浅谈高层建筑暖通空调控制系统设计

苏 平

（贵阳市建筑设计院有限公司贵州 贵阳 550000）

浅谈高层建筑暖通空调控制系统设计

苏 平

（贵阳市建筑设计院有限公司贵州 贵阳 550000）

21世纪是信息时代，各种电信技术推动了人类文明的发展。正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的发展，促使家庭实现了生活方式更加现代化，居住环境更加舒适、安全。本文在阐述红外控制和蓝牙控制运用在暖通空调设计中的分析的技术上，就基于PLC技术的暖通空调设计进行了分析。

高层建筑；暖通空调；控制系统

引言

智能家居控制系统的功能主要包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。随着新技术和自动化的发展，传感器的使用量越来越大，功能越来越强，各种标准化传感器模块的出现给智能家居控制系统的设计提供了便利。智能家居空调控制系统除了能实现传统的通过遥控按键控制空调之外，还加入了蓝牙、温度传感器等模块，可通过手机发射命令直接控制空调，实现智能家居系统的远程控制和自动控制。

1　系统整体设计及控制原理

智能家居空调控制系统采用两种方式控制空调：①传统的遥控按键方式；②通过手机蓝牙发射命令。系统由MSP430单片机、温度传感器、红外模块、蓝牙模块等几部分组成，其中MSP430单片机作为系统的主控制器，负责解析按键和蓝牙传输过来的信号并作出相关应答；温度传感器用来感应外界温度，其设置的温度范围是20～26℃，当温度在此范围时，系统可以根据设定好的程序自动关闭空调；当温度不在这个范围时，系统可通过按键或蓝牙来开启空调并控制空调的各种模式，当温度不在这一范围时也可设置自动控制模式，系统会自动开启空调并根据外界温度自动调节温度，无需通过手动开启；红外模块根据单片机的应答发射信号来控制空调；蓝牙模块接收手机发射的命令并将其传送给单片机。系统的整体框图如图1所示。

图1　系统整体框图

2　高层建筑暖通空调控制系统设计

2.1红外控制原理

红外信号发挥作用的基本前提条件是使红外光在红外传感器和空调之间传输信号，红外光位于电磁频道的不可见部分，红外控制就是利用波长为0.78～1.4μm之间的近红外线来传送控制信号的，如图2所示。

图2　光谱图

红外控制主要由发送和接收两个部分组成。目前大部分家电均采用红外一体化接收头来接收红外信号。系统发送端采用MSP430单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列脉冲串信号，通过红外发射管发送红外信号；由空调内置的红外一体化接收头接收红外信号，同时对信号进行放大、检波、整形得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并作出相关应答。

2.2蓝牙控制原理

蓝牙是一种低功耗的无线技术，蓝牙技术的设计初衷是将智能移动电话与笔记本电脑、掌上电脑以及各种数字信息的外部设备用无线方式连接起来，取代PC、打印机、传真机和移动电话等设备上的有线接口，进而形成一种个人网络，使得在可达范围内各种信息化的移动便携设备都能无缝地共享资源。蓝牙具有较强的移动性，可应用于多种通信场合。蓝牙无线传输通过RF（2.4GHz）载波进行，功耗低，传输速度快，可同时连接多个系统。采用蓝牙技术无需设置，只要两个蓝牙设备互相进入无线电平所允许的连接范围内，蓝牙协议就会自动扫描检测，实现连接，进行信息交换。系统所采用的蓝牙设备分别是蓝牙模块和手机，其中蓝牙模块采用3.4V电源供电，两者连接后，在一定距离内手机可通过蓝牙串口软件向蓝牙模块发射信号，通过单片机解析，进而实现控制空调。

3　基于PLC技术的暖通空调控制系统设计

3.1控制回路

根据节能的需要，暖通空调冷冻水变流量控制回路设计如图3所示。某小型超市的暖通空调控制系统是以温差来调节的闭环控制系统。它可以完成控制冷冻泵的流量、流速的任务，从而达到控制房间温度和其他参数的目的。

3.2控制系统的组成

温度的设定是由上位机根据工作要求通过CSM1277以太网交换机给出的。其中，温度调节器采用的是S7-1200PLC（CPU1214C，1个）；执行元件是由1个西门子MM440变频器、3台异步电动机、2台冷冻机主机、6台冷冻水水泵（3用3备用，每台功率为22kW）和盘管组成的；进出水的温度是由2个PT100温度传感器检测的；西门子SM1231模拟量输入、输出模块完成盘管后端温度模拟量的A/D转换，SM1234模拟量输入、输出模块将数字量转换为模拟量，并将PLC根据温差确定的频率值传送至MM440变频器，从而控制异步电动机实现调速；RS-485串行口主要用以在组态中的精简面板显示变频器的工作状态。上位机主要有两个作用，即设定空调的工作温度，监视现场设备的工作状态。

图3　暖通空调冷冻水变流量控制回路设计

3.3暖通空调变频原理

在暖通空调水系统中，最主要的运行设备是水泵。由水泵学比例定律可知，对于同一台水泵，当以不同转速运行时，水流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。由此可见，当降低转速时，功率的减少量远比流量的减少量大得多。因此，控制水泵的转速可以有效地控制水泵的消耗功率，这就是暖通空调系统高效节能的理论基础。

3.3.1集中制冷加热站冷冻水系统控制逻辑

首先采集流量和压差信号，计算系统实际的冷量，然后将系统实际的冷量与正在运行的冷水机组的额定制冷量的80%进行比较，如果系统实际的冷量大于正在运行的冷水机组的额定制冷量的80%，再判断冷冻水的出水温度是否大于设定的上限温度，如果冷冻水的出水温度大于设定的上限温度，且持续时间也大于设定的时间，则自动增加一台冷水机组，待运行一段时间后，再根据以上条件判断，如条件满足则自动增加第二台冷水机组，直至冷量满足负荷要求为止。冷水机组减机控制与加机控制类似，通过减少冷水机组的数量达到冷量满足符合要求为止。

3.3.2空调系统控制逻辑

根据发电机层左侧和安装场侧温度传感器测量的温度送入PLC控制器与给定值比较，根据±T偏差，由PLC按PID规律调节“组合式空调器三通水阀开度”，以达到控制冷冻（加热）水量，使房间温度保持在T≤25℃，T≥18℃。设定温度值与发电机层左侧和安装场侧温度传感器测量的温度进行比较计算偏差，然后通过PID运算输出AO去控制组合式空调器三通水阀开度。

3.3.3降温通风控制逻辑

降温通风风机根据预先编写的时间表自动控制启停，该厂设定的时间表为：运行4h→停止4h→运行4h。

4　系统软件的设计

上位机软件设计是按照C/S结构完成的，其中，OPC服务器的开发是最关键的。

4.1上位机监控软件

上位机软件的主要任务是设定和监视暖通空调现场设备的运行状态，设计客户端和OPC服务器等软件，并采用C#开发，其软件开发的接口一般选与西门子PLC相匹配的OPCSiemens-DAAutOmation类。上位机监控软件具有如下功能：①控制功能。根据由调度人员人工输入的指令控制PLC完成各个设备的启停操作。②安全保护功能。系统设定不同的操作等级，具有不同的操作权限，减少误操作和破坏性操作。③事故追忆功能。当发生系统故障和不良操作等事故时，系统将事故发生时刻前后一段时间内系统所采集到的所有参数保存下来，以供事故分析。④模拟显示功能。通过动态模拟画面显示通风空调系统中各个设备动作过程、水阀开度、当前各个地点温湿度、冷冻水管的流量、报警信号及电机运行电压、电流等所有可以显示的参数和图形。⑤数据检索和报表功能。可以检索和以报表形式显示、打印自诊断结果、设备状况、报警信息、流量、水量、冷冻机组开启次数、运行时间、动作次数统计、操作人员及有关电气量等。⑥报警功能。出现事故、故障时发出声光报警信号。

4.2下位机软件设计

下位机软件的主要任务是控制空调系统中的各设备，具体可将其分为冷冻机房变频控制系统和空调机房控制系统的程序设计。空调机房的PLC程序设计又可分为AHU单元PLC控制和水循环PLC控制的设计。

5　结束语

总之，改造和调试原来的暖通空调系统后，空调控制系统运行稳定。经过技术改造后，该空调每日耗电量下降了约32.6%，节能效果十分突出，空调系统的信息化水平和自动化水平得到了明显的提高，而且还同时缩短了项目周期，为企业节约了成本，创造了更好的经济效益和社会效益。

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TU831.3

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1673-0038（2015）18-0015-02

2015-3-24