中文核心期刊-电气应用2009.9-基于优化决策的分布式环境测控装置系统.doc

基于优化决策的分布式环境测控装置系统山东省重大专项课题子课题建筑智能化关键技术研究（2005GG21006001） 山东建筑大学基金项目智能建筑系统集成平台关键技术研究（XN070105）作者简介：高鹤（1978-），男，硕士，讲师，研究方向：智能建筑技术；朱本春（1975-），男，研究方向：系统集成技术；丁成伟（1978-）硕士，研究方向：智能建筑技术；周培祥（1972-）男，实验师，研究方向：系统集成技术；郑学汉（1980-）男，硕士，研究方向：检测及自动化技术。高鹤1,朱本春2, 丁成伟3,周培祥1,郑学汉1，（1山东建筑大学 信息与电气工程学院，山东 济南250101；2.中国网通集团系统集成公司山东分公司，山东 济南250010；3.山东正晨科技有限公司 山东 济南250061）摘要本文所述基于优化决策的分布式总线制环境测控装置系统采用模块化、网络化设计，利用现场精密传感设备采集数据，通过决策控制主机程序进行计算、分析、决策、优化，智能地控制执行设备，从而使现场温度、湿度、空气品质控制在设定范围内。本文介绍了环境测控装置的基本功能，并从系统网络和管理层结构来说明环境测控装置的结构先进性。本文对决策控制器进行了重点论述，从决策控制器结构及软件支撑、信息工作流程、嵌入核心数据库、环境分析引擎等几个方面进行了说明。最后从实际监控界面运行结果证明了基于优化决策的分布式环境调控装置系统的先进性和实用性。关键词：环境测控; 优化决策 ; 环境分析引擎中图分类号：TP393.0 文献标识码：AA Measuring and Controlling Equipment for Environment Based on Optimization of Decision-making and Distributed Bus SystemGAO He1,ZHU Ben-chun2,DING Cheng-wei3 ,ZHOU Pei-xiang1,ZHENG Xue-han1(Shandong Jianzhu University,School of Technology and Electricity Jinan,China 250101; Shandong Branch of System Integration Co.,Ltd. of China Netcom Group, Jinan,China 250010；Shandong Zhengchen Techology Co.,Ltd, Jinan,China 250101)AbstractThis paper stated a measuring and controlling equipment for environment based on optimization of decision-making and distributed bus system, which adopt modularized and networked design, making use of precise sensor to collect field data , controlling implementation equipment intelligently though procedure of decision controller which calculate, analysis，decision，optimize and so on, making temperature, humidity and air quality parameters within setting range.The paper mainly introduced fundamental device function, and it explained the advantage of equipment from the system network and advanced managing layer structure. In this paper, it focused on the decision-making controller, from structure of the decision-making controller and software support, information work flow, the core database in which embedded, environmental analysis engine and several other aspects. Finally, the actual soft interface based on the running results proved that the measuring and controlling equipment for environment based on optimization of decision-making and distributed bus system is very advanced and practical.Key word：measuring and controlling equipment for environment; Optimization of decision-making; environmental analysis engine1.前言在智能楼宇和工业、农业等领域的库房、机房、生产车间等场所，为了满足生产工艺、办公、物品存储等环境要求，需要对温度、湿度、空气品质等进行调节1。传统的调节方法是靠手动去启停加湿机、除湿机、加热机、制冷机、臭氧发生器等设备来实现。这种实现方法需要消耗大量人力和电能，并且不能保证精确度，不利于科学管理。基于优化决策的分布式环境测控装置系统是总线制的计算机测控系统，能够有效地解决上述问题。系统采用模块化、网络化设计，利用现场精密传感设备采集数据，通过决策控制主机程序进行计算、分析、决策、优化，智能地控制加湿机、除湿机、加热机、制冷机、臭氧发生器、换气扇等设备，从而达到控制现场温度、湿度、空气品质在设定范围内的目的。2.系统功能在小型仓库、操作间、办公室等场合实现温湿度区间控制，温湿度的波动区间可控制在2%5%之内，可以通过室内外换风优化策略等方法调节室内的温湿度和空气品质。在药厂药房、无人值守机房、档案库房、重要物资仓库等关键场合，可选择增加必要的控制策略，增加决策分析的复杂度，实现环境调节的特殊要求和安全要求。图1 环境调控设备框图通过温湿度调节将室内的温湿度保持在需要的区间内，以适合生活或工况的要求。室外的温湿度随着环境的变化，会满足或趋于要求的温湿度区间，且室外空气品质优于室内的概率大，在控制系统中侧挂或植入通风判定决策系统，由决策系统识别通风时机，驱动风机进行通风，实现对室内环境的调节。系统充分利用通风条件自动判定技术，根据室内外的空气品质和温湿度数值的差异，通过自动启停送排风机调节室内的空气环境。整个系统可以最大限度地降低空调、加湿机和除湿机等设备的启动频率，缩短空调、加湿机和除湿机等设备的启动时间，延长设备的使用寿命，降低能耗，并且可提高室内的空气品质，保证工作人员的身体健康，具有绿色环保的特性。3.系统结构构成3.1系统网络结构整个装置系统的主体包括控制器、服务器管理、和工作站监控三部分，装置的外围包括各种传感器（如温湿度传感器、空气品质采样传感器等）、空气调节设备（如风机、空调、加湿机、除湿机等）。整个装置系统具有5级网络连接，分别为L1、L2、L3、L4和L5。L1是从各种传感器和调节设备到控制器，采用RS485总线制或数模信号输入；L2是控制器到控制器，采用RS485总线制；L3是控制器到服务器管理，采用RS485总线制；L4是服务器到服务器，采用TCP/IP；L5是服务器到工作站监控，采用TCP/IP。可满足多种设备接入和各种组网要求。图2系统网络结构图3.2.系统管理层结构通过TCP/IP网络，实现跨建筑物、跨地域、跨城域的透明管理和应用。系统管理软件可分布式部署在网络内的计算机上，不受地域限制。对决策控制器的管理和设备监控通过系统管理软件实现，系统管理软件包括决策管理软件DSS-ER-M-Net、后台服务软件DSS-ER-S-Net和客户端监控软件DSS-ER-C-Net。图3 系统管理层结构图4.决策控制器4.1决策控制器结构及软件支撑决策控制器高度集成了空气调节、工业控制、微电子应用等领域的诸多技术，内置双机热备（HA）技术，DSS-ER核心决策系统，实现了对应用空间的温度、湿度、空气品质等环境指标的恒定控制或区间控制。采用模块化设计，决策控制主机提供标准的DI/DO和AI/AO，用来挂接数字量和模拟量输入输出设备。采用网络化设计，支持TCP/IP协议和RS485协议，挂接联网型设备，可满足多种设备接入和各种组网要求。通过在系统总线上挂接各种功能模块实现各种功能，便于今后对系统的维护、扩容和升级。图4 决策控制器软件支撑框图4.2工作流程图5 环境调控工作流程图如图所示环境调控工作流程为单个环境调控装置在无人干预下的核心工作流程。整个工作流程主要包括环境数据获取、环境调控决策、环境调控执行、和数据存储。环境调控决策逻辑中植入了决策数据库，能实现无人干预下的智能调控。环境调控决策同时服从时间控制，包括启停间隔时间阀值要求、工作时间要求等。在人工干预下，可实现环境的定时调控、强制进行调控、强制取消调控等。4.3嵌入核心数据库在核心数据库中存放环境测控决策模块群所需的基础数据和决策数据。基础数据包括3部分，分别是温湿度区间数据，焓湿曲线坐标数据，室内外温湿度历史数据（和空气品质历史数据）。决策数据包括自动/定时启停优先级、启停时间数据、允许运行时间数据、历史室内外的空气指标数据，包括温度、湿度、空气品质等。图6 部分数据库视图4.4环境分析引擎采用核心数据库支撑，通过强大的工作流驱动环境分析引擎，实现全功能应用，包括标准功能和定制功能。环境分析引擎内置了暖通空调规范标准，具备开放性输入和决策输出，实现对环境的最优化调节。整个工作流程主要包括环境数据获取、环境调控决策、环境调控执行、和数据存储。环境调控决策逻辑中植入了决策数据库，能实现无人干预下的智能调控。环境调控决策同时服从时间控制，包括启停间隔时间阀值要求、工作时间要求等；在人工干预下，可实现环境的定时调控、强制进行调控、强制取消调控等。环境分析引擎还具备强大的软逻辑部件，能够实现各种复杂的闭环控制；具备强大的决策能力，自动记忆环境调节的轨迹，和各种决策功效；具备开放的、功能丰富的接口，提供对第三方软硬件的支持；通过工作流引擎，实行对输出的最优化联动和闭锁，规避各种恶意操作和误操作等优点。图7 部分命令集定义部分监控软件界面决策管理软件可以提取核心数据库中的历史数据，通过选择不同调节区间和调节设备，系统自动以曲线和图表的形式展现室内环境调节的各种轨迹和功耗对比，形成最合理的调节策略，调节设备包括外循环风机、内循环风机、加热器、制冷机等。图8环境调控系统监测主界面通过监控软件，可以根据管理需要，对现场设备进行分组和权限管理。能够监控到企业内分布式部署的所有调节设备的运行状态和报警信息。在使用中，可以方便地进行全局监控和局部监控。图9环境调控系统目标值区间及控制界面图通过监控软件，可以根据管理要求和安全要求，设置各个调节设备运行的常规范围，有效控制异常情况。并可实时在线观测各个不同观测点的动态运行趋势曲线图。图10 检测数据趋势图通过监控软件，