智能型中央空调实训系统的研究与应用

随着社会的发展，中央空调从无到有，从以前的品到现在生活的常见品，在商场、超市等场所也扮演着重要的角色,目前已经渐渐普及到了居民的家庭中。随着空调的普遍使用，人们对空调的稳定性、空气清洁性和舒适性等感官感受也有了更高的要求，与之对应的空气调节和温湿度控制就必须更加稳定和准确。这就要求中央空调操作和维修人员必须具备更为全面的专业技术，同时也对培养中央空调专业技术人员的技工院校提出了更高的要求。

目前技工院校中央空调实训设备普遍存在结构单一、实训不够直观，训练不够全面等弊端，本文在保证中央空调完整性和真实性的前提下，从教学设备和教学模式入手，研究出更好的实训系统，让学生能更全面地学习。

一、中央空调实训设备应用现状

目前很多教学仪器厂家和技工院校都开发了相应的实训设备，但大多是仿真实训系统或者是传统的电器按钮控制设备，该类设备的优点是结构紧凑，有模拟的锅炉和房间，但是作为教学，学生只能基本了解中央空调的工作原理，观看其简单的工作过程，没有实际意义上的综合训练和对温度的实际控制。随着相关学科和技术的不断发展，此设备在智能控制等技术层面逐渐凸显了滞后性，目前也只能作为制冷专业演示教学，而不便于对中央空调各组成的性能进行系统研究。

所以，仿真和模拟教学设备已经不能*技工院校的教学需求，学校应紧跟时代的发展，给学生传授更多新技术，提高其综合应用能力。因此，开发新型的、具有良好教学效果的综合实训设备是必然趋势。

二、中央空调实训系统主体结构的设计

基于以上问题，结合实际情况重新设计了中央空调实训系统，该系统中冷冻水的路径有两种控制方式，一种是冷冻水经空气调节箱后送冷风到房间，一种是直接将冷冻水送往房间，在盘管风机的作用下进行温度交换。之所以采取两种控制方式，主要是想让学生了解比较常见的两种水循环和降温方式，在实际操作训练时可以两种方式同时运行，增强制冷的效果，也可以采用两台冷冻泵手动分别运行，实现不同的控制模式。

三、主控台控制系统的设计

主控台是中央空调实训系统的主控单元，所有的控制操作和系统显示都在台上呈现。根据实训系统的训练要求，主控台必须要满足四大功能。根据功能要求，设计了主控台。

主控台主体架构由不锈钢材料制作而成，台上主要部件有：三菱系列FX2N-64MR PLC一台、三菱GT11型号触摸屏一台、三菱FR-E740-3.7K-CH变频器三台（变频器安装在操作台背面）、各种压力表、开关按钮、指示灯、压力和温度保护器等。主控台控制变频器的运行主要依靠的是PLC程序。由四个PT100传感器检测的温度差经过模拟量转换后，进行PLC和变频器的通信，从而改变水泵的转速来改变冷冻水和冷却水的流量，实现温度自动调节。主体部分的通信主要包括PLC、FX2N-4AD-PT 模块、FX2N-4DA模块、变频器、传感器模块等相互之间的电路接线，数据传输，程序设计等。

四、实训系统各实训方案的设计

实训系统能将自动化、机电一体化、制冷技术等多个专业的主干课程进行综合应用和展示，在专业教学时，根据不同的课题，可以分项目完成不同的实训任务，达到培养复合型人才的教学目的。

表1 ：综合实训方案

（一）综合实训任务设计综合实训可分为自动和手动两种运行模式。方案如表1 所示。

（1）自动运行工作过程

自动模式的运行过程：根据冷冻风进回风和冷却水进回水温度实时数值，进行温差计算，通过程序的调试和设计，来控制变频器实际运行的频率，从而改变水流量，实现房间的智能温度控制。

（2）手动运行工作过程

手动运行主要是对压缩机、冷却泵、冷冻泵、冷却塔风机、空气调节箱电机、盘管风机等设备进行手动启动和停止。中央空调主要部件都安装有相应的压力、温度检测器件，对设备的运行进行实时检测。当压缩机出现过压、欠压、过载，冷却泵和冷冻泵变频运行出现故障时都会通过指示灯或者蜂鸣报警器在控制台进行显示，方便操作者及时进行检查和排故。综合实训的手动模式操作目的是让学生掌握温度、频率等数据的测量方法以及实验数据的整理和分析，学会进行实际值和理论值的比较，找出解决问题的方法。

（二）独立模块任务设计

实训系统还可以设计以下独立的实训任务：

（1）中央空调各组成部分的工作原理及认知演示。对中央空调制冷系统、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、变频系统部分的组成结构和工作原理等能进行认知演示实训；

（2）制冷原理与热交换技术。实训系统能投入到实际运行中，对于冷热交换技术也可以进行较好的学习；

（3）常用传感器和仪表的识别与应用。实训系统安装有压力和温度传感器以及各仪表，在后续的课题升级中还可以增加流量及热电偶传感器，为传感器和仪器仪表教学提供了较为真实的学习环境；

（4）PLC控制技术及其应用。PLC和触摸屏是实训系统的重要组成部分，在实训时能进行综合运用；

（5）能进行考证训练。实训系统包含较多的专业知识点，对于制冷专业考取制冷维修工、机电专业考取维修电工等技能等级证有很大的帮助；

（6）中央空调运行保护与日常维护操作。实训系统是小型化的中央空调，学生可以对实际中央空调的运行、维护、检修、控制方式等有较为全面的学习，也为以后的工作打下良好的基础；

（7）变频器应用。节能控制离不开变频器，通过实际的水泵调速控制的学习，可以很好的掌握变频器的应用；

（8）计算机数据采集与组态控制技术综合应用。在后续的课题升级中将加大对组态软件，监控系统的应用，使系统运行更加的准确和直观。

（三）故障检测和排故实训设计

技工院校培养的学生是以技能突出为主，技能则体现在对故障问题的检测以及排除故障的能力，实训系统可以根据实际运行的效果设计不同的故障点，完成故障检测实训。

（1）压缩机故障检测实训。例如：不制冷、高压报警、低压报警等；

（2）冷却水系统故障检测实训。例如：冷却塔风机不转、冷却泵不能启动、冷却泵不能变频、冷却水进回水没有温度显示等；

（3）冷冻水系统故障检测实训。例如：空气调节箱风机不转、盘管风机不转、冷冻泵不能启动、冷冻泵不能变频、冷冻水进回水没有温度显示等；

（4）电气线路故障检测实训。例如：各接触器故障、传感器线路故障、各风机线路故障、变频器线路故障等；

（5）PLC 编程实训。根据不同的故障现象及控制要求来设计不同的控制程序；

（6）变频器及触摸屏故障检测实训。例如：设置变频器常见的参数故障、触摸屏画面设计等。