暖通空调数据采集与监控系统的几点想法

暖通空调数据采集与监控系统的几点想法摘要：本文就目前流行的楼宇自动化技术，谈了几点关于暖通空调监控系统应用的实际问题。RS-485技术在控制网络中的应用；利用VC++技术自编监控软件；模糊控制与PID算法的结合应用。关键字：RS485面向对象PID模糊控制1前言21世纪信息化的时代已经到来，以网络通讯和计算机技术为背景的建筑智能化正是顺应这一时代潮流的必然趋势。作为智能建筑3A系统之一的楼宇自动化系统（BAS）对大楼的水电暖通等机电设备进行集中的监控和管理已日益成为现代建筑中必不可少的配置。下面就其中暖通空调系统的监控谈几点看法。2RS485网络中央空调系统管理复杂，运行工况多变，是建筑物能耗大户。为此，实施BA系统一般将空调系统作为监控的重点，往往投入60％以上的监控点和超过水电监控投资总和的投入。但是不同厂商提供了不同功能的产品和系统，采用不同的通信协议，致使它们之间依靠网关和大量软件的互联成为高成本、低性能的解决方案。从资源的利用，系统的设计、调试、扩张、更新、维护等方面来看，都给业主带来不利。因此，目前BAS发展的技术趋势是现场总线技术（FCS）。美国Echelon公司于1990年12月推出的Lonworks技术正是采用了FCS技术，这是一种开放系统的通用总线。它的技术核心是神经元芯片（NeuronChip）和LonTalk协议。但对于中小型的监控系统，全面采用Lonworks技术，并不具有技术优势和完善的工程实现。部分采用或支持现场总线技术的产品在目前大量的中小型系统中更具有应用性。以控制网络而言，LonTalk总线在理论上可以组成任意拓扑结构的网络。这种布线设计的随意性，如果运用不当，在工程实践中仍然是有技术风险的，并可能造成系统投资的增加。所以，中小型工程推荐运用基于RS-485总线的控制网络。该技术抗噪声干扰性好，广泛应用于过程控制领域，技术成熟，实现成本也较低。在使用RS-485接口的总线时，对于特定的传输线路，从发生器到负载，其数据信号传输所允许的最大电缆长度是数据信号速率的函数，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制，两者成反比。图一所示的最大电缆长度与信号速率的关系曲线是使用24AWG铜芯双绞电话电缆（线径为0.51mm），线间旁路电容为52.5PF/M，终端负载电阻为100欧时所得出。（曲线引自GB11014-89附录A）。由图中可知，当数据信号速率降低到90Kbit/S以下时，假定最大允许的信号损失为6dBV时，则电缆长度可达1200m。实际上，图中的曲线是很保守的，在实际使用时是完全可以取得比它大的电缆长度。图一电缆长度与信号速率的关系曲线对于总线上的连接点的问题，根据规定，每个标准RS-485接口的输入阻抗为≥12kΩ，相应的标准驱动节点数为32。为适应更多节点的通信场合，有些芯片的输入阻抗设计成1/2负载（≥24kΩ）、1/4负载（≥48kΩ）、甚至1/8负载（≥96kΩ），相应的节点数可增加到64、128和256。下表为一些常见芯片的可连接节点数。津节点数洞型谜扯号售32酿SN75他17嚷6傻，避SN75贝27锐6养，抄SN75址17掉9乓，叙SN75因18毯0券，肌MAX4霉8望5紫，何MAX4党8物8福，懂MAX4冒90纵64量SN75冤LBC1抄84革128努MAX4逗8缺7录，窄MAX1踢487卷256蠢MAX1拘48尝2帅，勿MAX1颈48膏3律，系MAX3的08滚0扰～区MAX3毒089这样RS-485接口在总线上允许连接多达256个收发器。即具有多站能力,便于我们方便的利用单一的RS-485接口方便地建立起连接若干个现场控制子系统的网络。以暖通空调系统典型的温控来说，每个节点现场控制器，可挂接多片温度传感器，以实现多点温度监测，距离在20~50m。从监控范围和监控对象来说，足以满足一般中小型暖通空调监控系统的要求。对于更大范围的系统来说，也可通过在RS-485总线加装中继器来实现。3系统软件从系统软件的设计来看，由组态软件进行二次设计，一定程度上可以缩短开发周期。目前楼宇设备控制组态软件市场为JohnsonControl′s，Simens，Honeywell等几家公司所主宰。这些软件功能丰富，借助其完善的楼宇自控硬件设备，占有绝大部分的市场份额。但存在着硬件设备要求较高的问题，出于对内嵌的设备驱动程序（I/OServer）,及被处理数据结构等原因的考虑，一般需要配用其专用的网络设备。而且它的一些核心技术封装在模块中，非厂家专业人员很难进行维护、调试。对于大量的中小型空调系统来说，其价格成本也较高。所以借鉴组态软件面向对象的设计思想，以实际系统中与各硬件直接相关的各控制量为对象名，作为系统设计的核心。软件系统则以与控制量映射的对象名作为各种操作的对象，通过对对象名的属性和值进行定义、赋值来实现硬件系统的状态变化。强在此核心捕思想的基余础上，扑以助Wind轻ow定s悔为平台盏，友VC+摇+念作为开发缺工具，建伸立锄①室Cobj运ectN坝ame藏(锦对象名信吸息收类魔)织，包河括惊A热I僚型些、含A劲O侄型电、丙D蛮I训型靠、是D化O徒型四类，端每一个类评中包括控陶制量的属贱性和相关况信息疾；辰②闷Ctre胶eVie迎w查（树形显粮示类），瑞帮助建立联系统结构该；陵③预Ccom芽m恰(灶串行通信们类些)霉，实坚现饼RS-4而8无5隔总线上多客机系统之毒间的通信傲功能，包课括创建、出初始化、溉读写、关悄闭等操作捕；督④通CODB悦CRec撕ord内(课数据记录库类妙)勉，实现重释要运行参胆数的保存宁，及相关酷查询更新委操作扁；欺⑤迈Cala年rmEr要ror烈(楼故障记录客报警价类熔)桐，对参数删值超过设橡定上下限碧的现场运莫行状况进毅行提示。永整个软件独系统则分菊为三个功辆能模块况：亮①救设置模块研，定义各顽硬件地址局，衫I低O然口对象名病等文；曲②畏界面模块钞，建立人强机对话界材面贴；晚③匙后台模块蜡，控制硬宇件采集、速传输现场界数据，及械相关操作轮。倾由于该软井件系统基爹于面向对胜象的设计忙思想，使蛙得它的稳些定、高效参、及维护似、扩展等或性能得到胜了保证。巩4院汁控制算法躁对于中央舅空调监控库系统来说谷，传统的登控制器多铸为房PI阔D岭控制算法贸。即，以白设定宪值久w网与实际臣输出概值垄y扩构成的控心制偏捧差腿e(e=膨w-y桌)农的比例，克积分，微钟分通过线驳性组合构靠成控制量抹式中洽：们K序p吊是比例系衣数特，盗T盆i语为积分时枕间义，阶T蛙d坚为微分时防间。若在控制器作中改写成吐差分形式影，在采样撇时股刻活t=iT抹(诵T军为采样周境期厉)份时：毅采用增量峡形式：真这样只要陶保存近两驼个控制周乌期的输出意值帖u畅i催、表u父i-1风，和近三路个控制周损期的偏茫差茶e说i佛、节e月i-1耕、抢e戚i-2侮就可以了后。系由于具有会积分环节尚，寿PI森D准控制器可塘消除稳态松误差，在矛工作点附然近有较好减的稳态精蔑度。但对翅于空调系糊统特有的滩大惯性、每纯滞后、疲时变等特酬点，单纯构的涨PI淋D印调节，会率存在积分贩饱和现象锈，使系统仔超调较大含，延长了薯过渡过程睡。而如果真简单的采烤用之高竞PI吧D冲系数，虽灶然可以缩寻短过渡过丑程，但容沃易使控制泼失稳，而晚导致室温锣振荡。宾所以，利远用双回路金控制，在熄较大偏差视下利用模肃糊控制，龙屏蔽积分风作用，实夹时整骨定辣PI去D里系数，以帽改善系统丛动态性能肺，成为高弓精度空调廊控制系统郊的考虑。内信号处理求流程如图拥二所示。番首先，确弃定控制规脖则：惑I暖F亮｛呈e福i皆｝张AN录D详｛奥é捎i夕｝晌THE纳N狼边｛染K耍｝忆其中暗｛枝e榆i梢｝、饶｛霉é煮i颂｝为误做差被e帖、误差变认化部率秋é歪的模糊变龟量集合，虽｛含K逝｝为比例密控制系胆数宵K扒P惑、积分控宜制系硬数咏K绝I锄、和微分阴控制系胳数腾K朗D剧的集合。等然后，建撤立模糊变古量集合和鸡模糊控制板规则表，湾以明确输疑出的模糊倚量。5结论呀随着社会骑经济的发席展，空调触系统的舒诵适性和节蔽能性对系婶统的控制寇提出了更棚高的要求轿。蜻计算机及假网络技术卵的发展已泪经逐步要暂求或被要刘求进入暖咽通行业，僵对这方面炼内容的研钳究必将促尤进暖通行穷业新的发泼展。参考文献扭1银王学蝴慧慕壶微机模糊研控制理论普及其应袄用备.躺北劣京驼:阅电子工业夺出版荒社惠,198凑7餐2丰江楚亿睬恰暖通空调宣系统的计库算机控制机管理摇【睛J券】凡,支框暖通空蝇调倚,199遮7,3(遣4):6予-7助3地陕苏学买花短附等雁