恒溫恒濕凈化中央空調(diào)的網(wǎng)絡(luò)一體化監(jiān)控系統(tǒng)

韓宇新 姜國偉 臧高立 周巖 任家毅

摘 要：該設(shè)計(jì)主要研究恒溫恒濕凈化中央空調(diào)的網(wǎng)絡(luò)一體化監(jiān)控，并介紹如何將手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控、現(xiàn)場控制監(jiān)控三部分結(jié)合的一體化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對恒溫恒濕凈化中央空調(diào)的精準(zhǔn)控制要求。

關(guān)鍵詞：恒溫恒濕空調(diào)；凈化空調(diào)；中央空調(diào)控制系統(tǒng)

中圖分類號：TU831.3 文獻(xiàn)標(biāo)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(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，如制藥廠凈化車間、電子廠凈化車間、醫(yī)院手術(shù)室、潔凈實(shí)驗(yàn)室等。對恒溫恒濕凈化中央空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)要求也越來越高，為了滿足整個系統(tǒng)智能化監(jiān)控，我們引入了網(wǎng)絡(luò)一體化監(jiān)控理念，通過網(wǎng)絡(luò)將手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控、現(xiàn)場控制監(jiān)控緊密結(jié)合在一起的一體化監(jiān)控系統(tǒng)。

2 空調(diào)系統(tǒng)流程及方案設(shè)計(jì)

恒溫恒濕凈化中央空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備由初效過濾器、表冷器、加濕器、除濕加熱器、離心風(fēng)機(jī)、中效過濾器等組成，潔凈度要求比較高的系統(tǒng)甚至還有高效過濾器。

2.1 室內(nèi)溫度控制

室內(nèi)溫度控制通過設(shè)置在回風(fēng)處的溫濕度傳感器采樣到溫度值，經(jīng)過現(xiàn)場嵌入式控制中心的優(yōu)化PID算法運(yùn)算，輸出4-20MA電流信號控制水管路上的電動調(diào)節(jié)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(nèi)溫度。一般要求控制溫度精度達(dá)到±1℃即可滿足大部分場所的需求。

2.2 室內(nèi)濕度控制

夏季工況時(shí)，室內(nèi)空氣經(jīng)過表冷器處理后濕度達(dá)到機(jī)器露點(diǎn)，相對濕度為90%-95%，為了降低送風(fēng)的相對濕度，我們需要將空氣進(jìn)行一定的加熱處理，即再熱過程，再送風(fēng)到室內(nèi)，使?jié)穸冗_(dá)到室內(nèi)要求狀態(tài)點(diǎn)。再熱過程加熱量過大，會浪費(fèi)空調(diào)制冷量，還會消耗掉電加熱功耗，因此夏季制冷時(shí)必須嚴(yán)格控制室內(nèi)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(diào)的運(yùn)行能耗。該系統(tǒng)中采用單路DO輸出控制，通過固態(tài)繼電器控制除濕電加熱器，控制采樣值為回風(fēng)濕度，引入PID和PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制方式對加熱器進(jìn)行控制輸出。通過PID算法運(yùn)算，調(diào)整輸出DO的占空比，從而達(dá)到穩(wěn)定控制加熱量的目的。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)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(jìn)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(yùn)行功耗。

2.3 送風(fēng)變頻控制

凈化空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)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(jìn)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(nèi)空氣換風(fēng)次數(shù)也相應(yīng)要求越大。潔凈空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)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(fēng)量會逐漸降低，如果滿足不了換風(fēng)次數(shù)的要求，室內(nèi)的潔凈度就達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。為了解決這個問題，在設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)選型時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大了風(fēng)機(jī)余量，并且采用變頻控制的方式，控制采樣值為送風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速，采用PID控制算法，這樣可以在一定范圍內(nèi)控制送風(fēng)量，保證換風(fēng)次數(shù)恒定。

2.4 粗效、中效、高效過濾器更換提醒監(jiān)控

過濾器上顆粒物的累計(jì)，直接導(dǎo)致了過濾器前后風(fēng)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(jīng)達(dá)到一個量值，采用空氣微壓差開關(guān)檢測過濾器前后的壓差，一旦壓力差超過設(shè)定值，微壓差開關(guān)輸出開關(guān)量給控制器的DI采集點(diǎn)，MCGS觸摸屏采集到信號后，給出過濾器更換提醒。

3 網(wǎng)絡(luò)一體化自控系統(tǒng)組成

圖1為網(wǎng)絡(luò)一體化自控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。自控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)、手機(jī)監(jiān)控APP三部分組成，三者通過以太網(wǎng)通訊緊密連接在一起，共享來自現(xiàn)場的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并接受來自遠(yuǎn)程端的控制操作指令。

3.1 現(xiàn)場控制系統(tǒng)

現(xiàn)場控制系統(tǒng)的指揮中心是現(xiàn)場嵌入式控制系統(tǒng)，采用MCGS嵌入式觸摸屏，下設(shè)DDC控制器、總線式溫濕度傳感器及控制執(zhí)行設(shè)備。MCGS嵌入式觸摸屏通過RS485總線通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制指令輸出，不僅節(jié)省布線成本，而且降低了數(shù)據(jù)誤差?，F(xiàn)場設(shè)備的控制均由DDC控制器完成。現(xiàn)場嵌入式控制中心應(yīng)用TCP/IP以太網(wǎng)絡(luò)通信組件，現(xiàn)場MCGS觸摸屏作為服務(wù)器端與遠(yuǎn)程手機(jī)監(jiān)控端及計(jì)算機(jī)監(jiān)控端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程客戶端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(tài)流程顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新、報(bào)警處理、設(shè)備啟停操作、數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查尋操作界面等功能。軟件通過運(yùn)行策略開發(fā)，完成了PID優(yōu)化核心算法、PWM輸出控制、浮點(diǎn)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理，故障報(bào)警處理策略等。

3.2 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件采用 VB6.0軟件編寫，主要監(jiān)測的數(shù)據(jù)為空調(diào)系統(tǒng)各個部分的溫度、濕度、流量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備故障報(bào)警等，通過以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議與MCGS嵌入式觸摸屏進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，計(jì)算機(jī)端作為客戶端，從MCGS服務(wù)器上獲得數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)界面上，同時(shí)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，以便查詢及打印。

3.3 手機(jī)APP設(shè)計(jì)

手機(jī)APP開發(fā)應(yīng)用了Android Studio開發(fā)環(huán)境，強(qiáng)大方便的開發(fā)功能，可以很輕松的開發(fā)出手機(jī)上的APP。該系統(tǒng)中采用TCP/IP協(xié)議，應(yīng)用Socket接口，手機(jī)端為客戶端，MCGS觸摸屏端為服務(wù)端，手機(jī)連接到端口讀取數(shù)據(jù)后迅速關(guān)閉端口，這樣可以保證多部手機(jī)同時(shí)連接到同一個服務(wù)器端口上。手機(jī)APP可以實(shí)時(shí)采集到現(xiàn)場MCGS觸摸屏上所有運(yùn)行狀態(tài)量及故障報(bào)警量等，也可以控制操作現(xiàn)場設(shè)備啟停及參數(shù)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置。

4 系統(tǒng)測試

監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際工程應(yīng)用，運(yùn)行穩(wěn)定，控制精度高，也大大降低了空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的管理成本。圖5為連續(xù)十個小時(shí)的室內(nèi)溫濕度監(jiān)控曲線，溫度控制設(shè)置值為22℃，濕度控制設(shè)定值60%，濕度要求控制范圍40%-70%。系統(tǒng)穩(wěn)定后溫度波動值在±0.5℃范圍內(nèi)，濕度控制精度也可以達(dá)到±10%的。

5 結(jié)束語

該監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場連續(xù)幾個月的運(yùn)行，有效的達(dá)到了對溫度、濕度、潔凈度更加精準(zhǔn)的控制。網(wǎng)絡(luò)一體化的監(jiān)控系統(tǒng)，使我們可以隨時(shí)隨地查看現(xiàn)場控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，大大方便了設(shè)備的運(yùn)行管理。

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