CN101350150A - 中央空调***实验实训装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中央空调***实验实训装置，它包括冷却塔、控制平台、部件安装架、高位加水箱、模拟空调区域、模拟锅炉和***框架。其中，所述冷却塔、部件安装架、高位加水箱、模拟锅炉安装在***框架上。通过本发明可进行中央空调***实验实训教学、工程培训、传感器检测技术应用、可编程控制技术及组态技术程序开发等多方面的工作，具有较大的实用价值。

Description

中央空调***实验实训装置

技术领域

本发明涉及一种教学仪器，特别地，涉及一种中央空调***实验实训装置。

背景技术

中央空调是现代建筑中普遍采用的一种空气处理设备，在国民生产和生活中起着重要的作用。改革开放以来，中央空调技术在国内迅速发展，对于具备空调操作、调试及维护的人才日益缺乏，各个高校和职业院校分别设立了制冷与空调工程等专业，为社会培养了大量制冷与空调方面技术人员，但这些技术人员普遍存在上岗培训时间长、实践经验不足、动手能力差等问题，这些问题主要由于学校实验教学没有较完善的实验实训设备，而采用参观考查实际中央空调工程的方式，实际应用的中央空调工程由于点数多、分布广、功率大、不直观，学生只能了解大致工作原理和过程，不能动手操作，实验教学效果差。根据国家培养人才的方针，这些技术人员已经不能适应目前企业的需求，因此需要进行再培训或在实验教学中提高学生的动手能力和解决问题的能力；本发明产品是一种用于制冷空调专业或准备从事制冷空调行业的人员进行技能实操训练的教学装置，装置与现场工程结构保持一致，采用模块化结构，同时增加设置故障功能，学生在学习过程中可以通过该装置学习实际中央空调***的工作过程、控制方法，并可以动手完成检修等实训项目。目前市场***空调教学实验装置虽然很多，但许多厂家开发的中央空调教学实验实训装置，仍然采用软件教学方式，或者有些厂家虽然采用实物模型，但模型过于简化，不能真实再现现场控制的各种状态，缺乏灵活变通，结构与实际中央空调工程不一致并且不能设置故障，不能解决目前技术人员存在的问题。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种中央空调***实验实训教学装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种中央空调***实验实训装置，它包括冷却塔、控制平台、部件安装架、高位加水箱、模拟空调区域、模拟锅炉和***框架。其中，所述冷却塔、部件安装架、高位加水箱、模拟锅炉安装在***框架上。

进一步地，所述部件安装架上安装制冷***部件、制热***部件和共有部件。制冷***部件包括压缩机、储液器、干燥过滤器、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀、视液镜、冷凝器、蒸发器、手阀和管路。制热***部件包括板式换热器和管路。共有部件包括分水器、集水器和水泵和阀门。

进一步地，所述部件安装架上的制冷***部件和共用部件与冷却塔、高位加水箱、模拟空调区域组成空调制冷***。部件安装架上的制热***部件和共用部件与模拟锅炉、模拟空调区域组成空调制热***。

进一步地，所述模拟空调区域和安装在***框架上的控制部件通过管路相连接，控制平台通过强电线路与控制部件相连，控制平台通过弱电线路和弱电线路分别与模拟空调区域和控制部件相连。

进一步地，所述模拟空调区域分为模块房间和模拟大厅，模拟房间中安装有热交换器；模块大厅中安装有空调箱；模拟房间和模拟大厅之间通过PVC材料分隔开，并安装有保温材料。

本发明的有益效果是：本发明所述的中央空调***实验实训装置具有完整的网络构架及实物模型，即从客户端到服务器采用工业以太网通讯交换数据，服务器做为上层监控网络的核心，同时与控制器进行数据交换，其间采用多点通讯协议。采用的控制器将现场运行的数据实时的收集到一起，进行工程量运算及处理，并根据控制要求对现场模型上的执行器进行控制。实物模型中包含了工程现场中所有的部件，部件在配置及开发时充分的考虑了空间占用、装置参数设计等多方面因素，不仅使模型在符合现场工程实际，并且满足基本教学实验实训要求，同时力求成为可扩展、可二次开发、开放性强的综合实验实训平台。因此，本发明提供的是一个综合的实验实训环境，通过本发明可进行中央空调***实验实训教学、工程培训、传感器检测技术应用、可编程控制技术及组态技术程序开发等多方面的工作，具有较大的实用价值。

附图说明

图1为中央空调***实验实训装置结构参考图；

图2为模拟空调区域俯视图；

图3为控制平台、控制对象、模拟空调区域连接示意图；

图4为压缩机制冷过程工作原理图；

图5为被调空间制冷过程工作原理图；

图6为冷却水循环***工作原理图；

图7为模拟锅炉循环水***工作原理图；

图8为被调空间制热过程工作原理图；

图9为被调空间空气处理***工作原理图；

图10为控制平台结构图；

图11为故障设置原理图；

图12为采集***框图；

图13为监控***框图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的结构方案作进一步具体的说明。

参照图1，一种所述的中央空调***实验实训装置，包括冷却塔1、控制平台2、部件安装架3、高位加水箱4、模拟空调区域5、模拟锅炉6和***框架7。

具体而言，冷却塔1、部件安装架3、高位加水箱4、模拟锅炉6安装在***框架7上；其中部件安装架3上安装有压缩机、储液器、干燥过滤器、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀、视液镜、冷凝器、蒸发器、手阀、管路等制冷***部件和板式换热器、管路等制热***部件，另外在部件安装架3上安装有制冷***和制热***共用的分水器、集水器和水泵、阀门等部件。

部件安装架3上的制冷***部件和共用部件与冷却塔1、高位加水箱4、模拟空调区域5组成空调制冷***；部件安装架3上的制热***部件和共用部件与模拟锅炉6、模拟空调区域5组成空调制热***。

再具体而言，参照图3，模拟空调区域5和安装在***框架7上的控制部件18通过管路相连接，控制平台2通过强电线路19与控制部件18相连，控制平台2并通过弱电线路17和弱电线路20分别与模拟空调区域5和控制部件18相连，控制平台2通过强电线路19控制部件18中的执行部件的启动和停止；控制平台2通过弱电线路17和弱电线路20分别采集模拟空调区域5和部件18中的温度、流量、压力等参量，并根据控制要求对部件18中的执行器进行控制。

其中，再结合图2所示，模拟空调区域5分为模块房间9和模拟大厅14，模拟房间9中安装有用于热交换的热交换器8；模块大厅14中安装有用于空气处理的空调箱13；模拟房间9和模拟大厅14之间通过PVC材料分隔开，并安装有保温材料10。

具体而言，空调箱13内包括新风口温度传感器及输出接口103、新风阀门102、回风口89、温度传感器及输出接口104、过滤器101、风压传感器105、风压变送器106、信号输出接口107、热交换器48、温度传感器及输出接口98、加热器97、温度传感器及输出接口96、风机94、风压传感器112、风压变送器113、信号输出接口114；新风阀门102控制新风量，新风与回风混合后，将大颗粒灰尘用过滤器101过滤，过滤后的洁净空气经热交换器和加热器后通过风机送至模拟大厅，实现温度调节；同时，为监控空调箱的工作状态，在过滤器101和风机94两侧分别安装压差传感器，在各温度变化点安装温度传感器及接口。

参照图4所示，安装架3上的压缩机34、储液器28、干燥过滤器31、冷凝器23、蒸发器36、热力膨胀阀32、视液镜29、加液阀33、手阀26、手阀27、手阀30、管路25等组成制冷***，其中冷凝器中的冷凝水通过水管22和水管24进行循环；蒸发器36中的冷冻水通过水管35和水管37进行循环。制冷***通过四个过程来完成，即：节流过程-蒸发过程-压缩过程-冷凝过程。

具体而言，压缩机34将低温低压制冷剂压缩成为高压高温气体排出，高压高温气体制冷剂在冷凝器23中，将热量传递给冷凝器23中的水，高温高压气态制冷剂冷凝成高压液态，高压液态制冷剂通过热力膨胀阀32成为低压液态进入蒸发器，低压液态制冷剂与蒸发器36中的水进行热交换而汽化，汽化过程中吸收了蒸发器36中水的热量。蒸发器36中的冷水通过水管35和水管37进行循环。

***最终要调节模拟房间9和模拟大厅14中的温度，分为两种工作过程，其一为制冷过程，参照图5，水泵42和水泵44通过集水器将蒸发器36中水输送至安装在模拟房间9中的热交换器8和安装在空调箱13中的热交换器48，在热交换器8和热交换器48的入水口分别安装电磁阀45和电磁阀49，两个电磁阀用于控制进入热交换器中的水，同时，水泵42和水泵44通过变频器进行调节，保证模拟房间9和模拟大厅14中的温度波动幅度在±1摄氏度范围内。

同时，参照图6，必须对冷凝器23中的水进行冷却，保证制冷***正常运行。我们称之为冷却水***，冷却水***由水泵72和水泵73、单向阀71、水流开关76、手阀74、冷却塔75组成；水泵72和水泵73将冷凝器23中的水输送至冷却塔75中，通过冷却塔75进行冷却，冷却后的水再通过水泵输送回冷凝器中。

其二为制热工作过程，参照图7，完成模拟房间9和模拟大厅14制热过程包含模拟锅炉85、水泵83、阀门84、阀门86、换热器80、管路81、管路79、管路87组成，水泵83将模拟锅炉中的热水通过管路和阀门输送至换热器80进行换热后，并循环回模拟锅炉内重新加热。

参照图8，水泵42和水泵44通过集水器将蒸发器36中水输送至安装在模拟房间9中的热交换器8和安装在空调箱13中的热交换器48，在热交换器8和热交换器48的入水口分别安装电磁阀45和电磁阀49，两个电磁阀用于控制进入热交换器中的水，同时，水泵42和水泵44通过变频器进行调节，保证模拟房间9和模拟大厅14中的温度波动幅度在±1摄氏度范围内。

在模拟房间9、模拟大厅14内部安装空气温度传感器和变送器，检测模拟大厅14和模拟房间9的温度；在压缩机34吸气口铜管、排气口铜管上安装PT100温度传感器检测吸气口和排气口制冷剂温度，在冷却塔75进出水口、模拟锅炉85出水口、冷凝器23进出水口、蒸发器36进出水口分别安装PT100温度传感器，检测各点的温度值，所有传感器的信号线按顺序接至信号接口板42芯航空插座上；将压缩机34、风机94、水泵72、水泵73、水泵45、水泵49、水泵83、风机盘管8的电源线按顺序接至信号接口板19芯航空插座。

控制平台2上安装有继电器120、PLC控制单元及扩展模块118、电源开关115、控制开关117、信号端子119、中间继电器板120、故障设置板133、强电航空插座121、弱电航空插座122等部件；信号端子119通过导线与弱电航空插座122连接；强电航空插座121连接到中间继电器板120上；在控制平台2上即可以手动或自动控制安装架3和模拟空调区域5上的部件；在手动工作方式下，通过控制平台上的控制开关117可以直接控制现场部件的启停；在自动工作方式下，PLC控制单元及接口模块118中控制程序可以按照控制要求直接控制对象部件的工作状态，同时检测安装架3和模拟空调区域5上传感器信号的值并转换。在监控计算机上，可以直接通过服务器版软件对实验实训对象上部件的工作状态及各点的传感器值进行显示。

具体而言，参照图11，故障设置单元133包括电源端子123、故障设置开关127、故障设置开关128、故障设置开关129、故障设置开关130、信号混合板131、故障信号接口板132；电源端子123接入24V直流信号，信号混合板131将故障设置开关127、故障设置开关128、故障设置开关129、故障设置开关130编码为16种组合，并控制故障信号接口板132上的16路继电器，故障信号接口板132上的16路继电器分别串入强电控制线路中，完成16种故障的组合功能。

参照图12，PLC控制单元的开关量输入模块将实验实训对象上的压缩机工作状态、水泵工作状态、热交换器工作状态、冷却塔风扇工作状态等采集到PLC内部并进行逻辑运算和控制，PLC控制单元的运算和控制结果通过开关量输出模块输出给继电元件，直接控制实验实训对象部件的工作状态。同样，PLC控制单元的模拟量输入模块将实验实训对象上各点的温度等信号采集到PLC内部，并进行工程量转换、运算和处理，PLC控制单元的处理结果通过模块量输出模块输出给现场执行部件进行控制。在进行控制的同时，监控计算机通过标准通讯接口与PLC控制单元进行通讯，对控制数据进行实时交换，同时通过动画的方式显示实验实训对象***的运行工作状态。

参照图13，监控计算机上的服务版软件可以直接连接50台客户机，在客户机中不需要安装任何应用软件，客户机通过密码授权后，可以直接观察到与服务器一致的实验实训对象***部件工作状态和实时数据，同时服务器对各客户机的登录信息、数据信息及报警信息进行记录，方便实验实训完成后对实训结果的查询。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种中央空调***实验实训装置，其特征在于，它包括冷却塔(1)、控制平台(2)、部件安装架(3)、高位加水箱(4)、模拟空调区域(5)、模拟锅炉(6)和***框架(7)。其中，所述冷却塔(1)、部件安装架(3)、高位加水箱(4)、模拟锅炉(6)安装在***框架(7)上。

2.根据权利要求1所述的中央空调***实验实训装置，其特征在于，所述部件安装架(3)上安装制冷***部件、制热***部件和共有部件。制冷***部件包括压缩机、储液器、干燥过滤器、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀、视液镜、冷凝器、蒸发器、手阀和管路。制热***部件包括板式换热器和管路。共有部件包括分水器、集水器和水泵和阀门。

3.根据权利要求2所述的中央空调***实验实训装置，其特征在于，所述部件安装架(3)上的制冷***部件和共用部件与冷却塔(1)、高位加水箱(4)、模拟空调区域(5)组成空调制冷***。部件安装架(3)上的制热***部件和共用部件与模拟锅炉(6)、模拟空调区域(5)组成空调制热***。

4.根据权利要求1所述的中央空调***实验实训装置，其特征在于，所述模拟空调区域(5)和安装在***框架(7)上的控制部件(18)通过管路相连接，控制平台(2)通过强电线路(19)与控制部件(18)相连，控制平台(2)并通过弱电线路(17)和弱电线路(20)分别与模拟空调区域(5)和控制部件(18)相连。

5.根据权利要求1所述的中央空调***实验实训装置，其特征在于，所述模拟空调区域(5)分为模块房间(9)和模拟大厅(14)，模拟房间(9)中安装有热交换器(8)；模块大厅(14)中安装有空调箱(13)；模拟房间(9)和模拟大厅(14)之间通过PVC材料分隔开，并安装有保温材料(10)。

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