中央空调监控系统设计(全文翻译)

中央空调监控系统设计王江江景幼茵张春发中国电力大学能源与动力工程学院，保定，邮编071003摘要随着电脑技术的不断发展，BAS楼宇自动化系统是目前智能化设计最重要的一部分。而在楼宇自动化系统中，中央空调系统则是建筑设备自动化系统最主要的控制系统。首先，这个控制系统来自于EBI（企业自动化建设）中BAS楼宇自动化系统的自动逻辑模块。这个系统的组成和特点是被引进过来的，具有先进的硬件及软件环境。其次，该软件包括的EBI和CARE（计算机辅助整治工程）与上位机、下位机控制器相对应。最后，中央空调系统在建筑学中的控制能力经过的严格探讨，其中包括PIN控制，模糊控制和混合模糊PIN控制算法，特别是对控制方法，温度和湿度在空调系统中的影响进行了探讨。实验是在一个规模较大的办公系统大楼中进行，实验结果证明，混合模糊PIN控制比模糊控制具有更好的适应性和稳定性，能够减少超调，有更快的响应速度和更高的精确度。关键词楼宇自动化系统空调系统监控系统模糊PIN控制硬件和软件前言目前，由于不断增长的能源要求和有限的可用资源限制，节能供暖，通风和空调（HVAC）技术已受到全国范围内的广泛关注。据报告（NINGYETAL，2004），中央空调的能源消耗系统约占整个BAS楼宇自动化系统能源消耗的50，另外，高效率的控制方法也被建议开始使用，如自动化和可编程温控器以及进行区域供热和冷却。BAS对于巨大建筑物的管理和节约是一个重要的方法，同时这也是目前智能化建筑的重要组成部分。随着计算机技术的快速发展，在整个楼宇自动化系统中中央空调的监控点达到约60（NINGYETAL2003），它已经成为智能化建筑中楼宇自动化的核心。因此，中央空调监视系统不仅是一种节能的方法，同时也是BAS的重要组成部分，尤其适用于是巨大的建筑。因此，中央空调监控系统对于BAS的设计是至关重要的，监控系统影响着整个智能化大楼的管理，同时它在BAS投资中扮演着一个重要的角色。计算机对整个智能化大楼中所有设备的检测和监控是楼宇自动化的一部分，其中包括HAVC系统，导通系统和截止系统等（DONGCETAL2006），中央空调监控系统体现了温度控制，温度调节，湿度，风速和室内空气质量等问题。另外，新鲜空气聚集和VAV风机盘管的监控系统也包括在BAS中。通过监控系统和记录的信息，能源节约的分布式控制和中央处理将被执行，为智能化楼宇的管理提供便利，以减少能源的消耗和管理成本。然而，目前中央空调的监控系统在智能化楼宇中的设计还存在一些普遍的问题，比如，在中国，由于室内室外的不确定因素，导致HVAC系统受到影响以致控制不是很理想，甚至一些自动化系统在某些大楼中不工作，有些控制系统也不稳定，不能节能WANGJ2004。事实上，根本原因在于空调专业设计人员与自动化专业设计师之间的沟通不足，传统的设计思路与本地化专业领域不同限制了计算机监控系统的实施。另一方面，自动化设计师不了解中央空调系统，以致他们只能被动的接受专业空调设计人员传递过来的工艺过程和控制要求，最终导致计算机监控的中央空调监控系统无法得到优化，从而增加了投资成本和故障的发生。考虑到在中央空调控制系统监控的难度，本文介绍了在TV建筑中的中央空调控制系统。这个监控系统设计是为了适应建筑物集成（BAS的EBI）的一个逻辑系统，详细介绍控制系统的硬件与软件设计，上位机，下位机的EBI和CARE软件要求，最后是智能控制策略在监控系统中的研究，实验已经证明了该系统的有效性。监控系统设计TV大楼中的中央空调系统TV大楼中的中央空调系统包括有两个冷却机组的冷却水系统和有11个空气调节装置的空气处理系统（稳定空气量的系统），监控系统的设计满足下列要求（1）基本参数测量和开关控制设备（2）能量调整和管理（3）调整和控制能源，水和空气系统。总之，监控系统包括控制面板，操作界面，数据收集与分析，中央空调系统管理等。这些参数包括空调中的温度，湿度和二氧化碳浓度，冷却水中温度和压力以及冷却水系统是用来使这些参数工作在最佳状态，所以先进的控制系统是必要的。另外，随着季节的变化和不同的设备使得监控系统要根据不同条件而改变工作方式以便能够节约能源。在BAS中央空调监控系统适应于分布式控制系统（DCS）中，其中包括中央处理器通信设备，和11个数字信号控制器（DDS）。BAS中制冷监测控制系统见图1，图1中，AI表示模拟输入，AO为模拟输出，DI为数字输入，DO表示数字输出，I代表温度，F代表流量。有两个充满冷水的冷却装置，分别由三个水泵来促进冷却水的循环，其中有两个泵是备用的，冷却水由集成模块通过传输管道发送到AHU端。典型的中央空调监控系统如图2所示，系统维持空气的流通，AHU包括过滤器，线圈，加湿器，风扇等。图1楼宇控制制冷监控系统图2BAS中的中央空调监控系统图2中，TO与HO分别代表温度和室外空气湿度，TS和HS代表循环的温度和湿度，也就是空调内部的温度和湿度，CA代表压力差开关，MV代表电气控制阀门，LT是为了防止线圈冻坏，MCC控制风扇的开关。控制和监测功能温度、湿度和通风是中央空调监控系统监测的重要因素。对通风造成的能源损失以及空气流动的预测成为加热和冷却的主导原因，下面列出的特点包括了支持监控系统和操作调度控制及监测系统。1、用户访问功能（1）提供安全可控的通道，能够监测和故障排除（2）显示设置点，ON/OFF按钮2、监测职能（1）湿度，空气质量和温度控制（2）使用传感器监测空气入口及出口的自动监控子系统，以提供或者锁定冷却和通风（3）优化启动和温度预测（4）区域监测和控制3、能量记录及审核（1）可用数据通过监控系统中内置传感器汇聚在一起（2）实时报告监测数据（3）故障自动报警硬件监控系统一旦控制问题和监控参数确定下来，传感器的选择，I/O驱动，计算机硬件/软件，还有网络设备驱动，以及链接线路即可确定。中央空调硬件系统通常是小型分散控制系统没有一个工作站点和一些较低级的控制器，中央空调监控系统是在EBI系统上设计和发展起来的，整个系统由硬件，如中央处理器，DDS，传感器等构成，控制系统硬件构成如图3所示。图3DCS中央空调系统该工作点通过标准的计算机和控制器进行直接交互，一方面，中央空调操作参数，可用查询或者一些其他参数，例如PID控制参数，采样周期以及设置温度和湿度，可用来修改工作点。DDC的控制器可以提出独立监察和控制温度和湿度，报警器对阻碍过滤器和风扇等工作状态，DDC的结构如图4所示。图4BAS空调监控系统DDC的申请控制器结构软件监控系统软件的空气调节系统包括两个子系统。其一是监督和管理系统的工作站，一个是智能控制系统的DDC现场控制器。EBI系统软件工作点和DDS软件可用来对CARE进行编程控制。EBI是一个复杂的管理和控制应用系统（1）以一种简单明了的方式显示数据（2）允许手动输入程序控制（3）自动执行任务计划（4）显示系统的工作状态（5）生成报告EBI的支持其他工业协议如BACNET，OPC和LONWORKS技术等。一个典型的EBI的系统包括服务器，站点，控制器和通信链路等，如图5所示。EBI的在服务器上运行，主机收集和处理数据，管理系统活动并执行自动化任务。图5典型的EBI控制系统装置该站实际上是我们通过监视和控制的系统在“控制面板设置”。该站点是一个单独的EBI的程序，运行在标准的机以及在服务器上。在该系统中，站点和服务器运行在相同的计算机上。此站点表现为一系列的信息。每个显示屏是一个“控制面板”，显示设置或某一类型的信息，并具有一套适当的控制，如“按钮”和“滚动条”。有两个基本类型的显示模式系统这是有EBI和显示提供信息标准化方式。，系统会显示包括列表和包含系统配置的细节“电子表格“。自定义这些已建立专门为特定的系统，并使其更容易理解和控制系统的活动。例如，SECURITYRELATED显示可能会显示一个特定的布局，而空气调节显示器可能包括示意图的空气调节系统。CARE软件通过提供的图形来创建数据文件和控制器的控制程序。CARE是WINDOWS应用程序，需要利用的菜单栏，会话框，指向并点击功能。CARE提供了四个主要职能创建程序文件下载到控制器装载原理图，控制策略，开关逻辑和时间程序。设备原理图在建立工程的第一步是定义一个项目。一个项目是一个1到30集控制器上的总线。一个控制器可负责超过一个工程，然后为每个工程创建原理图。例如图6，这是空调器的原理图。图6空调器原理图时间控制时间程序来控制设备开/关时间，以配合设备日程安排（例如，平日，周末和节假日）可以定义并分配一周时间表。在完成一个工程之后，我们使用其他CARE的默认编辑功能和转换文件的控制器的格式，然后我们可以下载该文件在控制器上进行操作和测试。下面的图7显示CARE项目，装载和性能图7CARE功能表控制方式空调系统正常良好的运行，不仅与相应的空调系统有关，而且还自动控制相关。这个空调系统控制模块主要包括开关控制，连续调整，控制空调内温度和湿度，开关主要控制开关冷冻装置，风扇和水泵等相互关联的控制器件。温度控制系统在这里，采用温度控制混合模糊PID控制JIANGJIANGETAL2006,JGUOETAL2005ANDJYIANDYHOU1999。混合模糊PID控制的配置显示如图8所示。图8中，R为设定值，E为错误输入值，U是控制输出变量，E是错误的模糊状态的隶属度，EC不同程度错误的模糊状态，C是控制模糊状态输出，R代表识别器，F代表输入频率，RULE代表模糊尺度，D代表模糊输出。图