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1、基于LONWORKS技术的空调自控系统设计摘要目前，变风量（VAV）空调系统以其巨大的节能潜力逐渐成为国内外空调系统的主流。本文通过对变风量空调实验系统的控制原理分析，结合设计要求，设计了以LONWORKS现场总线技术为主的控制网络体系，在设计中分别选取了六个LONWORKS的输入、输出模块，来完成信号的传递和模块间的相互通讯，其中每个输入模块(送风温度、管道静压、二氧化碳浓度)对应一个输出模块（水阀开度、变频器频率、新风阀开度），传感器将现场信号传给输入模块，输入模块再通过双绞线传送至输出模块，由输出模块中的PID控制器运算后，输出一个控制量给执行机构，完成了现场控制功能。这样，不仅节省了导
2、线成本，控制起来也更加及时方便，使控制系统更有保障。另外，在系统的上位机运用了组态王软件，并结合LONMAKER FOR WINDOWS软件设计监控画面，实现系统的全程监控。在对系统送风温度控制回路的调节器的参数进行整定时，使用了史密斯预估补偿法来克服纯滞后环节对系统带来的影响；整定VAV末端串级控制回路，采用“先内后外”的原则， 并结合临界比例度整定法对系统进行了整定。此外，本文还运用了单纯型法对PID参数进行优化，使得调节效果更加显著。关键词：变风量空调，LonWorks技术，史密斯预估补偿，寻优Design of Automatic Control in VAV SystemBased
3、on LonWorks TechnologyAbstractNowadays, VAV air-conditioning system has gradually become most popular in China and abroad because of its significant energy saving. According to analyzing the principle of control on VAV experimental system and combining with the designing requirement，we select six in
4、put and output module of LonWorks, to complete the transmission of the signal and mutual communication among the modules. One input module (air flow temperature, pipeline static pressure, carbon dioxide density) correspond to one output module (open degree of water valve, frequency of converter, ope
5、n degree of new air flow valve). The transducers send the on the- spot signals to input modules, and then the input modules send it to output modules through the twist wire. These signals, which are operated by PID controller, are conversed into control signals. The control signals can drive actuato
6、r to complete the on-the-spot control. In this way , not only the cost of the wire can be saved, but also the control of the system can become more convenient , make the control system more safe. In addition, we use Kingview 6.5 and LonMaker for Windows soft ware designing the monitoring man-machine
7、 interface to monitor the whole system.When setting the parameters of the controller in the air flow temperature control loop, we select Smith predictor to overcome disturbing, which was induced by delay links of the loop; when adjust the VAV box series loops, we adjust the inter-loop firstly, after
8、 the inter-loop was adjusted well, we use the critical proportion method to adjust the outer-loop.By the way, a simplex method is adopted to find the best parameters.Key Words: VAV air condition, LonWorks technology, Smith predictor，Optimization目 录1 绪论11.1 变风量空调概述11.1.1变风量空调系统简介11.1.2 变风量系统基本结构11.2.
9、2 变风量空调系统的缺点与不足41.2.3变风量空调系统的应用场合51.3 变风量空调系统的研究现状52 变风量空调系统的控制72.1 变风量空调系统的工作原理72.2变风量空调控制系统的分析72.2.1 室内温度控制82.2.2新风量控制102.2.3 送风温度控制112.3 变风量控制系统的原理122.3.1 系统各回路的控制分析122.3.2变风量空调系统的常见控制方式153 基于LONWORKS技术的自控系统方案设计173.l Lonworks技术介绍173.1.1 LonWorks概述173.1.2 LonWorks通信技术173.1.3 LonPoint概述183.1.4 LonM
10、aker for windows 集成工具193.1.5 LNS DDE 服务器203.1.6 PCLTA-20 PCI LonTalk适配器203.1.7 AI-10模拟量输入接口模块213.1.8 AO-10模拟量输出接口模块213.1.9 终结器223.2 基于LonWorks技术的系统硬件设计223.2.1 lonworks控制器223.2.2 设备功能设计233.2.3 设计步骤233.3 LON网络软件的设计、安装和监视373.3.1用LonMaker for windows 集成工具进行网络设计383.3.2 用LonMaker Browser进行LON网络监视394 空调自控系
11、统仿真404.1送风温度控制回路控制器设计404.1.1 回路模型建立404.1.2参数整定404.1.3史密斯预估补偿设计414.1.4 PID参数的单纯形法寻优444.1.5PID控制器的计算机数字化实现494.2 VAV末端控制器设计524.2.1末端控制回路分析524.2.2 模型建立534.2.3 控制器参数整定534.2.4 PID控制器的计算机数字化实现575 结论与展望5851结论5852展望58参考文献59附录1系统控制原理图60附录2系统结构示意图61附录3 设 备 清 单62致谢631 绪论1.1 变风量空调概述1.1.1变风量空调系统简介随着人民生活水平不断提高和科技水
12、平的不断发展，空调系统已成为人们生活中不可缺少的一部分。但是，随着空调系统的大量使用，其能量消耗问题也日益突出。尤其是在欧美等一些发达国家, 空调能耗占整个建筑物能耗的50%，其中冷热源使用能量占40%，输送系统占60%。所以，采用有效的空气调节方式对智能建筑的EMC（Energy Management Control）系统节能具有重要意义。变风量空调系统是通过改变送风量来调节和控制某一空调区域温度的一种空调系统，属于全空气式空调方式。该系统是通过变风量箱调节送入房间的风量或新回风混合比，并相应调节空调机组（AHU）的风量或新回风混合比来控制某一空调区域温度的空调系统。它是通过向空调房间输送足
13、够数量的经过一定处理了的空气,用以消除室内的余热和余湿负荷,并且当室内负荷变化时,用改变送风量的方法维持室内所需的温度和湿度的。送入房间的风量可按 确定的（G为送风量，Q为空调房间室内负荷，为空气定压比热容，为室内空气温度和送风温度）。由该式可知，当室内负荷Q值发生变化而又需要使室内温度保持不变时，可将送风量G固定，而改变送风温度,对应于这种方式的空调系统一般称为定风量系统CAV（Constant Air Volume）；也可将送风温度固定，而改变送风量G，这种空调系统则称为变风量系统VAV（Variable Air Volume System）。1.1.2 变风量系统基本结构变风量（VAV）
14、空调系统由空气处理机组（Air-Handling Units）、风道系统（主风管、支风管）、VAV末端装置（Terminal Units）、送风散流器以及必要的自控装置等五部分组成，具体介绍如下：图1.1变风量（VAV）空调系统的结构原理图1.新风门 2.混风门 3.排风门 4.过滤器 5.表冷器 6.喷淋器 7.变频风机 8.VAV末端装置 9.温度传感器 10.送风散流器1）空气处理机组（Air-Handling Units ,AHU）空气处理机组(即空调机组)，是为满足空调房间对送风状态的要求而对空气进行净化和热、湿处理的设备。空气处理设备由普通的新风隔栅、新风阀、回风阀、送风阀、过滤器
15、、预热器(如果需要的话)、表冷器和变容量送风机和回风机组成。2）风道系统风道系统主要由送风管道和回风管道组成。可分为主风管道和支风管道。3）VAV末端装置（VAV Terminal Units）VAV末端装置是变风量系统的关键设备，它可以接受室温调节器的指令，根据室温的高低，自动调节送风量，以满足室内负荷的需求。按变风量调节原理分，VAV 末端装置可以分为四种基本类型，即节流型，风机动力型（Fan Powered）、双风道型和旁通型等四种。而在这四种类型中目前设计使用最多的是节流型和风机动力型。节流型节流型变风量装置是最基本的变风量末端装置，它通过改变空气流到的截面积而改变风量，其他几种都是在
16、节流型的基础上变化发展起来的。节流型变风量末端装置应该满足三点要求：a.能根据室内负荷变化自动调节送风量；b.应具有定风量的功能，不会因系统中其他风口风量调节而导致的冯道静压变化引起该装置送风量的再变化；c.应避免节流时产生噪声及对室内气流组织产生不利影响。风机动力型风机动力型变风量末端装置（FanPoweredTerminals）是在节流型变风量末端装置中内置加压风机的产物。通过加压风机使来自回风道或吊顶内的热风与以此风混合而后送入室内。根据加压风机与变风量阀的排列方式又分为串联风机动力型和并联风机动力型两种。所谓串联风机动力型是指风机和变风量阀串联内置，一次风既通过变风量阀，用通过风机加压
17、；所谓并联风机动力型是指风机和变风量阀并联内置，以此风只通过变风量阀，而不需通过风机加压。旁通型旁通型是利用旁通风阀来改变送风量的一种变风量末端装置。当室内负荷减小时只是将一部分风量送入室内，其余的部分经由旁通阀返回系统。但由于它并不具备变风量系统的全部优点，因而可称期为“准”变风量系统。该系统的特点是投资较低，但节能却很少，因为有大量送风直接旁通返回空调设备，系统总风量并未改变，风机能耗并未节省，所以目前使用不多。双风道型双风道型变风量末端装置用于采用冷热双风道的变风量系统中。它是由两个风量调节装置及控制器组成。在室温控制器控制下，通过改变冷热风的混合比例，以保持室温一定和最小风量。但冷热风
18、的混合会造成能源浪费，而且这种双风道所占空间大，系统造价昂贵和控制复杂，因而较少得到使用。送风散流器送风散流器位于各个房间的新风入口处，用于对新风进行散流。5）必要的自控装置除以上各装置外，对系统的监测和控制还需一些监测与控制装置，如温湿度传感器，压力变送器，DDC控制装置以及一些相关控制组件。1.2 变风量空调系统的特点及适合应用的场合1.2.1变风量空调系统的优点 变风量（VAV）空调系统可根据空调负荷的变化以及室内要求参数的改变，自动调节空调送风量，以满足各个被调空间的要求，同时根据实际送风量自动调节送风机转速，最大限度减少风机的动力，节约能量。因此，变风量（VAV）空调系统具有如下优点
19、： 由于变风量控制系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化，同时在确定系统总风量时还可以考虑一定的同时使用系数，所以能节约风机消耗和减少装机容量。 系统的灵活性较好，易于改、扩建，能实现局部区域（房间）的灵活控制，可根据负荷的变化或个人的舒适要求自动调节工作环境，不用再加热方式或双风管方式就能适应多种室内舒适要求或工艺设计要求。完全消除再加热方式或双风管方式的冷热混合损失。 室内无过热过冷现象，由此可减少空调负荷15%到30%。 变风量（VAV）空调系统是全空气系统（All-air-system），空气品质好，没有风机盘管凝水问题和霉变问题。在过渡季节，还可以充分利用天然冷源甚至全新风，其节
20、能效益较高。变风量空调系统的其它优点还包括具有良好的舒适性及自平衡特性，维护非常方便，运行费用低等。1.2.2 变风量空调系统的缺点与不足虽然变风量系统有很多优点，但变风量空调系统不像其他的空调系统那样始终能保证换气次数，气流组织和新风量；当风量过低而影响气流组织时则只能以末端再热来代替进一步降低风量。根据国内外文献介绍，大部分变风量空调系统或多或少的也暴露出了一些问题1)从用户角度看主要有缺少新风，室内人员感到憋闷，房间内正压和负压过大导致房门开启困难；室内噪声有时会偏大；2）从系统运行管理方面看，主要有有时系统运行不稳定，有时系统的节能效果不明显；3）对于室内湿负荷变化较大的场合，如果采用
21、室温控制而没有其他辅助方法，很难保证室内温湿度同时达到要求；4)目前变风量空调系统的初期投资较大。总之，变风量空调系统所存在的和缺点其原因是多方面的，有的可能需要一定的技术支持才能解决，而有的可能通过空调设计人员的精心设计就可以避免。1.2.3变风量空调系统的应用场合目前变风量空调系统已经逐步地被应用于各种工程实践中。它适合负荷变化较大的、多区域控制的以及有公用回风通道的建筑物。如办公室、银行、会议中心、商场、宴会厅等。对于负荷变化较小的建筑物，采用变风量空调系统的意义不大。例如在医院手术室、实验室等。1.3 变风量空调系统的研究现状变风量系统在国外已有几十年的运行实绩,其在理论上和应用中的研
22、究都较国内成熟，目前已成为商业建筑中最流行和最节能的空调系统。在国外一开始，人们关注VAV空调系统运行的稳定性和节能问题。并由此引出选用压力有关型的末端装置还是选用压力无关型的末端装置的争论，有人认为压力有关型的末端装置可以保证系统的稳定性也有人认为压力无关型末端装置的效果更好，但随着DDC的出现和末端装置性能的提高以及控制策略的改进，目前压力无关型的末端装置在广泛的被使用。对风量的控制基本上采用变频变静压方式。特别指出的是，美国20世纪80年代出现“病态建筑症候”以后，国外对最小新风量问题和室内空气质量（IAQ）问题的研究成为热点。美国ANSI/ASHRAE标准62-1989对“可接受的室内
23、空气品质”作了定义，并对最小新风量作了规定。同时国外学者还关注变风量（VAV）空调系统模型的建立和控制策略的研究，并取得了一定的成果。在国内，VAV系统的应用集中在香港地区，内地应用较少。而对于变风量技术的研究仅始于20世纪90年代中期。学者们主要研究变风量系统的稳定性，但由于系统的复杂性，取得的成果并不多。对于末端类型的选择和国外一样多倾向于压力无关型末端。限于变静压的控制方式要求更高的硬件配置和较复杂的控制策略，国内多采用定静压控制方式控制风量。国内研究的热点也是最小新风量问题，和国外的研究水平差不多。专家们提出了各种各样的节能运行控制方式，并提出了基于总风量的控制方式和变风量冰蓄冷空调系
24、统这些新的思想，推动了变风量技术的发展和应用。但局限的是，这些研究大都是在仿真下完成的，还缺乏实践的验证。而在国内外，对于本论文研究的变风量空调系统解耦问题的成果并不多，发表的有关文献也有限。总之，目前VAV空调系统在我国还处于初级阶段，应用和研究还很不成熟，国内的学者还需继续努力！2 变风量空调系统的控制变风量空调系统随着空调负荷的变化需要随时改变房间送风量及系统总风量，所以控制在此系统中就有十分重要的作用，只有实现了完善的控制，系统才能实现正常运行，其本身的节能性、舒适性才能得到充分体现。2.1 变风量空调系统的工作原理变风量空调系统的基本工作原理就是通过改变送风量以适应空调负荷的变化，维
25、持空调房间的空调参数。在空调系统运行过程中，最大冷负荷出现的时间不到总时间的10%，全年平均负荷率仅为50%，因此在绝大部分时间内，空调系统处于部分负荷运行状态,而变风量（VAV）空调系统则可以根据空调负荷的变化以及室内要求参数的改变，自动调节空调送风量，以满足各个被调空间的要求，同时根据实际送风量自动调节送风机转速，最大限度减少风机的动力VAV系统通过减少送风量，从而降低了风机输送功耗，起到了明显的节能效果。2.2变风量空调控制系统的分析图2.1变风量空调系统控制示意图如图2.1所示，房间内的空气由回风道送回，其中一部分被排放掉，剩余的一部分与室外新风混合，混合后的空气通过表冷器与冷却盘管内
26、的冷冻水进行热交换，同时也引起了湿度的变化，为了满足送风湿度的要求，加湿器还要进行湿度处理，送风机根据被调空间所需风量，调整转速以满足对送风量的要求。送风经由送风道送至各末端，末端装置根据房间负荷调节风阀开度给被调空间提供所需风量。要想很好地控制该循环中房间的温度和湿度，送风量和送风状态必须不断进行调整。完成这些工作的有效方法就是采用自动控制系统。变风量空调控制系统一般包括如下几部分：室内温度控制（包括变风量末端装置和送风机控制）；新风量控制；室内正压控制；送风温度控制；四部分既相互独立又相互联系。2.2.1 室内温度控制1）变风量末端控制由于变风量末端装置的送风量不仅取决于风阀的位置（开度）
27、，实际上还与入口处风道内的静压有关。当风阀的位置不变，但入口静压的增高会使送风量增大。当系统中有其他末端装置作调节时，就会引起风道内的静压发生变化，因而末端装置的送风量也会发生改变。所以变风量末端的基本控制模式可分为两类。压力相关型。控制模式是采用温控器直接控制风阀位置。变风量末端装置的风阀位置直接由温控器根据室内实测温度与设点值之间的差值进行控制，实际送风量则由入口处风道内的静压确定。风管内压力发生变化时，即使室内温度未发生变化，风量也可能发生变化，压力相关型主要用于风管压力可以保持不变的场合 。压力无关型。控制模式是采用温控器直接控制送风量。变风量末端装置内的风量传感器（或风速传感器）检测
28、风管内风量（风速），室内温度控器根据室内温度的变化重新修正控制器的风量设定值，控制器根据实测和设定值之间的差值调节风阀开度。风阀的最大流量和最小流量是可调的，送风量与管内压力变化无关。2)变风量系统送风机的控制变风量系统送风机的控制方法主要有三种，定静压法、变静压阀及DDC，在这三种控制中，风机变风量方式主要有出口风阀截流调节、入口导叶调节与变转速调节三种。定静压控制。所谓定静压法就是在送风系统管道的适当位置设置静压传感器，测量该点静压，根据测到的静压和设定值，通过不断的调节空调箱送风机的送风量以保持该点静压固定不变。定静压法中，系统运行静压监测控制常用量两种方法。a.风机出口静压控制。静压传
29、感器布置在风机出口位置附近，控制器保持设计风量下所需静压；这种方法的优点是传感器可在生产厂安装调试，可靠性高，无现场安装费用，可靠性高；缺点是不如其他方法节能。b.送风管静压控制。静压传感器布置在风机出口到最远末端距离约2/3处，静压传感器需现场安装，控制器保持设计风量下在设置点系统所需静压。图2.2定静压法风机出口静压控制 变静压控制。为了解决静压传感器的设置和数量问题，推出了变静压控制系统，就是带有风阀开度传感器、风量传感器和室内温控器的变风量末端装置，根据风阀开度有系统控制器SC的计算来控制送风机的变频器，使任何时候系统至少有一个变风量末端装置的风阀处于接近全开状态。具体的控制方法是：当
30、变风量末端装置的风阀全部处于中间状态时，表明系统静压过高，需要调节并降低风机转速；当系统中有一台变风量末端装置的风阀处于全开状态，且风量传感器检测的实际风量等于温控器的设定值，表明系统静压合适，风机转速按最小静压运行；当系统中有一台变风量末端装置的风阀处于全开状态，且风量传感器检测的实际风量低于温控器设定值，表明系统静压偏低，需要调节并提高风机转速。变静压法是最节能和现在最常用的控制方法。 直接数字控制（DDC）。所谓直接数字控制（DDC），也就是最佳静压控制，即由计算机参与的闭环控制过程，用计算机的输出去直接控制并与中央监控相结合。图2.3变静压系统控制示意图2.2.2新风量控制在空调系统中
31、，足够的新风量对于提供良好的室内空气品质（IAQ）,保证室内人员的亲切感和身体将康有着直接的意义。对定风量（CAV）系统来说，由于送风量在在运行过程中始终保持不变，因此新风量一旦设定，则系统在整个运行期间都会满足要求。但变风量系统不同，其送风量在运行过程中随着负荷减小而不断减小，如果不进行控制，则新风量也将随送风量成比例减少，再负荷很低的情况下，就与可能出现新风量不足的情况。因此必须对最小新风量进行控制。目前现行的最小新风量控制方法主要有：a.新风量直接测量法；b.风机跟踪法；c.新风风机风量控制法；d.二氧化碳浓度控制法；e.多风机变风量新风控制法。 下面主要介绍二氧化碳浓度监控法，这是一种
32、全新的控制方法，它用二氧化碳变送器测量回风管中的二氧化碳浓度并转化为标准电信号，送入调节器来控制新风阀的开度，以保持足够的新风。当二氧化碳浓度高于整定值时，即新风量不足，要增大新风阀的开度来增加新风量。图2.4新风量浓度控制2.2.3 送风温度控制 变风量系统的基本特点是变送风量，定送风温度，变风量末端装置的送风量是由室内温度设定值控制，与送风温度无关，但如果送风温度的设定不合理有可能造成末端装置的噪声过大，耗能过高。由于变风量空调系统这种采用固定送风温度而改变送风量的方式，所以必须对送风温度加以控制使其维持一定值。对送风温度的控制可通过送风温度传感器测量实际送风温度与设定送风温度的差值，并调
33、节电动水阀的冷冻水流量来实现如图。图2.5送风温度控制回路示意图2.3 变风量控制系统的原理图2.6单风道变风量空调系统控制结构图图2.6为单风道变风量空调系统控制结构方框图 。控制回路由送风温度控制、风机转速(静压点静压控制)、室内温度控制及新风量控制(二氧化碳浓度控制)四个回路组成。为了方便分析，这里认为各控制回路独立系统作为一个SISO系统整体考虑和控制。系统的工作原理是，夏季，当某个房间的温度低于设定值时，温度控制器就会调节变风量末端装置中新风阀门的开度，以减小送入该房间的风量，由于系统阻力增加，引起送风静压升高，当静压超过设定值时，静压控制器通过调节风机转速减少系统的总的送风量。送风
34、量的减少导致送回风量差值的减少，送回风量匹配控制器减少回风量以维持设定值。同时，为保证送风温度，表冷器冷冻水流量相应减少。风道压力的变化将导致新风量的变化，控制器将调节新风、回风阀门来保证新风量。当房间温度高于设定值时，调节过程相反。可见，各房间的风量调节和系统总风量调节是变风量（VAV）空调系统的控制的关键，其他回路调节必须紧密配合它们，才能使变风量（VAV）空调系统稳定工作。2.3.1 系统各回路的控制分析由前面分析我们知道，变风量系统的控制回路主要由水阀-送风温度控制、变频风机-送风管道静压点静压控制、送风量-室内温度控制及新风量-二氧化碳浓度控制四个回路组成。1） 送风温度控制回路图为
35、变风量空调系统送风温度控制回路框图，由于变风量空调系统采用固定送风温度而改变送风量的方式，所以必须对送风温度加以控制使其维持一定值。对送风温度的控制可通过送风温度传感器测量实际送风温度与设定送风温度的差值，并调节电动三通水阀的冷冻水流量来实现。图2.7送风温度控制回路原理图2）送风静压控制回路图为变风量空调系统送风管道静压点静压控制回路框图。在变风量空调系统中，根据静压传感器的信号来测量送风管道静压点的静压变化，并将其与静压设定值相比较，根据其差值来调节变频器以改变风机转速，使得送风管道静压点的静压值始终保持不变。图2.8 静压控制回路框图3）室内温度控制回路图为变风量空调系统室温控制回路框图
36、。由该框图可以看出，在该控制回路中采用了一个串级控制回路。图2.9室内温度控制回路根据不同扰动，该串级控制回路的工作过程如下： 当二次扰动来自管道压力变化时，扰动先影响室内送风量，于是副调节器立即发出校正信号，控制调节阀的开度，克服管道压力变化对室内送风量的影响。如果扰动量不大，经过副回路的及时控制一般不影响室内温度；如果扰动的幅值较大，虽然经过副回路的及时校正，但还将影响室内温度，此时再由主回路的进一步调节，从而完全克服上述扰动，使室内温度回到给定值上来。 当一次扰动来自如房间内冷（热）源及室内人员流动等变化时，扰动使室内温度发生变化，主回路产生校正作用，克服一次扰动对室内温度的影响。由于副
37、回路的存在，加快了校正作用，使一次扰动对室内温度的影响比单回路系统时要小。 一次扰动和二次扰动同时存在时，夏季工况下，如果一次扰动的作用使室内温度升高（降低）而二次扰动使送风量减小（增大）时，主、副调节器对调节阀的控制方向是一致的，即大幅度开大（减小）阀门，加强控制作用使室内温度很快地调回到给定值上。如果一次扰动的作用使室内温度降低（升高）而二次扰动使送风量减小（增大）时，此时主、副调节器对调节阀的控制方向是相反的，调节阀的开度只要做较小变动即可满足控制要求。综上所述，变风量空调系统室内温度控制回路的串级控制系统的副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一
38、步提高。4）新风量控制回路图为变风量空调系统新风量控制回路框图，采用了二氧化碳浓度控制法。图2.10新风量控制回路通过测量空调系统回风管道中的二氧化碳浓度，并与设定的二氧化碳浓度相比较，控制新风阀门的开度，来达到新风量控制的目的。2.3.2变风量空调系统的常见控制方式根据前面介绍的控制原理，即对系统的控制要求，国内外变风量（VAV）空调系统控制方式主要有以下三种： 定静压控制方式 所谓定静压控制就是通过调节风机转速来保持风道上某一点的静压恒定不变，从而保证各个末端装置进行风量调节时其它末端装置在该设定静压值下都可获得自己所需风量。它是变风量（VAV）空调系统最早使用的控制方式，在欧美设计市场比
39、较流行，由于该方式已有多年的运行经验，因此国内普遍使用的仍是这种方式。 虽然该控制方式原理简单，但其自身存在缺点，突出表现在系统的压力测量点在工程实际中很难选择，通常只能选用折衷点而非最佳点，如果该设置点没有代表性会使变风量（VAV）空调系统调试困难；其次，系统达不到最佳节能效果。所以，这种方式在日本设计市场已不被采用，其它国家的设计市场也逐渐被取代。 变静压控制方式 变静压控制是在定静压控制的基础上，不断的改变送风静压设定值，在保证系统送风量要求的同时始终保证系统中至少有一个末端装置的风阀至于全开状态，即尽量使静压保持在允许的最低值。变静压控制方式虽然仍属于静压控制方式，但与定静压相比，它显
40、然可以节能。因为定静压控制方式下，系统在低负荷运行时，末端风阀不得不关小开度以减小风量，此时消耗在末端装置上的静压显然要比风阀全开状态提供同样大小风量所需静压要大。所以，变静压控制可以大大节省风机能耗。变静压控制也称作最小静压控制，它是当今国内外变风量空调设计者关瞩的热点问题。 但变静压控制方式的一个关键问题是通过何种手段来重新设定静压值，这是变静压控制所面临的比较棘手的问题。国内外一些相关文献有的提出了VAV Box集中控制的方案，有的在DCS控制系统的基础上提出了根据末端风量的极限报警来重新设定风道静压的控制策略。还有的提出了针对模拟式自动控制器的试错法控制策略和针对数字式自动控制器的计算
41、法控制策略。一些工程师与控制人员同样提出了许多解决方案,如基于DDC控制系统依据各末端风阀的最大开度的个数实行静压优化的控制策略;总风量前馈，静压反馈的变静压控制策略。但这些控制策略都有待工程进一步验证。 总风量控制方式 前面谈到的两种控制方式都属于静压控制方式，但由于压力控制环节和末端流量控制环节存在一定的耦合特性，所以容易引起系统的压力调节震荡现象。如果能摆脱压力控制，而又能很好地实现对风机的变频调节，则可克服震荡现象。因此，国内学者便提出了基于总风量的控制方式。所谓总风量控制就是根据各末端设定的风量之和调节送风机转速，以满足各房间所要求的的风量。该控制方法与静压控制的主要区别就是总风量控
42、制法不再监测、调控静压点的压力值，而是直接统计各末端要求的风量之和，据此总风量而调节风机的转速。该控制方法需借助于现代建筑BAS的DCS控制系统，它属于前馈控制方式。变风量（VAV）空调系统的三种方法，各有自己的优点和不足，但在实际工程中定静压控制仍是最常采用的控制方式。3 基于LonWorks技术的自控系统方案设计3.l Lonworks技术介绍3.1.1 LonWorks概述LonWorks（局部操作网络）技术是现场总线技术中最具典型性的一种，专为实时控制而设计，使控制层提供互操作的现场总线。它是由美国Echelon公司推出并与摩托罗拉、东芝公司共同倡导而形成的。它采用了ISO/OSI模型
43、的全部七层通信协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通信速率从300bps至1.5Mbps不等，直接通信距离可达2700m；支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质，并开发了相应的本质安全产品。LonWorks技术所采用的LonTalk协议被封装在称之为Neuron的神经元芯片中。集成芯片中有3个8位CPU，一个用于完成开放互连模型中第1和第2层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理；第二个用于完成第3至第6层的功能，称为网络处理器，进行网络变量的寻址、处理、背景诊断、路径选择、软件计时、网络管理，并负责网络通信控制
44、，收发数据包等；第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。芯片中还具有存储信息缓冲区，以实现CPU之间的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区。LonWorks系统一般包括神经元芯片、收发器和控制模块、网络接口产品模块及开发平台等。它的核心技术主要有LonWorks节点、路由器、Lontalk协议，LonWorks收发器、LonWorks网络和节点开发器。3.1.2 LonWorks通信技术表3.1列出的是对应七层OSI参考模型的LonTalk协议为每层提供的服务。表3.1LonTalk协议层 OSI层 目 的 提 供 的 服 务 CPU7 应用层应用兼容性 LONMARKS对象，配置特
45、性，标准网络变量类型(SNVTs)，文件传输应用CPU6 表示层 数据翻译 网络变量，应用消息，外来帧传送，网络接口网络CPU5 会晤层远程操作请求/响应，鉴别，网络服务网络CPU4 传输层端对端通信的可靠性 应答消息，非应答消息，双重检查，通用排序网络CPU3 网络层寻址 点对点寻址，多点之间广播式寻址，路由信息网络CPU2 链路层介质访问以及组帧 组帧，数据，编码，CRC错误检查，可预测CSMA，冲突避免，优先级，冲突检测MAC CPU1 物理层物理连接特定传输媒介的接口，调制方案MAC CPU，XCVRNeuron芯片上的3个CPU共同执行一个完整的七层网络协议，该协议遵循国际标准化组织
46、（ISO）的OSI（Open System Interconnection）标准，支持灵活编址，单个网络可存在多种类型的通信媒体构成的多种通道，网上任一节点使用LonTalk协议可与同一网上的其它节点互相通信。LonTalk寻址体系由三级构成。最高一级是域，只有在同一个域中的节点才能相互通信。第二级是子网，每个域可以有多达255个的子网。第三级是节点，每个子网可有多达127个节点。节点还可以编成组，构成组的节点可以是不同子网中的节点，一个域内可指定256个组。3.1.3 LonPoint概述LonPoint是一系列产品，设计用于把新的和传统的传感器、执行器以及LonMark装置集成为一个经济、
47、可互操作的控制系统以供楼宇和工业应用。传统的控制网络使用以昂贵的专用控制器为基础的分级体系结构；而LonPoint系统提供一种非等级的系统体系结构，在该非等级体系结构中，每一节点执行某些控制操作。把操作分布在整个网络上就降低了总的安装和工作时间、费用，使单独的故障点减至最少，从而提高了可靠性。此外，还提供了灵活性，使系统能适应广泛的用途。LonPoint不仅提供了非等级体系结构，还提供了LNS网络操作系统的多用户能力、神经元芯片和LonTalk协议的分布式操作和自由拓扑的接线灵活性。LonPoint系统由以LNS为基础的LonMaker for windows 集成工具、LonPoint Plug-In软件、 LonPoint应用程序、LonPoint接口模块、路由器和调度模块构成。3.1.4 LonMaker for windows 集成工具LonMaker for windows 集成工具用于设计、安装和维护多销售商、开放的互可操作的LonWorks控制网络。以Echelon公司的LNS网络操作系统为基础，LonMaker工具把强
