[摘 要] 本文結(jié)合商場(chǎng)環(huán)境的實(shí)際情況，提出了采用先進(jìn)的測(cè)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能的設(shè)計(jì)思路、體系架構(gòu)方法，重點(diǎn)介紹了實(shí)現(xiàn)商場(chǎng)中央空調(diào)的節(jié)能方法。

[關(guān)鍵詞] 溫度傳感器 單片機(jī) 節(jié)能 變頻器

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，商業(yè)企業(yè)正在飛速發(fā)展，尤其是大型商場(chǎng)在日益增多。目前我國(guó)的電力資源十分緊缺，能源是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個(gè)戰(zhàn)略問(wèn)題，實(shí)行“節(jié)能優(yōu)先，結(jié)構(gòu)多元，環(huán)境友好”的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，把節(jié)約資源提升到基本國(guó)策的高度，將“控制人口，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境”并稱為新時(shí)期的三大基本國(guó)策。商場(chǎng)消耗的能源主要用于空調(diào)及照明設(shè)備，節(jié)約能源既能夠降低商場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)成本，提高商場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，又符合我國(guó)的國(guó)策。因此，開(kāi)發(fā)一套適用于商場(chǎng)環(huán)境的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在保證商場(chǎng)室內(nèi)舒適環(huán)境的前提下，達(dá)到綠色、節(jié)能的目的，具有非常重要的意義。

一、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)是一個(gè)集散式控制系統(tǒng)。它包含兩個(gè)層次的含義：一是分布式的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（下位機(jī)）；另一個(gè)是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)（上位機(jī)系統(tǒng)）。下位機(jī)通常指硬件層上的，即各種智能數(shù)據(jù)采集、控制設(shè)備。這些智能采集設(shè)備將采集到的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并以串行通信的方式傳送給上位機(jī)。系統(tǒng)組成如圖1所示。

1.上位機(jī)功能

上位機(jī)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其作用是通過(guò)與下位機(jī)的通信，實(shí)時(shí)采集商場(chǎng)內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)，上位機(jī)在接收到這些信息后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)，以適當(dāng)?shù)男问斤@示給用戶，以達(dá)到監(jiān)視的目的；上位機(jī)作為人機(jī)界面，還可以接受操作人員的指令，將設(shè)定的控制參數(shù)發(fā)送到下位機(jī)，以達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

2.下位機(jī)功能

下位機(jī)是以AT89C52單片機(jī)為核心的智能設(shè)備處理機(jī)，它主要完成商場(chǎng)室內(nèi)、外溫度的檢測(cè)，按設(shè)定要求及當(dāng)前室外的環(huán)境溫度，自動(dòng)控制空調(diào)機(jī)組、換風(fēng)設(shè)備的工作狀態(tài)。下位機(jī)的分布以樓層為單元。

溫度傳感器采用美國(guó)達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，微處理器只需一根端口線就能與多個(gè)DS18B20通信，占用微處理器的端口少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。DS18B20的溫度測(cè)量范圍為-55℃～+125℃， 具有12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率：0.0625℃；微處理器通過(guò)簡(jiǎn)單地編程即可實(shí)現(xiàn)（12位的）數(shù)字值讀數(shù)方式，與微處理器的接線如圖2所示。

3.方案簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的節(jié)能主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面

(1)目前，大型商場(chǎng)的換風(fēng)系統(tǒng)，在給人們帶來(lái)舒適購(gòu)物環(huán)境的同時(shí)，也消耗掉了大量的電力能源。風(fēng)機(jī)在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)處于輕載運(yùn)行，風(fēng)量的調(diào)節(jié)通常采用傳統(tǒng)的節(jié)流控制方式（采用調(diào)節(jié)擋板或閥門(mén)來(lái)改變鼓風(fēng)量）。雖然實(shí)際供風(fēng)量改變了但電動(dòng)機(jī)的額定電壓和額定轉(zhuǎn)速不變，使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于高功耗、低效率下運(yùn)行，造成電能的浪費(fèi)，通過(guò)采用變頻調(diào)速技術(shù)改造傳統(tǒng)商場(chǎng)的供風(fēng)系統(tǒng)，以變頻調(diào)速的方式改變風(fēng)量，能夠顯著地降低電能消耗。

(2)商場(chǎng)的中央空調(diào)缺乏自動(dòng)控制系統(tǒng)，一年四季工作在制冷或制熱狀態(tài)，本系統(tǒng)通過(guò)采用自動(dòng)檢測(cè)及控制技術(shù)，充分利用春、秋季室外新風(fēng)調(diào)節(jié)商場(chǎng)的室內(nèi)環(huán)境，減少空調(diào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，可獲得極大的節(jié)能效果。

二、系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)為全數(shù)字化集中管理，分散控制方案。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)商場(chǎng)內(nèi)環(huán)境溫度的自動(dòng)調(diào)控。根據(jù)采集的室內(nèi)及室外實(shí)際溫度值決定是否啟動(dòng)空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行。當(dāng)室外溫度低于一定值時(shí)，不啟動(dòng)空調(diào)制冷，采用換風(fēng)降溫，并且根據(jù)室內(nèi)的實(shí)際溫度與設(shè)定值的差值，通過(guò)PID運(yùn)算自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出，控制風(fēng)量的大小，保障商場(chǎng)室內(nèi)環(huán)境的舒適性。同理，當(dāng)室外溫度高于一定值時(shí)，不啟動(dòng)空調(diào)制熱，由于商場(chǎng)內(nèi)人員密度大，溫度一定會(huì)高于室外。這樣，可以減少空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的目的。系統(tǒng)控制流程圖如圖3所示。

1.上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)的應(yīng)用軟件采用組態(tài)軟件編制，主要由主控界面、系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集（與下位機(jī)的通信）、數(shù)據(jù)處理（計(jì)算、存儲(chǔ)）、系統(tǒng)幫助等五部分組成。系統(tǒng)軟件具有良好的模塊化程序及標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)接口，便于組成各種規(guī)模的系統(tǒng)，有利于產(chǎn)品和技術(shù)的更新?lián)Q代，還具有較強(qiáng)的應(yīng)用程序接口（API），以便針對(duì)特殊應(yīng)用編制應(yīng)用軟件及進(jìn)行系統(tǒng)功能的擴(kuò)充和開(kāi)發(fā)。例如，如果下位機(jī)增添商場(chǎng)內(nèi)的燈光自動(dòng)控制單元，可以方便地實(shí)現(xiàn)商場(chǎng)照明的自動(dòng)控制。

2.下位機(jī)設(shè)計(jì)

下位機(jī)系統(tǒng)主要由：?jiǎn)纹瑱C(jī)、數(shù)字式溫度傳感器、光電隔離器、變頻器等組成。通過(guò)溫度傳感器(室內(nèi)、室外)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，主要完成商場(chǎng)環(huán)境溫度的檢測(cè)，控制空調(diào)、換風(fēng)設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)商場(chǎng)內(nèi)部環(huán)境溫度的自動(dòng)控制。

單片機(jī)因其體積小、價(jià)格低廉、開(kāi)發(fā)應(yīng)用方便，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表等方面得到廣泛的應(yīng)用。下位機(jī)的軟件采用匯編語(yǔ)言編制，包括主程序、初始化程序、數(shù)據(jù)采集、通信程序、控制輸出等。它是一個(gè)獨(dú)立的測(cè)控單元，并能夠通過(guò)串行總線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

三、系統(tǒng)的優(yōu)越性

本設(shè)計(jì)方案充分發(fā)揮了微型計(jì)算機(jī)、單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)，微型計(jì)算機(jī)具有容量大、適合進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和輸出的特征；單片機(jī)系統(tǒng)成本低廉，體積小，恰到好處地彌補(bǔ)了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體積大，操作繁瑣，成本高，不宜推廣等缺陷。二者的有機(jī)結(jié)合，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠，集管理、測(cè)控于一體，提高了系統(tǒng)的性能價(jià)格比。

四、結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)在保持商場(chǎng)舒適環(huán)境的前提下，充分利用外界自然資源縮短空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，節(jié)約能源、延長(zhǎng)空調(diào)壽命，為商場(chǎng)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益，每年能為3萬(wàn)平方米的商場(chǎng)節(jié)約近百萬(wàn)元的資金，是商用空調(diào)系統(tǒng)理想的節(jié)能方案。

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