中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)計(jì)與實(shí)施

徐世洋+董傲霜+姜國(guó)偉

摘 要：文章針對(duì)中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)控方案設(shè)計(jì)，采用了MICROMASTER 420 變頻器和C9090A多功能控制器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)和控制， 并應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)參數(shù)實(shí)時(shí)采集、顯示和遠(yuǎn)程控制。

關(guān)鍵詞：空調(diào)；變頻器；控制器；MCGS

引言

當(dāng)今世界能源日益緊張，建筑能耗占總能耗的比例約為30%，而空調(diào)能耗占建筑能耗的比例約為50%。由此可見(jiàn)，空調(diào)系統(tǒng)在滿足工藝性和舒適性的前提下，如何提高運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)能效比的最大化已成為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題。文章以我校中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用現(xiàn)有的自控技術(shù)及產(chǎn)品，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)操作簡(jiǎn)單、可視化強(qiáng)的監(jiān)控系統(tǒng)，為專業(yè)發(fā)展提供更完善的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。

1 中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

1.1 中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成

中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由冷、熱源系統(tǒng)；空調(diào)水系統(tǒng)；空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)；空氣輸配系統(tǒng)和空調(diào)房間組成。冷源系統(tǒng)由壓縮機(jī)、膨脹閥、蒸發(fā)器、冷凝器組成，為風(fēng)冷式系統(tǒng)；熱源由熱水器提供。水系統(tǒng)包括冷熱媒供回水系統(tǒng)，補(bǔ)水系統(tǒng)和膨脹水箱。空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)為臥式空氣處理機(jī)組，包括混合段、過(guò)濾段、表冷段、加濕段、風(fēng)機(jī)段等，箱體上蓋可拆卸，便于觀察箱體內(nèi)部構(gòu)造。空氣輸配系統(tǒng)包括送風(fēng)管、消聲器、回風(fēng)管、新風(fēng)管和排風(fēng)管以及相應(yīng)的風(fēng)口。各個(gè)子系統(tǒng)的相應(yīng)部位做了保溫處理。整個(gè)系統(tǒng)規(guī)模雖小，但五臟俱全，并且各個(gè)子系統(tǒng)均采用敞開(kāi)式布置，將理論知識(shí)與實(shí)際設(shè)備直接對(duì)應(yīng)，便于觀察和理清各個(gè)子系統(tǒng)的組成和相互聯(lián)系。

1.2 中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

針對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程，采用閉環(huán)控制方式，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，應(yīng)用控制器、變頻器實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制，應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行程序編制、動(dòng)畫(huà)顯示和遠(yuǎn)程控制。主要實(shí)現(xiàn)以下監(jiān)控內(nèi)容：制冷主機(jī)（風(fēng)冷）的控制，控制量為開(kāi)關(guān)量輸出DO；空調(diào)水泵控制，控制量為開(kāi)關(guān)量輸出DO；空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)啟停控制，控制量為開(kāi)關(guān)量輸出DO；空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)PID變頻控制，控制量為模擬量輸出AO（0-10V）；空調(diào)回風(fēng)溫度控制（調(diào)節(jié)閥門(mén)PID控制），控制量為模擬量輸出AO（0-10V）；系統(tǒng)多點(diǎn)溫濕度采集，采集系統(tǒng)采用單總線測(cè)量技術(shù)；空調(diào)機(jī)組初、中效過(guò)濾器堵塞報(bào)警信號(hào)采集，采集量為開(kāi)關(guān)量輸入DI；空調(diào)水流量監(jiān)測(cè)，采集信號(hào)為模擬量輸入AI（4-20MA）；空調(diào)風(fēng)管道風(fēng)速監(jiān)測(cè)，采集信號(hào)為模擬量輸入AI（4-20MA）。

2 中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的實(shí)施

2.1 設(shè)備控制

2.1.1 設(shè)備啟停控制

應(yīng)用繼電器、熔斷開(kāi)關(guān)、PLC等實(shí)現(xiàn)制冷主機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的啟動(dòng)和停止，并配備相應(yīng)的啟、停指示燈。

2.1.2 風(fēng)機(jī)的變頻控制

應(yīng)用西門(mén)子MICROMASTER420型變頻器，根據(jù)對(duì)空調(diào)供、回水溫差的采集，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行PID（比例積分微分）調(diào)節(jié)，從而根據(jù)需要改變風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)，進(jìn)而改變風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的變風(fēng)量控制。

2.2 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控

2.2.1 系統(tǒng)多點(diǎn)溫濕度采集

應(yīng)用單總線數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)大量管道內(nèi)水的溫度采集，負(fù)責(zé)空調(diào)房間各布點(diǎn)的溫濕度采集和空調(diào)回風(fēng)口溫濕度采集。

2.2.2 過(guò)濾器堵塞報(bào)警信號(hào)采集與監(jiān)控

應(yīng)用QBM81型空氣壓差開(kāi)關(guān)監(jiān)控過(guò)濾器兩側(cè)的壓差，確定過(guò)濾器的工作狀態(tài)，并以此來(lái)確定過(guò)濾器的清洗與更換。

2.2.3 空調(diào)水流量監(jiān)控

應(yīng)用LWGY系列渦輪流量傳感器，采集空調(diào)水流量的數(shù)據(jù)。當(dāng)空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)采集數(shù)據(jù)經(jīng)控制器的運(yùn)算，應(yīng)用HL-2X系列電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)冷凍水流量，使供回水溫度始終處于設(shè)定值，以確保冷水機(jī)組工作在高轉(zhuǎn)換效率的最佳狀態(tài)。

2.2.4 空調(diào)風(fēng)管道風(fēng)量監(jiān)控

應(yīng)用風(fēng)速測(cè)量傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)管內(nèi)空氣流動(dòng)速度，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)傳送給監(jiān)測(cè)中心，為風(fēng)機(jī)的PID調(diào)節(jié)提供依據(jù)。

2.3 C9090A多功能控制器和MCGS組態(tài)軟件的應(yīng)用

2.3.1 C9090A多功能控制器的應(yīng)用

應(yīng)用C9090A多功能控制器確保空調(diào)系統(tǒng)按設(shè)定的程序正常工作并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立運(yùn)行控制。其特點(diǎn)是采用CRC16數(shù)據(jù)校驗(yàn)，保證了數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)字量采集采用了廣電隔離設(shè)計(jì)，RS485通信電路、單總線采集電路、模擬量采集電路及模擬量輸出電路采用了防靜電防浪涌設(shè)計(jì)，最大限度保證模塊的安全性。C9090A內(nèi)設(shè)2路PID控制回路，可以通過(guò)軟件設(shè)計(jì)設(shè)置參數(shù)，將采單總線或者模擬量的集信號(hào)通過(guò)PID回路運(yùn)算后將信號(hào)輸出到模擬量輸出上。內(nèi)部程序同時(shí)預(yù)設(shè)了2組溫度控制，可通過(guò)設(shè)定輸出到對(duì)應(yīng)的DO上。

2.3.2 MCGS組態(tài)軟件的應(yīng)用

應(yīng)用在PC機(jī)上運(yùn)行的MCGS組態(tài)軟件，建立與現(xiàn)場(chǎng)傳感器、控制器等監(jiān)控設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的采集、處理、分析、計(jì)算，構(gòu)造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控；應(yīng)用C語(yǔ)言編制腳本程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行策略的編制，使整個(gè)軟件部分按計(jì)劃運(yùn)行；應(yīng)用各種畫(huà)圖軟件對(duì)整個(gè)操作界面進(jìn)行設(shè)計(jì)和布局，并與編輯好的程序進(jìn)行鏈接；用動(dòng)畫(huà)制作功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)顯示；應(yīng)用數(shù)據(jù)后處理及報(bào)表功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的曲線生成，數(shù)據(jù)文件存檔，及報(bào)表的輸出、打印等。

3 結(jié)束語(yǔ)

中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的流程和應(yīng)用需求，基于MICROMASTER 420變頻器、C9090A多功能控制器和MCGS組態(tài)軟件，完成了中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝與調(diào)試、編程、組態(tài)調(diào)試。結(jié)果顯示各項(xiàng)控制功能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、人機(jī)界面生動(dòng)友好、操作簡(jiǎn)單、可視化強(qiáng)，充分滿足專業(yè)實(shí)訓(xùn)需要。并為空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)與改造提供可行的實(shí)施參考。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：徐世洋（1991，6-），男，遼寧鐵嶺人，在讀本科生。