基于LonWorks 和DDC 的智能楼宇中央空调监控系统研究

张晓娟

（安徽工商职业学院，安徽 合肥230041）

楼宇自动化系统实现了对建筑物的电力、 空调、安防、照明等系统的集中监控和管理。 而中央空调系统作为智能建筑不可或缺的一部分，在现代楼宇自动化系统中扮演着非常重要的角色。 空调系统作为楼宇自动化系统中非常重要的组成部分，为人们提供了舒适的生活和工作环境，提高了建筑物的舒适度。 但同时，空调系统也是整个楼宇系统中的耗能大户，据不完全统计，空调系统的耗能几乎占了整个建筑物耗能的三分之一以上。 因此，要想实现整个建筑物的节能，务必先要实现中央空调系统的节能经济运行。 再者，由于空调系统的安全可靠运行和建筑物内部环境的舒适度息息相关，所以需要对空调系统的运行状态进行实时监控。

1 中央空调监控系统总体功能

为了实现整个空调系统的节能运行、降低费用、提高效益， 本文采用LonWorks 总线技术进行硬件组网设计，用DDC（直接数字控制器）作为智能节点来采集各传感器的反馈信号并控制底层机电设备运行，同时DDC 还能够将各设备运行状态通过LonWorks 总线及时传送给上位监控计算机，上位机的监控软件可实现对底层机电设备，如冷却机组、新风机组等的运行状态的实时显示、启停控制、报警故障处理、记录等操作。

2 中央空调监控系统工作原理

空调， 顾名思义就是空气调节。 空气调节的目的是通过加工和处理空气， 使建筑物内的空气符合人们对环境的要求，包括：温度、湿度等。 因此，一般建筑物的空调系统所做的空气调节就是温度调节和湿度调节。 整个中央空调系统大致由两大部分组成：冷源/热源系统和前端设备。 其中冷源系统又包括冷水机组、冷冻水循环系统、冷却水系统，热源系统包括锅炉机组和热交换机等，前端设备则通常为新风机组、空调机组等形式。

2.1 中央空调工作原理

中央空调的原理示意图如图1 所示：

空调系统的温度调节工作过程大致如下： 外部新风和内部回风按一定比例进入混风风门混合， 混合之后得到的混合空气再经过过滤器过滤后进入风机盘管， 与风机盘管内的冷水/热水进行热交换，风机盘管通过控制回水电动阀的开闭来控制冷水/热水的流量，以改变混合空气的温度。 经过换热处理后的混合空气再经过加湿器加湿后， 由送风机送入空调出风口。 为了保证温度控制的准确性， 空调温度调节都采用闭环控制。 从图1 中也可以看出， 在出风口和回风口附近都安装有温度传感器，这样就可以将检测到的室内环境实际温度和设定值进行比较，然后按照比较偏差来控制风机盘管的回水电动阀， 实现对温度的调节。 湿度调节过程和温度调节过程类似，只是把回风湿度传感器测量得到的回风湿度送入DDC 控制器与给定值进行比较，然后由控制器根据程序设定按一定规律来调节加湿电动阀，进而把室内环境的湿度保持在一定值。

2.2 LonWorks 总线技术

由于整个中央空调系统是由几个复杂的子系统和很多设备组成的，不同厂商的设备或子系统采用的控制方案也都不同，那么各个子系统采用的通信协议也不想相同， 这就导致各个子系统间信息交换和通讯的困难。 目前，随着楼宇智能化技术的飞跃发展，越来越多的设备支持LonWorks 通信协议。 LonWorks 技术采用开放式ISO/OSI 模型的全部七层通信协议。 LonWorks 技术主要由智能节点、 路由器、LonTalk 协议，LonWorks 收发器，LonWorks 网络和节点开发器组成。 其中神经元芯片是LonWorks 技术的核心， 它内部含有三个专用的CPU，每个CPU 有相对独立的功能， 芯片内部还有存储缓冲区，自带11 个输入输出接口。 此外，LonWorks 技术还支持多种通信介质，如双绞线、电力线、光纤、红外、无线等等。

3 中央空调监控系统硬件设计

本文就是采用LonWorks 总线技术，将空调系统中的各个子系统通过通信接口和LonWorks 通信协议连接起来，实现冷源系统、热源系统以及空调机组的无缝对接，并最终通过上位机监控实现对整个空调系统运行状况进行整体监控，包括系统运行参数监控、节能控制以及安全保护等等。

3.1 系统硬件组成

系统网络结构框图如图2 所示。

3.2 系统工作流程

从图2 中我们可以看出， 中央空调系统底层设备控制采用直接数字控制器（DDC）来实现，DDC 在整个系统中起到非常重要的作用，是整个底层设备控制部分的控制核心。 DDC 内部通常包含CPU 模块、通信模块和输入输出模块等。 在本系统中， 它能够将测量仪表和传感器得到的测量信号（温度、湿度、流量等）和系统设定值进行比较， 按照比较偏差并根据设定好的控制方式去驱动执行机构（电动阀门等）完成对应被控参数的控制，通常所采用的控制方式有开环控制、 闭环反馈控制等等。 DDC控制器本身还带有强大的通信功能，能够接收管理中心机发出的各种控制信号，并按照给定命令完成对所监控设备的直接控制， 同时还能够把设备的运行状况及各个参数及时反馈给管理中心。

4 软件实现

整个中央空调系统涉及到的子系统众多， 而每个子系统又包含大量设备。 本文仅以新风系统为例简要说明软件设计流程。新风系统的软件流程框图如图3 所示。在实际控制中， 新风机组和风机盘管通常采用联合控制。新风空调的控制以出风口温度和室内温度为参数，整体采用PID 控制策略。 夏天调整风机盘管冷水阀的开度，冬天则通过调整风机盘管热水阀的开度来实现室温夏季稳定在27 度左右，冬季在17 度以上。而春秋过渡季节时期，为了节能，则可以停止进行温度调节。 而湿度调节过程与温度类似，只不过采用PI 控制策略进行调节。

5 结语

中央空调系统采用基于LonWorks 总线技术和DDC后，很大程度上提高了系统的集成度、工作效率，降低了能耗，通过对其进行实时的自动监控，也在很大程度上节约了人力，优化了管理。 由于LonWorks 技术的通用性和兼容性，也为后期的设备维护、系统改造和扩容带来了很多便利， 同时也为用户和管理者创造更好的经济与社会效益。

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