用组态软件构建中央空调控制系统

一、 系统概况

针对中央空调设计了一种基于组态软件的自动控制系统。系统以工控机为核心，采用分布式远程模块完成数据的采集与控制信号的发送。

发的人机界面进行数据交换，控制算法采用专家决策系统。

1.1控制系统的功能与要求

中央空调整个系统包括冷冻机、冷冻水控制系统、冷却水控制系统、热水控制系统、补水控制系统、新风机控制系统等。

中央空调的自动监控系统可以从以下几个方面进行考虑：

（1） 机组基本参数的监测；

（2） 设备的启停自动控制；

（3） 冷热源及水管的全面调节与控制。

现场监控站监测空调机组的工作状态对象有：过滤器阻塞 （压力差）, 过滤器阻塞时报警，以了解过滤器是否需要更换；调节冷热水阀门的开度，以达到调节室内温度的目的；送风机与回风机启停；调节新风、回风与排风阀的开度，改变新风∕回风比例，在保证卫生条件要求下，降低能耗，以节约运行费用；检测回风机和送风机两侧的压差，以监测风机的工作状态；检测新风、回风与送风的温度与湿度，由于回风能近似反映被调对象的平均状态，故以回风温湿度为控制参数。根据设定的空调机组工作参数与上述监测的状态数据，现场控制站控制送、回风机的启停，新风与回风的比例调节，盘管冷热水的流量，以保证空调区域空气的温度与湿度既能在设定范围内满足舒适性要求，同时空调机组也以较低的能量消耗方式运行。以上为空调系统的一般监控点位, 在设计时, 根据工程的实际情况, 在上述监控点位的基础上再增加或删减一些监控点位即可得到较为满意的设计方案。中央空调的控制原理如图1

所示。

图1

1.2系统总体结构

根据系统的规模、控制系统的特点、技术要求和投入成本，本系统采用直接数字控制系统 （即DDC系统），控制系统组成如图2 所示。由于集中型计算机控制系统是以I PC工业控制计算机为硬件核心，并直接参与过程控制，从而可以完成复杂的控制和管理功能。系统的被控对象是室内的温度、湿度、新风等，测量装置是各种传感器，执行机构是电磁阀、压差开关、风门驱动器等。

系统的工作原理: 由传感器测量现场的环境变量，现场数据采集模块将传感器输出的电信号转换成数字信号并与计算机进行通信，计算机将采集的实时数据进行计算处理，并按照一定的控制算法进行实时决策，产生控制指令并输出控制信号，控制执行机构，从而实现中央空调的自动控制。

图2

二、系统软件设计

组态王具有数据采集与控制功能，可以通过硬件驱动程序或 OPC接口与现场设备通信，完成数据采集和控制任务。其具有图形化用户接 口，允许开发者使用图形化的组态方式进行系统配置，并可以定义图形对象的动态特性。组态王还提供了安全权限、报警及报警管理等功能。软件的结构如图3所示。

2.1实时数据库

实时数据库是整个系统数据处理的核心。为了使现场数据状况以动画的形式反映在屏幕上，同时操作人员在计算机前发布的指令要迅速地到达现场，必须建立实时数据库。实时数据库是联系上位机和硬件设备的桥梁，它包含了全部数据变量的当前值。数据库中的变量，包括 I / O 变量和中间变量在组态王的数据词典中进行配置。当系统运行时，I / O变量的数据通过 I/ O 驱动程序从硬件设备获取或向硬件设备输出。

2.2控制程序

系统运行时分为两种控制状态：手动控制和自动

控制。

当选择手动控制模式时，操作人员应根据现场的实际情况做出判断，直接用电脑鼠标点击操作图上控制电磁阀、压差开关、风门驱动器的图标控制调节过程，此时图标为活动状态。

当选择自动控制模式时，有开环控制和闭环控制两种方式。开环控制即定时控制，由操作人员根据经验制定控制计划，系统根据设定的时间参数 自动地控制电磁阀；闭环控制以传感器检测到的室内气温、湿度以及压差信号作为反馈，系统根据智能控制算法（决策专家系统）实时地控制电磁阀、压差开关、风门驱动器，从而使室内的温湿度、新风量达到目标值。此时，操作图上电磁阀、压差开关、风门驱动器的图标为只读状态，不能进行手工操作。

2.3人机界面

系统的人机界面由操作运行窗口、实时曲线窗口、历史曲线窗口、报警信息窗口、数据报表窗口、参数设置窗口及帮助信息窗口等组成。为了安全、避免误操作，人机界面各窗口均全屏显示。

（1）操作运行窗口

系统操作运行窗口显示整个系统的全景画面，如图4所示。画面可以实时地显示出每个测量点的空气温湿度及压差，以动画的形式模拟显示控制过程中气流、水流、电磁阀和驱动器等执行机构的运行状态。

图4

（2) 趋势曲线窗口

实时曲线窗口显示空气温、湿度、压差的实时变化趋势曲线，通过该曲线可

以形象地观察到各环境因子的动态变化趋势。历史曲线窗口显示空气温湿度和压差的历史曲线，通过该曲线可以观察到各环境因子的历史变化规律。如图5所示。

图5

（3) 报警信息窗口

软件的报警系统可以处理模拟量的越限报警、变化率报警、开关量的变位报警等多类型的报警。在报警信息窗口既可以实时地显示各类报警信息，还可以对报警历史记录进行查询，此时现场操作人员可根据窗口提供的信息进行人工控制干预。如图6

所示。

图6

（4) 数据报表窗口

在此窗口可以查阅系统的实时数据报表，或根据条件查询历史数记录并生产历史数据报表，还可根据需要进行编辑和打印。如图7所示

图7

（5) 其他窗口

如参数设置窗口，在此窗口可以对系统的自动控制运行参数进行设置，包括环境条件参数设置和计划的时间参数设置；帮助信息窗口，此窗口提供系统的在线帮助。

三、结束语

一种基于组态软件的中央空调自动控制系统，该系统利用组态软件进行系统设计，不仅能够实现精确的自动控制，而且构造简单，建设成本低廉，具有较好的应用前景。中央空调 自动控制的实现可大大减轻劳动强度，提高能源利用率，较少能源的浪费，是建筑智能化的标志。