低成本空调计算机控制管理系统

摘 要：提出一种空调计算机管理系统的低成本控制方案,介绍系统原理及组成.实际使用表明,采用计算机管理是一种高效的空调设备管理方案,大大提高了管理效率,降低管理成本.

关 键 词：空调RS2485总线计算机控制集散控制

中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1007-3973（2013）003-062-02

1引言

信息化的时代已经到来,以网络通讯和计算机技术为背景的建筑智能化正是顺应这一时代潮流的必然趋势.计算机控制管理系统已经不再是昂贵的奢侈品,针对目前大量应用的空调系提出一种低成本计算机控制管理的方案.

现代楼宇的发展,越来越高层化,空调的应用也越来越广泛.空调设备从地下室制冷机房到各个楼层的空气处理机组及各个楼层的阀门,已经遍布了建筑的各个角落,对设备的管理工作提出一个更高的要求.采用增加工作人员的管理的办法已经行不通,每天好几十层楼来回跑,早上开启设备,晚上关闭设备,管理任务是非常繁重的,如果每层楼空调水带阀门控制,就更不好操作了,而采用计算机集中管理恰恰可以解决这样的问题.采用计算机集中管理已经是一个趋势,不但可以降低设备管理人员的成本,而且管理效率高,可以随时查看各远程设备的运行状态.

2计算机管理系统方案构成

随着计算机技术和数字通信等技术的发展,计算机集中控制已被普遍采用的集散控制系统所取代,它克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中和常规仪器仪表控制功能单一的缺点.集散控制系统又称分布式控制系统（DistributedControlSystem,简称DCS）,它的特征是“集中管理,分散控制”,即以分布在现场被控设备处的多台控制器装置（包括直接数字控制器DDC或PLC等）完成被控设备的实时监控任务.由于DDC（或PLC）分布在各个现场,使得控制功能较为专一,每台控制器的任务相应减少,功能明确,同时任何一台控制器发生故障都不会影响其它设备的正常运.

作为一个计算机现场设备管理系统总线网络是必不可少的,因此采用合适的总线网络,以降低成本,这是非常必要的.虽然RS485总线网络已经不在是先进的总线网络了,但是由于它廉价,组网方便在实际中得到了大量的应用,本空调计算机管理系统作为楼宇自动化系统（BAS）的一个分系统,考虑空气处理机组分布在各个楼层,设备比较分散,远程控制模块的数量比较大,降低成本的关键在于降低远程模块的成本及组网成本,选择采用RS485总线网络,可以有效的控制组网成本及远程控制模块的成本.作为空调计算机管理系统,对于远程空气处理机组只负责设备的启停管理及运行状态的监控,远程空气处理机组参数控制由机组控制器（DDC或者PLC）完成,因此总线数据流量并不大,采用RS485总线完全可以满足要求.从数据传送距离看RS485总线在不加扩展距离模块时最远通讯距离达1200米,也能完全可以满意一般楼宇的要求.

图1空调计算机管理系统

如图1所示空调计算机管理系统,该系统主要由监控计算机、PLC、变频器、单总线数据采集器、远程分布式I/O模块等设备构成.PLC是负责制冷机房开关量设备（如水泵、制冷主机、冷却塔、开关阀等）的启停及模拟量设备的数据采集或输出控制（如流量、压力数据的采集或者电动阀门的输出控制等）.变频器是负责控制空调水泵流量,以达到节能要求.单总线数据采集器负责采集制冷机房大量管道内水的温度,采用单总线的技术可以在一条线上同时测量多路数字温度,既方便了布线也使测量精度得到了提高.远程分布式I/O模块主要是控制各个楼层空气处理机组的启停及远程开关阀的控制.所有设备通过一根屏蔽双绞线连接起来,构成RS485总线网络,连接到监控计算机,由计算机负责统一的指挥及故障监测,并且可以通过该计算机将重要数据传送给楼宇自动化系统.一条RS485总线上的连接节点数是根据每个设备RS-485接口的输入阻抗决定的,最少的是31个设备,最多的可以达255个设备.这样整个空调的计算机管理系统的框架基本明确,由一台计算机即可负责完成空调日常运行的管理工作,可大大提高效率,节约人力成本.

3计算机软件系统

图2采用VB编写的冰蓄冷空调制冷机房管理主界面

计算机监控软件是该管理系统的重要组成部分,指挥着系统的正常运转,相当于一个人的大脑.监控软件可以由组态软件组态而成,也可以采用VC、VB等语言直接编写.软件系统的主要功能包括提供图形化人机交互界面,负责将系统的运行数据定时加入到数据库,数据库维护及制表、打印等功能,设备故障或异常报警,自动切换系统工况以实现无人值守等功能.图2为采用VB编写的冰蓄冷空调制冷机房管理主界面,人性化的人机交互界面.主要原理是通过VB的通信控件MSComm连接到计算机的串口设备上,通过硬件连接到RS485总线上,计算机按通信协议发送指令到总线上,相应的设备按指令要求执行任务,并反回执行信息,通过应答的方式完成任务.软件通过设备反馈的信息,分析运行状态,并将数据储藏在数据库中.

4远程模块的设计

图3分布式I/O模块硬件框图

远程分布式I/O模块可以采用市场上比较常用的研华分布式I/O模块ADAM-4000系列或者泓格分布式I/O模块I-7000系列.由于采用了大量的远程开关量I/O模块,为了达到低成本的要求,我们自行设计了远程I/O模块,如图3所示,远程开关量I/O模块主要包括开关量的采集和开关量的输出.开关量采集是采集设备的运行状态及故障状态,实时监测设备的运行.开关量输出是为了控制设备的启停,根据RS485总线上的指令,单片机将信号输出I/O口,通过达林顿晶体管阵列ULN2003驱动继电器输出控制.模块采用单片机作为核心,通过RS485器件连入RS485总线网络,单片机根据计算机发送的指令进行处理,输出控制设备或者采集数据反馈给计算机.该控制模块所有输入均采用了光电隔离设计,保证模块能安全稳定运行.实践应用证明该I/O模块的设计完全能经受现场电磁干扰的考验,长时间稳定运行.

5计算机管理系统的安全性

计算机并不能保证100%的安全运行,也会有故障的时候,虽然这个故障是偶然的,但是作为一个大楼的空调系统不能因为这样的偶然故障而停止运行,在设计该系统时,我们都已经考虑了这样的问题,万一计算机管理系统出现了问题,每个设备均有独立的控制器,可以通过这些独立的控制器启停设备,以保证大楼空调正常运行.另外在RS485总线上总会存在这样那样的信号干扰,为了确保指令数据的传输无误,传送数据均作了校验和处理,以达到数据的完整性,防止因为错误数据引起设备的误操作.

6结语

通过计算机管理系统在空调系统的推广表明,它具有可靠性高、也并不昂贵,而且易于实现,保证了系统的安全运行和有效节能,也大大简化了用户对设备的操作管理,节约了大量的设备日常管理的人力成本,是新一代空调控制系统的发展趋势.