暖通空調(diào)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的幾點(diǎn)想法

暖通空調(diào)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的幾點(diǎn)想法摘要：本文就目前流行的樓宇自動(dòng)化技術(shù)，談了幾點(diǎn)關(guān)于暖通空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際問題。RS-485技術(shù)在控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用；利用VC++技術(shù)自編監(jiān)控軟件；模糊控制與PID算法的結(jié)合應(yīng)用。關(guān)鍵字：RS485面向?qū)ο驪ID模糊控制1前言21世紀(jì)信息化的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，以網(wǎng)絡(luò)通訊和計(jì)算機(jī)技術(shù)為背景的建筑智能化正是順應(yīng)這一時(shí)代潮流的必然趨勢(shì)。作為智能建筑3A系統(tǒng)之一的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）對(duì)大樓的水電暖通等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行集中的監(jiān)控和管理已日益成為現(xiàn)代建筑中必不可少的配置。下面就其中暖通空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控談幾點(diǎn)看法。2RS485網(wǎng)絡(luò)中央空調(diào)系統(tǒng)管理復(fù)雜，運(yùn)行工況多變，是建筑物能耗大戶。為此，實(shí)施BA系統(tǒng)一般將空調(diào)系統(tǒng)作為監(jiān)控的重點(diǎn)，往往投入60％以上的監(jiān)控點(diǎn)和超過水電監(jiān)控投資總和的投入。但是不同廠商提供了不同功能的產(chǎn)品和系統(tǒng)，采用不同的通信協(xié)議，致使它們之間依靠網(wǎng)關(guān)和大量軟件的互聯(lián)成為高成本、低性能的解決方案。從資源的利用，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、擴(kuò)張、更新、維護(hù)等方面來(lái)看，都給業(yè)主帶來(lái)不利。因此，目前BAS發(fā)展的技術(shù)趨勢(shì)是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（FCS）。美國(guó)Echelon公司于1990年12月推出的Lonworks技術(shù)正是采用了FCS技術(shù)，這是一種開放系統(tǒng)的通用總線。它的技術(shù)核心是神經(jīng)元芯片（NeuronChip）和LonTalk協(xié)議。但對(duì)于中小型的監(jiān)控系統(tǒng)，全面采用Lonworks技術(shù)，并不具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和完善的工程實(shí)現(xiàn)。部分采用或支持現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)品在目前大量的中小型系統(tǒng)中更具有應(yīng)用性。以控制網(wǎng)絡(luò)而言，LonTalk總線在理論上可以組成任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。這種布線設(shè)計(jì)的隨意性，如果運(yùn)用不當(dāng)，在工程實(shí)踐中仍然是有技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的，并可能造成系統(tǒng)投資的增加。所以，中小型工程推薦運(yùn)用基于RS-485總線的控制網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)抗噪聲干擾性好，廣泛應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域，技術(shù)成熟，實(shí)現(xiàn)成本也較低。在使用RS-485接口的總線時(shí)，對(duì)于特定的傳輸線路，從發(fā)生器到負(fù)載，其數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸所允許的最大電纜長(zhǎng)度是數(shù)據(jù)信號(hào)速率的函數(shù)，這個(gè)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)主要是受信號(hào)失真及噪聲等影響所限制，兩者成反比。圖一所示的最大電纜長(zhǎng)度與信號(hào)速率的關(guān)系曲線是使用24AWG銅芯雙絞電話電纜（線徑為0.51mm），線間旁路電容為52.5PF/M，終端負(fù)載電阻為100歐時(shí)所得出。（曲線引自GB11014-89附錄A）。由圖中可知，當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)速率降低到90Kbit/S以下時(shí)，假定最大允許的信號(hào)損失為6dBV時(shí)，則電纜長(zhǎng)度可達(dá)1200m。實(shí)際上，圖中的曲線是很保守的，在實(shí)際使用時(shí)是完全可以取得比它大的電纜長(zhǎng)度。圖一電纜長(zhǎng)度與信號(hào)速率的關(guān)系曲線對(duì)于總線上的連接點(diǎn)的問題，根據(jù)規(guī)定，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口的輸入阻抗為≥12kΩ，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32。為適應(yīng)更多節(jié)點(diǎn)的通信場(chǎng)合，有些芯片的輸入阻抗設(shè)計(jì)成1/2負(fù)載（≥24kΩ）、1/4負(fù)載（≥48kΩ）、甚至1/8負(fù)載（≥96kΩ），相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增加到64、128和256。下表為一些常見芯片的可連接節(jié)點(diǎn)數(shù)。津節(jié)點(diǎn)數(shù)洞型謎扯號(hào)售32釀SN75他17嚷6傻，避SN75貝27銳6養(yǎng)，抄SN75址17掉9乓，敘SN75因18毯0券，肌MAX4霉8望5紫，何MAX4黨8物8福，懂MAX4冒90縱64量SN75冤LBC1抄84革128努MAX4逗8缺7錄，窄MAX1踢487卷256蠢MAX1拘48嘗2帥，勿MAX1頸48膏3律，系MAX3的08滾0擾～區(qū)MAX3毒089這樣RS-485接口在總線上允許連接多達(dá)256個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力,便于我們方便的利用單一的RS-485接口方便地建立起連接若干個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。以暖通空調(diào)系統(tǒng)典型的溫控來(lái)說，每個(gè)節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制器，可掛接多片溫度傳感器，以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)，距離在20~50m。從監(jiān)控范圍和監(jiān)控對(duì)象來(lái)說，足以滿足一般中小型暖通空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的要求。對(duì)于更大范圍的系統(tǒng)來(lái)說，也可通過在RS-485總線加裝中繼器來(lái)實(shí)現(xiàn)。3系統(tǒng)軟件從系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)來(lái)看，由組態(tài)軟件進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，一定程度上可以縮短開發(fā)周期。目前樓宇設(shè)備控制組態(tài)軟件市場(chǎng)為JohnsonControl′s，Simens，Honeywell等幾家公司所主宰。這些軟件功能豐富，借助其完善的樓宇自控硬件設(shè)備，占有絕大部分的市場(chǎng)份額。但存在著硬件設(shè)備要求較高的問題，出于對(duì)內(nèi)嵌的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（I/OServer）,及被處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等原因的考慮，一般需要配用其專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。而且它的一些核心技術(shù)封裝在模塊中，非廠家專業(yè)人員很難進(jìn)行維護(hù)、調(diào)試。對(duì)于大量的中小型空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說，其價(jià)格成本也較高。所以借鑒組態(tài)軟件面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，以實(shí)際系統(tǒng)中與各硬件直接相關(guān)的各控制量為對(duì)象名，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。軟件系統(tǒng)則以與控制量映射的對(duì)象名作為各種操作的對(duì)象，通過對(duì)對(duì)象名的屬性和值進(jìn)行定義、賦值來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的狀態(tài)變化。強(qiáng)在此核心捕思想的基余礎(chǔ)上，撲以助Wind輕ow定s悔為平臺(tái)盞，友VC+搖+念作為開發(fā)缺工具，建伸立鋤①室Cobj運(yùn)ectN壩ame藏(錦對(duì)象名信吸息收類魔)織，包河括驚A熱I僚型些、含A勁O侄型電、丙D蠻I訓(xùn)型靠、是D化O徒型四類，端每一個(gè)類評(píng)中包括控陶制量的屬賤性和相關(guān)況信息疾；辰②悶Ctre膠eVie迎w查（樹形顯糧示類），瑞幫助建立聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該；陵③預(yù)Ccom芽m恰(灶串行通信們類些)霉，實(shí)堅(jiān)現(xiàn)餅RS-4而8無(wú)5隔總線上多客機(jī)系統(tǒng)之毒間的通信傲功能，包課括創(chuàng)建、出初始化、溉讀寫、關(guān)悄閉等操作捕；督④通CODB悅CRec撕ord內(nèi)(課數(shù)據(jù)記錄庫(kù)類妙)勉，實(shí)現(xiàn)重釋要運(yùn)行參膽數(shù)的保存寧，及相關(guān)酷查詢更新委操作扁；欺⑤邁Cala年rmEr要ror烈(樓故障記錄客報(bào)警價(jià)類熔)桐，對(duì)參數(shù)刪值超過設(shè)橡定上下限碧的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)莫行狀況進(jìn)毅行提示。永整個(gè)軟件獨(dú)系統(tǒng)則分菊為三個(gè)功輛能模塊況：亮①救設(shè)置模塊研，定義各頑硬件地址局，衫I低O然口對(duì)象名病等文；曲②畏界面模塊鈔，建立人強(qiáng)機(jī)對(duì)話界材面貼；晚③匙后臺(tái)模塊蠟，控制硬宇件采集、速傳輸現(xiàn)場(chǎng)界數(shù)據(jù)，及械相關(guān)操作輪。傾由于該軟井件系統(tǒng)基爹于面向?qū)傧蟮脑O(shè)計(jì)忙思想，使蛙得它的穩(wěn)些定、高效參、及維護(hù)似、擴(kuò)展等或性能得到勝了保證。鞏4院汁控制算法躁對(duì)于中央舅空調(diào)監(jiān)控庫(kù)系統(tǒng)來(lái)說谷，傳統(tǒng)的登控制器多鑄為房PI闊D嶺控制算法貿(mào)。即，以白設(shè)定憲值久w網(wǎng)與實(shí)際臣輸出概值壟y擴(kuò)構(gòu)成的控心制偏捧差腿e(e=膨w-y桌)農(nóng)的比例，克積分，微鐘分通過線駁性組合構(gòu)靠成控制量抹式中洽：們K序p吊是比例系衣數(shù)特，盜T盆i語(yǔ)為積分時(shí)枕間義，階T蛙d堅(jiān)為微分時(shí)防間。若在控制器作中改寫成吐差分形式影，在采樣撇時(shí)股刻活t=iT抹(誦T軍為采樣周境期厲)份時(shí)：毅采用增量峽形式：真這樣只要陶保存近兩駝個(gè)控制周烏期的輸出意值帖u暢i催、表u父i-1風(fēng)，和近三路個(gè)控制周損期的偏茫差茶e說i佛、節(jié)e月i-1耕、搶e戚i-2侮就可以了后。系由于具有會(huì)積分環(huán)節(jié)尚，壽PI森D準(zhǔn)控制器可塘消除穩(wěn)態(tài)松誤差，在矛工作點(diǎn)附然近有較好減的穩(wěn)態(tài)精蔑度。但對(duì)翅于空調(diào)系糊統(tǒng)特有的灘大慣性、每純滯后、疲時(shí)變等特酬點(diǎn)，單純構(gòu)的漲PI淋D印調(diào)節(jié)，會(huì)率存在積分販飽和現(xiàn)象銹，使系統(tǒng)仔超調(diào)較大含，延長(zhǎng)了薯過渡過程睡。而如果真簡(jiǎn)單的采烤用之高競(jìng)PI吧D沖系數(shù)，雖灶然可以縮尋短過渡過丑程，但容沃易使控制潑失穩(wěn)，而晚導(dǎo)致室溫鑼振蕩。賓所以，利遠(yuǎn)用雙回路金控制，在熄較大偏差視下利用模肅糊控制，龍屏蔽積分風(fēng)作用，實(shí)夾時(shí)整骨定辣PI去D里系數(shù)，以帽改善系統(tǒng)叢動(dòng)態(tài)性能肺，成為高弓精度空調(diào)廊控制系統(tǒng)郊的考慮。內(nèi)信號(hào)處理求流程如圖擁二所示。番首先，確棄定控制規(guī)脖則：惑I暖F亮｛呈e福i皆｝張AN錄D詳｛奧é捎i夕｝晌THE納N狼邊｛染K耍｝憶其中暗｛枝e榆i梢｝、饒｛霉é煮i頌｝為誤做差被e帖、誤差變認(rèn)化部率秋é歪的模糊變龜量集合，雖｛含K逝｝為比例密控制系膽數(shù)宵K扒P惑、積分控宜制系硬數(shù)詠K絕I鋤、和微分陰控制系胳數(shù)騰K朗D劇的集合。等然后，建撤立模糊變古量集合和雞模糊控制板規(guī)則表，灣以明確輸疑出的模糊倚量。5結(jié)論呀隨著社會(huì)騎經(jīng)濟(jì)的發(fā)席展，空調(diào)觸系統(tǒng)的舒誦適性和節(jié)蔽能性對(duì)系嬸統(tǒng)的控制寇提出了更棚高的要求轎。蜻計(jì)算機(jī)及假網(wǎng)絡(luò)技術(shù)卵的發(fā)展已淚經(jīng)逐步要暫求或被要?jiǎng)⑶筮M(jìn)入暖咽通行業(yè)，僵對(duì)這方面煉內(nèi)容的研鉗究必將促尤進(jìn)暖通行窮業(yè)新的發(fā)潑展。參考文獻(xiàn)扭1銀王學(xué)蝴慧慕壺微機(jī)模糊研控制理論普及其應(yīng)襖用備.躺北劣京駝:閱電子工業(yè)奪出版荒社惠,198湊7餐2豐江楚億睬恰暖通空調(diào)宣系統(tǒng)的計(jì)庫(kù)算機(jī)控制機(jī)管理?yè)u【睛J券】凡,支框暖通空蠅調(diào)倚,199遮7,3(遣4):6予-7助3地陜蘇學(xué)買花短附等雁