基于云的短波發射機機房中央空調自動控制系統的設計與實現

嚴航明

摘要：該文對基于云的短波發射機機房中央空調自動控制系統的設計原理進行了詳細闡述，提出了基于PLC為下位機、服務器為上位機的中央空調自動控制系統，并且通過以太網進行數據通信，在上位機和手機等移動端實時查看各種信息和遠程控制。該系統使機房環境溫濕度始終保持在適宜范圍內，極大地提高了短波發射機工作的穩定性。

關鍵詞：PLC；空調系統；冷凍機；冷卻泵；冷卻塔；上位機

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）25-0216-02

1 系統網絡架構設計

機房中央空調自動控制系統由監控工作站、西門子PLC控制器、空調系統、冷水主機、冷卻塔、冷卻泵組成，如圖1。監控工作站采用單臺服務器，可以與西門子PLC進行通信，將數據存入到數據庫中，服務器端可以實時數據查詢、報警處理，實現對相關系統的訪問和控制。也可以通過手機、平板電腦查看系統狀態、接收告警信息，實現云端遠程控制。第一層（最上層）為監視和管理層，負責整個監視器系統協調運行和綜合管理，由服務器PC機，WINCC7.0組態軟件、網絡交換機、打印機等設備組成 ，采用標準的以太網TCP/IP通訊協議。第二層為PLC設備層，PLC控制器通過MODBUS RTU通信模塊和冷凍水主機通信，進行數據采集和遠程啟動停止等功能。PLC控制器采集空調系統溫濕度、風機頻率、水泵頻率，控制冷卻泵冷、卻塔風機遠程啟動和停止。上位機操作站設置在中央監控室，通過光纖收發器和現場PLC柜的光纖收發器通過光纖連接，通過無線網絡與手機、平板電腦通訊。

2 控制系統原理的設計

2.1 PLC與冷凍機通信原理設計

兩臺冷凍機和PLC進行MODBUS通信，采集常用的數據，并進行數據歸檔和報表記錄，重要數據進行報警功能配置。常規數據包括主機負載率、冷凍出水溫度、冷凍回水溫度、冷卻出水溫度、冷卻回水溫度、蒸發器壓力和溫度等參數。

2.2 冷凍站控制原理設計

兩臺冷凍泵和兩臺冷卻泵為一用一備系統，當其中一臺故障后，系統會自動切換至另外一個水泵運行。兩臺冷水機同樣為一用一備，當冷凍機出現故障報警停機后，系統會自動關閉主機的冷卻和冷凍水閥門，同時開啟另外一臺冷水機組投入自動運行，保證系統的不間斷自動故障投運。

兩臺冷凍機的開啟可以根據累計運行時間排序，累計運行時間短的優先開啟，累計運行時間長的優先關閉。 系統開機順序：1）開啟主機的冷凍閥和冷卻閥；2）開啟一臺冷凍泵；3）開啟一臺冷卻泵；4）冷卻塔風機根據冷卻水回水進行自動開啟和停止。系統關機順序：1）關閉主機運行；2）冷凍機停機5分鐘后，停止冷凍泵；3）冷凍機停機7分鐘后，停止冷卻泵；4）關閉主機的冷凍閥和冷卻閥；5）冷卻塔風機根據冷卻水回水進行自動開啟和停止。

2.3 冷卻塔風機控制原理設計

冷卻塔風機根據冷卻水回水溫度進行控制：當冷卻水回水溫度高于30℃（可設定），風機打開。當冷卻水回水溫度低于27℃（可設定），風機關閉。兩臺冷卻塔風機互為備用，當其中一臺出現故障時，另外一個自動投入運行。

2.4 冷凍出水旁通及壓差控制原理設計

空調控制系統采集冷凍水總管的出水壓力和回水壓力，來控制冷凍水旁通閥開度。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節冷凍水供回水壓差；當冷凍水壓差高于設定值時，先減低冷凍泵頻率，當冷凍泵頻率降到30HZ時，如果冷凍水壓差還是高于設定值，再打開冷凍水旁通閥。同理，當冷凍水壓差低于設定值時，首先關閉冷凍水旁通閥，當冷凍水旁通閥全關時，再降低冷凍泵頻率，以達到控制冷凍水壓差的目的。

2.5 空調系統控制及連鎖原理設計

控制系統通過采集各個位置溫度傳感器、水流量傳感器、風溫濕度傳感器的數據分別對冷凍水閥門、風機閥門、冷卻水閥門、風機進行控制，調節風量和環境溫濕度?？照{系統溫度控制目標為空調系統回風溫度，用戶可以自行設定需要的回風溫度值。為了實現溫度的精準控制以及充分考慮人員的舒適度，系統通過限制送風溫度的控制范圍，系統控制送風溫度為18-26℃，避免送風溫度過低（最低能到12℃），送到機房后，靠近送風口人員感覺不適應。風機頻率控制，頻率初始為40HZ（可設定），當機房送風和回風溫差過高時，比如送風18℃，但是回風一直高于設定值25℃時，系統會自動加大送風量，避免機房溫度長時間無法下降到所需要的溫度?？照{風機關閉時，冷凍水閥延時關閉，需要等到冷水機組正常停機后，再關閉冷凍水閥門，避免冷水主機斷流造成停機?？照{系統和冷水機組系統聯動，當空調系統停機時，系統自動發出命令停止冷水機組，再停止空調系統，冷水閥門延時關閉。當空調機組開機時， 冷水閥門自動打開，冷凍水機組系統自動投入運行。

3 控制系統軟件設計

3.1 上位機人機界面功能設計

上位機具有數據歸檔記錄、操作記錄、模擬量報警、設備報警、曲線查詢、報表查詢等功能，當重要設備故障時，上位機自帶聲音報警，提示用戶注意設備報警。用戶可以根據系統分類，自行查詢所需的數據曲線，可以根據開始和結束日期進行查詢，也可以根據時間分段來進行查詢。系統的一般報警和重要報警發生都被記錄， 用戶可以在系統日志里查看所有的報警和相關的操作記錄，可以根據需要進行瀏覽查詢、打印。用戶在操作站進行設備啟停、模式切換、調節閥手自動切換、設備手動啟停等涉及設備安全的所有操作，系統會自動記錄，并生成操作員記錄。如圖2。

3.2 手機、平板電腦APP功能設計

手機、平板電腦APP功能包括實時數據查看（溫度、濕度、風量、各個閥門狀態、風門狀態、冷水機組參數），接收系統上位機發送的告警信息，遠程控制系統溫度、風量等功能。

4 結束語

基于云的機房中央空調自動控制系統增加網絡通訊模塊，擴展性能大大提升。實現云控制功能，使其在上位機及手機端，都可以查看狀態，并可以接收實時告警信息給值班人員，及時發現處理故障。通過安裝電動閥門、溫度傳感器、流量傳感器等實現自動精準控制。使機房環境溫濕度始終保持在《短波發射機機房溫濕度標準》范圍內，實現節能恒溫恒濕控制。

參考文獻：

[1] 開利公司.開利冷水機組 30HXC開機手冊.

[2] 西門子公司.WIN CC.70編程手冊.

[3] 西門子公司.西門子S700-200編程手冊.

[4] 胡壽松.自動控制原理[M]6版.科學出版社，2016.