控制系统 / Control Systems
暖通系统”大脑”。从简单温控到智能 BMS，研发涵盖硬件选型、传感器、控制算法与云平台集成。
10.1 传感器 Sensors
| 类型 | 英文 | 规格 | 应用 |
|---|---|---|---|
| 铂电阻 | PT1000 (Platinum RTD) | 精度 ±0.3℃ | 高精度水温/气温 |
| 热敏电阻 | NTC Thermistor | 便宜、精度一般 | 家用空调 |
| 热电偶 | Thermocouple (K/T 型) | 宽量程 | 排气温度、烟气 |
| 数字温度 | DS18B20 / DHT22 | 数字输出 | 低成本分布式 |
| 压阻式压力 | Piezoresistive Pressure Sensor | ±1% FS，0-4 MPa | 高低压侧 |
| 电容式湿度 | Capacitive RH Sensor | ±3% RH | 新风/室内 |
| CO₂ 传感 | NDIR CO₂ Sensor | 0-2000 ppm | 需求通风控制 (DCV) |
| PM 颗粒物 | Laser Particulate Matter Sensor | PM1.0/PM2.5/PM10 | 空气净化联动 |
| VOC | VOC Sensor (MOX) | ppb 级 | 空气质量综合评估 |
| 流量 | Flow Sensor | 电磁/超声/涡街/热式 | 水/气流量计量 |
| 电流互感器 | Current Transformer (CT) | 0.5%/1% 精度 | 压缩机/风机功耗 |
10.2 控制器层级 Control Hierarchy
| 层级 | 设备 | 英文 | 功能 |
|---|---|---|---|
| 现场层 Field Level | PLC / DDC | Programmable Logic Controller / Direct Digital Controller | 设备控制（压缩机、风机、水阀） |
| 管理层 Management Level | SCADA / BMS | Supervisory Control and Data Acquisition / Building Management System | 集中监控、群控、能耗管理 |
| 云端层 Cloud Level | IoT 平台 | Cloud Platform (AWS IoT / Azure IoT / Alibaba Cloud) | 远程运维、大数据、AI 诊断 |
| 边缘层 Edge Level | 边缘网关 | Edge Gateway | 本地存储、5G/4G 上云、协议转换 |
10.3 通讯协议 Communication Protocols
- Modbus RTU/TCP (Schneider 1979)：工业最广泛，开源免费
- BACnet Building Automation and Control Networks (ASHRAE 135 / ISO 16484-5)：楼宇自控专用
- LonWorks Local Operating Network：早期楼宇主流
- KNX Konnex (ISO/IEC 14543)：欧洲楼宇标准
- CAN / RS-485：现场总线
- OPC UA Open Platform Communications Unified Architecture：工业 4.0 信息建模标准
- MQTT / HTTP / CoAP：IoT 应用层协议
- DLMS / COSEM：能耗计量的 IEC 62056 标准
10.4 变频驱动 Variable Frequency Drive (VFD)
- PWM 原理 Pulse Width Modulation：IGBT 高速开关调压调频
- V/F 控制 Scalar / V-F Control：开环，简单便宜，用于风机水泵
- 矢量控制 FOC Field-Oriented Control：闭环，精度高、动态响应好，用于压缩机
- 直接转矩控制 DTC Direct Torque Control：快速响应，无 PWM 调制
- 谐波抑制 Harmonic Mitigation：EMC 滤波器 EMI Filter、电抗器 Line Reactor
- 电机类型：感应电机 Induction Motor (IM)、永磁同步 PMSM、同步磁阻 SynRM
10.5 控制算法 Control Algorithms
- ON/OFF 控制 Bang-Bang Control：简单但震荡大
- PID 控制 Proportional-Integral-Derivative：最常用。
u(t) = Kp·e + Ki·∫e dt + Kd·de/dt - 串级控制 Cascade Control：主+副回路增强抗扰
- 前馈控制 Feedforward Control：基于可测扰动提前补偿
- 模糊控制 Fuzzy Logic Control：适合非线性系统
- 自适应控制 Adaptive Control：工况变化时自动调参（MRC、MRAC）
- 模型预测控制 MPC Model Predictive Control：考虑约束与未来工况，热泵/冷水机前沿算法
- 强化学习 RL Reinforcement Learning：数字孪生驱动 + RL 实现最优控制
- 神经网络 NN Neural Network：用于故障诊断、能效预测
10.6 控制目标函数 Control Objective Function
J = Σ[w₁·(T_set - T_actual)² + w₂·P_power + w₃·t_comfort]
典型多目标控制的目标函数：温度偏差 + 能耗 + 舒适度惩罚项。MPC 在每一个采样周期求解最优控制序列。
研发应用
- 变频热泵 Variable Speed Heat Pump：压缩机变频 + 电子膨胀阀联动 + 风机/水泵变频，三者协调是高能效关键
- 除霜逻辑 Defrost Logic：时间法（最简单）、焓差法 Enthalpy Method（更准）、AI 自适应 AI-Driven Defrost（前沿）
- 防喘振控制 Anti-Surge Control：离心机低流量时快速开启旁通阀
- 故障自诊断 Fault Self-Diagnosis：根据压力/温度传感器数据，识别 30+ 种故障模式
- 远程运维 Remote Service：4G/5G/NB-IoT 上传数据，云端 AI 提前预警 Predictive Maintenance
- 能量调度 Energy Dispatch：基于峰谷电价 + 预测负荷优化启停与储能
Concepts Referenced
Entities Referenced
PLC, DDC, SCADA, BMS, BACnet, Modbus
Notes
控制系统选型与算法是 HVAC 产品差异化的核心战场之一，研发应同步建设算法-硬件-云端全栈能力。
2024-2026 标准提示:ASHRAE 90.1-2025 / EU F-Gas 2024/573 / AIM Act 2025 / GB 19576。详见 暖通-2026更新 与 hvac-quick-ref。