山東中煙工業(yè)有限責任公司青州卷煙廠 田立鵬 王順昌 郭志偉

本文介紹了一種全新的工業(yè)空調數(shù)據(jù)處理分析網(wǎng)絡架構，針對工業(yè)空調復雜性、不確定性、大滯后性、非線性和多工況等特性，對分散區(qū)域空調設備的控制和通訊方式進行改進。利用NCU中央網(wǎng)絡處理器，通過niagaraworkbench平臺，有效提升各生產(chǎn)區(qū)域空調數(shù)據(jù)的分析處理和空調控制能力。第一級為現(xiàn)場末端控制器或溫濕度測點與直接數(shù)字控制器DDC建立鏈接，采用MODBUS RTU現(xiàn)場通訊技術；第二級為直接數(shù)字控制器DDC與中心網(wǎng)絡控制器NCU實現(xiàn)鏈接，利用MODBUS TCP/IP協(xié)議通訊，建立計算機網(wǎng)絡子系統(tǒng)，采用以太網(wǎng)、客戶機、服務器結構模式，實現(xiàn)中心網(wǎng)絡控制器處理和傳輸數(shù)據(jù)；第三級為一體化集成平臺，中心網(wǎng)絡控制器NCU與上位機或PC用BACnet/IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互，組建三級網(wǎng)絡。區(qū)別于以往的光電轉換集中處理模式，減少中央操作站的運行負擔和數(shù)據(jù)丟失率，有效提升區(qū)域溫濕度控制精準度和監(jiān)測靈敏度。

1 現(xiàn)場溫濕度傳感器，水閥、風閥等執(zhí)行器與DDC直接數(shù)字控制器的鏈接

針對現(xiàn)已布局的光纖和光端機設備，重新設置現(xiàn)場DDC控制器，每個DDC控制器鏈接24個點位，與空調機組或區(qū)域溫濕度進行通訊，實現(xiàn)接收處理各模擬量和boolean型變量（0/1），和控制空調機組的各項設備啟停與執(zhí)行。重新設定各區(qū)域溫濕度區(qū)域和空調機組各項參數(shù)的名稱。如圖1所示。

圖1 空調執(zhí)行器參數(shù)及控制區(qū)域名稱

2 設置現(xiàn)場直接數(shù)字控制器DDC地址

進行niagaraworkbench操作平臺與NCU網(wǎng)絡控制器之間的地址設置連接。設置各區(qū)域DDC的IP地址及通斷狀態(tài)，如圖2所示。

圖2 各區(qū)域直接數(shù)字控制器DDC的IP地址

設置每個區(qū)域測點及空調機組執(zhí)行機構的名稱及對應地址，如圖3所示。

圖3 空調執(zhí)行機構點位名稱及類型

3 通訊網(wǎng)絡設計

實現(xiàn)NCU網(wǎng)絡控制器與現(xiàn)場DDC直接數(shù)字控制器和上位機PC之間的通訊。利用現(xiàn)有網(wǎng)絡控制器WEB-600e自帶的BACnet/IP協(xié)議，通過Niagaraworkbench平臺上的通訊控件，實現(xiàn)與上位機PC之間的數(shù)據(jù)傳輸。與現(xiàn)場DDC控制器則采用交換機利用MODBUS TCP/IP協(xié)議，進行通訊。網(wǎng)絡控制器NCU和工業(yè)交換機之間，進行以太網(wǎng)和RS485通訊協(xié)議之間的轉換，保存接收和要發(fā)送的數(shù)據(jù)、對現(xiàn)場接收的溫濕度及執(zhí)行機構的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行處理。且能編寫邏輯控制程序，與上位機之間進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)速度快，請求響應處理能力高的要求。如圖4所示。

圖4 空調網(wǎng)絡架構圖

4 繪制溫濕度自控流程圖

充分考慮區(qū)域溫濕度與各影響量之間的關系和邏輯，用CAD繪制影響區(qū)域溫度及濕度的水汽調節(jié)閥和風閥的自控流程圖，如圖5、圖6所示。

圖5 水汽閥門控制流程框圖

圖6 各風閥控制和風機頻率控制框圖

5 編寫控制算法程序

通過niagaraworkbench平臺編寫溫濕度控制程序，根據(jù)PID算法計算出空調自控過程中的系統(tǒng)誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制。如圖7、圖8所示。

圖7 空調機組溫度控制程序

圖8 空調機組濕度控制程序

6 PC監(jiān)控畫面設計

搭建系統(tǒng)目錄及設計總站點平臺（IP：192.168.1.226），設置空調機組可視化動態(tài)界面及各類接口按鈕，并與之前設置的執(zhí)行機構地址進行一一對應，完善程序控制功能，實現(xiàn)通過平臺可遠程控制執(zhí)行機構。

平臺通過NCU集成了各空調機組及溫濕度區(qū)域所對應的現(xiàn)場DDC，實現(xiàn)PC端通過軟件收發(fā)數(shù)據(jù)，控制各空調機組。如圖9所示。

圖9 PC端空調操作界面

7 效果驗證

卷包車間北區(qū)某時間段內溫濕度變化（夏季六月份），如圖10圖11所示。

圖10 卷包車間北區(qū)溫度變化曲線

圖11 卷包車間北區(qū)濕度變化曲線

總結：此項改進延用原本的光纖鋪設、光端機設備，利用其傳輸距離遠，信號穩(wěn)定、可靠，遠距離大容量通信系統(tǒng)的優(yōu)點。完美的節(jié)省了布線和走線的工作，利用三級網(wǎng)絡架構設計出更為高效的通訊系統(tǒng)。即使上位機離線，只需要網(wǎng)絡控制器NCU正常運行，就可以保證空調自控系統(tǒng)運行，從而減少上位機負擔，并使整個系統(tǒng)容錯率提升。同時網(wǎng)絡控制器NCU高效的處理能力，有效提升了空調機組的工藝性和穩(wěn)定性，使區(qū)域溫濕度控制更為精準可靠。