中央空调实验系统的监控设计与实施

徐世洋+董傲霜+姜国伟

摘 要：文章针对中央空调实验系统进行了监控方案设计，采用了MICROMASTER 420 变频器和C9090A多功能控制器进行PID调节和控制， 并应用MCGS组态软件实现监测参数实时采集、显示和远程控制。

关键词：空调；变频器；控制器；MCGS

引言

当今世界能源日益紧张，建筑能耗占总能耗的比例约为30%，而空调能耗占建筑能耗的比例约为50%。由此可见，空调系统在满足工艺性和舒适性的前提下，如何提高运行效率，实现能效比的最大化已成为空调系统设计和运行过程中的关键问题。文章以我校中央空调实验系统为基础，应用现有的自控技术及产品，设计开发操作简单、可视化强的监控系统，为专业发展提供更完善的实训平台。

1 中央空调实验系统监控方案设计

1.1 中央空调实验系统的组成

中央空调实验系统由冷、热源系统；空调水系统；空气调节系统；空气输配系统和空调房间组成。冷源系统由压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器组成，为风冷式系统；热源由热水器提供。水系统包括冷热媒供回水系统，补水系统和膨胀水箱。空气调节系统为卧式空气处理机组，包括混合段、过滤段、表冷段、加湿段、风机段等，箱体上盖可拆卸，便于观察箱体内部构造。空气输配系统包括送风管、消声器、回风管、新风管和排风管以及相应的风口。各个子系统的相应部位做了保温处理。整个系统规模虽小，但五脏俱全，并且各个子系统均采用敞开式布置，将理论知识与实际设备直接对应，便于观察和理清各个子系统的组成和相互联系。

1.2 中央空调实验系统监控方案设计

针对整个实验系统流程，采用闭环控制方式，应用现场设备实现数据采集，应用控制器、变频器实现设备控制，应用MCGS组态软件实现整个监控系统的运行程序编制、动画显示和远程控制。主要实现以下监控内容：制冷主机（风冷）的控制，控制量为开关量输出DO；空调水泵控制，控制量为开关量输出DO；空调机组风机启停控制，控制量为开关量输出DO；空调机组风机PID变频控制，控制量为模拟量输出AO（0-10V）；空调回风温度控制（调节阀门PID控制），控制量为模拟量输出AO（0-10V）；系统多点温湿度采集，采集系统采用单总线测量技术；空调机组初、中效过滤器堵塞报警信号采集，采集量为开关量输入DI；空调水流量监测，采集信号为模拟量输入AI（4-20MA）；空调风管道风速监测，采集信号为模拟量输入AI（4-20MA）。

2 中央空调实验系统实时监控的实施

2.1 设备控制

2.1.1 设备启停控制

应用继电器、熔断开关、PLC等实现制冷主机、水泵、风机等设备的启动和停止，并配备相应的启、停指示灯。

2.1.2 风机的变频控制

应用西门子MICROMASTER420型变频器，根据对空调供、回水温差的采集，对风机进行PID（比例积分微分）调节，从而根据需要改变风机工作状态，进而改变风量，实现空调系统的变风量控制。

2.2 数据采集与监控

2.2.1 系统多点温湿度采集

应用单总线数据采集器负责整个系统大量管道内水的温度采集，负责空调房间各布点的温湿度采集和空调回风口温湿度采集。

2.2.2 过滤器堵塞报警信号采集与监控

应用QBM81型空气压差开关监控过滤器两侧的压差，确定过滤器的工作状态，并以此来确定过滤器的清洗与更换。

2.2.3 空调水流量监控

应用LWGY系列涡轮流量传感器，采集空调水流量的数据。当空调负荷发生变化时，根据采集数据经控制器的运算，应用HL-2X系列电动调节阀调节冷冻水流量，使供回水温度始终处于设定值，以确保冷水机组工作在高转换效率的最佳状态。

2.2.4 空调风管道风量监控

应用风速测量传感器，实时监测风管内空气流动速度，并转换成相应的电信号传送给监测中心，为风机的PID调节提供依据。

2.3 C9090A多功能控制器和MCGS组态软件的应用

2.3.1 C9090A多功能控制器的应用

应用C9090A多功能控制器确保空调系统按设定的程序正常工作并实现系统的现场独立运行控制。其特点是采用CRC16数据校验，保证了数据的完整性。数字量采集采用了广电隔离设计，RS485通信电路、单总线采集电路、模拟量采集电路及模拟量输出电路采用了防静电防浪涌设计，最大限度保证模块的安全性。C9090A内设2路PID控制回路，可以通过软件设计设置参数，将采单总线或者模拟量的集信号通过PID回路运算后将信号输出到模拟量输出上。内部程序同时预设了2组温度控制，可通过设定输出到对应的DO上。

2.3.2 MCGS组态软件的应用

应用在PC机上运行的MCGS组态软件，建立与现场传感器、控制器等监控设备连接，实现空调系统运行参数的采集、处理、分析、计算，构造实时数据库，实现对整个空调系统的远程监控；应用C语言编制脚本程序，实现系统运行策略的编制，使整个软件部分按计划运行；应用各种画图软件对整个操作界面进行设计和布局，并与编辑好的程序进行链接；用动画制作功能实现运行状态的动态显示；应用数据后处理及报表功能实现运行数据的曲线生成，数据文件存档，及报表的输出、打印等。

3 结束语

中央空调实验系统监控设计根据系统的流程和应用需求，基于MICROMASTER 420变频器、C9090A多功能控制器和MCGS组态软件，完成了中央空调实验系统监控系统的设计、设备安装与调试、编程、组态调试。结果显示各项控制功能达到设计要求，技术先进、功能齐全、人机界面生动友好、操作简单、可视化强，充分满足专业实训需要。并为空调系统的自动化设计与改造提供可行的实施参考。

参考文献

[1]羊梅，扬婉，罗亚虹.基于MCGS的中央空调实时监控系统设计[J].制冷与空调，2011，6（3）：273-276.

[2]刘光平.中央空调监控实训系统的设计和实现析[J].自动化与仪器仪表，2013（5）：166-168.

[3]宁永生，王琪辉，张英.大型空调中央监控系统设计[J].暖通空调，2004，19（3）：59-61.

[4]姜国伟，赵辛.低成本中央空调计算机控制管理系统[J].计算技术与信息发展，2013（3）：62-63.

作者简介：徐世洋（1991，6-），男，辽宁铁岭人，在读本科生。