中央空調系統實驗實訓裝置的製作方法

2023-06-24 21:06:21

專利名稱：中央空調系統實驗實訓裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種教學儀器，特別地，涉及一種中央空調系統實驗實訓裝置。
背景技術：
中央空調是現代建築中普遍採用的一種空氣處理設備，在國民生產和生活 中起著重要的作用。改革開放以來，中央空調技術在國內迅速發展，對於具備 空調操作、調試及維護的人才日益缺乏，各個高校和職業院校分別設立了製冷 與空調工程等專業，為社會培養了大量製冷與空調方面技術人員，但這些技術 人員普遍存在上崗培訓時間長、實踐經驗不足、動手能力差等問題，這些問題 主要由於學校實驗教學沒有較完善的實驗實訓設備，而採用參觀考査實際中央 空調工程的方式，實際應用的中央空調工程由於點數多、分布廣、功率大、不 直觀，學生只能了解大致工作原理和過程，不能動手操作，實驗教學效果差。 根據國家培養人才的方針，這些技術人員已經不能適應目前企業的需求，因此
需要進行再培訓或在實驗教學中提高學生的動手能力和解決問題的能力；本發 明產品是一種用於製冷空調專業或準備從事製冷空調行業的人員進行技能實操 訓練的教學裝置，裝置與現場工程結構保持一致，採用模塊化結構，同時增加 設置故障功能，學生在學習過程中可以通過該裝置學習實際中央空調系統的工 作過程、控制方法，並可以動手完成檢修等實訓項目。目前市場上中央空調教 學實驗裝置雖然很多，但許多廠家開發的中央空調教學實驗實訓裝置，仍然採 用軟體教學方式，或者有些廠家雖然採用實物模型，但模型過於簡化，不能真 實再現現場控制的各種狀態，缺乏靈活變通，結構與實際中央空調工程不一致 並且不能設置故障，不能解決目前技術人員存在的問題。

發明內容
本發明目的在於針對現有技術的不足，提供一種中央空調系統實驗實訓教
學裝置。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的 一種中央空調系統實驗實訓 裝置，它包括冷卻塔、控制平臺、部件安裝架、高位加水箱、模擬空調區域、 模擬鍋爐和系統框架。其中，所述冷卻塔、部件安裝架、高位加水箱、模擬鍋 爐安裝在系統框架上。
進一步地，所述部件安裝架上安裝製冷系統部件、制熱系統部件和共有部 件。製冷系統部件包括壓縮機、儲液器、乾燥過濾器、冷凝器、蒸發器、熱力 膨脹閥、視液鏡、冷凝器、蒸發器、手閥和管路。制熱系統部件包括板式換熱 器和管路。共有部件包括分水器、集水器和水泵和閥門。
進一步地，所述部件安裝架上的製冷系統部件和共用部件與冷卻塔、高位 加水箱、模擬空調區域組成空調製冷系統。部件安裝架上的制熱系統部件和共 用部件與模擬鍋爐、模擬空調區域組成空調製熱系統。
進一步地，所述模擬空調區域和安裝在系統框架上的控制部件通過管路相 連接，控制平臺通過強電線路與控制部件相連，控制平臺通過弱電線路和弱電 線路分別與模擬空調區域和控制部件相連。
進一步地，所述模擬空調區域分為模塊房間和模擬大廳，模擬房間中安裝
有熱交換器；模塊大廳中安裝有空調箱；模擬房間和模擬大廳之間通過PVC材 料分隔開，並安裝有保溫材料。
本發明的有益效果是本發明所述的中央空調系統實驗實訓裝置具有完整 的網絡構架及實物模型，即從客戶端到伺服器採用工業乙太網通訊交換數據， 伺服器做為上層監控網絡的核心，同時與控制器進行數據交換，其間採用多點 通訊協議。採用的控制器將現場運行的數據實時的收集到一起，進行工程量運 算及處理，並根據控制要求對現場模型上的執行器進行控制。實物模型中包含 了工程現場中所有的部件，部件在配置及開發時充分的考慮了空間佔用、裝置 參數設計等多方面因素，不僅使模型在符合現場工程實際，並且滿足基本教學 實驗實訓要求，同時力求成為可擴展、可二次開發、開放性強的綜合實驗實訓 平臺。因此，本發明提供的是一個綜合的實驗實訓環境，通過本發明可進行中 央空調系統實驗實訓教學、工程培訓、傳感器檢測技術應用、可編程控制技術 及組態技術程序開發等多方面的工作，具有較大的實用價值。


圖1為中央空調系統實驗實訓裝置結構參考圖； 圖2為模擬空調區域俯視圖3為控制平臺、控制對象、模擬空調區域連接示意圖;
圖4為壓縮機製冷過程工作原理圖5為被調空間製冷過程工作原理圖6為冷卻水循環系統工作原理圖7為模擬鍋爐循環水系統工作原理圖8為被調空間制熱過程工作原理圖9為被調空間空氣處理系統工作原理圖IO為控制平臺結構圖ll為故障設置原理圖12為採集系統框圖13為監控系統框圖。
具體實施例方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的結構方案作進一步具體的說明。 參照圖l， 一種所述的中央空調系統實驗實訓裝置，包括冷卻塔l、控制平
臺2、部件安裝架3、高位加水箱4、模擬空調區域5、模擬鍋爐6和系統框架7。 具體而言，冷卻塔l、部件安裝架3、高位加水箱4、模擬鍋爐6安裝在系 統框架7上；其中部件安裝架3上安裝有壓縮機、儲液器、乾燥過濾器、冷凝 器、蒸發器、熱力膨脹閥、視液鏡、冷凝器、蒸發器、手閥、管路等製冷系統 部件和板式換熱器、管路等制熱系統部件，另外在部件安裝架3上安裝有製冷 系統和制熱系統共用的分水器、集水器和水泵、閥門等部件。
部件安裝架3上的製冷系統部件和共用部件與冷卻塔1、高位加水箱4、模 擬空調區域5組成空調製冷系統；部件安裝架3上的制熱系統部件和共用部件 與模擬鍋爐6、模擬空調區域5組成空調製熱系統。
再具體而言，參照圖3，模擬空調區域5和安裝在系統框架7上的控制部件 18通過管路相連接，控制平臺2通過強電線路19與控制部件18相連，控制平 臺2並通過弱電線路17和弱電線路20分別與模擬空調區域5和控制部件18相 連，控制平臺2通過強電線路19控制部件18中的執行部件的啟動和停止；控 制平臺2通過弱電線路17和弱電線路20分別採集模擬空調區域5和部件18中
的溫度、流量、壓力等參量，並根據控制要求對部件18中的執行器進行控制。 其中，再結合圖2所示，模擬空調區域5分為模塊房間9和模擬大廳14， 模擬房間9中安裝有用於熱交換的熱交換器8;模塊大廳14中安裝有用於空氣 處理的空調箱13;模擬房間9和模擬大廳14之間通過PVC材料分隔開，並安裝 有保溫材料10。
具體而言，空調箱13內包括新風口溫度傳感器及輸出接口 103、新風閥門 102、迴風口 89、溫度傳感器及輸出接口 104、過濾器101、風壓傳感器105、 風壓變送器106、信號輸出接口107、熱交換器48、溫度傳感器及輸出接口 98、 加熱器97、溫度傳感器及輸出接口 96、風機94、風壓傳感器112、風壓變送器 113、信號輸出接口 114;新風閥門102控制新風量，新風與迴風混合後，將大 顆粒灰塵用過濾器101過濾，過濾後的潔淨空氣經熱交換器和加熱器後通過風 機送至模擬大廳，實現溫度調節；同時，為監控空調箱的工作狀態，在過濾器 101和風機94兩側分別安裝壓差傳感器，在各溫度變化點安裝溫度傳感器及接 Hl。
參照圖4所示，安裝架3上的壓縮機34、儲液器28、乾燥過濾器31、冷凝 器23、蒸發器36、熱力膨脹閥32、視液鏡29、加液閥33、手閥26、手閥27、 手閥30、管路25等組成製冷系統，其中冷凝器中的冷凝水通過水管22和水管 24進行循環；蒸發器36中的冷凍水通過水管35和水管37進行循環。製冷系統 通過四個過程來完成，即節流過程一蒸發過程一壓縮過程一冷凝過程。
具體而言，壓縮機34將低溫低壓製冷劑壓縮成為高壓高溫氣體排出，高壓 高溫氣體製冷劑在冷凝器23中，將熱量傳遞給冷凝器23中的水，高溫高壓氣 態製冷劑冷凝成高壓液態，高壓液態製冷劑通過熱力膨脹閥32成為低壓液態進 入蒸發器，低壓液態製冷劑與蒸發器36中的水進行熱交換而汽化，汽化過程中 吸收了蒸發器36中水的熱量。蒸發器36中的冷水通過水管35和水管37進行 循環。
系統最終要調節模擬房間9和模擬大廳14中的溫度，分為兩種工作過程， 其一為製冷過程，參照圖5,水泵42和水泵44通過集水器將蒸發器36中水輸 送至安裝在模擬房間9中的熱交換器8和安裝在空調箱13中的熱交換器48，在 熱交換器8和熱交換器48的入水口分別安裝電磁閥45和電磁閥49，兩個電磁 閥用於控制進入熱交換器中的水，同時，水泵42和水泵44通過變頻器進行調 節，保證模擬房間9和模擬大廳14中的溫度波動幅度在士l攝氏度範圍內。
同B寸，參照圖6，必須對冷凝器23中的水進行冷卻，保證製冷系統正常運
行。我們稱之為冷卻水系統，冷卻水系統由水泵72和水泵73、單向閥71、水 流開關76、手閥74、冷卻塔75組成；水泵72和水泵73將冷凝器23中的水輸 送至冷卻塔75中，通過冷卻塔75進行冷卻，冷卻後的水再通過水泵輸送回冷 凝器中。
其二為制熱工作過程，參照圖7，完成模擬房間9和模擬大廳14制熱過程 包含模擬鍋爐85、水泵83、閥門84、閥門86、換熱器80、管路81、管路79、 管路87組成，水泵83將模擬鍋爐中的熱水通過管路和閥門輸送至換熱器80進 行換熱後，並循環回模擬鍋爐內重新加熱。
參照圖8，水泵42和水泵44通過集水器將蒸發器36中水輸送至安裝在模 擬房間9中的熱交換器8和安裝在空調箱13中的熱交換器48，在熱交換器8和 熱交換器48的入水口分別安裝電磁閥45和電磁閥49，兩個電磁閥用於控制進 入熱交換器中的水，同時，水泵42和水泵44通過變頻器進行調節，保證模擬 房間9和模擬大廳14中的溫度波動幅度在士l攝氏度範圍內。
在模擬房間9、模擬大廳14內部安裝空氣溫度傳感器和變送器，檢測模擬 大廳14和模擬房間9的溫度;在壓縮機34吸氣口銅管、排氣口銅管上安裝PT100 溫度傳感器檢測吸氣口和排氣口製冷劑溫度，在冷卻塔75進出水口、模擬鍋爐 85出7jC口、冷凝器23進出水口、蒸發器36進出水口分別安裝PT100溫度傳感 器，檢測各點的溫度值，所有傳感器的信號線按順序接至信號接口板42芯航空 插座上；將壓縮機34、風機94、水泵72、水泵73、水泵45、水泵49、水泵83、 風機盤管8的電源線按順序接至信號接口板19芯航空插座。
控制平臺2上安裝有繼電器120、 PLC控制單元及擴展模塊118、電源開關 115、控制開關117、信號端子119、中間繼電器板120、故障設置板133、強電 航空插座121、弱電航空插座122等部件；信號端子119通過導線與弱電航空插 座122連接；強電航空插座121連接到中間繼電器板120上；在控制平臺2上 即可以手動或負動控制安裝架3和模擬空調區域5上的部件；在手動工作方式 下，通過控制平臺上的控制開關117可以直接控制現場部件的啟停；在自動工 作方式下，PLC控制單元及接口模塊118中控制程序可以按照控制要求直接控制 對象部件的工作狀態，同時檢測安裝架3和模擬空調區域5上傳感器信號的值 並轉換。在監控計算機上，可以直接通過伺服器版軟體對實驗實訓對象上部件 的工作狀態及各點的傳感器值進行顯示。
具體而言，參照圖11，故障設置單元133包括電源端子123、故障設置開 關127、故障設置開關128、故障設置開關129、故障設置開關130、信號混合
板131、故障信號接口板132;電源端子123接入24V直流信號，信號混合板131 將故障設置開關127、故障設置開關128、故障設置開關129、故障設置開關130 編碼為16種組合，並控制故障信號接口板132上的16路繼電器，故障信號接 口板132上的16路繼電器分別串入強電控制線路中，完成16種故障的組合功 能。
參照圖12， PLC控制單元的開關量輸入模塊將實驗實訓對象上的壓縮機工 作狀態、水泵工作狀態、熱交換器工作狀態、冷卻塔風扇工作狀態等採集到PLC 內部並進行邏輯運算和控制，PLC控制單元的運算和控制結果通過開關量輸出模 塊輸出給繼電元件，直接控制實驗實訓對象部件的工作狀態。伺樣，PLC控制單 元的模擬量輸入模塊將實驗實訓對象上各點的溫度等信號採集到PLC內部，並 進行工程量轉換、運算和處理，PLC控制單元的處理結果通過模塊量輸出模塊輸 出給現場執行部件進行控制。在進行控制的同時，監控計算機通過標準通訊接 口與PLC控制單元進行通訊，對控制數據進行實時交換，同時通過動畫的方式 顯示實驗實訓對象系統的運行工作狀態。
參照圖13，監控計算機上的服務版軟體可以直接連接50臺客戶機，在客戶 機中不需要安裝任何應用軟體，客戶機通過密碼授權後，可以直接觀察到與服 務器一致的實驗實訓對象系統部件工作狀態和實時數據，同時伺服器對各客戶 機的登錄信息、數據信息及報警信息進行記錄，方便實驗實訓完成後對實訓結 果的查詢。
上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的 精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發 明的保護範圍。
權利要求
1.一種中央空調系統實驗實訓裝置，其特徵在於，它包括冷卻塔(1)、控制平臺(2)、部件安裝架(3)、高位加水箱(4)、模擬空調區域(5)、模擬鍋爐(6)和系統框架(7)。其中，所述冷卻塔(1)、部件安裝架(3)、高位加水箱(4)、模擬鍋爐(6)安裝在系統框架(7)上。
2. 根據權利要求1所述的中央空調系統實驗實訓裝置，其特徵在於，所述部件 安裝架(3)上安裝製冷系統部件、制熱系統部件和共有部件。製冷系統部件 包括壓縮機、儲液器、乾燥過濾器、冷凝器、蒸發器、熱力膨脹閥、視液鏡、 冷凝器、蒸發器、手閥和管路。制熱系統部件包括板式換熱器和管路。共有 部件包括分水器、集水器和水泵和閥門。
3. 根據權利要求2所述的中央空調系統實驗實訓裝置，其特徵在於，所述部件 安裝架(3)上的製冷系統部件和共用部件與冷卻塔(1)、高位加水箱(4)、 模擬空調區域(5)組成空調製冷系統。部件安裝架(3)上的制熱系統部件 和共用部件與模擬鍋爐(6)、模擬空調區域(5)組成空調製熱系統。
4. 根據權利要求1所述的中央空調系統實驗實訓裝置，其特徵在於，所述模擬 空調區域(5)和安裝在系統框架(7)上的控制部件(18)通過管路相連接， 控制平臺(2)通過強電線路(19)與控制部件(18)相連，控制平臺(2) 並通過弱電線路(17)和弱電線路(20)分別與模擬空調區域(5)和控制部 件(18)相連。
5. 根據權利要求1所述的中央空調系統實驗實訓裝置，其特徵在於，所述模擬 空調區域(5)分為模塊房間(9)和模擬大廳(14)，模擬房間(9)中安裝 有熱交換器(8);模塊大廳(14)中安裝有空調箱(13);模擬房間(9)和 模擬大廳(14)之間通過PVC材料分隔開，並安裝有保溫材料(10)。
全文摘要
本發明公開了一種中央空調系統實驗實訓裝置，它包括冷卻塔、控制平臺、部件安裝架、高位加水箱、模擬空調區域、模擬鍋爐和系統框架。其中，所述冷卻塔、部件安裝架、高位加水箱、模擬鍋爐安裝在系統框架上。通過本發明可進行中央空調系統實驗實訓教學、工程培訓、傳感器檢測技術應用、可編程控制技術及組態技術程序開發等多方面的工作，具有較大的實用價值。
文檔編號G09B25/02GK101350150SQ200810120370
公開日2009年1月21日 申請日期2008年8月28日 優先權日2008年8月28日
發明者孫懷海, 宋進朝, 林初克, 趙家龍 申請人:浙江天煌科技實業有限公司