空調(diào)系統(tǒng)控制優(yōu)化與故障診斷實時數(shù)據(jù)通信方法解析

張玲

（上海迪普自動化技術(shù)有限公司,上海 201100）

有資料統(tǒng)計，我國當(dāng)下建筑領(lǐng)域能耗在國內(nèi)商品總能耗中所占比例為20%～30%，其中以建筑運行能耗為主，包括了建筑照明、空調(diào)以及各種類型及建筑內(nèi)部使用電器的能耗，技術(shù)水平更新與發(fā)展直接關(guān)系著其節(jié)能潛力。要滿足居民在生活與社會活動中提出的主觀需求，特別是將不降低建筑室內(nèi)舒適度為基礎(chǔ)條件?？照{(diào)系統(tǒng)是大多數(shù)建筑，特別是公共建筑除采暖以外運行能耗最大的構(gòu)成，且系統(tǒng)的能耗構(gòu)成較復(fù)雜。為更好地滿足本專業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)實需求，本文在建筑內(nèi)控制系統(tǒng)部分軟、硬件技術(shù)的協(xié)助下，接收與發(fā)送建筑空調(diào)設(shè)備的有關(guān)數(shù)據(jù)，進而更科學(xué)地分析空調(diào)的運行性能，改善故障檢測與排查方法，進而更好地滿足現(xiàn)代建筑運行階段對高效、舒適提出的要求。

1 空調(diào)系統(tǒng)控制優(yōu)化的概述

在建筑空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)，存有多種可控制變量，通過對其進行優(yōu)化控制能將系統(tǒng)的總能耗量降到最低水平。既往很多專家研究了制冷系統(tǒng)的全局優(yōu)化方法，發(fā)現(xiàn)和常規(guī)的優(yōu)化方法作比較，應(yīng)用的優(yōu)化策略能取得更大的節(jié)能成效。但針對空調(diào)系統(tǒng)的在線實時控制，其并沒有研發(fā)出一種適用性較高的算法。Braun將一種優(yōu)化控制算法用于建筑空調(diào)的優(yōu)化領(lǐng)域中，發(fā)現(xiàn)其能減少10%～20%能源的耗用量。Braun指出，可以將空調(diào)系統(tǒng)視為一個和連續(xù)控制變量與不可控變量相關(guān)的二次函數(shù)，將可調(diào)控變量的優(yōu)化預(yù)設(shè)值設(shè)定為變量，目標(biāo)函數(shù)選作設(shè)備各構(gòu)件的能耗，這樣能于總能耗最低的工況下測求出可控變量對應(yīng)的優(yōu)化預(yù)設(shè)值。

2 故障診斷方法

從宏觀上，可以將系統(tǒng)故障診斷細(xì)化為故障檢測、辨識、測評機決策等幾大過程。當(dāng)檢測到系統(tǒng)存有故障時，需確定故障類型及解讀其對系統(tǒng)的影響程度，系統(tǒng)是否能包容該故障，進而明確處理該故障的措施方法，例如維修更換故障器件，或用調(diào)整設(shè)定值或檢測儀讀數(shù)的形式去維持系統(tǒng)正常運行狀態(tài)。

可用于診斷空調(diào)系統(tǒng)故障的方法較多，參照其是否使用模型可以將其分為基于模型與非模型的故障診斷，前者需要構(gòu)建系統(tǒng)常態(tài)及各種已知故障條件下的系統(tǒng)模型，利用模型動態(tài)預(yù)測系統(tǒng)運行過程，對比預(yù)測參數(shù)與實測參數(shù)，把兩者形成的偏差值作為分類器的輸入部分，進而對故障作出分類，物理原理法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、回歸法均是參考模型建設(shè)時可供選擇的方法。非模型的故障診斷法直接用空調(diào)的各種輸入、輸出作為故障的表征，而后將其統(tǒng)一輸入到分類器，分類器依照事前設(shè)定的規(guī)則，對故障類型作出準(zhǔn)確劃分，輸出診斷結(jié)果，該種方法應(yīng)用時的關(guān)鍵是分類器的設(shè)計，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是常用的分類方法。

3 空調(diào)系統(tǒng)控制優(yōu)化與故障診斷實時數(shù)據(jù)通信程序的設(shè)計

3.1 系統(tǒng)概況

本課題把一棟實際建筑中央空調(diào)作為研究對象。本建筑是辦公建筑，共計35層，當(dāng)下已經(jīng)建成并處于投運狀態(tài)，空調(diào)是變風(fēng)量系統(tǒng)，其內(nèi)安設(shè)了EBI設(shè)備管理系統(tǒng)，各層均設(shè)置了獨立的AHU與數(shù)十個VAV box協(xié)同為本樓層空調(diào)去提供風(fēng)量。針對管理系統(tǒng)內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)側(cè)結(jié)構(gòu)，其由現(xiàn)場VAV box,AHU；數(shù)字控制器DDC；路由器；配置LNS的計算機等構(gòu)成。

3.2 設(shè)計通信程序

為更好地滿足AHU優(yōu)化控制，AHU及VAV box故障檢測與診斷軟件的現(xiàn)實需求，立足于建筑空調(diào)設(shè)備現(xiàn)場實況，將SQL語言添加到系統(tǒng)內(nèi)，并和SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫建設(shè)連接關(guān)系，以5min為一個周期獲取AHU與VAV各項參數(shù)數(shù)據(jù)并將其統(tǒng)一存儲于SQL Server，供以上系統(tǒng)計算與分析時使用。并在SQL語言的協(xié)助下研發(fā)了AHU、VAV box既往數(shù)據(jù)下載程度，用于提供既往數(shù)據(jù)并用在實驗室研究內(nèi)的分析模擬領(lǐng)域中。

3.3 SQL 技術(shù)的應(yīng)用

Visual Basic（VB）是以Windows應(yīng)用程序為基礎(chǔ)的一種開發(fā)工具，其有研發(fā)便利、生成界面外在美觀性高、設(shè)計多樣化等特征，能訪問ODBC、SQL等多類數(shù)據(jù)庫，和SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫銜接后能形成API函數(shù)集、工具集，供數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)研發(fā)客戶端時所使用。

基于建筑空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)多數(shù)優(yōu)化控制、故障診斷軟件運行階段需要讀取大量數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，并參照實驗室平臺內(nèi)操作系統(tǒng)的需求，本課題設(shè)計中擬定利用ADO方式訪問SQL Server數(shù)據(jù)庫。ADO數(shù)據(jù)控件的作用主要是迅速構(gòu)建數(shù)據(jù)源銜接的數(shù)據(jù)綁定控件。對其編程的局部核心代碼進行分析后，很容易發(fā)現(xiàn)RecordSource屬性決定著由數(shù)據(jù)庫內(nèi)檢索到何種類型的信息。Select語句就是SQL語句，[dbo].[ViewTrendData]均作為數(shù)據(jù)源，Where之后的字符代表得是檢索條件，并參數(shù)數(shù)據(jù)名稱的賦值結(jié)果錄入情況作出排序。

3.4 OPC 技術(shù)

OPC客戶程序包含的OPC對象有服務(wù)器、組集合、項結(jié)合對象等。針對單個OPC服務(wù)器能夠設(shè)置一個OPC組集合，而OPC組集合循序被設(shè)置數(shù)個OPC組?？蛻舫绦蛲ㄟ^開啟、運行與暫停OPC組對數(shù)據(jù)的訪問過程，若OPC項的數(shù)值出現(xiàn)波動時，則會快速將有關(guān)通知反饋到客戶程序內(nèi)。OPC項集合對象代表得是組內(nèi)全部OPC項的集合體，OPC項代表得是OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)源銜接，擁有服務(wù)器內(nèi)具體數(shù)據(jù)源的所有相關(guān)信息。OPC項并不提供對外接口，只有組對象才擁有訪問項對象的特權(quán)。品質(zhì)、值與時間截是項對象的3個變量，利用Variant數(shù)據(jù)型去表示值。

對異步數(shù)據(jù)訪問的流程可以做出如下闡述：在客戶程序的請求被傳送至服務(wù)器后，便快速返回到該方法，并處理他類任務(wù)。服務(wù)器在訪問完數(shù)據(jù)后，開啟訪問完成事件，同時把結(jié)果傳送給客戶程序，客戶程序基于Visual Basic程序便能接收到是源于服務(wù)器的數(shù)據(jù)，進而產(chǎn)出讀取完成事件。該種方法適用于方位大批量數(shù)據(jù)的領(lǐng)域中，并且因分別處理數(shù)據(jù)訪問及其發(fā)出過程，故而對有關(guān)命令的編程提出較高要求。

分析OPC組狀態(tài)功能區(qū)的設(shè)計情況，“組的更新周期（ms.）”的作用是呈現(xiàn)設(shè)置組內(nèi)項的數(shù)據(jù)信息更新周期，該程序依照建筑空調(diào)裝配場地現(xiàn)狀及AHU優(yōu)化軟件的真實需求，設(shè)定成7500ms；“非敏感帶”代表組內(nèi)項的數(shù)據(jù)變動幅度超出該百分?jǐn)?shù)時，OPC服務(wù)器才會做出相關(guān)數(shù)據(jù)改變事件，實質(zhì)上就是更新客戶程序讀獲得項的數(shù)據(jù)值；“組激活”的功能主要表現(xiàn)在調(diào)控OPC組活動狀態(tài)方面上。

規(guī)劃設(shè)計 OPC項的數(shù)值呈現(xiàn)區(qū)時，“已傳送的數(shù)值”顯示的是最近一次傳輸?shù)捻椀臄?shù)值；“OPC服務(wù)器目前值”為程序采用訂閱形式捕獲到的數(shù)值，組的更新周期設(shè)定情況對其更新速率形成直接影響，用于檢測驗證OPC服務(wù)器是否順利接收最近傳送的項的數(shù)值。

本課題研究時對比了AHU控制軟件優(yōu)化前后兩個AHU的靜壓值的改變情況，不難發(fā)現(xiàn)本文設(shè)計出的OPC客戶程序數(shù)據(jù)傳送功能運作過程是平穩(wěn)的，且功能成功的顯現(xiàn)出來，能夠結(jié)合軟件真實的運行需求精確調(diào)整AHU設(shè)定值，使軟件能順利地實現(xiàn)預(yù)設(shè)目標(biāo)。

4 結(jié)語

本文粗略地介紹了某建筑管理系統(tǒng)的構(gòu)成，并根據(jù)現(xiàn)場實際狀況，闡述了空調(diào)控制優(yōu)化與故障診斷實時數(shù)據(jù)通信方法的設(shè)計情況。選作SQL、OPC技術(shù)作為通信手段，于VB程序內(nèi)采用SQL語言闡述了SQL Server訪問接口的運行機制。通過獲取AHU軟件內(nèi)的部分?jǐn)?shù)據(jù)，操作OPC客戶程序，表明其運行結(jié)果相關(guān)數(shù)據(jù)具有很大的現(xiàn)實意義。