开度和温度差在一定范围内是完全的线性比例关系。图中的T斜坡、T死区均可设置，按照用户一般需求，它们的默认值分别为2.0℃和0.5℃。同时，由于简单的温度控制方式没有对室外温度和盘管水温的检测，故此系统需要用户手动设定制冷制热模式，且此系统的控制精度无法满足用户对于恒温环境的需求。根据我们对用户使用习惯的情况的分析和工程实践经验的汇总，目前较为适合温度控制的方式是：以用户设定温度作为设定值，回风温度或者室内温度作为反馈值，盘管水阀作为执行器件的温度PI控制。这种控制方式具有精度高水系统调节平滑等特点。为了进一步提高温度PI控制的精度和快速性，我们引入串级PI控制，作为温度的控制方式。串级PI控制简图如图3。
图3中：1为室内温度传感器；2为用户温度设定器；3为主控制器；4为串级系数整定器；5为送风温度传感器；6为从控制器；7为盘管水阀；8为从控制器参数设定器；9为防冻保护温控器。
mvc的三层架构图3中的控制方式实际上是用两个PI串联来控制房间温度，以送风温度为参量调整水阀开度。这样一来可以有效抑制单级PI控制的超调问题，使系统可以在更短的时间内达到稳定。
2.2 湿度控制系统
目前用于湿度控制的设备相对简单，主要是加湿器、除湿器、和湿度传感器等，以开关型加湿器为例，加湿控制方式可以使一种滞环的控制方式。以图4为例：
上图中H死区是可以设置的，根据传感器精度和一般用户的需求，单边死区宽度以3%rH为宜。图4中的湿度控制方式同样适用于除湿器件（如转轮、溶液除湿）的控制。但是，这样一种控制方式的控制精度现对较低，不利于用户空间湿度的恒定。因此，我们可以参照温度串级PI控制，进行湿度的串级PI控制。
2.3 风控制系统
用户对于风控制系统的需求主要体现在风量控制和空气洁净度控制方面。由于大型末端往往不会只为一个空间进行空气处理，那么多区域的风量控制和空气处理就不是简单的对风机启停的控制了。根据多风道送风的原理，我们拟使用变频器驱动电机并辅以比例型风阀执行器
来完成多风道风量控制，原理图如图5。
图5中M为可调速的风机系统（含电机、风叶和变频器），MC为机组主控制器，V为风阀及其执行器K为送风口，P为风压传感器，C为末端控制器，U为用户设备接口（如手操器等）。
图5中的控制方式如下：1，将各个出风口的风量需求汇集至MC机组主控制器，选取出风量需求最大的送风口，将其标定为目标送风口。2，将目标送风口的风阀开至最大，同步以PI方式调整风机的转速，最终使该风口静压稳定在用户设定值上。3，其余风口根据风口静压的变化和用户设定值自行调整各自的风阀开度以保证风量恒定。4，完成上述步骤后，如发现有其他风口的风阀已经完全打开却并未达到用户设定的风量时，将其标定为新的目标送风口，从新执行上述调整步骤。最后使各风口风量稳定在用户的设定值上。实际操作起来，由于各部分的PI环节现对独立，第2和第3步事实上是同时进行的，这样一来系统的稳定性和快速性是完全可以保证的。同时，可以预见的是应用此控制方式的送风系统，风机会工作在可以满足风量需求的最低转速上，风阀上的损耗也会被降至最低。

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