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摘要：以我校將要建設(shè)的小型智能化中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)室工程為例,探討此類建筑的節(jié)能措施與其原理,比較了幾種常用的熱回收設(shè)備的性能,指出了目前空調(diào)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的嚴(yán)重脫節(jié),說(shuō)明中央空調(diào)節(jié)能的措施及重大意義。

關(guān)鍵詞：智能化中央空調(diào)節(jié)能措施原理

1.智能化中央空調(diào)節(jié)能意義重大

空氣調(diào)節(jié)是智能建筑創(chuàng)造舒適高效的工作和生活環(huán)境所不可或缺的重要環(huán)節(jié)。在智能建筑中，HVAC各系統(tǒng)的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量常常占全樓監(jiān)控點(diǎn)總數(shù)的50%以上；HVAC各系統(tǒng)的耗電量常常占全樓總耗電量的50%以上。由此可見(jiàn)，HVAC各系統(tǒng)在智能建筑的一次投資和運(yùn)行費(fèi)用中占有極其重要的位置。在不少建筑物中，或在建筑物的建設(shè)階段，BMS（樓宇管理系統(tǒng)）本身常常是整個(gè)智能化樓宇管理系統(tǒng)（IBMS）的主導(dǎo)成分，而HVAC各系統(tǒng)的控制部分又是BAS或BMS系統(tǒng)的主導(dǎo)成分；對(duì)于這類建筑，HVAC控制系統(tǒng)的位置就更是舉足輕重。在智能建筑中實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)能，特別是耗電耗能大戶──空調(diào)實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)能，本應(yīng)是業(yè)主投資計(jì)算機(jī)控制（亦即使建筑具有“智能化”）所能期待的主要回報(bào)內(nèi)容之一；然而目前國(guó)內(nèi)在智能建筑的建設(shè)中，真正能做到這一點(diǎn)的是鳳毛麟角。也就是說(shuō)，只有極少數(shù)智能建筑（屈指可數(shù)?。?shí)現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，大多數(shù)智能建筑并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)能這一理應(yīng)實(shí)現(xiàn)的回報(bào)?，F(xiàn)在我們就從本文以小見(jiàn)大來(lái)探討一下智能化中空調(diào)之節(jié)能。

1.1空調(diào)及其控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況遠(yuǎn)不理想

據(jù)調(diào)查所得：用戶對(duì)樓宇自控系統(tǒng)運(yùn)行情況的評(píng)價(jià)是：滿意的僅占30%，一般的占40%，差的竟占到30%。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：除少數(shù)建筑物技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行良好外，普遍存在著各種各樣的問(wèn)題：有的技術(shù)不先進(jìn)，有的在運(yùn)行中存在嚴(yán)重缺陷，有的根本不能開(kāi)通。經(jīng)投入巨資設(shè)計(jì)安裝的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如果根本不能開(kāi)通，或者在運(yùn)行一段時(shí)間后由于這樣那樣的故障而被拆除，這不能不說(shuō)是一種嚴(yán)重的教訓(xùn)，有關(guān)各方都應(yīng)正視問(wèn)題、認(rèn)真分析原因并采取切實(shí)有效的措施，避免重復(fù)發(fā)生。應(yīng)該指出，空調(diào)及其控制系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題并非我們國(guó)家所獨(dú)有。一位英國(guó)專家，BuildingEnergyManagementSystems（建筑能量管理系統(tǒng)）一書的作者，G.J.Levermore在他著作的前言中寫到：“我確實(shí)經(jīng)常詢問(wèn)設(shè)計(jì)人員、用戶和學(xué)生們，他們是否知道任何建筑物在調(diào)試后運(yùn)行良好，然而回答是極為稀少。我希望我的書會(huì)幫助減輕此類問(wèn)題?！痹谖覈?guó)的智能建筑中，由于發(fā)展極為迅速，而市場(chǎng)管理和技術(shù)管理等方面又存在著一定程度的混亂，因此所暴露出來(lái)的問(wèn)題就更廣、更深、更嚴(yán)重一些。

1.2空調(diào)自控設(shè)計(jì)與空調(diào)設(shè)計(jì)嚴(yán)重脫節(jié)

在智能中央空調(diào)中，其自控系統(tǒng)的工程實(shí)施，目前大體上經(jīng)過(guò)下列工程步驟：由土建設(shè)計(jì)院的暖通空調(diào)專業(yè)人員進(jìn)行空調(diào)設(shè)計(jì)，并提出空調(diào)自控要求，有設(shè)計(jì)院自控專業(yè)人員進(jìn)行空調(diào)自控設(shè)計(jì)，由自控設(shè)備廠商進(jìn)行控制部分的方案設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)，并由自控設(shè)備廠商進(jìn)行控制部分的安裝調(diào)試，然后移交給物業(yè)管理部門進(jìn)行運(yùn)行管理。在上述的工程環(huán)節(jié)中，需涉及的單位包括括設(shè)計(jì)院，土建施工單位，設(shè)備安裝單位，自控廠商等，當(dāng)然還有起決定和控制作用的業(yè)主。這其中本應(yīng)形成密切配合，一環(huán)扣一環(huán)的，平滑運(yùn)轉(zhuǎn)的鏈條，然而，實(shí)踐證明：其中各個(gè)重要環(huán)節(jié)常常嚴(yán)重脫節(jié)，遺留后患，并給樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行和節(jié)能效果帶來(lái)嚴(yán)重問(wèn)題。脫節(jié)現(xiàn)象常常表現(xiàn)為：（1）設(shè)計(jì)院暖通空調(diào)專業(yè)人員對(duì)自控專業(yè)提的要求往往深度不夠；（2）設(shè)備安裝單位的設(shè)備安裝工作未按規(guī)程進(jìn)行，在安裝完畢之后對(duì)各個(gè)風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)并未進(jìn)行認(rèn)真的測(cè)試和平衡；（3）自控設(shè)備供應(yīng)廠商，在競(jìng)標(biāo)時(shí)，往往“什么工作都能做”；但在工程實(shí)施時(shí)，或者缺乏必要的專業(yè)人才，或者工程人員比例嚴(yán)重不足，因而無(wú)力針對(duì)具體工程進(jìn)行具體分析，常常憑借一些“copy”來(lái)的東西甚至未經(jīng)消化來(lái)應(yīng)付工程。自控設(shè)備廠商的調(diào)試工作也普遍不到位：比如針對(duì)建筑物特性和具體管網(wǎng)特征的一些參數(shù)選擇粗糙，夏季、冬季和過(guò)度季節(jié)等不同空調(diào)工況普遍未進(jìn)行足夠調(diào)試等等。

1.3設(shè)計(jì)體制有待調(diào)整

暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別是暖通空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是建立在系統(tǒng)日常運(yùn)行的基礎(chǔ)上的，也就是說(shuō)，本質(zhì)上是一種非穩(wěn)態(tài)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)要求動(dòng)態(tài)分析資料，而暖通空調(diào)設(shè)計(jì)提供的是有限的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)──這大約是當(dāng)前智能建筑建設(shè)中，暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與暖通空調(diào)系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)重脫節(jié)的重要原因。

2．中央空調(diào)系統(tǒng)大致構(gòu)成

中央空調(diào)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

2.1冷凍主機(jī)與冷卻水塔

a、冷凍主機(jī)

冷凍主機(jī)也叫致冷裝置，是中央空調(diào)的“致冷源”，通往各個(gè)區(qū)間的循環(huán)水由冷凍主機(jī)進(jìn)行“內(nèi)部熱交換”，降溫為“冷凍水”。

近年來(lái)，冷凍主機(jī)也有采用變頻調(diào)速的，是由生產(chǎn)廠原配的，不必再改造。未采用變頻調(diào)速的冷凍主機(jī)，改造為變頻變速的例子還不多。

b、冷卻水塔

冷凍主機(jī)在致冷過(guò)程中，必然會(huì)釋放熱量，使機(jī)組發(fā)熱。冷卻水塔用于為冷凍主機(jī)提供“冷卻水”。冷卻水在盤旋流過(guò)冷凍主機(jī)后，將帶走冷凍主機(jī)所產(chǎn)生的熱量，使冷凍主機(jī)降溫。

2.2“外部熱交換”系統(tǒng)的組成

a.冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機(jī)流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過(guò)各房間的盤管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。同時(shí)，房間內(nèi)的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升高。溫度升高了的循環(huán)水經(jīng)冷凍主機(jī)后又成為冷凍水，如此循環(huán)不已。

從冷凍主機(jī)流出，進(jìn)入房間的冷凍水簡(jiǎn)稱為“出水”，流經(jīng)所有房間后回到冷凍主機(jī)的冷凍水簡(jiǎn)稱為“回水”。無(wú)疑回水的溫度將高于出水的溫度形成溫差。

b.冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍主機(jī)在進(jìn)行熱交換、使水溫冷卻的同時(shí)，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍主機(jī)釋放的熱量。

流進(jìn)冷凍主機(jī)的冷卻水簡(jiǎn)稱為“進(jìn)水”，從冷凍主機(jī)流回冷卻塔的冷卻水簡(jiǎn)稱為“回水”。同樣，回水的溫度將高于進(jìn)水的溫度形成溫差。

c.冷卻風(fēng)機(jī)有兩種情況：

盤管風(fēng)機(jī)安裝于所有需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷凍水管冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換。

冷卻塔風(fēng)機(jī)用于降低卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。

可以看出，中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過(guò)程是一個(gè)不斷地進(jìn)行熱交換的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。在這里，冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因此，對(duì)冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制便是中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部分。

我們本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中小型智能化中央空調(diào)也大體與此相一致，其中有兩套中央空調(diào)系統(tǒng)，由三臺(tái)冷卻水泵、三臺(tái)冷凍水泵、兩臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)冷水機(jī)組等主要設(shè)備組成兩套制冷系統(tǒng)，其中冷水機(jī)組是由設(shè)備生產(chǎn)廠成套供應(yīng)的。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室要求，我們選擇了2*5匹全封閉式壓縮機(jī)冷水機(jī)組。它一般是根據(jù)空氣調(diào)節(jié)原理及規(guī)律等由微處理器自動(dòng)控制。冷水機(jī)組由壓縮機(jī)、冷凝器與蒸發(fā)器組成。壓縮機(jī)把制冷劑壓縮，壓縮后的制冷劑進(jìn)入冷凝器，被冷卻水冷卻后，變成液體，析出的熱量由冷卻水帶走，并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑由冷凝器進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收熱量，使冷凍水降溫，然后冷凍水進(jìn)入冷風(fēng)機(jī)盤管吸收空氣中的熱量。

3.變頻調(diào)速的功能

3.1變頻節(jié)能功能

風(fēng)機(jī)和水泵都是傳送流體的裝置，這類負(fù)載消耗的能量與流量的立方成正比，推算可得到能量消耗與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，具體的關(guān)系表達(dá)式：

即Q=K1n；H=K2n2；P=Q×H=K1K2n2=K3n3

式中，K為常數(shù)，n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

又：三相交流異步感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=120×f×(1-s)/p，式中f為供電頻率，s為轉(zhuǎn)差率，p為電機(jī)極數(shù)。

電機(jī)一旦選定后，S、P基本確定，則n可近似為n=k0f，即與供電頻率成線性正比關(guān)系。

當(dāng)頻率為50Hz時(shí)，n=k0×50轉(zhuǎn)/分，功率P1=K（k0×50）；當(dāng)頻率為45Hz時(shí)，n=k0×45轉(zhuǎn)/分，功率P2=K（k0×45）。

P2/P1=K（k0×45）/K（k0×50）×100%=72.9%，由此可見(jiàn)，當(dāng)電源頻率從50Hz降為45Hz時(shí)，就可節(jié)約電能達(dá)27.1%。

當(dāng)用閥門的開(kāi)度來(lái)控制水量的大小時(shí)，管阻檔板阻曲線與功率P變化（如圖1）。由曲線1到曲線2，水量減少了，而功率卻沒(méi)有減少多少。而通過(guò)改變轉(zhuǎn)速n來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量情況就不同了。

調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)H-Q曲線由曲線1到曲線2，閥門的開(kāi)度100%時(shí)，管阻曲線不變，功率節(jié)省了很多。其中n1為調(diào)節(jié)前的轉(zhuǎn)速，其中n2為調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)速。

3.2軟啟動(dòng)功能

由于電機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，空載啟動(dòng)電流等于（3—7）倍于額定電流，因此通常在帶載電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)電機(jī)和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，導(dǎo)致對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高，而且啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)對(duì)設(shè)備極為不利；而啟、停時(shí)，水錘效應(yīng)(液擊)極易造成管道破裂，采用變頻器的軟啟動(dòng)功能將會(huì)使啟動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定電流實(shí)現(xiàn)電機(jī)真正意義上的軟啟動(dòng)。不但減少了對(duì)電網(wǎng)和管網(wǎng)的沖擊，且能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備維修費(fèi)用。

3.3冷卻水系統(tǒng)的變頻調(diào)速

上述推算，可得到一個(gè)定性的概念。也就是說(shuō)，對(duì)于一個(gè)傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，由于空調(diào)設(shè)備均按設(shè)計(jì)工程選配，絕大多數(shù)時(shí)間設(shè)備均在低負(fù)荷情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣無(wú)用功消耗掉很大一部分能量。如果改由變頻器進(jìn)行變速驅(qū)動(dòng)，可能此時(shí)電機(jī)只需以45Hz的速度運(yùn)轉(zhuǎn)就能滿足對(duì)整個(gè)系統(tǒng)溫度控制要求。根據(jù)上面的理論推算可知，實(shí)際節(jié)能就可高達(dá)27.1%。因此在設(shè)有風(fēng)機(jī)水泵的機(jī)械中，采用變頻調(diào)速的方式來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量，在節(jié)能節(jié)電上是個(gè)有效的方法。

4.節(jié)能的其它方法與措施

4.1加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員管理，加快推行設(shè)備工程師注冊(cè)制度

暖通空調(diào)工程項(xiàng)目，應(yīng)有較詳細(xì)的冷熱負(fù)荷計(jì)算書和采取了上述節(jié)能措施，目前很多設(shè)計(jì)人員都是采取了上述節(jié)能措施，且基本上都是用概算指標(biāo)一再加大，使冷、熱源主機(jī)長(zhǎng)期在低負(fù)荷、低效率下。

4.2暖通空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的確定

經(jīng)重慶、上海、廣州等地區(qū)的實(shí)踐證明，夏季室內(nèi)溫度降低1℃或冬季升高1℃，除暖通空調(diào)工程的投資增加6％，能大8％外，加大室內(nèi)外溫差也不符合衛(wèi)生學(xué)要求。舒適性空調(diào)夏季比較理想的室內(nèi)溫度是比室外環(huán)境溫度低5-8℃為好。

4.3空調(diào)冷熱源

中央空調(diào)能耗一般包括三部分，即（1）空調(diào)冷熱源；（2）空調(diào)機(jī)組末端設(shè);（3）水或空氣輸送系統(tǒng)。這三部分能耗中，冷熱源能耗約占總能耗的一半左右，是空調(diào)節(jié)能的重要內(nèi)容。如果均把各自消耗的能量折算成一次能源，則各類機(jī)組均可用單位時(shí)間內(nèi)一次能源消耗能量所制取的冷量或熱量進(jìn)行比較，本文使用一個(gè)一次能源效率OEER(W/W)來(lái)表示。

單位從能耗角度考慮夏季制冷：離心式、螺桿式冷水機(jī)組OEER值最高，蒸氣兩效LiBr吸收式冷水機(jī)組OEER最小；冬季供熱：螺桿式、活塞式熱泵冷熱水機(jī)組OEER最高，電熱水機(jī)組最低，即能耗最高。

4.4空調(diào)機(jī)組和末端設(shè)備

97年統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)風(fēng)機(jī)盤管的廠家有200多個(gè)，年產(chǎn)量為60-80萬(wàn)臺(tái)；空調(diào)機(jī)組也有100余有，產(chǎn)量在5萬(wàn)臺(tái)左右。

4.4.1空調(diào)機(jī)組

應(yīng)該選用機(jī)組的風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓匹配合理，漏風(fēng)量少，空氣輸送系統(tǒng)數(shù)教大的機(jī)組。

4.4.2風(fēng)機(jī)盤管

風(fēng)機(jī)盤管從總體水平看與國(guó)外同類產(chǎn)品相比差不多，但與國(guó)外先進(jìn)水平比較，主要差距是耗電量、盤管重量和噪聲方面。

4.4.3空調(diào)水系統(tǒng)

一般空調(diào)水系統(tǒng)的輸配用電，在冬季供暖期間約占整個(gè)建筑動(dòng)力用電的20-25％；夏季供冷期間約占12-24％，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，積極推廣變頻調(diào)速水泵，冬、夏兩用雙速水泵等節(jié)能措施。因此水系統(tǒng)節(jié)能具有重要意義。

（1）選擇水泵是按設(shè)計(jì)值查找水泵樣本的銘牌參數(shù)確定，而不是按水泵的特性曲線選定水泵型號(hào)；

（2）未對(duì)每個(gè)水環(huán)路進(jìn)行水力平衡計(jì)算，對(duì)壓差相差懸殊的回路也末采取有效措施，因此水力、熱力失調(diào)現(xiàn)象嚴(yán)重；

（3）大流量、小溫差現(xiàn)象普遍存在，設(shè)計(jì)中供、回水溫差一般取5℃，但經(jīng)實(shí)測(cè)，夏季冷凍水回水溫差較好的為3℃，較差的只有1-1.5℃，造成實(shí)際水流比設(shè)計(jì)水量大1.5倍以上，使水泵電耗大大增加。

4.4.4冷卻塔

制冷系統(tǒng)冷卻水進(jìn)水溫度的高低對(duì)主機(jī)耗電量有著重要影響，一般推算，在水量一定情況下，進(jìn)水溫度升高1℃，電壓縮主機(jī)電耗約增加2％，溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組能耗高6％。

目前國(guó)產(chǎn)玻璃鋼冷卻塔主要存在如下問(wèn)題：

（1）冷卻效率低，達(dá)不到產(chǎn)品樣本規(guī)定的冷幅。

（2）漂水嚴(yán)重，它不僅污染環(huán)境，而且浪費(fèi)水源。

（3）噪聲大，噪聲影響周圍居民生活的環(huán)境。

因此，從節(jié)能角度看，我們應(yīng)盡量避免選用國(guó)產(chǎn)玻璃鋼冷卻塔為宜。

4．5加強(qiáng)中央空調(diào)的管理

4.5.1加強(qiáng)對(duì)空調(diào)操作人員的培訓(xùn)，提高管理人員素質(zhì)，實(shí)行空調(diào)操作人員操作證制度。

4.5.2中央空調(diào)系統(tǒng)實(shí)行獨(dú)立耗電（能）核算制。克服用電吃"大鍋飯"，做到浪費(fèi)電（能）罰，節(jié)約電（能）獎(jiǎng)的制度。

除上述幾點(diǎn)外，還應(yīng)根據(jù)具體工程情況。積極推廣水環(huán)路熱泵，采用熱回收、變風(fēng)量、變水量系統(tǒng)等節(jié)能技術(shù)

5．結(jié)束語(yǔ)

關(guān)于智能化中央空調(diào)節(jié)能問(wèn)題,在以前的某些工程中,設(shè)計(jì)方往往對(duì)設(shè)計(jì)工況下的節(jié)能比較重視,而對(duì)其它工況則完全依靠自控系統(tǒng)或設(shè)幾個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥了事,實(shí)際上,大量的節(jié)能空間在非設(shè)計(jì)工況。要實(shí)現(xiàn)節(jié)能,首先設(shè)計(jì)方在使系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)工況的基礎(chǔ)上,應(yīng)盡量多作調(diào)查研究,使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)盡量貼近全年運(yùn)行實(shí)際情況;同時(shí),管理方在日常工作中應(yīng)充分了解系統(tǒng)中各設(shè)備及部件的功能及作用,并積極靈活地應(yīng)用。若雙方共同努力,節(jié)能降耗問(wèn)題是不難解決的。

參考文獻(xiàn)

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2．《制冷空調(diào)自動(dòng)控制》張子慧等編著/科學(xué)出版社

3.《流體輸配管網(wǎng)》付祥釗王岳人王元梁棟編著/中國(guó)建筑工業(yè)出版社

4.《空調(diào)與制冷技術(shù)手冊(cè)》陳沛霖、岳孝萬(wàn)主編/同濟(jì)大學(xué)出版社

5.《中央空調(diào)設(shè)備選型手冊(cè)》周邦寧主編/中國(guó)建筑工業(yè)出版社

6.三菱公司，三菱微型可編程控制器編程手冊(cè)，2000