초록 ▼

건물 내에서의 쾌적한 생활공간을 유지하기 위해 필수적으로 필요한 냉난방 조건을 공급하기 위해서는 HVAC 시스템의 최적운전과 제어 및 고장진단에 대한 예측기술 등이 필수적으로 요구된다. 2차년도 연구에서는 지능형 건물을 위한 최적제어, 통합관리 및 고장진단기술 개발을 위하여 실내기후실험동의 실증실험 장치를 이용한 고장검출 및 진단에 대한 실험적 연구, 고장진단 알고리즘 해석을 위한 시뮬레이터(simulator)의 개발 및 이를 이용한 실험적 연구, 시스템의 최적제어를 위한 알고리즘 및 실험적 연구를 수행하였다.
고장검출 및 진

건물 내에서의 쾌적한 생활공간을 유지하기 위해 필수적으로 필요한 냉난방 조건을 공급하기 위해서는 HVAC 시스템의 최적운전과 제어 및 고장진단에 대한 예측기술 등이 필수적으로 요구된다. 2차년도 연구에서는 지능형 건물을 위한 최적제어, 통합관리 및 고장진단기술 개발을 위하여 실내기후실험동의 실증실험 장치를 이용한 고장검출 및 진단에 대한 실험적 연구, 고장진단 알고리즘 해석을 위한 시뮬레이터(simulator)의 개발 및 이를 이용한 실험적 연구, 시스템의 최적제어를 위한 알고리즘 및 실험적 연구를 수행하였다.
고장검출 및 진단에 대한 실험적 연구 분야에서는 규칙기반의 고장진단 알고리즘을 보완하고 이를 증명하기 위한 실험적인 결과와 분석을 수행하였다.
고장진단 알고리즘 해석을 위한 시뮬레이터의 개발 및 실험적 연구 분야에서는 실내기후 실험 동에 설치된 HVAC 시스템과 동등한 작동원리와 제어기능을 보유하지만 단위 연구실 규모의 실험실 내에서 완벽하게 독립된 형태로 실험을 수행할 수 있는 시뮬레이터를 디자인, 설계 및 제작하여 개발하고 이를 이용한 시스템 제어성능을 수행한 후 고장진단 분야의 실험과 분석을 수행하였다.
시스템의 최적제어를 위한 알고리즘 및 실험적 연구 분야에서는 냉매 이송 및 분배 등과 관련된 어려운 제어기술 과제와 열환경 설비 구축 및 운전에 소요되는 막대한 비용 손실을 동시에 해결하기 위하여 실제 시스템을 실시간으로 모사할 수 있는 가상 시뮬레이터를 개발하고 이를 대상으로 제어 알고리즘 성능 평가 및 제어기를 개발하였다.

Abstract ▼

In the experiments and analysis of rule-based FDD using environmental chamber, rule-based FDD algorithm which can isolate the real faulty component from the HVAC system was developed. To develop a rule-based FDD algorithm, original APAR algorithm developed in National Institute of Science and Techno

In the experiments and analysis of rule-based FDD using environmental chamber, rule-based FDD algorithm which can isolate the real faulty component from the HVAC system was developed. To develop a rule-based FDD algorithm, original APAR algorithm developed in National Institute of Science and Technology was analyzed and modified. To verify the rule-based FDD algorithm in the several environmental situations, the FDD experiments using faulty components were carried out in an environmental chamber. The analyses of APAR-FDD algorithm and CITE_AHU program were performed to verify the performance of rule-based FDD algorithm. Also, the developments of HVAC simulator for a rule-based FDD were carried out successfully in the indoor condition. The HVAC simulator which can simulate the real HVAC conditions was fabricated and prepared to execute FDD experiments in indoor conditions by adapting see-through designed heating components, cooling components, fans, dampers and Honeywell controllers.
The classified rule-based FDD algorithm detected a faulty component in the HVAC components. Two kinds of classified rule-based FDD algorithm were developed. One is a classified rule-based FDD algorithm, another is a directional classified rule-based FDD algorithm. The process to confirm a single fault detection in several modes was also developed. Also, a MS-excel FDD program was manufactured and it carried out the detection of faulty component using classified rule-based FDD algorithm.
Also, this study has been conducted to tune a PID controller for large thermal systems such as a thermal environment chamber. In spite of large thermal mass of the thermal chamber under test, its response delay time was found to be negligible mainly due to high air recirculation rate. In general, heating and cooling capacities tend to be small compared the size of a thermal environment chamber, which leads to long transient periods of one hour or so. In the study, a PI tuning method is suggested which makes system responses faster while reducing overshoots and hunting by utilizing efficiently proportional band of actuators.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...24
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...29
• 제 3 장 규칙기반 방식 고장검출 및 진단 연구...34
• 제 1 절 공조기 성능평가규칙 고장검출 및 진단연구...34
• 1. 연구목적...34
• 2. 공조기 전문가 규칙...34
• 가. 운전모드...35
• 나. 전문가 규칙...37
• 다. 난방 모드...38
• 라. 외기냉각 모드...39
• 마. 외기댐퍼 완전개도 상태의 기계적 냉방 모드...40
• 바. 외기댐퍼 최소개도 상태의 기계적 냉방 모드...41
• 사. 미지의 거주 모드...42
• 아. 모든 거주 모드...43
• 자. 모드 변경...43
• 차. 운전과 설계자료...48
• 카. 고장검출과 진단의 허용도...49
• 3. 관리도 이용 가변풍량기 고장검출 기술...50
• 가. 가변풍량기 성능평가 제어차트(VPACC)...50
• 나. 시스템 개요...52
• 다. 가변풍량기를 위한 Cusum 관리도...53
• 제 2 절 분류형 규칙기반 방식 고장검출 및 진단 알고리즘...55
• 1. 연구목적...55
• 2. 연구방법...55
• 3. 분류형 규칙기반 고장검출 및 진단 알고리즘...60
• 가. 데이터 수집 방법...60
• 나. 모드 선정 방법...66
• 다. 모드 1의 고장검출 및 진단방법...66
• 라. 모드 2의 고장검출 및 진단방법...68
• 마. 모드 3의 고장검출 및 진단방법...69
• 바. 모드 4의 고장검 출 및 진단방법...71
• 4. 방향성 검출방식 분류형 규칙기반 고장검출 및 진단 알고리즘...72
• 가. 데이터 수집방법...73
• 나. 모드 선정방법...73
• 다. 모드 1의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법...74
• 라. 모드 2의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법...76
• 마. 모드 3의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법...83
• 바. 모드 4의 방향성 검출방식 고장검출 및 진단방법...83
• 제 3 절 인공기후 실험동을 이용한 분류형 규칙기반 고장검출 및 진단의 실험적 연구...86
• 1. 인공기후 실험동의 실험적 연구...86
• 2. 인공기후 실험동의 실험결과...87
• 가. 모드 1 조건의 고장진단 실험결과...87
• 나. 모드 3 조건의 고장진단 실험결과...93
• 다. 모드 4 조건의 고장진단 실험결과...100
• 3. 인공기후 실험동의 실험 분석...105
• 제 4 장 고장진단 시뮬레이터 제작 및 실험적 연구...107
• 제 1 절 개요...107
• 1. 제작 시방...107
• 2. 시뮬레이터 본체...108
• 3. 공조시스템...108
• 4. 자동제어 시스템...109
• 가. 시스템의 운전조건과 요구사항...109
• 나. 계통상의 고려사항...110
• 다. 제작상의 고려사항...110
• 라. 하드웨어의 구성...110
• 제 2 절 시뮬레이터 제작...112
• 1. 시뮬레이터 본체...112
• 2. 공조시스템...112
• 가. 개요...112
• 나. 공조시스템 제작...115
• 3. 자동제어 시스템...123
• 가. 개요...123
• 나. 모니터링 시스템의 구성...123
• 제 3 절 고장진단 시뮬레이터를 이용한 분류형 규칙기반 고장검출 및 진단의 실험적 연구...136
• 1. 고장진단 실험용 시뮬레이터의 실험방법...137
• 2. 고장진단 실험용 시뮬레이터의 실험결과...139
• 가. 모드 2 조건의 고장진단 실험결과...139
• 나. 모드 4 조건의 고장진단 실험결과...155
• 3. 고장진단 실험용 시뮬레이터의 실험분석...158
• 제 5 장 건물 공조시스템의 최적제어...168
• 제 1 절 개요...168
• 제 2 절 열펌프 시스템의 모델링 및 제?. 실내기 제어 알고리즘...170
• 나. 실외기 제어 알고리즘...172
• 다. 가스엔진 제어 알고리즘...174
• 라. 제어시스템 개발을 위한 접근방안...175
• 2. 열유체 시스템 모델링...176
• 가. GHP 냉방모드 동특성 모델링...176
• 나. GHP 제어 알고리즘...181
• 다. 실시간 시뮬레이션 결과...181
• 3. 고저차, 장배관 압력손실 모델링...186
• 가. 이론적 배경...186
• 나. 배관손실 모델링...189
• 다. R-22 냉매선도 curve fitting...189
• 제 3 절 열환경 챔버 온도제어...190
• 1. 개요...190
• 가. 연구배경 및 목적...190
• 나. 열환경챔버 및 제어시스템 구성...190
• 2. 동특성 시험...193
• 가. 제어시스템의 구성...193
• 나. 제어알고리즘 개선을 위한 접근방법...194
• 다. 플랜트 동특성 파악시험...195
• 라. 동특성 파악시험의 결과 분석...196
• 3. 제어기 설계...202
• 가. PID 제어...202
• 나. PLC 내 PID 함수블록의 구조...204
• 다. 제어성능 시뮬레이션...206
• 라. 시뮬레이션을 통한 성능 비교...208
• 4. 제어성능 검증시험...212
• 가. 실험적 검증을 통한 제어기 설계...212
• 나. 냉온수코일 동시제어의 문제점...216
• 제 6 장 결론...219
• 참고문헌...221