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【摘 要】介绍了制冷与空调自动控制系统的主要原理，着重从自动控制技术的目的、内容、方式、特点、发展方面分析自动控制在制冷空调技术中的应用。
【关键词】自动控制；制冷装置；控制方式；单片机
Automatic control in the application of refrigeration and air conditioning technology
Zhang Jing-yi
(Xi'an Railway Vocational & Technical Institute Xi'an Shanxi 710014)
【Abstract】Describes the automatic control system for refrigeration and air-conditioning the main principle of the purpose of emphasis from the automatic control technology,content,methods,features,analysis of the development of automatic control technology in the refrigeration and air conditioning applications.
【Key words】Automatic control;refrigeration equipment;control;SCM
1. 引言
制冷空调技术分为制冷和空调两大领域，制冷和空调的关系相互联系又相互独立。空调与制冷均是空调中的冷却和减湿过程。同时空调可以供热、加湿和对空气质量进行控制，而工业制冷包括食品保存、化学工业、低温技术。
空调制冷装置主要包括：房间空调器、中央空调器、运输制冷装置、工程用制冷装置和其他制冷装置。冷藏制冷装置主要包括：冰箱、冰柜、陈列柜、冷库、冷藏集装箱。
被称为“空调之父”的威利斯•凯利博士，在1902年7月17日发明了科学空调原理，并发明了世界上第一胎空调机。我国是在1931年首次在上海纺织企业安装应用空调系统，旧中国没有独立的制造各种制冷设备的能力，只能依赖于国外进口。我国大量生产家用空调始于1978年，当年的产量只有两百多台。目前，我国的家用空调行业生产能力已经接近国际最先进水平，制冷行业的总产值也占国民生产总值的很大比例。
2. 制冷与空调装置自动控制的目的
2.1 提高制冷设备运行的稳定性。
当负荷及环境温度变化时，可自动调整制冷设备的运行，使其在相应的工况下稳定运转。最简单的例子如BCD-183W电冰箱，当冷冻室冷点温度达到－24±1.1℃时，温控器检测出这个温度便立即做出反应，断开压缩机供电回路，停止制冷。当冷冻室温度回升到－18±1.1℃时，压缩机又自动投入到制冷运行状态下，周而复始，于是冷冻室的温度便始终保持在－18℃～－24℃的范围内稳定运行。
制冷系统是一个严密封闭的系统，为了保障制冷设备正常运行，并达到所要求的指标，需要把控制温度、压力、流量、湿度等许多热工参数的一些控制电器和调节元件、各种仪表及附属设备组合起来，形成一个控制系统。
在制冷系统中，调节与控制的最主要参数是蒸发压力与温度、冷凝压力与温度以及压缩机的能量等，因为它们与制冷能力、电能消耗和制冷系数有着密切的关系。调节制冷系统不仅要保障设备的安全运行，而且当外界温度发生变化时，可通过调节来获得廉价的人工制冷。
实现制冷机及其系统的全自动控制是制冷系统发展的方向。目前，随着计算机技术逐步介入制冷装置的自动化，各种大小型制冷机甚至整个制冷系统都在向全自动化方向发展，对制冷装置有关参数的最佳综合调节、实现压缩机的连续调节和系统的节能等，就成为各国竞相研究的方向。
制冷系统所以能制冷是由于制冷剂在一个不变容积的蒸发器中，保持一定的蒸发压力P值进行吸收外界热量而实现降温的过程，要获得恒定的压力，除了压缩机不断地吸入压缩蒸汽外，还要有“膨胀阀”，“节流阀”等阀体，来限定制冷剂一定的流量。有了恒定的蒸发压力，才能获得稳定的蒸发温度。
2.2 自动调节系统制冷剂的供液量，以维持被冷却物体所需要的低温。
2.3 保证制冷设备的安全运转。
当系统运行时出现压缩机吸气压力过低、排气压力过高、液击或过热、油压低或油压消失，以及供液不足、断水等不正常现象时，自动保护装置可使其维持正常运转状态，出现紧急情况时，便自动停止运转。
2.4 全自动系统可按程序启动、自动调节、自动记录、自动显示，以减轻操作者的劳动。
2.5 提高运行的经济性。
3. 制冷空调装置自动控制系统的特点
3.1 多干扰性。
例如，通过窗进入的太阳辐射热是时间的函数，也受气象条件的影响；室外空气温度通过围护结构对室温产生影响；通过门、窗、建筑缝隙侵入的室外空气对室温产生影响；为了换气（或保持室内一定正压）所采用的新风，其温度变化对室温有直接影响。
3.2 多工况性。
空调技术中对空气的处理过程具有很强的季节性。一年中，至少要分为冬季、过渡季和夏季。近年来，由于集散型系统在空调系统上的应用，为多工况性的空调应用创造了更好的条件。由于空调运行制度的多样化，使运行管理和自动控制设备趋于复杂。因此，要求操作人员必须严格按照包括节能技术措施在内的设计要求进行操作和维护，不得随意改变运行程序和拆改系统中的设备。
3.3温、湿度相关性。
描述空气状态的两个主要参数温度和湿度，并不是完全独立的两个变量。当相对湿度发生变化时要引起加湿（或减湿）动作，其结果将引起室温波动；而当室温变化时，使室内空气中水蒸气的饱和压力变化，在绝对含湿量不变的情况下，就直接改变了相对湿度、这种相对关联着的参数称相关函数。显然，在温湿度都要求的空调系统中，组成自控系统时应充分注意这一特性。
4. 制冷与空调装置自动控制内容及方式
4.1 制冷与空调装置自动控制主要内容。
制冷空调系统由空气加热、冷却、加湿、去湿、空气净化、风量调节设备以及空调用冷、热源等设备组成。这些设备的容量是设计容量，但在日常运行中的实际负荷在大部分时间里是部分负荷，不会达到设计容量。所以，为舒适和节能，必须对上述设备进行控制，使其实际输出量与实际负荷相适应。目前，对其容量控制已经实现不同程度的自动控制，其内容也日渐丰富。被控参数主要有空气的温度、湿度、压力以及空气的清新度、气流方向等，在冷热源方面主要是冷、热水温度，蒸汽压力。有时还需要测量、控制供、回水干管的压力差，测量供、回水温度以及回水流量等。在对这些参数进行控制的同时，还要对主要参数进行指示、记录、打印，并能监测各机电设备。
4.2 制冷与空调装置自动控制方式。
（1）传统的机械控制方式。
传统机械控制方式是机械技术与电工技术结合的产物，这种系统称为传统的开关、电器组成的控制（即双位控制）系统。它以电动机为动力，以开关、继电器、接触器、机械压力式温控器等为控制件。它的控制方式以开关控制和比例控制为主，多采用机械作用式的自控元件，以获得可以接受的、较粗的制冷温控精度，并保证制冷设备运行正确、安全可靠。这种传统控制方式已有近百年的历史，目前，还有部分制冷设备采用这种控制方式。
（2）电子式控制方式。
电子式控制方式采用的是电子元器件与部分专用集成电路组成的硬件控制电路并结合继电器、接触器等控制器件，使制冷设备获得较精确的温控精度，并保证制冷设备运行正确、安全可靠。这种系统称为由电子元件与集成电路组成的逻辑控制系统。这种控制方式仅仅使用了二十几年，目前已经很少使用了。
（3）微电脑控制方式。
近些年，由于微电脑（单片机）控制技术及通信技术的快速发展，制冷空调设备控制系统中也大量的采用微电脑（单片机）控制，并把电子器件的信息处理和控制功能揉和到机械装置中，应用机械、电子、信息等有关技术，对整个控制系统进行有机的组织、渗透和综合，实现整个系统的最优化控制。这种控制方式不再是原有的那种单技术、单功能的控制方式，而是一种全新的，具有复合技术、复合功能、自动化程度很高的控制方式。采用这种控制方式的产品一般都具有自动控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自诊断、自恢复和智能化等多种功能。图1是采用89C51为主控器的空调控制系统原理图。
图1 系统原理图
为了防止当单片机控制电路出现故障时，系统处于瘫痪状态，控制电路中设置了简单的手动控制，此时单片机控制被锁定，只有手动控制释放后才可以再次进入自动控制状态，手动部分包括通风、制冷、制暖和释放4个控制按钮。
键盘用于系统工作方式及温度参数的设定，在实际工作中空调控制系统按照工况要求和工作方式设置。采用CW-2000电力线载波模块实现通讯功能，这种电力线载波模块可以直接与单片机相连，半双工收发工作，采用数据包的格式与单片机进行数据交换，具有极强的抗干扰能力和衰减调节能力。用铂电阻传感器PT100检测温度，经过放大电路后变为0~5V电压信号送入A/D转换器，单片机根据键盘设定的方式和检测到的温度控制机组工作。
5. 制冷空调的发展趋势
伴随着科技的进步，节能、环保、健康、智能控制已经成为空调发展的大趋势。
节能成为空调器技术进步的重要标志。特别是通过内装变频器，使得压缩机的运转速度得以随时调节，如志高变频空调采用日本三菱电机压缩机，主机自动无级变速，使节能效率显著增强。
环保。随着我国环保部门关于限制并逐步禁止使用氟利昂22制冷政策的推出，加上无氟技术和新冷媒在空调业中的不断应用，环保已经成为一大趋势，美的、科龙、志高等空调厂家已经在不同程度地开发、生产环保型空调。
健康。近年来一是采用负离子灭菌除尘，如志高空调采用进口优质毛刷状负离子发生器，通过电离作用，产生适量负离子与氧气结合形成携氧负离子，活化氧气，从而提高室内空气质量，促进人体健康；二是使用光触媒技术，光触媒技术能迅速分解室内由家具、建材、香烟、织物挥发出来的臭味、异味，抑制细菌、病毒的繁殖。
智能控制。采用数字化、电子化、模糊逻辑技术、传感器技术、变频技术控制空调器的制冷热系统，使其智能化，更加节省能源和获得更低的静音。
6. 结语
为了保障制冷设备正常运行，并达到所要求的指标，需要把控制温度、压力、流量、湿度等许多热工参数的一些控制电器和调节元件、各种仪表、传感器及附属设备组合起来，形成一个控制系统，这个系统就是制冷与空调自动控制系统。
参考文献
［1］ 邹新生.制冷与空调自动控制.上海：上海交通大学出版社，2008.
［2］ 杜存臣.制冷与空调装置自动控制技术.北京：化学工业出版社，2007.
［3］ 姜泓.自动控制原理.北京：机械工业出版社，2005.
［文章编号］1006-7619（2011）03-30-296
【关键词】自动控制；制冷装置；控制方式；单片机
Automatic control in the application of refrigeration and air conditioning technology
Zhang Jing-yi
(Xi'an Railway Vocational & Technical Institute Xi'an Shanxi 710014)
【Abstract】Describes the automatic control system for refrigeration and air-conditioning the main principle of the purpose of emphasis from the automatic control technology,content,methods,features,analysis of the development of automatic control technology in the refrigeration and air conditioning applications.
【Key words】Automatic control;refrigeration equipment;control;SCM
1. 引言
制冷空调技术分为制冷和空调两大领域，制冷和空调的关系相互联系又相互独立。空调与制冷均是空调中的冷却和减湿过程。同时空调可以供热、加湿和对空气质量进行控制，而工业制冷包括食品保存、化学工业、低温技术。
空调制冷装置主要包括：房间空调器、中央空调器、运输制冷装置、工程用制冷装置和其他制冷装置。冷藏制冷装置主要包括：冰箱、冰柜、陈列柜、冷库、冷藏集装箱。
被称为“空调之父”的威利斯•凯利博士，在1902年7月17日发明了科学空调原理，并发明了世界上第一胎空调机。我国是在1931年首次在上海纺织企业安装应用空调系统，旧中国没有独立的制造各种制冷设备的能力，只能依赖于国外进口。我国大量生产家用空调始于1978年，当年的产量只有两百多台。目前，我国的家用空调行业生产能力已经接近国际最先进水平，制冷行业的总产值也占国民生产总值的很大比例。
2. 制冷与空调装置自动控制的目的
2.1 提高制冷设备运行的稳定性。
当负荷及环境温度变化时，可自动调整制冷设备的运行，使其在相应的工况下稳定运转。最简单的例子如BCD-183W电冰箱，当冷冻室冷点温度达到－24±1.1℃时，温控器检测出这个温度便立即做出反应，断开压缩机供电回路，停止制冷。当冷冻室温度回升到－18±1.1℃时，压缩机又自动投入到制冷运行状态下，周而复始，于是冷冻室的温度便始终保持在－18℃～－24℃的范围内稳定运行。
制冷系统是一个严密封闭的系统，为了保障制冷设备正常运行，并达到所要求的指标，需要把控制温度、压力、流量、湿度等许多热工参数的一些控制电器和调节元件、各种仪表及附属设备组合起来，形成一个控制系统。
在制冷系统中，调节与控制的最主要参数是蒸发压力与温度、冷凝压力与温度以及压缩机的能量等，因为它们与制冷能力、电能消耗和制冷系数有着密切的关系。调节制冷系统不仅要保障设备的安全运行，而且当外界温度发生变化时，可通过调节来获得廉价的人工制冷。
实现制冷机及其系统的全自动控制是制冷系统发展的方向。目前，随着计算机技术逐步介入制冷装置的自动化，各种大小型制冷机甚至整个制冷系统都在向全自动化方向发展，对制冷装置有关参数的最佳综合调节、实现压缩机的连续调节和系统的节能等，就成为各国竞相研究的方向。
制冷系统所以能制冷是由于制冷剂在一个不变容积的蒸发器中，保持一定的蒸发压力P值进行吸收外界热量而实现降温的过程，要获得恒定的压力，除了压缩机不断地吸入压缩蒸汽外，还要有“膨胀阀”，“节流阀”等阀体，来限定制冷剂一定的流量。有了恒定的蒸发压力，才能获得稳定的蒸发温度。
2.2 自动调节系统制冷剂的供液量，以维持被冷却物体所需要的低温。
2.3 保证制冷设备的安全运转。
当系统运行时出现压缩机吸气压力过低、排气压力过高、液击或过热、油压低或油压消失，以及供液不足、断水等不正常现象时，自动保护装置可使其维持正常运转状态，出现紧急情况时，便自动停止运转。
2.4 全自动系统可按程序启动、自动调节、自动记录、自动显示，以减轻操作者的劳动。
2.5 提高运行的经济性。
3. 制冷空调装置自动控制系统的特点
3.1 多干扰性。
例如，通过窗进入的太阳辐射热是时间的函数，也受气象条件的影响；室外空气温度通过围护结构对室温产生影响；通过门、窗、建筑缝隙侵入的室外空气对室温产生影响；为了换气（或保持室内一定正压）所采用的新风，其温度变化对室温有直接影响。
3.2 多工况性。
空调技术中对空气的处理过程具有很强的季节性。一年中，至少要分为冬季、过渡季和夏季。近年来，由于集散型系统在空调系统上的应用，为多工况性的空调应用创造了更好的条件。由于空调运行制度的多样化，使运行管理和自动控制设备趋于复杂。因此，要求操作人员必须严格按照包括节能技术措施在内的设计要求进行操作和维护，不得随意改变运行程序和拆改系统中的设备。
3.3温、湿度相关性。
描述空气状态的两个主要参数温度和湿度，并不是完全独立的两个变量。当相对湿度发生变化时要引起加湿（或减湿）动作，其结果将引起室温波动；而当室温变化时，使室内空气中水蒸气的饱和压力变化，在绝对含湿量不变的情况下，就直接改变了相对湿度、这种相对关联着的参数称相关函数。显然，在温湿度都要求的空调系统中，组成自控系统时应充分注意这一特性。
4. 制冷与空调装置自动控制内容及方式
4.1 制冷与空调装置自动控制主要内容。
制冷空调系统由空气加热、冷却、加湿、去湿、空气净化、风量调节设备以及空调用冷、热源等设备组成。这些设备的容量是设计容量，但在日常运行中的实际负荷在大部分时间里是部分负荷，不会达到设计容量。所以，为舒适和节能，必须对上述设备进行控制，使其实际输出量与实际负荷相适应。目前，对其容量控制已经实现不同程度的自动控制，其内容也日渐丰富。被控参数主要有空气的温度、湿度、压力以及空气的清新度、气流方向等，在冷热源方面主要是冷、热水温度，蒸汽压力。有时还需要测量、控制供、回水干管的压力差，测量供、回水温度以及回水流量等。在对这些参数进行控制的同时，还要对主要参数进行指示、记录、打印，并能监测各机电设备。
4.2 制冷与空调装置自动控制方式。
（1）传统的机械控制方式。
传统机械控制方式是机械技术与电工技术结合的产物，这种系统称为传统的开关、电器组成的控制（即双位控制）系统。它以电动机为动力，以开关、继电器、接触器、机械压力式温控器等为控制件。它的控制方式以开关控制和比例控制为主，多采用机械作用式的自控元件，以获得可以接受的、较粗的制冷温控精度，并保证制冷设备运行正确、安全可靠。这种传统控制方式已有近百年的历史，目前，还有部分制冷设备采用这种控制方式。
（2）电子式控制方式。
电子式控制方式采用的是电子元器件与部分专用集成电路组成的硬件控制电路并结合继电器、接触器等控制器件，使制冷设备获得较精确的温控精度，并保证制冷设备运行正确、安全可靠。这种系统称为由电子元件与集成电路组成的逻辑控制系统。这种控制方式仅仅使用了二十几年，目前已经很少使用了。
（3）微电脑控制方式。
近些年，由于微电脑（单片机）控制技术及通信技术的快速发展，制冷空调设备控制系统中也大量的采用微电脑（单片机）控制，并把电子器件的信息处理和控制功能揉和到机械装置中，应用机械、电子、信息等有关技术，对整个控制系统进行有机的组织、渗透和综合，实现整个系统的最优化控制。这种控制方式不再是原有的那种单技术、单功能的控制方式，而是一种全新的，具有复合技术、复合功能、自动化程度很高的控制方式。采用这种控制方式的产品一般都具有自动控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自诊断、自恢复和智能化等多种功能。图1是采用89C51为主控器的空调控制系统原理图。
图1 系统原理图
为了防止当单片机控制电路出现故障时，系统处于瘫痪状态，控制电路中设置了简单的手动控制，此时单片机控制被锁定，只有手动控制释放后才可以再次进入自动控制状态，手动部分包括通风、制冷、制暖和释放4个控制按钮。
键盘用于系统工作方式及温度参数的设定，在实际工作中空调控制系统按照工况要求和工作方式设置。采用CW-2000电力线载波模块实现通讯功能，这种电力线载波模块可以直接与单片机相连，半双工收发工作，采用数据包的格式与单片机进行数据交换，具有极强的抗干扰能力和衰减调节能力。用铂电阻传感器PT100检测温度，经过放大电路后变为0~5V电压信号送入A/D转换器，单片机根据键盘设定的方式和检测到的温度控制机组工作。
5. 制冷空调的发展趋势
伴随着科技的进步，节能、环保、健康、智能控制已经成为空调发展的大趋势。
节能成为空调器技术进步的重要标志。特别是通过内装变频器，使得压缩机的运转速度得以随时调节，如志高变频空调采用日本三菱电机压缩机，主机自动无级变速，使节能效率显著增强。
环保。随着我国环保部门关于限制并逐步禁止使用氟利昂22制冷政策的推出，加上无氟技术和新冷媒在空调业中的不断应用，环保已经成为一大趋势，美的、科龙、志高等空调厂家已经在不同程度地开发、生产环保型空调。
健康。近年来一是采用负离子灭菌除尘，如志高空调采用进口优质毛刷状负离子发生器，通过电离作用，产生适量负离子与氧气结合形成携氧负离子，活化氧气，从而提高室内空气质量，促进人体健康；二是使用光触媒技术，光触媒技术能迅速分解室内由家具、建材、香烟、织物挥发出来的臭味、异味，抑制细菌、病毒的繁殖。
智能控制。采用数字化、电子化、模糊逻辑技术、传感器技术、变频技术控制空调器的制冷热系统，使其智能化，更加节省能源和获得更低的静音。
6. 结语
为了保障制冷设备正常运行，并达到所要求的指标，需要把控制温度、压力、流量、湿度等许多热工参数的一些控制电器和调节元件、各种仪表、传感器及附属设备组合起来，形成一个控制系统，这个系统就是制冷与空调自动控制系统。
参考文献
［1］ 邹新生.制冷与空调自动控制.上海：上海交通大学出版社，2008.
［2］ 杜存臣.制冷与空调装置自动控制技术.北京：化学工业出版社，2007.
［3］ 姜泓.自动控制原理.北京：机械工业出版社，2005.
［文章编号］1006-7619（2011）03-30-296