張曉娟

（安徽工商職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥230041）

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑物的電力、 空調(diào)、安防、照明等系統(tǒng)的集中監(jiān)控和管理。 而中央空調(diào)系統(tǒng)作為智能建筑不可或缺的一部分，在現(xiàn)代樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。 空調(diào)系統(tǒng)作為樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中非常重要的組成部分，為人們提供了舒適的生活和工作環(huán)境，提高了建筑物的舒適度。 但同時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)也是整個(gè)樓宇系統(tǒng)中的耗能大戶(hù)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，空調(diào)系統(tǒng)的耗能幾乎占了整個(gè)建筑物耗能的三分之一以上。 因此，要想實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑物的節(jié)能，務(wù)必先要實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 再者，由于空調(diào)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行和建筑物內(nèi)部環(huán)境的舒適度息息相關(guān)，所以需要對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)總體功能

為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行、降低費(fèi)用、提高效益， 本文采用LonWorks 總線技術(shù)進(jìn)行硬件組網(wǎng)設(shè)計(jì)，用DDC（直接數(shù)字控制器）作為智能節(jié)點(diǎn)來(lái)采集各傳感器的反饋信號(hào)并控制底層機(jī)電設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)DDC 還能夠?qū)⒏髟O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)LonWorks 總線及時(shí)傳送給上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)，上位機(jī)的監(jiān)控軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)底層機(jī)電設(shè)備，如冷卻機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組等的運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示、啟停控制、報(bào)警故障處理、記錄等操作。

2 中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)工作原理

空調(diào)， 顧名思義就是空氣調(diào)節(jié)。 空氣調(diào)節(jié)的目的是通過(guò)加工和處理空氣， 使建筑物內(nèi)的空氣符合人們對(duì)環(huán)境的要求，包括：溫度、濕度等。 因此，一般建筑物的空調(diào)系統(tǒng)所做的空氣調(diào)節(jié)就是溫度調(diào)節(jié)和濕度調(diào)節(jié)。 整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)大致由兩大部分組成：冷源/熱源系統(tǒng)和前端設(shè)備。 其中冷源系統(tǒng)又包括冷水機(jī)組、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)，熱源系統(tǒng)包括鍋爐機(jī)組和熱交換機(jī)等，前端設(shè)備則通常為新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)機(jī)組等形式。

2.1 中央空調(diào)工作原理

中央空調(diào)的原理示意圖如圖1 所示：

空調(diào)系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)工作過(guò)程大致如下： 外部新風(fēng)和內(nèi)部回風(fēng)按一定比例進(jìn)入混風(fēng)風(fēng)門(mén)混合， 混合之后得到的混合空氣再經(jīng)過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入風(fēng)機(jī)盤(pán)管， 與風(fēng)機(jī)盤(pán)管內(nèi)的冷水/熱水進(jìn)行熱交換，風(fēng)機(jī)盤(pán)管通過(guò)控制回水電動(dòng)閥的開(kāi)閉來(lái)控制冷水/熱水的流量，以改變混合空氣的溫度。 經(jīng)過(guò)換熱處理后的混合空氣再經(jīng)過(guò)加濕器加濕后， 由送風(fēng)機(jī)送入空調(diào)出風(fēng)口。 為了保證溫度控制的準(zhǔn)確性， 空調(diào)溫度調(diào)節(jié)都采用閉環(huán)控制。 從圖1 中也可以看出， 在出風(fēng)口和回風(fēng)口附近都安裝有溫度傳感器，這樣就可以將檢測(cè)到的室內(nèi)環(huán)境實(shí)際溫度和設(shè)定值進(jìn)行比較，然后按照比較偏差來(lái)控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管的回水電動(dòng)閥， 實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的調(diào)節(jié)。 濕度調(diào)節(jié)過(guò)程和溫度調(diào)節(jié)過(guò)程類(lèi)似，只是把回風(fēng)濕度傳感器測(cè)量得到的回風(fēng)濕度送入DDC 控制器與給定值進(jìn)行比較，然后由控制器根據(jù)程序設(shè)定按一定規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)加濕電動(dòng)閥，進(jìn)而把室內(nèi)環(huán)境的濕度保持在一定值。

2.2 LonWorks 總線技術(shù)

由于整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)是由幾個(gè)復(fù)雜的子系統(tǒng)和很多設(shè)備組成的，不同廠商的設(shè)備或子系統(tǒng)采用的控制方案也都不同，那么各個(gè)子系統(tǒng)采用的通信協(xié)議也不想相同， 這就導(dǎo)致各個(gè)子系統(tǒng)間信息交換和通訊的困難。 目前，隨著樓宇智能化技術(shù)的飛躍發(fā)展，越來(lái)越多的設(shè)備支持LonWorks 通信協(xié)議。 LonWorks 技術(shù)采用開(kāi)放式ISO/OSI 模型的全部七層通信協(xié)議。 LonWorks 技術(shù)主要由智能節(jié)點(diǎn)、 路由器、LonTalk 協(xié)議，LonWorks 收發(fā)器，LonWorks 網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)器組成。 其中神經(jīng)元芯片是LonWorks 技術(shù)的核心， 它內(nèi)部含有三個(gè)專(zhuān)用的CPU，每個(gè)CPU 有相對(duì)獨(dú)立的功能， 芯片內(nèi)部還有存儲(chǔ)緩沖區(qū)，自帶11 個(gè)輸入輸出接口。 此外，LonWorks 技術(shù)還支持多種通信介質(zhì)，如雙絞線、電力線、光纖、紅外、無(wú)線等等。

3 中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文就是采用LonWorks 總線技術(shù)，將空調(diào)系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)通信接口和LonWorks 通信協(xié)議連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)冷源系統(tǒng)、熱源系統(tǒng)以及空調(diào)機(jī)組的無(wú)縫對(duì)接，并最終通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行整體監(jiān)控，包括系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控、節(jié)能控制以及安全保護(hù)等等。

3.1 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。

3.2 系統(tǒng)工作流程

從圖2 中我們可以看出， 中央空調(diào)系統(tǒng)底層設(shè)備控制采用直接數(shù)字控制器（DDC）來(lái)實(shí)現(xiàn)，DDC 在整個(gè)系統(tǒng)中起到非常重要的作用，是整個(gè)底層設(shè)備控制部分的控制核心。 DDC 內(nèi)部通常包含CPU 模塊、通信模塊和輸入輸出模塊等。 在本系統(tǒng)中， 它能夠?qū)y(cè)量?jī)x表和傳感器得到的測(cè)量信號(hào)（溫度、濕度、流量等）和系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較， 按照比較偏差并根據(jù)設(shè)定好的控制方式去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電動(dòng)閥門(mén)等）完成對(duì)應(yīng)被控參數(shù)的控制，通常所采用的控制方式有開(kāi)環(huán)控制、 閉環(huán)反饋控制等等。 DDC控制器本身還帶有強(qiáng)大的通信功能，能夠接收管理中心機(jī)發(fā)出的各種控制信號(hào)，并按照給定命令完成對(duì)所監(jiān)控設(shè)備的直接控制， 同時(shí)還能夠把設(shè)備的運(yùn)行狀況及各個(gè)參數(shù)及時(shí)反饋給管理中心。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)涉及到的子系統(tǒng)眾多， 而每個(gè)子系統(tǒng)又包含大量設(shè)備。 本文僅以新風(fēng)系統(tǒng)為例簡(jiǎn)要說(shuō)明軟件設(shè)計(jì)流程。新風(fēng)系統(tǒng)的軟件流程框圖如圖3 所示。在實(shí)際控制中， 新風(fēng)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤(pán)管通常采用聯(lián)合控制。新風(fēng)空調(diào)的控制以出風(fēng)口溫度和室內(nèi)溫度為參數(shù)，整體采用PID 控制策略。 夏天調(diào)整風(fēng)機(jī)盤(pán)管冷水閥的開(kāi)度，冬天則通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)盤(pán)管熱水閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)室溫夏季穩(wěn)定在27 度左右，冬季在17 度以上。而春秋過(guò)渡季節(jié)時(shí)期，為了節(jié)能，則可以停止進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。 而濕度調(diào)節(jié)過(guò)程與溫度類(lèi)似，只不過(guò)采用PI 控制策略進(jìn)行調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語(yǔ)

中央空調(diào)系統(tǒng)采用基于LonWorks 總線技術(shù)和DDC后，很大程度上提高了系統(tǒng)的集成度、工作效率，降低了能耗，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的自動(dòng)監(jiān)控，也在很大程度上節(jié)約了人力，優(yōu)化了管理。 由于LonWorks 技術(shù)的通用性和兼容性，也為后期的設(shè)備維護(hù)、系統(tǒng)改造和擴(kuò)容帶來(lái)了很多便利， 同時(shí)也為用戶(hù)和管理者創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

[1]王再英，韓養(yǎng)社，高虎賢.智能建筑：樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2]張曉娟，張佑春，朱煉. 基于LonWorks 技術(shù)的智能樓宇空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 宜春學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，35（12）:61-64

[3]智淑亞. 基于LonWorks 技術(shù)的安全防范系統(tǒng)研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2013，42（4）：59-61

[4]喜琍，夏長(zhǎng)鳳. 基于DDC 的智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2014,13(1)：45-50