恒溫恒濕凈化中央空調的網絡一體化監控系統

韓宇新 姜國偉 臧高立 周巖 任家毅

摘 要：該設計主要研究恒溫恒濕凈化中央空調的網絡一體化監控，并介紹如何將手機遠程監控、計算機遠程監控、現場控制監控三部分結合的一體化網絡監控，實現對恒溫恒濕凈化中央空調的精準控制要求。

關鍵詞：恒溫恒濕空調；凈化空調；中央空調控制系統

中圖分類號：TU831.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）09-0036-02

Abstract： This design mainly studies the network integrated monitoring of constant temperature and humidity purification central air conditioning， and introduces the integrated network monitoring to combine the mobile phone remote monitoring， the computer remote monitoring and the field control monitoring into one， so as to achieve the precision control requirements of constant temperature and humidity purification of central air conditioning.

Keywords： constant temperature and humidity air conditioning； purifying air conditioning； central air conditioning control system

1 概述

如今恒溫恒濕凈化空調系統的應用日益廣泛，如制藥廠凈化車間、電子廠凈化車間、醫院手術室、潔凈實驗室等。對恒溫恒濕凈化中央空調的監控系統要求也越來越高，為了滿足整個系統智能化監控，我們引入了網絡一體化監控理念，通過網絡將手機遠程監控、計算機遠程監控、現場控制監控緊密結合在一起的一體化監控系統。

2 空調系統流程及方案設計

恒溫恒濕凈化中央空調系統主要設備由初效過濾器、表冷器、加濕器、除濕加熱器、離心風機、中效過濾器等組成，潔凈度要求比較高的系統甚至還有高效過濾器。

2.1 室內溫度控制

室內溫度控制通過設置在回風處的溫濕度傳感器采樣到溫度值，經過現場嵌入式控制中心的優化PID算法運算，輸出4-20MA電流信號控制水管路上的電動調節閥，通過控制水量的方式來控制表冷器與空氣的換熱量，從而控制室內溫度。一般要求控制溫度精度達到±1℃即可滿足大部分場所的需求。

2.2 室內濕度控制

夏季工況時，室內空氣經過表冷器處理后濕度達到機器露點，相對濕度為90%-95%，為了降低送風的相對濕度，我們需要將空氣進行一定的加熱處理，即再熱過程，再送風到室內，使濕度達到室內要求狀態點。再熱過程加熱量過大，會浪費空調制冷量，還會消耗掉電加熱功耗，因此夏季制冷時必須嚴格控制室內濕度值在允許范圍值的上限附近，這樣可以最大限度的降低加熱電功耗，降低空調的運行能耗。該系統中采用單路DO輸出控制，通過固態繼電器控制除濕電加熱器，控制采樣值為回風濕度，引入PID和PWM（脈沖寬度調制）控制方式對加熱器進行控制輸出。通過PID算法運算，調整輸出DO的占空比，從而達到穩定控制加熱量的目的。這種控制方式的優點是結構簡單，控制輸出波動小。冬季濕度控制相對比較簡單，一般不存在除濕過程，僅需要加濕即可，我們這里采用電極加濕器直接噴射蒸汽進行加濕，冬季濕度控制范圍一般建議控制在濕度允許范圍的下限附近，這樣可以最大限度的降低電極加濕器的運行功耗。

2.3 送風變頻控制

凈化空調系統室內的潔凈度是通過粗效過濾器及中效過濾器甚至高效過濾器進行過濾的而得到的。潔凈度越高，要求過濾器的等級越高，室內空氣換風次數也相應要求越大。潔凈空調系統在運行過程中，隨著過濾器上顆粒物的積累，過濾器的阻力增大，風量會逐漸降低，如果滿足不了換風次數的要求，室內的潔凈度就達不到設計要求。為了解決這個問題，在設計風機選型時，應適當加大了風機余量，并且采用變頻控制的方式，控制采樣值為送風管內的風速，采用PID控制算法，這樣可以在一定范圍內控制送風量，保證換風次數恒定。

2.4 粗效、中效、高效過濾器更換提醒監控

過濾器上顆粒物的累計，直接導致了過濾器前后風壓差的變化，即過濾器的阻力變大。為了檢測這個壓差是否已經達到一個量值，采用空氣微壓差開關檢測過濾器前后的壓差，一旦壓力差超過設定值，微壓差開關輸出開關量給控制器的DI采集點，MCGS觸摸屏采集到信號后，給出過濾器更換提醒。

3 網絡一體化自控系統組成

圖1為網絡一體化自控系統總體結構圖。自控系統主要由現場控制系統、計算機監控軟件系統、手機監控APP三部分組成，三者通過以太網通訊緊密連接在一起，共享來自現場的實時數據，并接受來自遠程端的控制操作指令。

3.1 現場控制系統

現場控制系統的指揮中心是現場嵌入式控制系統，采用MCGS嵌入式觸摸屏，下設DDC控制器、總線式溫濕度傳感器及控制執行設備。MCGS嵌入式觸摸屏通過RS485總線通信，進行數據采集與控制指令輸出，不僅節省布線成本，而且降低了數據誤差。現場設備的控制均由DDC控制器完成?，F場嵌入式控制中心應用TCP/IP以太網絡通信組件，現場MCGS觸摸屏作為服務器端與遠程手機監控端及計算機監控端進行數據通信，將實時數據傳送到遠程客戶端，實現數據共享。

MCGS軟件主界面如圖2所示，具備所見即所得的界面效果、動態流程顯示、實時數據刷新、報警處理、設備啟停操作、數據參數設置、數據查尋操作界面等功能。軟件通過運行策略開發，完成了PID優化核心算法、PWM輸出控制、浮點運算及數據處理，故障報警處理策略等。

3.2 計算機軟件系統設計

計算機監控軟件采用 VB6.0軟件編寫，主要監測的數據為空調系統各個部分的溫度、濕度、流量、設備運行狀態、設備故障報警等，通過以太網TCP/IP協議與MCGS嵌入式觸摸屏進行數據通信，計算機端作為客戶端，從MCGS服務器上獲得數據，實時顯示在計算機界面上，同時將數據存入數據庫中，以便查詢及打印。

3.3 手機APP設計

手機APP開發應用了Android Studio開發環境，強大方便的開發功能，可以很輕松的開發出手機上的APP。該系統中采用TCP/IP協議，應用Socket接口，手機端為客戶端，MCGS觸摸屏端為服務端，手機連接到端口讀取數據后迅速關閉端口，這樣可以保證多部手機同時連接到同一個服務器端口上。手機APP可以實時采集到現場MCGS觸摸屏上所有運行狀態量及故障報警量等，也可以控制操作現場設備啟停及參數設備運行參數設置。

4 系統測試

監控系統經過實際工程應用，運行穩定，控制精度高，也大大降低了空調系統設備的管理成本。圖5為連續十個小時的室內溫濕度監控曲線，溫度控制設置值為22℃，濕度控制設定值60%，濕度要求控制范圍40%-70%。系統穩定后溫度波動值在±0.5℃范圍內，濕度控制精度也可以達到±10%的。

5 結束語

該監控系統經過現場連續幾個月的運行，有效的達到了對溫度、濕度、潔凈度更加精準的控制。網絡一體化的監控系統，使我們可以隨時隨地查看現場控制系統的運行狀態，大大方便了設備的運行管理。

參考文獻：

[1]馬最良，姚楊.民用建筑空調設計[M].北京：化學工業出版社，2003.

[2]胡壽松.自動控制原理（第六版）[M].北京：科學出版社，2013.

[3]畢小朋.精通Android Studio[M].北京：清華大學出版社，2017.

[4]《Visual Basic 6.0程序設計參考手冊》編寫組.Visual Basic 6.0程序設計參考手冊[M].北京：人民郵電出版社，2003.