智能型中央空調實訓系統的研究與應用

隨著社會的發展，中央空調從無到有，從以前的品到現在生活的常見品，在商場、超市等場所也扮演著重要的角色,目前已經漸漸普及到了居民的家庭中。隨著空調的普遍使用，人們對空調的穩定性、空氣清潔性和舒適性等感官感受也有了更高的要求，與之對應的空氣調節和溫濕度控制就必須更加穩定和準確。這就要求中央空調操作和維修人員必須具備更為全面的專業技術，同時也對培養中央空調專業技術人員的技工院校提出了更高的要求。

目前技工院校中央空調實訓設備普遍存在結構單一、實訓不夠直觀，訓練不夠全面等弊端，本文在保證中央空調完整性和真實性的前提下，從教學設備和教學模式入手，研究出更好的實訓系統，讓學生能更全面地學習。

一、中央空調實訓設備應用現狀

目前很多教學儀器廠家和技工院校都開發了相應的實訓設備，但大多是仿真實訓系統或者是傳統的電器按鈕控制設備，該類設備的優點是結構緊湊，有模擬的鍋爐和房間，但是作為教學，學生只能基本了解中央空調的工作原理，觀看其簡單的工作過程，沒有實際意義上的綜合訓練和對溫度的實際控制。隨著相關學科和技術的不斷發展，此設備在智能控制等技術層面逐漸凸顯了滯后性，目前也只能作為制冷專業演示教學，而不便于對中央空調各組成的性能進行系統研究。

所以，仿真和模擬教學設備已經不能*技工院校的教學需求，學校應緊跟時代的發展，給學生傳授更多新技術，提高其綜合應用能力。因此，開發新型的、具有良好教學效果的綜合實訓設備是必然趨勢。

二、中央空調實訓系統主體結構的設計

基于以上問題，結合實際情況重新設計了中央空調實訓系統，該系統中冷凍水的路徑有兩種控制方式，一種是冷凍水經空氣調節箱后送冷風到房間，一種是直接將冷凍水送往房間，在盤管風機的作用下進行溫度交換。之所以采取兩種控制方式，主要是想讓學生了解比較常見的兩種水循環和降溫方式，在實際操作訓練時可以兩種方式同時運行，增強制冷的效果，也可以采用兩臺冷凍泵手動分別運行，實現不同的控制模式。

三、主控臺控制系統的設計

主控臺是中央空調實訓系統的主控單元，所有的控制操作和系統顯示都在臺上呈現。根據實訓系統的訓練要求，主控臺必須要滿足四大功能。根據功能要求，設計了主控臺。

主控臺主體架構由不銹鋼材料制作而成，臺上主要部件有：三菱系列FX2N-64MR PLC一臺、三菱GT11型號觸摸屏一臺、三菱FR-E740-3.7K-CH變頻器三臺（變頻器安裝在操作臺背面）、各種壓力表、開關按鈕、指示燈、壓力和溫度保護器等。主控臺控制變頻器的運行主要依靠的是PLC程序。由四個PT100傳感器檢測的溫度差經過模擬量轉換后，進行PLC和變頻器的通信，從而改變水泵的轉速來改變冷凍水和冷卻水的流量，實現溫度自動調節。主體部分的通信主要包括PLC、FX2N-4AD-PT 模塊、FX2N-4DA模塊、變頻器、傳感器模塊等相互之間的電路接線，數據傳輸，程序設計等。

四、實訓系統各實訓方案的設計

實訓系統能將自動化、機電一體化、制冷技術等多個專業的主干課程進行綜合應用和展示，在專業教學時，根據不同的課題，可以分項目完成不同的實訓任務，達到培養復合型人才的教學目的。

表1 ：綜合實訓方案

（一）綜合實訓任務設計綜合實訓可分為自動和手動兩種運行模式。方案如表1 所示。

（1）自動運行工作過程

自動模式的運行過程：根據冷凍風進回風和冷卻水進回水溫度實時數值，進行溫差計算，通過程序的調試和設計，來控制變頻器實際運行的頻率，從而改變水流量，實現房間的智能溫度控制。

（2）手動運行工作過程

手動運行主要是對壓縮機、冷卻泵、冷凍泵、冷卻塔風機、空氣調節箱電機、盤管風機等設備進行手動啟動和停止。中央空調主要部件都安裝有相應的壓力、溫度檢測器件，對設備的運行進行實時檢測。當壓縮機出現過壓、欠壓、過載，冷卻泵和冷凍泵變頻運行出現故障時都會通過指示燈或者蜂鳴報警器在控制臺進行顯示，方便操作者及時進行檢查和排故。綜合實訓的手動模式操作目的是讓學生掌握溫度、頻率等數據的測量方法以及實驗數據的整理和分析，學會進行實際值和理論值的比較，找出解決問題的方法。

（二）獨立模塊任務設計

實訓系統還可以設計以下獨立的實訓任務：

（1）中央空調各組成部分的工作原理及認知演示。對中央空調制冷系統、冷卻水循環系統、冷凍水循環系統、變頻系統部分的組成結構和工作原理等能進行認知演示實訓；

（2）制冷原理與熱交換技術。實訓系統能投入到實際運行中，對于冷熱交換技術也可以進行較好的學習；

（3）常用傳感器和儀表的識別與應用。實訓系統安裝有壓力和溫度傳感器以及各儀表，在后續的課題升級中還可以增加流量及熱電偶傳感器，為傳感器和儀器儀表教學提供了較為真實的學習環境；

（4）PLC控制技術及其應用。PLC和觸摸屏是實訓系統的重要組成部分，在實訓時能進行綜合運用；

（5）能進行考證訓練。實訓系統包含較多的專業知識點，對于制冷專業考取制冷維修工、機電專業考取維修電工等技能等級證有很大的幫助；

（6）中央空調運行保護與日常維護操作。實訓系統是小型化的中央空調，學生可以對實際中央空調的運行、維護、檢修、控制方式等有較為全面的學習，也為以后的工作打下良好的基礎；

（7）變頻器應用。節能控制離不開變頻器，通過實際的水泵調速控制的學習，可以很好的掌握變頻器的應用；

（8）計算機數據采集與組態控制技術綜合應用。在后續的課題升級中將加大對組態軟件，監控系統的應用，使系統運行更加的準確和直觀。

（三）故障檢測和排故實訓設計

技工院校培養的學生是以技能突出為主，技能則體現在對故障問題的檢測以及排除故障的能力，實訓系統可以根據實際運行的效果設計不同的故障點，完成故障檢測實訓。

（1）壓縮機故障檢測實訓。例如：不制冷、高壓報警、低壓報警等；

（2）冷卻水系統故障檢測實訓。例如：冷卻塔風機不轉、冷卻泵不能啟動、冷卻泵不能變頻、冷卻水進回水沒有溫度顯示等；

（3）冷凍水系統故障檢測實訓。例如：空氣調節箱風機不轉、盤管風機不轉、冷凍泵不能啟動、冷凍泵不能變頻、冷凍水進回水沒有溫度顯示等；

（4）電氣線路故障檢測實訓。例如：各接觸器故障、傳感器線路故障、各風機線路故障、變頻器線路故障等；

（5）PLC 編程實訓。根據不同的故障現象及控制要求來設計不同的控制程序；

（6）變頻器及觸摸屏故障檢測實訓。例如：設置變頻器常見的參數故障、觸摸屏畫面設計等。