基于物聯(lián)網(wǎng)的中央空調(diào)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊澤明

摘? ? 要：本文針對(duì)中央空調(diào)的遠(yuǎn)程監(jiān)控需求，設(shè)計(jì)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的中央空調(diào)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)PLC控制器完成對(duì)中央空調(diào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和控制。PLC控制器采集到的空調(diào)數(shù)據(jù)通過(guò)DB—BOX物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）和4G移動(dòng)通信網(wǎng)，遠(yuǎn)程上傳到監(jiān)控中心，采用監(jiān)控中心的SCADA軟件實(shí)現(xiàn)了中央空調(diào)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)和控制指令遠(yuǎn)程下發(fā)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中央空調(diào)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，降低了系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本，提高了系統(tǒng)工作效率和自動(dòng)化水平。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);中央空調(diào);遠(yuǎn)程監(jiān)控;數(shù)據(jù)傳輸單元;監(jiān)控中心

1? 引言

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的主要目的是降低建筑設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，減輕運(yùn)行管理的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備運(yùn)行管理的水平。在智能建筑中，中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電量通常占全樓總耗電量的1/3以上，而監(jiān)控點(diǎn)位數(shù)量常常占全樓自動(dòng)化控制系統(tǒng)總點(diǎn)位數(shù)量的50%以上，因此需要通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)化控制。通過(guò)直接數(shù)字控制器（DDC）采集有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)線路上傳至中央監(jiān)控系統(tǒng)，再經(jīng)計(jì)算、比較，將有關(guān)控制信息返回DDC，然后輸出相應(yīng)命令，由現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器執(zhí)行有關(guān)命令，以完成整個(gè)自動(dòng)控制過(guò)程?？照{(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠與否決定了建筑物內(nèi)部的舒適程度，因此需要對(duì)中央空調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)的空氣參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2? 智能控制技術(shù)的概述

智能控制技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)作為基礎(chǔ)，融合了人工智能以及控制技術(shù)的智能化及自動(dòng)化技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括模糊型控制技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型控制技術(shù)這兩個(gè)方面。模糊型控制技術(shù)作為智能控制技術(shù)的重點(diǎn)部分，主要控制技術(shù)包括語(yǔ)言變量、模糊變量以及模糊集合，主要組成部分是模糊控制器，模糊控制器通常將單片機(jī)和微機(jī)作為控制的主體，還具有一定的計(jì)算機(jī)功能。模糊控制的本質(zhì)就是擁有系統(tǒng)化又可以充分進(jìn)行應(yīng)用的一種非線性控制。但是，模糊控制還要依靠精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型才能進(jìn)行相關(guān)功能的應(yīng)用。和模糊型控制技術(shù)相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型控制技術(shù)的智能性特點(diǎn)更為明顯，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型控制技術(shù)可以模仿人腦，通過(guò)這種方式來(lái)進(jìn)行人工型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)控制的有機(jī)結(jié)合，將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的處理單元作為節(jié)點(diǎn)，組成信息處理的主要部分。因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)型控制技術(shù)可以進(jìn)行人腦的模擬，所以該技術(shù)可以更精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)并調(diào)節(jié)中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型控制技術(shù)的運(yùn)行速度要高于模糊型控制技術(shù)，準(zhǔn)確性也更高。在中央空調(diào)中科學(xué)合理地應(yīng)用智能控制技術(shù)可以營(yíng)造更加舒服的室內(nèi)環(huán)境，通過(guò)室內(nèi)清新度、溫度以及相對(duì)濕度的控制，維持室內(nèi)空氣的清新，而且中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中還可以安裝降低噪音的設(shè)備，以此來(lái)降低人們工作生活中的噪音。另外，中央空調(diào)的智能監(jiān)控系統(tǒng)還具有環(huán)保功效，可節(jié)能減排。因此將智能技術(shù)應(yīng)用于中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)是目前相關(guān)單位需要注意的關(guān)鍵問(wèn)題。

3? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1? 硬件組成

中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)采用集散式控制系統(tǒng)架構(gòu)。采用西門(mén)子DDC，具有多個(gè)數(shù)字量輸出、數(shù)字量輸入、模擬量輸入、模擬量輸出等通道。將前端溫濕度傳感器測(cè)量到的溫濕度和流量信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較偏差按照設(shè)定好的控制方式去控制與執(zhí)行調(diào)節(jié)裝置直接相連的一體化裝置。DDC本身還帶有強(qiáng)大的通信功能，能夠接收管理工作站發(fā)出的各種控制信號(hào)，并按照給定命令完成對(duì)所監(jiān)控設(shè)備的直接控制，同時(shí)還能夠把設(shè)備的運(yùn)行狀況及各個(gè)參數(shù)及時(shí)反饋給管理工作站。

3.2? 監(jiān)控點(diǎn)位分配

以空氣調(diào)節(jié)及輸配系統(tǒng)為例來(lái)進(jìn)行監(jiān)控點(diǎn)位分配，空氣溫度調(diào)節(jié)采用電動(dòng)冷水閥或熱水閥調(diào)節(jié)盤(pán)管內(nèi)冷凍水或熱水的流量，通過(guò)改變制冷或加熱量來(lái)改變送風(fēng)溫度。同樣，通過(guò)加濕調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)送風(fēng)濕度，通過(guò)新、回風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)風(fēng)量?？諝獾臏貪穸燃帮L(fēng)量調(diào)節(jié)屬于跟隨設(shè)定值的連續(xù)調(diào)節(jié)，向DDC傳送的是模擬量輸入控制信號(hào)。中央空調(diào)系統(tǒng)中電機(jī)類(lèi)設(shè)備的常規(guī)監(jiān)控包括啟?？刂?、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、過(guò)載狀態(tài)監(jiān)測(cè)、手自動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

4? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1? 軟件架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的中央空調(diào)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)中央空調(diào)設(shè)備的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制和集中管理，主要功能包括：實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障報(bào)警、運(yùn)行報(bào)表、數(shù)據(jù)曲線、設(shè)備管理和權(quán)限管理等。該系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)為5層，主要包括數(shù)據(jù)采集層、業(yè)務(wù)處理層和功能展現(xiàn)層，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)持久化存儲(chǔ)、業(yè)務(wù)邏輯處理和界面渲染展示。數(shù)據(jù)采集層：完成對(duì)DB—BOX物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸單元的接入和數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶幚怼Ｊ紫?，由DB—BOX物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸單元完成對(duì)空調(diào)機(jī)組PLC控制器和各種智能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集;然后，由監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器程序完成對(duì)DB—BOX物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸單元的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集時(shí)，為減小數(shù)據(jù)流量，可以每次只上傳變化的數(shù)據(jù)，無(wú)變化的數(shù)據(jù)（位于死區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)，由用戶(hù)設(shè)置）可以不上送，以降低數(shù)據(jù)傳輸量，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)流量，并提高數(shù)據(jù)傳送效率。業(yè)務(wù)處理層：完成采集數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，并完成數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。功能展現(xiàn)層：利用監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)IE瀏覽器或手機(jī)APP客戶(hù)端，查詢(xún)中央空調(diào)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況、采集數(shù)據(jù)和日志報(bào)表等。

4.2? PLC控制器主程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的PLC控制器主程序采用不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期或工作周期。PLC控制器的CPU從第一條指令執(zhí)行開(kāi)始，按順序逐條地執(zhí)行用戶(hù)程序直到用戶(hù)程序結(jié)束，然后返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描。這種工作方式是在系統(tǒng)程序的控制下順序掃描各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)，進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向各輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。PLC控制器主程序的工作流程為：首先PLC和觸摸屏上電，進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，然后進(jìn)入循環(huán)掃描的主工作流程，一直反復(fù)進(jìn)行循環(huán)掃描工作，直至系統(tǒng)掉電或關(guān)機(jī)退出運(yùn)行。循環(huán)掃描的主工作流程包括數(shù)據(jù)顯示子模塊、參數(shù)設(shè)置子模塊、啟?？刂谱幽K、當(dāng)前報(bào)警子模塊、運(yùn)行記錄子模塊、水溫曲線子模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控子模塊，并且這些子模塊采用同時(shí)并行的工作模式。PLC控制器的遠(yuǎn)程監(jiān)控子模塊負(fù)責(zé)完成與DB—BOX物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸單元的數(shù)據(jù)傳輸及通信控制。如圖4所示，PLC控制器的遠(yuǎn)程通訊接口的通訊模式需要設(shè)置為遠(yuǎn)程Modbus模式，通訊地址、通訊波特率、通訊校驗(yàn)方式以及延時(shí)設(shè)定，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置即可。

5? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智能控制技術(shù)在中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)智能控制技術(shù)在中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析可知，將智能控制技術(shù)應(yīng)用于中央空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)中，可以更好地調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度，降低中央空調(diào)的能耗，提高建筑的經(jīng)濟(jì)效益，從而促進(jìn)中央空調(diào)的信息化發(fā)展，為我國(guó)能源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)作出貢獻(xiàn)。希望文章的研究可以為相關(guān)人員進(jìn)行智能控制技術(shù)在中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析提供參考。

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