譚正

（廣東一也節(jié)能科技有限公司，廣東廣州510000）

智能樓宇中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

譚正

（廣東一也節(jié)能科技有限公司，廣東廣州510000）

智能樓宇是指讓一棟傳統(tǒng)的建筑人性化、科技化的體現(xiàn)，其核心是通過(guò)綜合布線技術(shù)將數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、樓宇對(duì)講系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、會(huì)議系統(tǒng)等進(jìn)行有機(jī)綜合，集系統(tǒng)、結(jié)算、管理、服務(wù)及它們之間的最優(yōu)化組合，使建筑物具備了安全、便利、高效、節(jié)能等特點(diǎn)。針對(duì)智能樓宇中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際需求，采用了西門(mén)子WinCC和S7-300PLC的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)闡述了空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方案。

智能樓宇；中央空調(diào)；監(jiān)控系統(tǒng)；S7-300PLC

隨著人們生活環(huán)境質(zhì)量和工作條件要求的不斷提高，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了智能建筑的重要性和優(yōu)越性，智能建筑正處于快速發(fā)展期。中央空調(diào)系統(tǒng)的出現(xiàn)，豐富了智能樓宇概念，提升了樓宇的智能化水平，在樓宇溫度環(huán)境的調(diào)節(jié)中起到了重要作用，同時(shí)，為樓宇的節(jié)能降耗作出了一定的貢獻(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)樓宇溫度的實(shí)時(shí)性控制，提供一個(gè)適宜的溫度環(huán)境，需要加強(qiáng)對(duì)中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的研究。

1 VinCC組態(tài)軟件介紹

VinCC是西門(mén)子公司的一款HMI（人機(jī)界面）/SCADA（監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集）軟件系統(tǒng)，本論文主要采用VinCCV7.3版本對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理組態(tài)。

SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等功能。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

本系統(tǒng)主要研究的是對(duì)室內(nèi)溫濕度及空氣質(zhì)量的控制調(diào)節(jié)。通過(guò)檢測(cè)回風(fēng)管上溫度來(lái)調(diào)節(jié)回水支管二通閥的開(kāi)啟度來(lái)調(diào)節(jié)溫度；根據(jù)空調(diào)機(jī)組回風(fēng)的相對(duì)濕度來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)含濕量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的調(diào)節(jié)；通過(guò)對(duì)新風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度的調(diào)節(jié)來(lái)控制室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

中央空調(diào)系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)基本組成圖

2.1 溫度控制

設(shè)室內(nèi)溫度為T(mén)1（室內(nèi)溫度可以由回風(fēng)管上的溫度傳感器檢測(cè)），空調(diào)預(yù)設(shè)溫度為T(mén)2，偏差溫度△T=|T1-T2|，PLC通過(guò)比較回風(fēng)溫度與預(yù)設(shè)溫度來(lái)控制調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度，本文利用變頻調(diào)速的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)制冷量的無(wú)極調(diào)節(jié)，從而改善室內(nèi)溫度，提高人們的舒適度。本文采用模糊自整定PID算法，不僅能夠有效地提高控制精度，也有著更大的超調(diào)量和更短的調(diào)節(jié)時(shí)間。

2.2 濕度控制

濕度調(diào)節(jié)與溫度調(diào)節(jié)類似，都是通過(guò)選取合適的輸入?yún)?shù)，運(yùn)用模糊控制對(duì)室內(nèi)濕度進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，并經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算得到控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)加濕閥的開(kāi)度，使室內(nèi)濕度控制在預(yù)設(shè)值。

2.3 空氣質(zhì)量控制

通過(guò)空氣質(zhì)量傳感器對(duì)空調(diào)機(jī)組的回風(fēng)總管中二氧化碳等氣體雜質(zhì)濃度的檢測(cè)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換并由運(yùn)算單元處理，根據(jù)分析得到的控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)新風(fēng)風(fēng)門(mén)的開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)空間區(qū)域的空氣質(zhì)量。

2.4 檢測(cè)功能

檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、故障信號(hào)及開(kāi)關(guān)信號(hào)；回風(fēng)的溫度、濕度、二氧化碳等雜質(zhì)氣體的濃度，過(guò)濾器上的過(guò)濾壓差信號(hào)。

2.5 VinCC監(jiān)控界面顯示

VinCC監(jiān)控圖形畫(huà)面包含對(duì)以下參數(shù)的監(jiān)控：回風(fēng)溫濕度、CO2等雜質(zhì)氣體的濃度以及新風(fēng)各參數(shù)指標(biāo)；系統(tǒng)的連接狀態(tài)、故障狀態(tài)；空氣過(guò)濾器兩側(cè)的壓力形成的壓差信號(hào)；新、回風(fēng)閥的開(kāi)度。

本監(jiān)控畫(huà)面還包含了通信的連接與斷開(kāi)顯示功能、中英文切換功能。

3 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文主要選用S7-300PLC作為系統(tǒng)的上位機(jī)，CPU314作為中央處理單元，對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行有效的運(yùn)算處理，并以數(shù)字量信號(hào)輸出。

由于模擬量輸入較多，本文主要選用SM331作為模擬量的擴(kuò)展模塊；選取G120變頻器來(lái)控制風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其他的硬件還包含風(fēng)管式溫濕度傳感器、水閥執(zhí)行器、風(fēng)閥執(zhí)行器和壓力傳感器等。

4 VinCC與PLC的通訊

傳統(tǒng)的VinCC與PLC的通訊主要是對(duì)VinCC和PLC進(jìn)行單獨(dú)的通訊設(shè)置，然后通訊，工序較為煩瑣。

本系統(tǒng)主要采用的是西門(mén)子S7-300的PLC和西門(mén)子VinCC監(jiān)控軟件，基于TIA的VinCC與PLC之間的通訊較為方便，因?yàn)槲鏖T(mén)子的TIA技術(shù)包含了提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)管理和通訊設(shè)置系統(tǒng)軟硬件全集成定義菜單，只需要對(duì)SIMATIC Manager建立PLC的硬件組態(tài)，將PLC的通訊設(shè)置好即可，然后通過(guò)添加OS選項(xiàng)對(duì)其進(jìn)行編譯，VinCC即可自動(dòng)識(shí)別PLC的硬件組態(tài)及通訊地址等，減少了重復(fù)性的工作，大大地提高了工程效率.

編譯的主要作用如下：①建立S7協(xié)議集；②建立VinCC通訊單元，比如Profibus、工業(yè)以太網(wǎng)等；③建立于S7控制器的邏輯連接；④為消息和歸檔系統(tǒng)建立原始數(shù)據(jù)；⑤為傳送到VinCC和全局?jǐn)?shù)據(jù)塊的塊類型建立結(jié)構(gòu)類型；⑥在變量管理器中建立過(guò)程變量；⑦傳送報(bào)警消息和用戶文本。通過(guò)OS編譯后，通過(guò)實(shí)例來(lái)證明通訊連接成功。

5 VinCC組態(tài)畫(huà)面設(shè)置

基于VinCC強(qiáng)大的功能，結(jié)合系統(tǒng)控制要求，本監(jiān)控畫(huà)面主要設(shè)置了模擬現(xiàn)場(chǎng)流程畫(huà)面、數(shù)據(jù)報(bào)表和能耗報(bào)表、溫濕度變化趨勢(shì)曲線、報(bào)警及事件等畫(huà)面，監(jiān)控結(jié)構(gòu)如圖2所示。

為了避免非工作人員誤操作，可以給用戶設(shè)置登錄密碼，運(yùn)行界面以全屏顯示。

圖2 監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)圖

5.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)表

該報(bào)表不僅反映了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還記錄了長(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程的歷史數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以有效地幫助管理人員分析和掌握生產(chǎn)狀況。

5.2 趨勢(shì)曲線

本界面主要通過(guò)趨勢(shì)曲線的形式顯示室內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)變化情況，可以根據(jù)曲線的變化形式了解室內(nèi)溫度變化速率。本界面還可以通過(guò)菜單欄直接選擇瀏覽歷史趨勢(shì)曲線圖，切換模式簡(jiǎn)單，操作方便。

5.3 了解電能的消耗情況

可以根據(jù)實(shí)際需要查詢相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的電能消耗情況，本系統(tǒng)還提供了打印等功能，便于用戶統(tǒng)計(jì)保存。

5.4 報(bào)警及事件

報(bào)警在任何系統(tǒng)中都起著舉足輕重的作用，其主要是防止因系統(tǒng)發(fā)生過(guò)電流或過(guò)電壓而造成系統(tǒng)損壞。

本系統(tǒng)設(shè)置了越限報(bào)警及手動(dòng)恢復(fù)功能，當(dāng)超出限制范圍時(shí)，報(bào)警命令發(fā)出，待工作人員檢查后可以通過(guò)手動(dòng)恢復(fù)正常。

本系統(tǒng)以空氣質(zhì)量參數(shù)為例，簡(jiǎn)述報(bào)警的工作原理如下：正常情況下，單位體積的空氣中氧氣含量為21%，氮?dú)夂繛?8%，二氧化碳等氣體雜質(zhì)含量為1%。根據(jù)實(shí)際情況要求，設(shè)置雜質(zhì)氣體發(fā)出報(bào)警的臨界值為4%（當(dāng)二氧化碳含量高于4%時(shí)會(huì)使人無(wú)意識(shí)地呼吸加快，短時(shí)間對(duì)人體影響不大），當(dāng)雜質(zhì)氣體含量高于4%時(shí)，會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，產(chǎn)生報(bào)警，可以采取人為“確認(rèn)消失”，解除報(bào)警。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，智能大廈作為智能建筑的一種形式，特別是應(yīng)用于商業(yè)的智能大廈提供的高效、舒適的工作環(huán)境已受到人們的廣泛關(guān)注。VinCC強(qiáng)大的功能提高了控制精度，并降低了溫度的波動(dòng)性，具有可視性強(qiáng)、操作方便的特點(diǎn)，同時(shí)，大大縮減了施工人員的系統(tǒng)集成工程量，降低了人力資源成本。因此，本監(jiān)控系統(tǒng)具有一定的實(shí)用性和推廣價(jià)值。筆者相信，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，以及這些新技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域的廣泛滲透和應(yīng)用，我國(guó)中央空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)必然要進(jìn)行升級(jí)換代，向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，為新時(shí)代的人類作出更大的貢獻(xiàn)。

［1］李晨.基于PLG的辦公樓宇中央空調(diào)控制系統(tǒng)研究［D］.長(zhǎng)春：吉林建筑大學(xué)，2015.

［2］何志華.中央空調(diào)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2014.

〔編輯：張思楠〕

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：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.143

2095-6835（2017）15-0143-03