基于建筑智能化的水蓄冷空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

高杰

【摘 要】城市化進程推動了能源需求的顯著增長，尤其深圳地區(qū)夏季電力能源更加緊張，水蓄冷技術(shù)能夠緩解這種現(xiàn)象，因此具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。通過日間放冷，夜間蓄冷的模式發(fā)揮了良好的制冷效果，既平衡了電網(wǎng)負荷，又凈化了環(huán)境，對節(jié)能減排做出了顯著的貢獻，有重要的現(xiàn)實意義。

【Abstract】The urbanization process has promoted the remarkable growth of energy demand， especially in Shenzhen， the energy supply in summer has become more and more tense. Water storage technology can alleviate this phenomenon， so it has broad space for development and application prospects. By means of daytime cooling and night storage， the system has played a good cooling effect. It not only balances the load of the network， but also purifies the environment， and makes a significant contribution to energy conservation and emission reduction. It has important practical significance.

【關(guān)鍵詞】建筑智能化；水蓄冷空調(diào)；控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

【Keywords】building intelligent； water storage air conditioning； design and application of control system

【中圖分類號】TU831 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0185-02

1 引言

基于建筑智能化的水蓄冷空調(diào)控制系統(tǒng)是建筑智能IBMS管控平臺下的一個BA系統(tǒng)，控制系統(tǒng)技術(shù)易于實現(xiàn)。水蓄冷系統(tǒng)將晚間谷期的低價電能和水具有的顯熱物理特性結(jié)合起來蓄冷，以4℃低溫水的形式分層在蓄冷池儲存起來，白天用電高峰期時通過IBMS智能管控平臺結(jié)合整個大樓空調(diào)末端的需求將蓄冷量在空調(diào)末端系統(tǒng)釋放出來，有利于電網(wǎng)安全運行，也為電力緊張的深圳地區(qū)提供了一個很好的解決辦法[1]。

深圳某大廈的水蓄冷空調(diào)技術(shù)，采用建筑智能化以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)公共平臺在中控室上位計算機集成系統(tǒng)上實現(xiàn)水蓄冷設(shè)備運行遠程控制、整個工藝狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)遠程設(shè)置、數(shù)據(jù)GPRS推送等管理，通過系統(tǒng)集成可以把更多的不同通迅協(xié)議的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備及其他相關(guān)連的設(shè)備聯(lián)系在一起，打造高效率的集成監(jiān)控運營管理平臺，通過ModbusRtuSlave通迅接口提供系統(tǒng)監(jiān)控支持，將水蓄冷系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)上傳到建筑智能IBMS管控平臺，融合物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)及移動互聯(lián)等技術(shù)，提供集中云端存儲和計算服務(wù)，在大廈內(nèi)“云”資源共享，把大廈內(nèi)空調(diào)運行的歷史能耗和進行水蓄冷技術(shù)改造后的耗能進行匯總對比，以“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，為管理人員提供更加優(yōu)化的水蓄冷運行方案，精細化管理有效控制空調(diào)系統(tǒng)運行成本，堵塞漏洞，使用強大的數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實現(xiàn)技術(shù)+管理節(jié)能。

水蓄冷控制系統(tǒng)設(shè)計水準的高低對水蓄冷空調(diào)節(jié)約電費多少起著至關(guān)重要的作用，控制技術(shù)采用智能主控制柜到各控制子系統(tǒng)電動閥控制柜及其他節(jié)能控制柜，采用實時性現(xiàn)場總線的CONTROLNET開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有高度確定性、可重復(fù)的高速控制和數(shù)據(jù)采集特點[2]。用專用開發(fā)的OPC軟件直接連接中控室上位計算機集成系統(tǒng)讀取上位數(shù)據(jù)，水蓄冷控制系統(tǒng)按程序編排的時間順序，結(jié)合負荷預(yù)測軟件，控制水蓄冷主機及外圍相關(guān)設(shè)備的啟停數(shù)量，監(jiān)測設(shè)備的工作狀況與運行參數(shù)，如：蓄冷水池進、出口溫度測量、顯示，電動閥開關(guān)、調(diào)節(jié)與閥位顯示，蓄冷量測量與顯示，放冷冷量顯示，從而實現(xiàn)控制系統(tǒng)終端人機交互界面實時數(shù)據(jù)通迅，根據(jù)這個設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)，按硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進行控制系統(tǒng)設(shè)計。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)主控制集成柜的設(shè)計

通過主控制柜內(nèi)的PLC、智能模塊、模擬量輸入輸出模塊、協(xié)議網(wǎng)關(guān)、流量計、智能電表、電動閥、PT100溫度傳感器、壓差傳感器、二氧化碳濃度傳感器、室外溫濕度傳感器等硬件設(shè)施，以CNT/MBUS和SRHUB通信卡相互連接，統(tǒng)一采用SLIP通迅協(xié)議，SLIP具有協(xié)議簡單、穩(wěn)定性高、故障率低、便于實現(xiàn)、可以進行遠程訪問的優(yōu)點，設(shè)計時考慮SLIP協(xié)議是面向低速串行線路的，用于專用線路，Modem的傳輸速率在1200bps到19200bps，可以實現(xiàn)遠程采集數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控，且自檢能力強并具有報警功能模塊，從而組成一個完善的智能自控系統(tǒng)。

2.2 水蓄冷各子系統(tǒng)控制柜的設(shè)計

①遠程終端控制系統(tǒng)。遠程終端控制系統(tǒng)以西門子S7-200PLC為控制核心，具有效率高，功能強大，通迅硬件簡單，價格便宜的特點，連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能，可以對點對點接口協(xié)議與自由端口協(xié)議進行通迅，遠程終端控制系統(tǒng)Modbus rtu協(xié)議保持控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一致性，保證PLC通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，設(shè)計選擇PLC通訊地址，利用MBUS-SLAVE實現(xiàn)指令循環(huán)，完成系統(tǒng)主控制集成柜發(fā)出的通迅指令要求，將西門子S7-200中的Port通訊口與系統(tǒng)進行通迅，確定西門子PLC中相對應(yīng)的數(shù)據(jù)接入點的可靠性，確定相關(guān)的通迅指令。②控制蓄放冷電動閥門系統(tǒng)。以西門子S7-200PLC、CPU224XP設(shè)計成控制單元，支持模擬量I/O和ModbusRtuSlave通迅端口，為電動蝶閥提供就地啟停、遠程手動、遠程自動。外部系統(tǒng)可以通過該接口監(jiān)控本系統(tǒng)，可以將電動閥門開度在上位機上集成顯示。將擴展模塊EM223當作數(shù)字量的輸入與輸出模塊，分別有32個輸出與輸入繼電器，CPU224XP可以通過EM223模塊采集電動閥的開關(guān)信號，CPU224XP可以通過EM223模塊輸出端口將控制程序控制的運算結(jié)果發(fā)送給電動閥門，設(shè)定兩個輸出控制信號，通過EM223對24V直流電進行控制輸出，24v繼電器對220v的交流電進行控制，實現(xiàn)電動閥門開關(guān)的控制；EM231模塊設(shè)置成4個模擬量的輸入模塊進行控制使用，實現(xiàn)電動閥行程的控制。③蓄放冷泵控制柜系統(tǒng)。以西門子S7-200PLC、CPU224、ABB-ACS510變頻器設(shè)計成控制單元，通過RS485通訊協(xié)議與PLC通訊，PT100溫度傳感器采集溫差通過EM231模塊傳送至PLC中，模擬量輸出模塊EM232把溫度數(shù)據(jù)送至變頻器，通過與設(shè)定溫度比較，變頻器將溫度信號轉(zhuǎn)換成變化的頻率，從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)流量控制，平滑運行。當達到設(shè)定的蓄冷量時，蓄冷泵停止蓄冷，控制蓄冷水池進液管上電動調(diào)節(jié)閥和旁通閥的開度，控制放冷泵運行頻率，放冷速率，恒定供冷溫度，達到節(jié)能目的。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件設(shè)計：①組態(tài)王軟件系統(tǒng)。組態(tài)王開發(fā)軟件系統(tǒng)，是自控系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺，解決了控制系統(tǒng)通用性問題，整體建立在面向?qū)ο缶幊袒A(chǔ)之上，通過對象與設(shè)計容易實現(xiàn)系統(tǒng)編程，利于后續(xù)的軟件開發(fā)工作，實現(xiàn)了畫面、數(shù)據(jù)、動畫可視化操作界面，直觀方便使用，采用Modbus協(xié)議進行通訊，可以對水蓄冷時投入運行的冷水機組，蓄冷泵、放冷泵、電動閥等多個目標進程監(jiān)控，進程控制時可以申請自身的系統(tǒng)資源，具有獨立、動態(tài)、異步的特征，線程是最小的執(zhí)行單元，可以通過系統(tǒng)進行獨立調(diào)用，一個進程中有多個線程，可以實現(xiàn)彼此間合作，多個線程之間也可以實現(xiàn)并行執(zhí)行不同控制單元發(fā)出的指令[3]。②數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)。采用ADO用于數(shù)據(jù)訪問的高端通信接口，它是基于面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)訪問類型，水蓄冷控制系統(tǒng)中設(shè)備運行狀態(tài)表、日志表、用戶表、報警記錄等，通過通信接口協(xié)議上傳IBMS管控平臺進行空調(diào)系統(tǒng)能耗同比和環(huán)比對比分析，通過GPRS接口可以實現(xiàn)高效移動端能耗管控，支持使用手機、手持PAD終端，隨時隨地查看水蓄冷設(shè)備的運行狀態(tài)和故障情況，便于工程技術(shù)人員更好的技術(shù)+管理節(jié)能。③控制系統(tǒng)界面。第一，水蓄冷系統(tǒng)主界面。水蓄冷系統(tǒng)主界面中包含整體的設(shè)備運行動態(tài)流程圖、運行數(shù)據(jù)實時顯示、蓄冷量顯示、報警保護模式顯示等幾個部分。水蓄冷運行模式中有谷期蓄冷模式、峰期放冷模式、平期蓄冷模式、混合放冷模式幾個模式，不同蓄冷運行模式設(shè)定了相應(yīng)的一鍵啟動模式。當水蓄冷主界面沒有任何操作時，會在5分鐘內(nèi)鎖定，防止非管理人員誤操作[4]。第二，末端空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控界面。大廈樓層空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)放在主界面的上端，方便對樓層中的空調(diào)運行狀態(tài)進行顯示。根據(jù)樓層風機溫控圖控制表，可以進行開停機時間、環(huán)境溫濕度遠程設(shè)置，方便樓層空調(diào)系統(tǒng)高效集中管理，當水蓄冷高峰期放冷結(jié)束后，原空調(diào)系統(tǒng)與水蓄冷系統(tǒng)自動切換，不會造成樓層現(xiàn)場環(huán)境突然變化，保證環(huán)境的舒適性。

4 結(jié)語

設(shè)計基于建筑智能化的水蓄冷空調(diào)控制系統(tǒng)的主要工作是與整體建筑智能化的硬件和軟件系統(tǒng)兼容性的統(tǒng)一設(shè)計，水蓄冷控制系統(tǒng)從施工整體聯(lián)調(diào)到正式投入使用，可以看出，這個控制系統(tǒng)方案具有兼顧未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進一步發(fā)展不同通信協(xié)議的智能化模塊容易擴展、配合合理的優(yōu)勢，達到了設(shè)計要求，尤其是用戶人機界面，可以完整地呈現(xiàn)操作設(shè)備的過程，提高了管理水平和效率，減少了現(xiàn)場工作量。水蓄冷系統(tǒng)運行滿一年后通過了建筑節(jié)能專業(yè)審計，獲得了國家機關(guān)事務(wù)管理局頒發(fā)的節(jié)約型示范項目榮譽稱號，取得了非常好的社會效益和經(jīng)濟效益。

【參考文獻】

【1】王崢，王建.水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及經(jīng)濟性分析[J].華北電力大學學報（自然科學版），2007（02）：130-133.

【2】黃麗，劉秋新.水蓄冷技術(shù)在商場空調(diào)冷源中的設(shè)計應(yīng)用及節(jié)能分析[J].建筑節(jié)能，2010（03）：46-48+68.

【3】孫雪景.建筑設(shè)備中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2013（12）：250-251.

【4】楊路明，雷亞軍. 組態(tài)軟件WinCC在自動監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計算技術(shù)與自動化，2003，22（4）：21-24.