集散控制系統(tǒng)在工業(yè)建筑空調(diào)自控中的應(yīng)用

殷學(xué)義

[摘 ? ?要]現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展為人們生活、工作、學(xué)習(xí)帶來了極大便利，尤其現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)的應(yīng)用，為各行各業(yè)提供了先進的技術(shù)支持。集散控制系統(tǒng)是建立在現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)和顯示與控制技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)和應(yīng)用的綜合系統(tǒng)，其具有高精度、快速性和穩(wěn)定性等優(yōu)勢，本篇文章首先介紹集散控制系統(tǒng)概念和構(gòu)成以及其工作原理，再闡述工業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)自控的主要內(nèi)容，最后，針對集散控制系統(tǒng)在工業(yè)建筑空調(diào)自控中的應(yīng)用做出簡要的分析。

[關(guān)鍵詞]集散控制系統(tǒng);工業(yè)建筑;空調(diào)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(fā)展和經(jīng)濟水平提升以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進步，我國工業(yè)化生產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)所處的工業(yè)建筑群有著規(guī)模大、分散性強等特點，而且不同工業(yè)建筑使用性質(zhì)不同、環(huán)境要求不同，這就意味著現(xiàn)代工業(yè)建筑中對于空氣溫度、潔凈度、濕度控制要求較高，為工業(yè)建筑空調(diào)整體性能和控制水平提出了更大的挑戰(zhàn)。

集散控制系統(tǒng)是在集中式控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展和演變而來的現(xiàn)代控制系統(tǒng)，其基本應(yīng)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(tài)便利性，近年來，工業(yè)建筑功能性受到生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備性能要求越來越高影響，對工業(yè)建筑大型空調(diào)系統(tǒng)標準要求也不斷提升，而為了促進工業(yè)自動化科技發(fā)展，集散控制系統(tǒng)被工業(yè)建筑大型空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)更加便利而受到工業(yè)企業(yè)、弱電領(lǐng)域的關(guān)注和應(yīng)用。

1 關(guān)于集散控制系統(tǒng)

1.1 集散控制系統(tǒng)定義

集散控制系統(tǒng)在業(yè)內(nèi)被稱為分散式控制系統(tǒng)，即為人們常說的DCS，其是建立在集中式控制系統(tǒng)基礎(chǔ)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(jiān)控級共同組成，借助現(xiàn)代無線通信網(wǎng)絡(luò)進行多級計算機系統(tǒng)的連接和集散控制，其綜合了現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)、顯示與控制等技術(shù)。

1.2 集散控制系統(tǒng)特點

集散式控制系統(tǒng)主要采用的是模塊化、標準化和系統(tǒng)化設(shè)計，其經(jīng)由過程控制及控制管理集合生產(chǎn)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(tǒng)及工作站是利用網(wǎng)絡(luò)接口進行鏈接及各工作站獨立自主完成合理分配任務(wù)，例如進行數(shù)據(jù)信息的采集、處理、計算和監(jiān)視、操作與控制，系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)，可以隨時借助微處理器進行升級更新。在系統(tǒng)的操作方面也較為直觀，具有著較高的可顯示性。

（2）協(xié)調(diào)性特點。集散控制系統(tǒng)各工作站之間能夠利用無線通信網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)信息協(xié)調(diào)傳送，以此來完成控制系統(tǒng)總體工作功能和優(yōu)化處理，利用具備較高安全性和可靠性的工業(yè)控制局域網(wǎng)絡(luò)，使整個子系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)可以做到高速共享。

（3）適應(yīng)性特點。計算控制系統(tǒng)軟件是面向工業(yè)控制技術(shù)人員和工藝技術(shù)人員以及生產(chǎn)操作人員設(shè)計，其硬件和軟件采用開放式、標準化和模塊化設(shè)計，系統(tǒng)呈現(xiàn)出積木式結(jié)構(gòu)，有著靈活的配置，能夠按照不同指令和用戶的需要，依據(jù)生產(chǎn)要求改變系統(tǒng)配置，只需要改變某些配置和控制方案，就能夠?qū)崿F(xiàn)流程的轉(zhuǎn)化，不需要進行重新開發(fā)軟件和修改，依靠組態(tài)軟件填寫表格就能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的擴充和適應(yīng)[1]。

1.3 集散控制系統(tǒng)構(gòu)成

集散控制系統(tǒng)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(tǒng)的組態(tài)、核對現(xiàn)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(xiàn)場儀表設(shè)備以及執(zhí)行機構(gòu)共同組成，這也是集散控制系統(tǒng)的核心組成部分。而管理級則主要是指工廠管理信息系統(tǒng)，其主要的功能在于針對工廠建筑現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)的采集分析和處理，為技術(shù)人員提供數(shù)據(jù)支持。

目前，工業(yè)建筑行業(yè)對于提升控制系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)逐漸邁向了更高層次，對于管理級的應(yīng)用較少，其過程級、操作級管理級主要是利用以太網(wǎng)絡(luò)進行鏈接，網(wǎng)絡(luò)是整個系統(tǒng)當(dāng)中的中樞，利用雙冗余高速通信網(wǎng)絡(luò)予以實現(xiàn)，有著較高的安全性和穩(wěn)定性，而且系統(tǒng)的拓展性和開放性相比PLC可編程控制系統(tǒng)有著更高的性能優(yōu)勢。

集散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信一般會采用國際標準協(xié)議、TCP/IP協(xié)議，其系統(tǒng)的過程控制單元都配備了中央處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)對所采集的數(shù)據(jù)信號進行分析，處理和計算，并針對現(xiàn)場過程進行控制輸出，其過程控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)空調(diào)故障帶電熱插拔、在線程序下載?？刂葡到y(tǒng)的輸入輸出單元模塊能夠進行帶電熱插拔，進而實現(xiàn)設(shè)備維護檢修便利性的提升[2]。

為了確保提升控制系統(tǒng)控制的設(shè)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(jié)構(gòu)，主控制單元如果發(fā)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(tǒng)工作的運行穩(wěn)定，設(shè)計當(dāng)中還保留了大量的可擴展性接口，外界系統(tǒng)或擴展系統(tǒng)較為便利[3]。

2 工業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)自控的主要內(nèi)容

在工業(yè)建筑當(dāng)中，不同的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)對于溫濕度、空氣質(zhì)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(diào)節(jié)以及控制室內(nèi)溫度、濕度調(diào)節(jié)，尤其要重視對溫度的優(yōu)先調(diào)節(jié)。而在冬季，工廠建筑內(nèi)部溫度、濕度控制則需要通過進行蒸汽預(yù)熱盤管電動二通閥的開度以及新風(fēng)溫度來予以控制，主要是以新風(fēng)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(diào)節(jié)電動干蒸汽加濕器的開度以控制房間內(nèi)部的濕度。

在春季和秋季及冬季與夏季的過渡季節(jié)當(dāng)中，則需要進行表冷盤管電動二通閥的開度調(diào)節(jié)進行室內(nèi)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(diào)節(jié)來進行室內(nèi)溫度、濕度的控制。

對于空氣質(zhì)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(fēng)閥開度調(diào)節(jié)新風(fēng)和回風(fēng)的配合比調(diào)節(jié)控制，以此來實現(xiàn)工業(yè)建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量的穩(wěn)定。

新風(fēng)閥需要保證與空調(diào)機組進行連鎖鏈接，當(dāng)送風(fēng)機啟動時，則新風(fēng)閥開啟，送風(fēng)機停止運行時，則新風(fēng)閥關(guān)閉?？照{(diào)機組與火災(zāi)報警系統(tǒng)進行聯(lián)動，一旦發(fā)出火警警報，則必須停止空調(diào)機組、關(guān)閉新風(fēng)閥、關(guān)閉防火閥[4]。

空調(diào)冷凍水系統(tǒng)監(jiān)控，則需要通過對冷凍機組供回水溫度與流量的監(jiān)控，準確計算冷量，根據(jù)冷量數(shù)值對冷凍機組進行自動啟停的控制。關(guān)于冷卻塔風(fēng)機、冷凍機組、冷凍水泵、冷卻水泵、空調(diào)機組也需要做到高度的聯(lián)鎖控制，主要的啟動順序為，先冷卻塔風(fēng)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(tǒng)在工業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)自控中的應(yīng)用

3.1 工業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)自控中集散控制系統(tǒng)工作原理

集散控制系統(tǒng)的整體工作原理是通過模擬量進行模塊輸入和開關(guān)量輸入，并實現(xiàn)現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)的采集分析和處理，其過程控制單元進行輸入模塊中數(shù)據(jù)信息的讀取后，通過組態(tài)工程師預(yù)先進行編制的組態(tài)程序，運用各種邏輯控制功能代碼以及調(diào)節(jié)控制功能碼等共同組成的控制程序，對所采集的數(shù)據(jù)信息進行處理、計算，然后輸出邏輯或調(diào)節(jié)控制指令，再通過模擬量輸出模塊輸出給現(xiàn)場執(zhí)行器或變頻調(diào)速設(shè)備，經(jīng)過開關(guān)量輸出模塊實現(xiàn)對現(xiàn)場各空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備或電動閥門的啟停和順序控制。而在工業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)自控模式下，操作員站的工程師能夠?qū)崿F(xiàn)在人機界面操作面板上給定設(shè)定值為現(xiàn)場過程工藝要求的定值，而集散控制系統(tǒng)則能夠自動按照過程控制單元內(nèi)所預(yù)先下載或編寫的程序進行現(xiàn)場模擬量的自動控制，確保被調(diào)量始終穩(wěn)定在定值范圍。

3.2 集散控制系統(tǒng)在工業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)自控中應(yīng)用

集散控制系統(tǒng)在工業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)自控當(dāng)中的應(yīng)用，需要重視其軟件和組態(tài)設(shè)計。

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

集散控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件部分主要的功能則包括模建的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、實時數(shù)據(jù)庫生成、打印管理、過程流程畫面顯示、歷史數(shù)據(jù)管理、過程控制等。隨著近年來工業(yè)建筑功能要求的不斷增長，越來越多的集散控制系統(tǒng)采用基于Windows系統(tǒng)操作平臺，而目前國內(nèi)較為常用的商業(yè)監(jiān)控軟件則主要是iFIX和In Touch2種。

集散控制系統(tǒng)組態(tài)部分在工業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)自控當(dāng)中的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在控制單元組態(tài)的管理和人機接口系統(tǒng)組態(tài)的管理。

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

操作員站的界面組態(tài)能夠進行數(shù)據(jù)庫和畫面以及打印報表的設(shè)計，操作員站的組態(tài)能夠利用標簽庫和現(xiàn)場控制單元當(dāng)中的程序?qū)?yīng)，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)在人機界面上的展示。這極為有利于操作員監(jiān)控的便利性，而且操作員也可以在人機界面上通過組態(tài)畫面面板來進行定值設(shè)置，對工廠建筑空調(diào)系統(tǒng)自控設(shè)備進行現(xiàn)場

控制。

4 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展以及自動化控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，集散控制系統(tǒng)的性能和整體水平進入了較為成熟的階段，并且在工控領(lǐng)域得到了廣泛的使用，將集散控制系統(tǒng)應(yīng)用到工業(yè)建筑空調(diào)自動控制系統(tǒng)當(dāng)中有著較高的優(yōu)勢。集散控制系統(tǒng)在工業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)自控中的應(yīng)用，能夠有效解決很多中央空調(diào)控制上的問題，對中央空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)的發(fā)展，工業(yè)建筑中空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控水平也會不斷更新升級，未來工業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)對于集散控制系統(tǒng)的應(yīng)用也會更具優(yōu)勢，甚至在更多、更廣的領(lǐng)域中發(fā)揮其價值作用，在應(yīng)用中不斷發(fā)展和完善。

參考文獻

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