基于云的短波發(fā)射機(jī)機(jī)房中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

嚴(yán)航明

摘要：該文對(duì)基于云的短波發(fā)射機(jī)機(jī)房中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了詳細(xì)闡述，提出了基于PLC為下位機(jī)、服務(wù)器為上位機(jī)的中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并且通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，在上位機(jī)和手機(jī)等移動(dòng)端實(shí)時(shí)查看各種信息和遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)使機(jī)房環(huán)境溫濕度始終保持在適宜范圍內(nèi)，極大地提高了短波發(fā)射機(jī)工作的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：PLC；空調(diào)系統(tǒng)；冷凍機(jī)；冷卻泵；冷卻塔；上位機(jī)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）25-0216-02

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)房中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)由監(jiān)控工作站、西門子PLC控制器、空調(diào)系統(tǒng)、冷水主機(jī)、冷卻塔、冷卻泵組成，如圖1。監(jiān)控工作站采用單臺(tái)服務(wù)器，可以與西門子PLC進(jìn)行通信，將數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，服務(wù)器端可以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的訪問(wèn)和控制。也可以通過(guò)手機(jī)、平板電腦查看系統(tǒng)狀態(tài)、接收告警信息，實(shí)現(xiàn)云端遠(yuǎn)程控制。第一層（最上層）為監(jiān)視和管理層，負(fù)責(zé)整個(gè)監(jiān)視器系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行和綜合管理，由服務(wù)器PC機(jī)，WINCC7.0組態(tài)軟件、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備組成 ，采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)TCP/IP通訊協(xié)議。第二層為PLC設(shè)備層，PLC控制器通過(guò)MODBUS RTU通信模塊和冷凍水主機(jī)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程啟動(dòng)停止等功能。PLC控制器采集空調(diào)系統(tǒng)溫濕度、風(fēng)機(jī)頻率、水泵頻率，控制冷卻泵冷、卻塔風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)和停止。上位機(jī)操作站設(shè)置在中央監(jiān)控室，通過(guò)光纖收發(fā)器和現(xiàn)場(chǎng)PLC柜的光纖收發(fā)器通過(guò)光纖連接，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與手機(jī)、平板電腦通訊。

2 控制系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì)

2.1 PLC與冷凍機(jī)通信原理設(shè)計(jì)

兩臺(tái)冷凍機(jī)和PLC進(jìn)行MODBUS通信，采集常用的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔和報(bào)表記錄，重要數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警功能配置。常規(guī)數(shù)據(jù)包括主機(jī)負(fù)載率、冷凍出水溫度、冷凍回水溫度、冷卻出水溫度、冷卻回水溫度、蒸發(fā)器壓力和溫度等參數(shù)。

2.2 冷凍站控制原理設(shè)計(jì)

兩臺(tái)冷凍泵和兩臺(tái)冷卻泵為一用一備系統(tǒng)，當(dāng)其中一臺(tái)故障后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換至另外一個(gè)水泵運(yùn)行。兩臺(tái)冷水機(jī)同樣為一用一備，當(dāng)冷凍機(jī)出現(xiàn)故障報(bào)警停機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉主機(jī)的冷卻和冷凍水閥門，同時(shí)開(kāi)啟另外一臺(tái)冷水機(jī)組投入自動(dòng)運(yùn)行，保證系統(tǒng)的不間斷自動(dòng)故障投運(yùn)。

兩臺(tái)冷凍機(jī)的開(kāi)啟可以根據(jù)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間排序，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間短的優(yōu)先開(kāi)啟，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)先關(guān)閉。 系統(tǒng)開(kāi)機(jī)順序：1）開(kāi)啟主機(jī)的冷凍閥和冷卻閥；2）開(kāi)啟一臺(tái)冷凍泵；3）開(kāi)啟一臺(tái)冷卻泵；4）冷卻塔風(fēng)機(jī)根據(jù)冷卻水回水進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)啟和停止。系統(tǒng)關(guān)機(jī)順序：1）關(guān)閉主機(jī)運(yùn)行；2）冷凍機(jī)停機(jī)5分鐘后，停止冷凍泵；3）冷凍機(jī)停機(jī)7分鐘后，停止冷卻泵；4）關(guān)閉主機(jī)的冷凍閥和冷卻閥；5）冷卻塔風(fēng)機(jī)根據(jù)冷卻水回水進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)啟和停止。

2.3 冷卻塔風(fēng)機(jī)控制原理設(shè)計(jì)

冷卻塔風(fēng)機(jī)根據(jù)冷卻水回水溫度進(jìn)行控制：當(dāng)冷卻水回水溫度高于30℃（可設(shè)定），風(fēng)機(jī)打開(kāi)。當(dāng)冷卻水回水溫度低于27℃（可設(shè)定），風(fēng)機(jī)關(guān)閉。兩臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)互為備用，當(dāng)其中一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，另外一個(gè)自動(dòng)投入運(yùn)行。

2.4 冷凍出水旁通及壓差控制原理設(shè)計(jì)

空調(diào)控制系統(tǒng)采集冷凍水總管的出水壓力和回水壓力，來(lái)控制冷凍水旁通閥開(kāi)度。和冷凍泵變頻速度以及旁通閥連鎖控制。冷凍泵頻率和冷凍水旁通閥共同調(diào)節(jié)冷凍水供回水壓差；當(dāng)冷凍水壓差高于設(shè)定值時(shí)，先減低冷凍泵頻率，當(dāng)冷凍泵頻率降到30HZ時(shí)，如果冷凍水壓差還是高于設(shè)定值，再打開(kāi)冷凍水旁通閥。同理，當(dāng)冷凍水壓差低于設(shè)定值時(shí)，首先關(guān)閉冷凍水旁通閥，當(dāng)冷凍水旁通閥全關(guān)時(shí)，再降低冷凍泵頻率，以達(dá)到控制冷凍水壓差的目的。

2.5 空調(diào)系統(tǒng)控制及連鎖原理設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)通過(guò)采集各個(gè)位置溫度傳感器、水流量傳感器、風(fēng)溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)分別對(duì)冷凍水閥門、風(fēng)機(jī)閥門、冷卻水閥門、風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)風(fēng)量和環(huán)境溫濕度?？照{(diào)系統(tǒng)溫度控制目標(biāo)為空調(diào)系統(tǒng)回風(fēng)溫度，用戶可以自行設(shè)定需要的回風(fēng)溫度值。為了實(shí)現(xiàn)溫度的精準(zhǔn)控制以及充分考慮人員的舒適度，系統(tǒng)通過(guò)限制送風(fēng)溫度的控制范圍，系統(tǒng)控制送風(fēng)溫度為18-26℃，避免送風(fēng)溫度過(guò)低（最低能到12℃），送到機(jī)房后，靠近送風(fēng)口人員感覺(jué)不適應(yīng)。風(fēng)機(jī)頻率控制，頻率初始為40HZ（可設(shè)定），當(dāng)機(jī)房送風(fēng)和回風(fēng)溫差過(guò)高時(shí)，比如送風(fēng)18℃，但是回風(fēng)一直高于設(shè)定值25℃時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)加大送風(fēng)量，避免機(jī)房溫度長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法下降到所需要的溫度?？照{(diào)風(fēng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，冷凍水閥延時(shí)關(guān)閉，需要等到冷水機(jī)組正常停機(jī)后，再關(guān)閉冷凍水閥門，避免冷水主機(jī)斷流造成停機(jī)?？照{(diào)系統(tǒng)和冷水機(jī)組系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出命令停止冷水機(jī)組，再停止空調(diào)系統(tǒng)，冷水閥門延時(shí)關(guān)閉。當(dāng)空調(diào)機(jī)組開(kāi)機(jī)時(shí)， 冷水閥門自動(dòng)打開(kāi)，冷凍水機(jī)組系統(tǒng)自動(dòng)投入運(yùn)行。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)人機(jī)界面功能設(shè)計(jì)

上位機(jī)具有數(shù)據(jù)歸檔記錄、操作記錄、模擬量報(bào)警、設(shè)備報(bào)警、曲線查詢、報(bào)表查詢等功能，當(dāng)重要設(shè)備故障時(shí)，上位機(jī)自帶聲音報(bào)警，提示用戶注意設(shè)備報(bào)警。用戶可以根據(jù)系統(tǒng)分類，自行查詢所需的數(shù)據(jù)曲線，可以根據(jù)開(kāi)始和結(jié)束日期進(jìn)行查詢，也可以根據(jù)時(shí)間分段來(lái)進(jìn)行查詢。系統(tǒng)的一般報(bào)警和重要報(bào)警發(fā)生都被記錄， 用戶可以在系統(tǒng)日志里查看所有的報(bào)警和相關(guān)的操作記錄，可以根據(jù)需要進(jìn)行瀏覽查詢、打印。用戶在操作站進(jìn)行設(shè)備啟停、模式切換、調(diào)節(jié)閥手自動(dòng)切換、設(shè)備手動(dòng)啟停等涉及設(shè)備安全的所有操作，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄，并生成操作員記錄。如圖2。

3.2 手機(jī)、平板電腦APP功能設(shè)計(jì)

手機(jī)、平板電腦APP功能包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看（溫度、濕度、風(fēng)量、各個(gè)閥門狀態(tài)、風(fēng)門狀態(tài)、冷水機(jī)組參數(shù)），接收系統(tǒng)上位機(jī)發(fā)送的告警信息，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)溫度、風(fēng)量等功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于云的機(jī)房中央空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)增加網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，擴(kuò)展性能大大提升。實(shí)現(xiàn)云控制功能，使其在上位機(jī)及手機(jī)端，都可以查看狀態(tài)，并可以接收實(shí)時(shí)告警信息給值班人員，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理故障。通過(guò)安裝電動(dòng)閥門、溫度傳感器、流量傳感器等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精準(zhǔn)控制。使機(jī)房環(huán)境溫濕度始終保持在《短波發(fā)射機(jī)機(jī)房溫濕度標(biāo)準(zhǔn)》范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能恒溫恒濕控制。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 西門子公司.西門子S700-200編程手冊(cè).

[4] 胡壽松.自動(dòng)控制原理[M]6版.科學(xué)出版社，2016.