分布式高速實時控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在中央空調(diào)監(jiān)測控制中的應(yīng)用

□ 孫曉花　江蘇聯(lián)宏自動化系統(tǒng)工程有限公司

分布式高速實時控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在中央空調(diào)監(jiān)測控制中的應(yīng)用

□ 孫曉花江蘇聯(lián)宏自動化系統(tǒng)工程有限公司

本文主要介紹了LH-TC100A風(fēng)機盤管溫控器、可編程網(wǎng)管、DDC現(xiàn)場控制器的產(chǎn)品特點、主要技術(shù)指標(biāo)等，并著重介紹了這些設(shè)備在南京醫(yī)科大學(xué)教研科技大樓中央空調(diào)監(jiān)測控制中的應(yīng)用。

LH-TC100A風(fēng)機盤管溫控器；可編程網(wǎng)關(guān)；DDC控制器；LonWorks現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)

1.關(guān)鍵技術(shù)概述

分布式高速實時控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要用于各大領(lǐng)域的機電設(shè)備自動化集控系統(tǒng)，為各類機電設(shè)備集控系統(tǒng)提供先進、經(jīng)濟、可靠、實時性強的分布式全開放控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)?，F(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)采用基于分布式、開放式的LonWorks現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)。底層利用LonWorks現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有的分布式、高可靠性、開放性、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、不需要主機干預(yù)的對等通信、支持多種通信媒介、低成本等特性。主干網(wǎng)采用100Mbps高速單模光纖冗余環(huán)網(wǎng)，增加了系統(tǒng)的帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率。

2.課題背景

南京醫(yī)科大學(xué)教研科技大樓的中央空調(diào)采用地源熱泵冷熱水空調(diào)系統(tǒng)，熱泵機房設(shè)于本樓地下室專用機房內(nèi)，供應(yīng)本樓的空調(diào)冷凍水及空調(diào)熱水。（1）熱泵機房共選用5臺地源熱泵機組，其中三臺（GSHP-1，GSHP-2，GSHP-3）為地埋管地源熱泵機組，夏季提供7/12℃的冷凍水，冬季提供45/40℃空調(diào)熱水；兩臺（GSHP-4，GSHP-5）為湖水源單冷冷水機組，夏季提供7/12℃的冷凍水。冷熱水機組由業(yè)主提供通信接口和通信協(xié)議，通過通訊接口可對機組進行啟?？刂萍氨O(jiān)測機組的運行狀況等參數(shù)。（2）地埋管地源側(cè)循環(huán)水泵為冬夏季同一型號。湖水源循環(huán)水泵采用間接交換的設(shè)計方式，通過板式交換器間接使用湖水，為保證地埋管地源側(cè)的全年熱平衡，地源熱泵機組有一臺在夏季可使用湖水間接提供冷卻要求，保證地源側(cè)的吸放熱基本平衡。（3）空調(diào)冷水循環(huán)泵和空調(diào)熱水循環(huán)泵均各自配置，空調(diào)主機均采用一泵對一機的設(shè)計原則，同時配置一臺備用泵。（4）空調(diào)負荷，見表：

3.關(guān)鍵設(shè)備特點和技術(shù)參數(shù)

3.1LH-TC100A風(fēng)機盤管控制器

LH-TC100A風(fēng)機盤管溫控器是適用于公共建筑、家居環(huán)境等環(huán)境的溫度控制，通過控制中央空調(diào)的風(fēng)機盤管電動閥及風(fēng)扇，從而實現(xiàn)溫度控制；通過遠程監(jiān)控實時了解溫控器運行狀態(tài)及室內(nèi)環(huán)境溫度；對各種模式的運行時間及用電量進行計量，便于節(jié)能考核、激勵；可設(shè)置節(jié)能模式，減少能源浪費；四時段定時控制。

該控制終端采用FT5000神經(jīng)元芯片、雙絞線組網(wǎng)，保證可靠通訊，便于遠程實時控制。產(chǎn)品特點：（1）遠程實時監(jiān)測運行狀態(tài)，遠程控制溫控器運行、參數(shù)設(shè)置、鍵盤鎖定、模式設(shè)置等；（2）支持高、中、低三速；（3）支持兩線閥、三線閥，支持兩管制；（4）現(xiàn)場按鍵進行參數(shù)設(shè)置、計量數(shù)據(jù)查詢等；（4）液晶顯示運行模式、風(fēng)速、設(shè)定溫度、水閥狀態(tài)、時間日期等信息；液晶背光；（5）睡眠模式設(shè)定；（5）防冷風(fēng)、防冷凝；（6）各狀態(tài)工作時間計量，風(fēng)機盤管用電量計量；（7）四時段定時控制；（8）節(jié)能模式限制可設(shè)定溫度范圍；（9）實時時鐘，遠程對時；（10）數(shù)據(jù)掉電保存；（11）Lonworks雙絞線通訊。

3.2可編程網(wǎng)關(guān)

可編程網(wǎng)關(guān)可方便的將帶RS232、RS485、RS422、M-BUS接口的設(shè)備接入到LonWorks網(wǎng)絡(luò)。其主要技術(shù)指標(biāo)如：（1）LonWorks雙絞線接口（TP/FT-10A），可方便的接入LonWorks網(wǎng)絡(luò)；（2）可插拔的接線端子，安裝維護方便迅速；（3）包含Neuron3150神經(jīng)元芯片，32KBFlash Memory，24KB RAM和2KB 存儲映像空間；（4）四個串行口、二個RS232（一個為光電隔離），二個RS485（光電隔離）；（5）標(biāo)準導(dǎo)軌卡，便于安裝；（6）串口波特率范圍50—56000bps；（7）工作電壓：AC220V±10%；（8）工作溫度：-25℃—70℃；（9）相對濕度：5%—95% 無冷凝；（9）功耗：≤5W；（10）絕緣電阻：各接口對外殼之間絕緣電阻＞200MΩ；（11）結(jié)構(gòu)尺寸：141mm（長）×81mm（寬）×40mm（高）；（12）電磁兼容：不低于GB/T15153.1-1998 3級。

4.具體控制實現(xiàn)功能

4.1冷凍站環(huán)節(jié)監(jiān)測與控制

采用可編程網(wǎng)關(guān)，將不帶LonWorks通訊功能冷水機組通過冷水機組接口安全可靠地接入LonWorks現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)和DDC控制器通過LonWorks現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)接入到網(wǎng)絡(luò)控制器，網(wǎng)絡(luò)控制器再接入到以太網(wǎng)。

冷水機組系統(tǒng)控制包括以下主要內(nèi)容：（1）系統(tǒng)通過智能網(wǎng)關(guān)、通訊接口與冷水機組連接，讀取冷水機組的運行參數(shù)，監(jiān)測冷水機組運行狀態(tài)，冷凍水出水溫度遠程設(shè)置，確保其自帶控制功能的實現(xiàn)，并根據(jù)負荷的變化對系統(tǒng)進行臺數(shù)控制，以保證系統(tǒng)的高效運行。（2）冷水機組主要運行參數(shù)顯示，高、低限報警。（3）系統(tǒng)結(jié)合電計量和空調(diào)系統(tǒng)熱能表，計算空調(diào)系統(tǒng)和冷凍機能耗比（COP）。

4.2冷凍水系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測與控制

為實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)自動化和節(jié)能控制目標(biāo)，利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)和變頻技術(shù)，使系統(tǒng)處于大溫差小流量工作狀態(tài)，同時保證最不利末端的壓差及冷水機組冷凍水的最小流量要求。在冷水系統(tǒng)冷凍水供、回水總管上安裝溫度傳感器、壓力傳感器，在每臺水泵出水管加裝水流開關(guān)，采集冷凍水供、回水溫度、壓力數(shù)據(jù)及水流狀態(tài)。根據(jù)以上溫度、壓力及水流狀態(tài)，采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)。變頻器以一拖多的方式驅(qū)動冷凍水泵，通過控制變頻器的頻率和工頻運行的冷凍泵的臺數(shù)以實現(xiàn)對冷凍水的控制。系統(tǒng)配置有集水器、分水器間旁通電動閥，采集集水器、分水器壓差信號接入現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，用于自動調(diào)節(jié)閥門開度以保證冷水機組的最小流量及“最不利”末端的流量要求。

4.3冷卻水系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測與控制

4.3.1冷卻塔系統(tǒng)

冷卻塔系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備為冷卻塔風(fēng)機。在保證主機可靠運行的前提下，降低冷凝水出水溫度可有效地提高整個中央空調(diào)系統(tǒng)的能效比，節(jié)約能耗。為保證良好的冷卻效果，需保證冷卻塔的回水都進入正在運行的冷卻塔，可在每臺冷卻塔進出口處加電動蝶閥，防止冷卻水回水進入非運行冷卻塔。此外，因為冷卻塔冷卻能力的強弱與風(fēng)機的風(fēng)量（功率）成正比，為了保證冷卻水溫度不能過低，須對其中一臺冷卻塔變頻。另外，根據(jù)國家節(jié)能規(guī)范，增加流量計對冷卻水補水量進行計量。

冷卻塔開始時全部開機，運行過程中根據(jù)冷卻水供水溫度進行風(fēng)機的變頻、啟?？刂?，控制過程就地實現(xiàn)。

根據(jù)冷卻水回水溫度及濕球溫度與機組最低保護溫度的關(guān)系變頻控制風(fēng)機，將冷水機組保持在高效工作點，借此可提高整個空調(diào)系統(tǒng)的能效比，降低電耗；冷卻塔進出水管加裝電動蝶閥，與風(fēng)機的啟停同步，避免未開風(fēng)機的冷卻塔水流旁路。

4.3.2冷卻水泵系統(tǒng)

（1）冷卻水系統(tǒng)節(jié)能調(diào)節(jié)控制模型.冷卻水系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備為冷卻水泵。目前，冷卻水泵常用的控制方式是恒壓差控制和恒溫差控制，由于冷卻水系統(tǒng)水力工況較為簡單，因此最合適的控制方式為恒溫差控制（5℃），根據(jù)溫差設(shè)定值進行冷卻水泵變流量變頻控制。（2）顯示、報警.冷卻水供、回水溫度、壓力和設(shè)備運行狀態(tài)顯示，參數(shù)越限報警和設(shè)備故障報警，補水箱水位報警。

4.4鍋爐熱源系統(tǒng)監(jiān)測與控制

鍋爐系統(tǒng)的監(jiān)控選用可編程網(wǎng)關(guān)，通過與鍋爐自帶的控制器通信接口連接，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制功能。

（1）鍋爐的控制，通過與鍋爐進行數(shù)據(jù)交互，監(jiān)測其運行狀態(tài)，通過鍋爐自帶的控制器的通信接口設(shè)置出水溫度。（2）對熱水泵、熱水蝶閥、集分水器之間的壓差調(diào)節(jié)閥進行控制，控制方法和冷凍水系統(tǒng)類似.

4.5新風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測與控制

主要是：（1）定時啟?？刂疲焊鶕?jù)預(yù)定的時間表，定時啟停風(fēng)機；（2）連鎖控制新風(fēng)閥、表冷器水閥、風(fēng)機。（3）溫度控制：檢測送風(fēng)溫度，PID調(diào)節(jié)控制水閥開度，按設(shè)定溫度恒溫送風(fēng)；（4）風(fēng)機變頻控制：風(fēng)機根據(jù)設(shè)置風(fēng)量進行變頻控制。但當(dāng)送風(fēng)溫度達不到設(shè)置值時，風(fēng)機根據(jù)送風(fēng)溫度變頻控制。（5）防凍保護控制；（6）壓差報警檢測：當(dāng)過濾網(wǎng)透氣性太差時報警，提醒清洗濾網(wǎng)；（7）電機負荷超過設(shè)定值時，報警和關(guān)閉風(fēng)機。

4.6組合空調(diào)機組監(jiān)測與控制

主要是：（1）定時啟停控制：根據(jù)時間表定時啟?？照{(diào)機組；（2）連鎖控制：風(fēng)機與冷凍機組（或供暖）聯(lián)動控制；新風(fēng)閥和回風(fēng)閥按互補比例聯(lián)動控制。（3）溫度控制：檢測送風(fēng)溫濕度，PID調(diào)節(jié)控制水閥開度，實現(xiàn)送風(fēng)按設(shè)定的溫度恒溫控制；（4）濕度控制：檢測回風(fēng)溫度和濕度，PID調(diào)節(jié)加濕閥，實現(xiàn)濕度控制；（5）風(fēng)機變頻控制：風(fēng)機根據(jù)設(shè)置風(fēng)量進行變頻控制。但當(dāng)送風(fēng)溫度達不到設(shè)置值時，風(fēng)機根據(jù)送風(fēng)溫度變頻控制。（6）防凍保護控制：當(dāng)室外溫度低于5度時，空調(diào)機不工作時，并關(guān)閉風(fēng)機和風(fēng)門；（7）壓差報警檢測：當(dāng)過濾網(wǎng)透氣性太差時報警，提醒人為清洗；（8）電機負荷超過設(shè)定值時，報警和關(guān)閉風(fēng)機。

4.7風(fēng)機盤管節(jié)能監(jiān)測與控制

基于LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的風(fēng)機盤管智能控制器LH-TC100。可通過控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速和風(fēng)機盤管水閥的開關(guān)，實現(xiàn)室內(nèi)溫度的精確控制；計量風(fēng)機盤管用電，測量室內(nèi)溫度，操作人員可在系統(tǒng)中心通過軟件界面對每個風(fēng)機盤管進行溫度、定時開關(guān)等參數(shù)設(shè)定和遠程控制。通過對室內(nèi)風(fēng)機盤管運行時間、溫度設(shè)置值、風(fēng)速設(shè)置值的計算，可作為空調(diào)用能定額收費依據(jù)。

5.小結(jié)

本文介紹了分布式高速實時控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在南京醫(yī)科大學(xué)科技教研大樓中中央空調(diào)整個用能環(huán)節(jié)的自動化控制，系統(tǒng)通過定時控制、定開度控制、變流量控制、壓差及溫度PID調(diào)節(jié)控制、斷電記憶、自動與手動控制切換等節(jié)能控制模式運行。中央空調(diào)系統(tǒng)運行進行從冷卻塔、冷卻水循環(huán)冷凍、冷凍水循環(huán)、新風(fēng)機、空調(diào)箱、風(fēng)機盤管等環(huán)節(jié)的自動化、系統(tǒng)化節(jié)能控制。該項目不但提高了該大樓空調(diào)用能管理能力，還起到了非常明顯的節(jié)能效果，對于目前政府提倡的節(jié)約型高校有著極其重要的示范作用。

［1］吳立寧.《南京醫(yī)科大學(xué)校園建筑節(jié)能監(jiān)管平臺》 2013年5月

［2］《LH-TC100A風(fēng)機盤管溫控器原理及使用說明》 江蘇聯(lián)宏產(chǎn)品說明 2010年

［3］《Distech現(xiàn)場控制器控器原理及使用說明》 Distech產(chǎn)品說明 2010年

孫曉花（1983.9-），女，漢族，2005年畢業(yè)于桂林電子科技大學(xué)電子工程系，本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，2005年7月參加工作，現(xiàn)就職于江蘇聯(lián)宏自動化系統(tǒng)工程有限公司工程中心，從事項目經(jīng)理崗位。