淺談高層建筑暖通空調控制系統設計

蘇 平

（貴陽市建筑設計院有限公司貴州 貴陽 550000）

淺談高層建筑暖通空調控制系統設計

蘇 平

（貴陽市建筑設計院有限公司貴州 貴陽 550000）

21世紀是信息時代，各種電信技術推動了人類文明的發展。正是因為通信技術、計算機技術、網絡技術、控制技術的發展，促使家庭實現了生活方式更加現代化，居住環境更加舒適、安全。本文在闡述紅外控制和藍牙控制運用在暖通空調設計中的分析的技術上，就基于PLC技術的暖通空調設計進行了分析。

高層建筑；暖通空調；控制系統

引言

智能家居控制系統的功能主要包括通信、設備自動控制、安全防范三個方面。隨著新技術和自動化的發展，傳感器的使用量越來越大，功能越來越強，各種標準化傳感器模塊的出現給智能家居控制系統的設計提供了便利。智能家居空調控制系統除了能實現傳統的通過遙控按鍵控制空調之外，還加入了藍牙、溫度傳感器等模塊，可通過手機發射命令直接控制空調，實現智能家居系統的遠程控制和自動控制。

1　系統整體設計及控制原理

智能家居空調控制系統采用兩種方式控制空調：①傳統的遙控按鍵方式；②通過手機藍牙發射命令。系統由MSP430單片機、溫度傳感器、紅外模塊、藍牙模塊等幾部分組成，其中MSP430單片機作為系統的主控制器，負責解析按鍵和藍牙傳輸過來的信號并作出相關應答；溫度傳感器用來感應外界溫度，其設置的溫度范圍是20～26℃，當溫度在此范圍時，系統可以根據設定好的程序自動關閉空調；當溫度不在這個范圍時，系統可通過按鍵或藍牙來開啟空調并控制空調的各種模式，當溫度不在這一范圍時也可設置自動控制模式，系統會自動開啟空調并根據外界溫度自動調節溫度，無需通過手動開啟；紅外模塊根據單片機的應答發射信號來控制空調；藍牙模塊接收手機發射的命令并將其傳送給單片機。系統的整體框圖如圖1所示。

圖1　系統整體框圖

2　高層建筑暖通空調控制系統設計

2.1紅外控制原理

紅外信號發揮作用的基本前提條件是使紅外光在紅外傳感器和空調之間傳輸信號，紅外光位于電磁頻道的不可見部分，紅外控制就是利用波長為0.78～1.4μm之間的近紅外線來傳送控制信號的，如圖2所示。

圖2　光譜圖

紅外控制主要由發送和接收兩個部分組成。目前大部分家電均采用紅外一體化接收頭來接收紅外信號。系統發送端采用MSP430單片機將待發送的二進制信號編碼調制為一系列脈沖串信號，通過紅外發射管發送紅外信號；由空調內置的紅外一體化接收頭接收紅外信號，同時對信號進行放大、檢波、整形得到TTL電平的編碼信號，再送給單片機，經單片機解碼并作出相關應答。

2.2藍牙控制原理

藍牙是一種低功耗的無線技術，藍牙技術的設計初衷是將智能移動電話與筆記本電腦、掌上電腦以及各種數字信息的外部設備用無線方式連接起來，取代PC、打印機、傳真機和移動電話等設備上的有線接口，進而形成一種個人網絡，使得在可達范圍內各種信息化的移動便攜設備都能無縫地共享資源。藍牙具有較強的移動性，可應用于多種通信場合。藍牙無線傳輸通過RF（2.4GHz）載波進行，功耗低，傳輸速度快，可同時連接多個系統。采用藍牙技術無需設置，只要兩個藍牙設備互相進入無線電平所允許的連接范圍內，藍牙協議就會自動掃描檢測，實現連接，進行信息交換。系統所采用的藍牙設備分別是藍牙模塊和手機，其中藍牙模塊采用3.4V電源供電，兩者連接后，在一定距離內手機可通過藍牙串口軟件向藍牙模塊發射信號，通過單片機解析，進而實現控制空調。

3　基于PLC技術的暖通空調控制系統設計

3.1控制回路

根據節能的需要，暖通空調冷凍水變流量控制回路設計如圖3所示。某小型超市的暖通空調控制系統是以溫差來調節的閉環控制系統。它可以完成控制冷凍泵的流量、流速的任務，從而達到控制房間溫度和其他參數的目的。

3.2控制系統的組成

溫度的設定是由上位機根據工作要求通過CSM1277以太網交換機給出的。其中，溫度調節器采用的是S7-1200PLC（CPU1214C，1個）；執行元件是由1個西門子MM440變頻器、3臺異步電動機、2臺冷凍機主機、6臺冷凍水水泵（3用3備用，每臺功率為22kW）和盤管組成的；進出水的溫度是由2個PT100溫度傳感器檢測的；西門子SM1231模擬量輸入、輸出模塊完成盤管后端溫度模擬量的A/D轉換，SM1234模擬量輸入、輸出模塊將數字量轉換為模擬量，并將PLC根據溫差確定的頻率值傳送至MM440變頻器，從而控制異步電動機實現調速；RS-485串行口主要用以在組態中的精簡面板顯示變頻器的工作狀態。上位機主要有兩個作用，即設定空調的工作溫度，監視現場設備的工作狀態。

圖3　暖通空調冷凍水變流量控制回路設計

3.3暖通空調變頻原理

在暖通空調水系統中，最主要的運行設備是水泵。由水泵學比例定律可知，對于同一臺水泵，當以不同轉速運行時，水流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。由此可見，當降低轉速時，功率的減少量遠比流量的減少量大得多。因此，控制水泵的轉速可以有效地控制水泵的消耗功率，這就是暖通空調系統高效節能的理論基礎。

3.3.1集中制冷加熱站冷凍水系統控制邏輯

首先采集流量和壓差信號，計算系統實際的冷量，然后將系統實際的冷量與正在運行的冷水機組的額定制冷量的80%進行比較，如果系統實際的冷量大于正在運行的冷水機組的額定制冷量的80%，再判斷冷凍水的出水溫度是否大于設定的上限溫度，如果冷凍水的出水溫度大于設定的上限溫度，且持續時間也大于設定的時間，則自動增加一臺冷水機組，待運行一段時間后，再根據以上條件判斷，如條件滿足則自動增加第二臺冷水機組，直至冷量滿足負荷要求為止。冷水機組減機控制與加機控制類似，通過減少冷水機組的數量達到冷量滿足符合要求為止。

3.3.2空調系統控制邏輯

根據發電機層左側和安裝場側溫度傳感器測量的溫度送入PLC控制器與給定值比較，根據±T偏差，由PLC按PID規律調節“組合式空調器三通水閥開度”，以達到控制冷凍（加熱）水量，使房間溫度保持在T≤25℃，T≥18℃。設定溫度值與發電機層左側和安裝場側溫度傳感器測量的溫度進行比較計算偏差，然后通過PID運算輸出AO去控制組合式空調器三通水閥開度。

3.3.3降溫通風控制邏輯

降溫通風風機根據預先編寫的時間表自動控制啟停，該廠設定的時間表為：運行4h→停止4h→運行4h。

4　系統軟件的設計

上位機軟件設計是按照C/S結構完成的，其中，OPC服務器的開發是最關鍵的。

4.1上位機監控軟件

上位機軟件的主要任務是設定和監視暖通空調現場設備的運行狀態，設計客戶端和OPC服務器等軟件，并采用C#開發，其軟件開發的接口一般選與西門子PLC相匹配的OPCSiemens-DAAutOmation類。上位機監控軟件具有如下功能：①控制功能。根據由調度人員人工輸入的指令控制PLC完成各個設備的啟停操作。②安全保護功能。系統設定不同的操作等級，具有不同的操作權限，減少誤操作和破壞性操作。③事故追憶功能。當發生系統故障和不良操作等事故時，系統將事故發生時刻前后一段時間內系統所采集到的所有參數保存下來，以供事故分析。④模擬顯示功能。通過動態模擬畫面顯示通風空調系統中各個設備動作過程、水閥開度、當前各個地點溫濕度、冷凍水管的流量、報警信號及電機運行電壓、電流等所有可以顯示的參數和圖形。⑤數據檢索和報表功能?？梢詸z索和以報表形式顯示、打印自診斷結果、設備狀況、報警信息、流量、水量、冷凍機組開啟次數、運行時間、動作次數統計、操作人員及有關電氣量等。⑥報警功能。出現事故、故障時發出聲光報警信號。

4.2下位機軟件設計

下位機軟件的主要任務是控制空調系統中的各設備，具體可將其分為冷凍機房變頻控制系統和空調機房控制系統的程序設計?？照{機房的PLC程序設計又可分為AHU單元PLC控制和水循環PLC控制的設計。

5　結束語

總之，改造和調試原來的暖通空調系統后，空調控制系統運行穩定。經過技術改造后，該空調每日耗電量下降了約32.6%，節能效果十分突出，空調系統的信息化水平和自動化水平得到了明顯的提高，而且還同時縮短了項目周期，為企業節約了成本，創造了更好的經濟效益和社會效益。

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TU831.3

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1673-0038（2015）18-0015-02

2015-3-24