基于组态的中央空调教学模型监控系统的设计

王玉叶

(安徽职业技术学院电气工程系,安徽合肥230051)

基于组态的中央空调教学模型监控系统的设计

王玉叶

(安徽职业技术学院电气工程系,安徽合肥230051)

具有上位监控功能的中央空调教学系统通过三维力控软件及组态处理,在传统的中央空调教学模型基础上增设了上位监控计算机及通信模块,具有上位集中控制与现场分散控制的集散型控制功能,能够更好地满足智能建筑及制冷专业应用型人才培养的需要。文章讨论了基于组态技术的中央空调教学模型监控系统的设计原则,以一个实际的应用系统为背景讨论了系统的实现方法。

中央空调;上位监控;组态;集散控制

智能建筑及制冷专业是与实际应用密切相关的应用型专业,培养目标是与社会需求实现无缝对接的高级应用型人才,其人才培养方式应依托行业技术的发展,紧跟时代技术的进步。中央空调系统是当今智能建筑及制冷行业中应用最为广泛的一种系统,人才需求量大,质量要求也较高,这就要求该专业的高等教育要在教学环节上紧跟行业技术进步,推进人才培养方案以社会需求为导向进行改革。

学校原中央空调系统教学模型引进时间较早,由于当时的技术限制不具备监控功能,已不适应当今中央空调行业对专业人才培养规格的需求,而利用组态技术对原有教学系统进行革新,增加了上位监控功能,不仅能满足适应新技术的人才所需,同时还大大节约了教学成本,不仅能反映当今中央空调行业中最先进的组态监控技术,同时还与学校的实际教学现场相结合,以满足学校智能建筑及制冷专业教学内容紧跟行业技术进步,培养适应社会需求的高级应用型人才的需要。

1 力控组态软件简介

1.1 组态软件的功能

组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件,它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法,其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能,并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O设备,与高可靠的工控计算机和网络系统结合,可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口,进行系统集成[1]。

1.2 力控组态软件的特点

力控软件是我国北京三维力控公司自主研发的一款组态软件,使用力控,用户可以方便、快速地构造不同需求的数据采集与监控系统。力控的应用范围广泛,可用于开发石油、化工、半导体、汽车、电力、机械、冶金、交通、楼宇自动化、食品、医药、环保等多个行业和领域的工业自动化、过程控制、管理监测、工业现场监视、远程监视、远程诊断、企业管理、资源计划等系统[2]。

力控软件由以下几个主要部分组成:

工程管理器、开发系统(Draw)、界面运行系统(View)、实时数据库(DB)、I/O驱动程序、网络通信程序(Net Client/Net Server)、串行通信程序(SCOM Client/SCOM Server)、拨号通信程序(Tel Client/Tel Server)、Web服务器程序(Web Server)、控制策略生成器(Strategy Builder)。

力控还提供丰富的函数,进行动画连接时可以利用函数编写脚本程序,动画效果更能反应现场。

2 中央空调教学模型监控系统设计背景及原则

2.1 设计背景

原有的一款THPZKZ型中央空调自控系统引进于上个世纪,实验装置采用OMRON公司的PLC作为现场主控单元。并以制冷/热系统、循环水系统和空气处理系统为控制对象,整套装置主要由现场控制器(PLC)、制冷/热系统、循环水泵和水冷式蒸发器、空气处理风道、模拟房间、表冷器、送风机和用来检测各种过程变量的传感器等部件组成[3]。由于时间较早,限于当时的技术条件不具备监控功能,已不适应当今中央空调行业对专业人才培养规格的教学需求,重新引进新的设备成本太高,因此对原教学模型进行升级,使其具备上位监控功能是最合理的选择。

2.2 系统组成

为使该设备能够更好地贴合空调行业的最新技术,拟利用力控组态软件对原有中央空调自控系统实验装置进行改进,使其成为一个综合计算机远程监控系统,以满足适应中央空调新技术的教学需求。通过该装置,可以使学员了解中央空调系统的基本构成,熟悉中央空调系统的工作过程,掌握中央空调系统的工作原理,并在此基础上实现对中央空调系统进行操作、维护、改造与设计的功能。

系统构成如图1所示。

图1 中央空调教学模型监控系统框图

(1)上位监控主机,通过图形化界面,显示现场控制器PLC传来的实时数据,并进行数据记录存档等。并通过组态软件对现场控制PLC进行远程控制,包括现场参数整定,运行状态调控等。

(2)现场控制器PLC,实施现场控制与信号采集,并与上位监控主机进行通信,上传现场数据以及接受上位主机的控制。

(3)现场被控对象,主要包括制冷/热系统、传感器、循环水泵、风阀以及送风机等具体执行设备,传感器设备主要负责向现场控制器PLC传递实时数据,而其它设备则主要是在PLC控制下完成具体工作。

2.3 设计原则

基于组态技术的中央空调教学模型监控系统就是在学校原有中央空调系统教学模型的基础上,针对中央空调系统中比较流行的组态技术,采用集散型控制系统的模式,利用目前国内自主研发的力控软件,开发设计由上位计算机对现场单元进行远程监控的应用性系统。

3 监控系统开发的具体实施

计算机监控的主要功能就是直接通过上位计算机监控和管理工作现场的远程监控技术。力控组态就是一款应用于监控系统开发的低成本高效能软件。利用力控组态软件实施监控系统开发的一般过程为:监控界面设计、I/O设备配置、数据库组态、动画连接及脚本编写。本系统就是利用上位计算机对中央空调各单元现场的温度等参数进行有效采样,并依据设定参数对现场参数的变化实施智能控制。

3.1 监控界面设计

监控界面是供用户进行监控操作的窗口,是整个监控系统实施的前台支撑。本中央空调监控系统界面主要包括系统监控主窗口、直流式工况窗口、封闭式工况窗口、回风式(混合式)工况窗口、产品使用说明窗口、PID参数调节窗口、报表窗口等子窗口若干个。鉴于篇幅所限,这里只展示一个窗口界面,图2所示为系统工作于回风式(混合式)制冷/热工况时的窗口界面。

图2 回风式(混合式)制冷/热工况界面

3.2 I/O设备配置

在使用力控进行组态时,一般都要涉及I/O设备的定义过程。在本监控系统中,系统设备应设置为:选择"I/O设备驱动"-"PLC"-"OMRON"-"HOST Link",并为设备命名/PLC1",通信方式为“串口(RS232/422/485)”,设备地址为0,在参数配置中,串口参数选择为“9600,7,无校验,1”方式。

3.3 数据库组态

在使用力控进行组态时,把实时数据库DB中的点参数与某种设备的具体信道建立连接的过程被称为数据连接过程。实时数据库DB是整个应用系统的核心与基础[4]。

为了实现上位监控界面与现场控制单元PLC之间的数据传递,在数据库组态中需用到的中间变量及PLC通道连接如表1所示。

表1 中间变量

3.4 动画连接及脚本编写

有了变量之后就可以制作动画连接了。在系统“数据源”中选择“本地数据库”,以便与图形对象建立数据链接,一旦创建了一个图形对象,给它加上动画链接就相当于赋予它“生命”使其“活动”起来。动画链接使对象按照变量的值改变其大小、颜色、位置等。用户也可通过监控界面上的图形对象对系统进行控制及参数设置等。对于曲线报表及历史数据的处理,可以通过脚本编写实现更详尽的功能[5]。在本监控系统界面中,需要进行动画链接及脚本编写的对象主要有:各个按钮、菜单、各个风口温度、电机及风机的转速、风阀、PID调节参数等。

3.5系统实现功能(从系统角度考虑,功能最好放在具体的实现方法之前介绍)

(1)在系统运行界面上可以实时反映现场各种环节的运行参数,主要包括:循环泵变频电动机的运行频率、现场风阀的开头状态、新风口实时温度、空气处理设备出口温度、房间入口温度、房间出口温度等。

(2)系统可以生成后台数据库,并通过数据报表的形式供监控人员时行实时监测及对运行的历史数据进行建档存储。

(3)可以通过监控界面设置系统制冷或制热工作方式,以及设置风阀的开度;

(4)通过监控界面进行系统的手动和自动工作方式切换,当切为手动方式时,系统的各单元可以分立动作,便于做中央空调的分立式教学实验。当切换为自动工作方式时,系统各单元可按设定规律联动运行。

(5)可通过监控界面对现场控制PLC单元进行PID参数调整,这三个参数分别为比例系数P,积分系数I及微分系数D。采用PID控制使温度的实时控制性更理想,是在当今中央空调系统中普遍采用的一种较先进的控制技术。

4 结束语

总的来说,利用中央空调教学模型监控系统进行教学所具有的优势很多:首先,将现实中央空调庞大的系统采用浓缩处理,通过模型仿真运行,使学员在足不出户的情况下,可以了解掌握中央空调的主要运行机理;其次,具有上位监控功能的仿真系统使空调课程的教学更贴近中央空调行业的技术进步,更有利于培养适应社会需求的专业人才;同时,采用这样一种教学模型进行教学,既有利于促进课程和教学改革,更有利于人才的培养;另外,中央空调教学模型的监控系统具有很大的灵活性和可扩展性,可以将其移植到其它设备中,在同类型的其它教学设备中具有较高的推广价值。从经济性、可移植性、可推广性角度讲,这样的教学模型是非常有意义的。

[1] 张文明.组态软件控制技术[M].北京:北方交通大学出版社,2006.25-26.

[2] 三维力控.组态软件的系统构成及其简介[EB/OL].http:// www.gkong.com/co/sunw ayland/.

[3] 张林华.中央空调维护保养实用技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.80-83.

[4] 陈仲毅.基于组态王的远程PID控制系统的开发与实验研究[J].自动化与信息工程,2009,(4):123-125.

[5] 赵瑞军.模糊控制技术在中央空调系统中的应用研究[J].山西建筑,2005(1):55-57.

Design of the Mon itoring System for the Teaching M odel of Cen tral Air-condition ing Based on Configuration

Wang Yuye
(Department of Electric Engineering,Anhui Vocational technical College,Heifei 230051,China)

The teaching system of central air-conditioning w ith upper monitoring is the use of three-D force control softw are and configuration.Upper monito ring computers and communication module that function as the upper centralized control and on-site decentralized control are added to the traditional teaching model of the central air-conditioning,w hich can meet the needs of training app lication-typed majo rs of refrigeration and intelligent building.This paper discusses the design p rincip les of the monito ring system fo r the teaching model of central air-conditioning based on configuration technology,and the methods to operate the system according to a p ractical app lication system.

central air-conditioning;upper monitoring;configuration;decentralized control

book=0,ebook=19

TP249

A

1673-1794(2010)02-0026-03

王玉叶(1973-),女,讲师,工程硕士,研究方向:制冷及低温工程。

2009-12-28