공조설비 자동제어

공조 자동제어의 정의

공조설비 자동제어는 실내 온습도를 목표값으로 유지하는 설비 제어다.

센서가 상태를 재고, 제어기가 목표값과 비교해 밸브와 댐퍼를 조절한다.

핵심 용어는 제어량, 목표값, 외란, 조작량이다.

피드백 제어 루프

제어는 설정치를 입력받는 데서 시작한다.

센서가 실내 온습도를 검출하고, 설정치와 비교해 편차를 구한다.

PID 연산이 조작량을 계산하면 밸브와 댐퍼가 개도를 바꾼다.

결과가 다시 센서로 들어가 편차가 0에 가까워질 때까지 반복한다.

이것이 피드백 제어이며, 검출부부터 조작부까지 제어루프를 이룬다.

PID 동작

제어 동작은 비례, 적분, 미분 세 가지를 조합한다.

비례 동작은 현재 편차에 비례해 조작량을 정한다.

적분 동작은 누적 편차를 없애 잔류 편차(오프셋)를 줄인다.

미분 동작은 편차의 변화 속도에 반응해 급격한 변동을 억제한다.

공조에서는 대개 P 또는 PI 동작을 기본으로 쓴다.

예제 조건

이번에는 PID 조작량을 직접 계산해 본다. 가상의 예이다.

설정온도는 26 ℃, 측정온도는 27.5 ℃다.

비례 이득은 2.0, 적분 시간은 100 s이다.

편차 누적값은 15 ℃·s다. 이 값으로 편차와 조작량을 구한다.

조작량 계산과 직접 풀기

먼저 편차를 구한다. 편차는 설정온도에서 측정온도를 뺀 값이다.

이 편차를 PID 식에 넣어 조작량을 계산한다.

편차와 누적 항을 대입하면 조작량은 -2.7이 된다.

음의 값은 냉방 측 밸브를 더 열어야 함을 뜻한다.

헷갈리는 점

앞 문제의 정답은 -1.5다. 편차는 설정온도에서 측정온도를 뺀 값이다.

시험에서 자주 틀리는 것은 제어량과 조작량을 바꿔 쓰는 것이다.

실내 온습도는 제어량, 밸브 개도는 조작량, 열부하 변동은 외란이다.

비례 동작만으로는 잔류 편차가 남으므로 적분 동작을 함께 쓴다.

정리

공조설비 자동제어는 피드백 제어 루프로 실내 온습도를 목표값에 맞춘다.

제어 동작은 비례, 적분, 미분을 조합해 쓰며 적분으로 잔류 편차를 없앤다.

에너지 절약을 위해 엔탈피 제어와 야간운전 제어를 함께 검토한다.

센서 재교정과 필터 교체 같은 유지관리도 빠지지 않아야 한다.