集散控制系統在工業建筑空調自控中的應用

殷學義

[摘 ? ?要]現代科學技術的高速發展為人們生活、工作、學習帶來了極大便利，尤其現代互聯網技術、計算機技術、通信技術的應用，為各行各業提供了先進的技術支持。集散控制系統是建立在現代計算機技術、通信技術和顯示與控制技術基礎上研發和應用的綜合系統，其具有高精度、快速性和穩定性等優勢，本篇文章首先介紹集散控制系統概念和構成以及其工作原理，再闡述工業建筑空調系統自控的主要內容，最后，針對集散控制系統在工業建筑空調自控中的應用做出簡要的分析。

[關鍵詞]集散控制系統;工業建筑;空調自控

[中圖分類號]TE687 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–0–03

[Abstract]The rapid development of modern science and technology has brought great convenience to people's life， work and study， especially the application of modern Internet technology， computer technology and communication technology， which provides advanced technical support for all walks of life. Distributed control system is a comprehensive system based on modern computer technology， communication technology and display and control technology. It has the advantages of high precision， rapidity and stability. This paper first introduces the concept and composition of distributed control system and its working principle， and then expounds the main content of automatic control of air conditioning system in industrial buildings. Finally， aiming at distributed control Make a brief analysis of the application of air conditioning system in industrial buildings.

[Keywords]distributed control system; industrial building; air conditioning automatic control

隨著社會發展和經濟水平提升以及現代科學技術進步，我國工業化生產水平得到大幅提升，如今，“中國制造”在國際市場中的知名度也越來越高，工業生產所處的工業建筑群有著規模大、分散性強等特點，而且不同工業建筑使用性質不同、環境要求不同，這就意味著現代工業建筑中對于空氣溫度、潔凈度、濕度控制要求較高，為工業建筑空調整體性能和控制水平提出了更大的挑戰。

集散控制系統是在集中式控制系統基礎上發展和演變而來的現代控制系統，其基本應用思想是分散控制、集中操作、分級管理和靈活配置以及組態便利性，近年來，工業建筑功能性受到生產技術和設備性能要求越來越高影響，對工業建筑大型空調系統標準要求也不斷提升，而為了促進工業自動化科技發展，集散控制系統被工業建筑大型空調系統自動控制所采用，由于其信號傳輸、維護相比PLC可編程控制系統更加便利而受到工業企業、弱電領域的關注和應用。

1 關于集散控制系統

1.1 集散控制系統定義

集散控制系統在業內被稱為分散式控制系統，即為人們常說的DCS，其是建立在集中式控制系統基礎上，通過不斷研究、改進、演變而來的，其是由過程控制級和過程監控級共同組成，借助現代無線通信網絡進行多級計算機系統的連接和集散控制，其綜合了現代計算機技術、通信技術、顯示與控制等技術。

1.2 集散控制系統特點

集散式控制系統主要采用的是模塊化、標準化和系統化設計，其經由過程控制及控制管理集合生產管理級共同組成，主要的特點如下：

（1）自主性特點，集散型控制系統及工作站是利用網絡接口進行鏈接及各工作站獨立自主完成合理分配任務，例如進行數據信息的采集、處理、計算和監視、操作與控制，系統的各個工作站所使用的都是最為先進的微型計算機，存儲容量可以實現擴充，而且配套軟件具備較為齊全的功能，能夠獨立運行，是屬于可靠性較高的子系統，可以隨時借助微處理器進行升級更新。在系統的操作方面也較為直觀，具有著較高的可顯示性。

（2）協調性特點。集散控制系統各工作站之間能夠利用無線通信網絡進行數據信息協調傳送，以此來完成控制系統總體工作功能和優化處理，利用具備較高安全性和可靠性的工業控制局域網絡，使整個子系統信息數據可以做到高速共享。

（3）適應性特點。計算控制系統軟件是面向工業控制技術人員和工藝技術人員以及生產操作人員設計，其硬件和軟件采用開放式、標準化和模塊化設計，系統呈現出積木式結構，有著靈活的配置，能夠按照不同指令和用戶的需要，依據生產要求改變系統配置，只需要改變某些配置和控制方案，就能夠實現流程的轉化，不需要進行重新開發軟件和修改，依靠組態軟件填寫表格就能夠實現靈活的擴充和適應[1]。

1.3 集散控制系統構成

集散控制系統主要包括操作級、過程級和管理級。操作級主要包含了操作員站和工程師站，其整體作用包括完成系統的組態、核對現場過程的控制操作。過程級則主要是由過程控制單元、輸入輸出單元與現場儀表設備以及執行機構共同組成，這也是集散控制系統的核心組成部分。而管理級則主要是指工廠管理信息系統，其主要的功能在于針對工廠建筑現場進行數據的采集分析和處理，為技術人員提供數據支持。

目前，工業建筑行業對于提升控制系統的應用已經逐漸邁向了更高層次，對于管理級的應用較少，其過程級、操作級管理級主要是利用以太網絡進行鏈接，網絡是整個系統當中的中樞，利用雙冗余高速通信網絡予以實現，有著較高的安全性和穩定性，而且系統的拓展性和開放性相比PLC可編程控制系統有著更高的性能優勢。

集散控制系統的網絡通信一般會采用國際標準協議、TCP/IP協議，其系統的過程控制單元都配備了中央處理器，能夠實現對所采集的數據信號進行分析，處理和計算，并針對現場過程進行控制輸出，其過程控制單元能夠實現空調故障帶電熱插拔、在線程序下載。控制系統的輸入輸出單元模塊能夠進行帶電熱插拔，進而實現設備維護檢修便利性的提升[2]。

為了確保提升控制系統控制的設備具備較高的安全性和可靠性，通常采用雙過程控制單元冗余結構，主控制單元如果發生故障，則冗余控制單元會自動切換進行工作單元運行，確保整個系統工作的運行穩定，設計當中還保留了大量的可擴展性接口，外界系統或擴展系統較為便利[3]。

2 工業建筑空調系統自控的主要內容

在工業建筑當中，不同的生產設備和生產技術對于溫濕度、空氣質量的控制也有著不同的要求。

夏季溫度、濕度控制需要通過表冷盤管電動二通閥的開度調節以及控制室內溫度、濕度調節，尤其要重視對溫度的優先調節。而在冬季，工廠建筑內部溫度、濕度控制則需要通過進行蒸汽預熱盤管電動二通閥的開度以及新風溫度來予以控制，主要是以新風溫度為要求值，進行蒸汽再熱盤管電動二通閥的開度以控制溫度，調節電動干蒸汽加濕器的開度以控制房間內部的濕度。

在春季和秋季及冬季與夏季的過渡季節當中，則需要進行表冷盤管電動二通閥的開度調節進行室內溫度和濕度的控制，如果濕度和溫度過低，則通過蒸汽再熱盤管電動二通閥開度調節來進行室內溫度、濕度的控制。

對于空氣質量的控制則主要是利用控制器，通過溫濕度檢測計算，通過新風閥開度調節新風和回風的配合比調節控制，以此來實現工業建筑室內空氣質量的穩定。

新風閥需要保證與空調機組進行連鎖鏈接，當送風機啟動時，則新風閥開啟，送風機停止運行時，則新風閥關閉。空調機組與火災報警系統進行聯動，一旦發出火警警報，則必須停止空調機組、關閉新風閥、關閉防火閥[4]。

空調冷凍水系統監控，則需要通過對冷凍機組供回水溫度與流量的監控，準確計算冷量，根據冷量數值對冷凍機組進行自動啟停的控制。關于冷卻塔風機、冷凍機組、冷凍水泵、冷卻水泵、空調機組也需要做到高度的聯鎖控制，主要的啟動順序為，先冷卻塔風機啟動，冷卻水泵啟動，冷凍水泵啟動，冷凍機組啟動，而整體的停止順序則剛好相反[5]。

3 集散控制系統在工業建筑空調系統自控中的應用

3.1 工業建筑空調系統自控中集散控制系統工作原理

集散控制系統的整體工作原理是通過模擬量進行模塊輸入和開關量輸入，并實現現場過程數據的采集分析和處理，其過程控制單元進行輸入模塊中數據信息的讀取后，通過組態工程師預先進行編制的組態程序，運用各種邏輯控制功能代碼以及調節控制功能碼等共同組成的控制程序，對所采集的數據信息進行處理、計算，然后輸出邏輯或調節控制指令，再通過模擬量輸出模塊輸出給現場執行器或變頻調速設備，經過開關量輸出模塊實現對現場各空調系統設備或電動閥門的啟停和順序控制。而在工業建筑空調系統自控模式下，操作員站的工程師能夠實現在人機界面操作面板上給定設定值為現場過程工藝要求的定值，而集散控制系統則能夠自動按照過程控制單元內所預先下載或編寫的程序進行現場模擬量的自動控制，確保被調量始終穩定在定值范圍。

3.2 集散控制系統在工業建筑空調系統自控中應用

集散控制系統在工業建筑空調系統自控當中的應用，需要重視其軟件和組態設計。

軟件主要包含了操作系統和應用軟件兩個部分，集散控制系統作為生產過程中綜合控制和監視的重要因素，其應用任務是屬于多元化、多項的，而且具有實時響應性能的高要求，所以，集散控制系統的操作系統必須要運用實時多任務操作系統，實施多項目操作系統能夠具備快速處理在時間上異步出現的時間的能力，而且支持多個任務或進程，能夠確保在相互不影響條件下，同時進行多個任務的運行，當前應用較為廣泛的實時多任務操作系統主要包括了Windows XP和Unix。

集散控制系統的應用軟件部分主要的功能則包括模建的數據采集、數據通信、實時數據庫生成、打印管理、過程流程畫面顯示、歷史數據管理、過程控制等。隨著近年來工業建筑功能要求的不斷增長，越來越多的集散控制系統采用基于Windows系統操作平臺，而目前國內較為常用的商業監控軟件則主要是iFIX和In Touch2種。

集散控制系統組態部分在工業建筑空調系統自控當中的應用，主要表現在控制單元組態的管理和人機接口系統組態的管理。

工程師站的組態軟件能夠實現對現場控制單元的模擬量控制以及邏輯控制，并做到離線組態，也能夠進行在線組態，工程師組態軟件能夠通過系統配置的通訊接口將編譯的程序下載到現場控制單元的CPU中，或者也可以實現在線下載，同時也能夠完成對系統的診斷。

操作員站的界面組態能夠進行數據庫和畫面以及打印報表的設計，操作員站的組態能夠利用標簽庫和現場控制單元當中的程序對應，實現現場數據在人機界面上的展示。這極為有利于操作員監控的便利性，而且操作員也可以在人機界面上通過組態畫面面板來進行定值設置，對工廠建筑空調系統自控設備進行現場

控制。

4 結束語

隨著現代科學技術的高速發展以及自動化控制技術的廣泛應用，集散控制系統的性能和整體水平進入了較為成熟的階段，并且在工控領域得到了廣泛的使用，將集散控制系統應用到工業建筑空調自動控制系統當中有著較高的優勢。集散控制系統在工業建筑空調系統自控中的應用，能夠有效解決很多中央空調控制上的問題，對中央空調系統的維修與維護也更加便利，在很大程度上降低了維護工作量。隨著集散控制系統的發展，工業建筑中空調系統的監控水平也會不斷更新升級，未來工業建筑空調系統對于集散控制系統的應用也會更具優勢，甚至在更多、更廣的領域中發揮其價值作用，在應用中不斷發展和完善。

參考文獻

[1] 陳菲.煤化工企業中應用集散控制系統（DCS）常見故障問題及解決[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（19）：138-139.

[2] 龔安菊. DCS集散型控制系統及工業控制技術的進展[J].電力系統裝備，2018（7）：201-202.

[3] 王美婷，王福林.傳統集散式建筑自動化系統和基于物聯網的無中心系統的對比分析[J].智能建筑，2020（2）：47-53.

[4] 周文瑾.自動控制在暖通空調系統中的應用和發展[J].建筑工程技術與設計，2018（11）：4405.

[5] 楊天昆，李智.論暖通空調系統與自控設計之間的協調[J].百科論壇電子雜志，2019（3）：62.