中央空調實驗系統的監控設計與實施

徐世洋+董傲霜+姜國偉

摘 要：文章針對中央空調實驗系統進行了監控方案設計，采用了MICROMASTER 420 變頻器和C9090A多功能控制器進行PID調節和控制， 并應用MCGS組態軟件實現監測參數實時采集、顯示和遠程控制。

關鍵詞：空調；變頻器；控制器；MCGS

引言

當今世界能源日益緊張，建筑能耗占總能耗的比例約為30%，而空調能耗占建筑能耗的比例約為50%。由此可見，空調系統在滿足工藝性和舒適性的前提下，如何提高運行效率，實現能效比的最大化已成為空調系統設計和運行過程中的關鍵問題。文章以我校中央空調實驗系統為基礎，應用現有的自控技術及產品，設計開發操作簡單、可視化強的監控系統，為專業發展提供更完善的實訓平臺。

1 中央空調實驗系統監控方案設計

1.1 中央空調實驗系統的組成

中央空調實驗系統由冷、熱源系統；空調水系統；空氣調節系統；空氣輸配系統和空調房間組成。冷源系統由壓縮機、膨脹閥、蒸發器、冷凝器組成，為風冷式系統；熱源由熱水器提供。水系統包括冷熱媒供回水系統，補水系統和膨脹水箱。空氣調節系統為臥式空氣處理機組，包括混合段、過濾段、表冷段、加濕段、風機段等，箱體上蓋可拆卸，便于觀察箱體內部構造。空氣輸配系統包括送風管、消聲器、回風管、新風管和排風管以及相應的風口。各個子系統的相應部位做了保溫處理。整個系統規模雖小，但五臟俱全，并且各個子系統均采用敞開式布置，將理論知識與實際設備直接對應，便于觀察和理清各個子系統的組成和相互聯系。

1.2 中央空調實驗系統監控方案設計

針對整個實驗系統流程，采用閉環控制方式，應用現場設備實現數據采集，應用控制器、變頻器實現設備控制，應用MCGS組態軟件實現整個監控系統的運行程序編制、動畫顯示和遠程控制。主要實現以下監控內容：制冷主機（風冷）的控制，控制量為開關量輸出DO；空調水泵控制，控制量為開關量輸出DO；空調機組風機啟停控制，控制量為開關量輸出DO；空調機組風機PID變頻控制，控制量為模擬量輸出AO（0-10V）；空調回風溫度控制（調節閥門PID控制），控制量為模擬量輸出AO（0-10V）；系統多點溫濕度采集，采集系統采用單總線測量技術；空調機組初、中效過濾器堵塞報警信號采集，采集量為開關量輸入DI；空調水流量監測，采集信號為模擬量輸入AI（4-20MA）；空調風管道風速監測，采集信號為模擬量輸入AI（4-20MA）。

2 中央空調實驗系統實時監控的實施

2.1 設備控制

2.1.1 設備啟停控制

應用繼電器、熔斷開關、PLC等實現制冷主機、水泵、風機等設備的啟動和停止，并配備相應的啟、停指示燈。

2.1.2 風機的變頻控制

應用西門子MICROMASTER420型變頻器，根據對空調供、回水溫差的采集，對風機進行PID（比例積分微分）調節，從而根據需要改變風機工作狀態，進而改變風量，實現空調系統的變風量控制。

2.2 數據采集與監控

2.2.1 系統多點溫濕度采集

應用單總線數據采集器負責整個系統大量管道內水的溫度采集，負責空調房間各布點的溫濕度采集和空調回風口溫濕度采集。

2.2.2 過濾器堵塞報警信號采集與監控

應用QBM81型空氣壓差開關監控過濾器兩側的壓差，確定過濾器的工作狀態，并以此來確定過濾器的清洗與更換。

2.2.3 空調水流量監控

應用LWGY系列渦輪流量傳感器，采集空調水流量的數據。當空調負荷發生變化時，根據采集數據經控制器的運算，應用HL-2X系列電動調節閥調節冷凍水流量，使供回水溫度始終處于設定值，以確保冷水機組工作在高轉換效率的最佳狀態。

2.2.4 空調風管道風量監控

應用風速測量傳感器，實時監測風管內空氣流動速度，并轉換成相應的電信號傳送給監測中心，為風機的PID調節提供依據。

2.3 C9090A多功能控制器和MCGS組態軟件的應用

2.3.1 C9090A多功能控制器的應用

應用C9090A多功能控制器確保空調系統按設定的程序正常工作并實現系統的現場獨立運行控制。其特點是采用CRC16數據校驗，保證了數據的完整性。數字量采集采用了廣電隔離設計，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計，最大限度保證模塊的安全性。C9090A內設2路PID控制回路，可以通過軟件設計設置參數，將采單總線或者模擬量的集信號通過PID回路運算后將信號輸出到模擬量輸出上。內部程序同時預設了2組溫度控制，可通過設定輸出到對應的DO上。

2.3.2 MCGS組態軟件的應用

應用在PC機上運行的MCGS組態軟件，建立與現場傳感器、控制器等監控設備連接，實現空調系統運行參數的采集、處理、分析、計算，構造實時數據庫，實現對整個空調系統的遠程監控；應用C語言編制腳本程序，實現系統運行策略的編制，使整個軟件部分按計劃運行；應用各種畫圖軟件對整個操作界面進行設計和布局，并與編輯好的程序進行鏈接；用動畫制作功能實現運行狀態的動態顯示；應用數據后處理及報表功能實現運行數據的曲線生成，數據文件存檔，及報表的輸出、打印等。

3 結束語

中央空調實驗系統監控設計根據系統的流程和應用需求，基于MICROMASTER 420變頻器、C9090A多功能控制器和MCGS組態軟件，完成了中央空調實驗系統監控系統的設計、設備安裝與調試、編程、組態調試。結果顯示各項控制功能達到設計要求，技術先進、功能齊全、人機界面生動友好、操作簡單、可視化強，充分滿足專業實訓需要。并為空調系統的自動化設計與改造提供可行的實施參考。

參考文獻

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作者簡介：徐世洋（1991，6-），男，遼寧鐵嶺人，在讀本科生。