基于DCS的酒店客房空調智慧控制系統(tǒng)設計

孫竹梅,閆旭迎,李志昊,張 鑫

(山西大學自動化與軟件學院,山西 太原 030032)

0 引言

目前,國內外酒店空調系統(tǒng)的常見運行狀態(tài)是在客人進入房間時啟動空調,在客人離開房間時關閉空調。當客人入住酒店后,房間空調達到溫度需一段時間,而且房間的調溫范圍小,無法時刻滿足客人對個性化舒適溫度的需求。當下,酒店客人的要求不再局限于控制溫度,而是更為注重空調系統(tǒng)的及時響應與時刻擁有舒適的溫度。以個性化和舒適為目標的空調控制系統(tǒng)能迎合客人的需求。分布式控制系統(tǒng)(distributed control system,DCS)作為可靠的控制系統(tǒng),被逐步引入酒店中央空調控制系統(tǒng)。

本文設計了酒店客房空調智慧控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有布局簡潔的操作主界面,可清晰地實時監(jiān)測各客房的狀況以及溫度的變化趨勢。該系統(tǒng)可在用電高峰來臨之前對房間溫度提前調控,以確保空調系統(tǒng)的及時投運并保持舒適的溫度。通過了解客人的個人偏好,系統(tǒng)可遠程實時對客房溫度加以干預,增加了人性化的智能調控功能。同時,客人在房間能隨意自行調節(jié)室內溫度,滿足了客人的個性化溫度需求,實現(xiàn)了按需供冷/熱,降低了空調能耗,響應了節(jié)能低碳政策[1-2]。

1 酒店客房空調智慧控制系統(tǒng)集成

酒店客房空調智慧控制系統(tǒng)對于整個酒店的管理與運營至關重要。酒店客房空調智慧控制系統(tǒng)需要融合計算機控制、通信、硬件配置等技術,并利用客房內的房間控制單元組成一個專用的控制網絡,從而對酒店客房的空調以及相關的服務系統(tǒng)進行智能控制[3-4]。

酒店客房空調智慧控制系統(tǒng)由三級DCS硬件系統(tǒng)組成。上位級DCS由計算機、數(shù)據(jù)管理器WebTalk組成。中間級DCS由全局網絡控制器、三個可編程控制器組成?，F(xiàn)場級DCS由溫度傳感器、空調設備以及房間觸摸屏組成。系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結構圖

計算機與數(shù)據(jù)管理器WebTalk通過傳輸控制協(xié)議/網際協(xié)議(transmission control protocol/Internet protocol,TCP/IP)與全局網絡控制器傳輸信號。BACnet協(xié)議與可編程控制傳輸信號?？刂破骶訫odBUS協(xié)議與溫度傳感器、空調設備、房間觸摸屏傳輸信息。其中,控制器可獨立編寫程序,用于控制中央設備系統(tǒng)(如冷凍站、熱力站)空調機組以及其他相關設備[5]。

2 DCS控制程序設計

2.1 空調智慧控制系統(tǒng)控制策略

空調智慧控制系統(tǒng)既可以通過遠程總控室全自動調溫,又可以在房間手動隨意調溫,以滿足不同酒店客人的住房體驗。設計程序控制的總思路有自動模式和手動模式兩種,以適應當前需求[6-8]。系統(tǒng)控制模式程序流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制模式程序流程圖

空調智慧控制系統(tǒng)設計以在北方應用為主。當室外平均最低溫度低于12 ℃且室內溫度低于22 ℃,系統(tǒng)調節(jié)為“冬季模式”。為快速提升響應速度及舒適性,制熱送風量增加到80%。當室外平均最高溫度大于27 ℃且室內溫度大于24 ℃時,系統(tǒng)調節(jié)為“夏季模式”,制冷送風量增加到80%。其余情況保持室內正常換氣即可。同時,當一周內室外最低溫度低于12 ℃或者最高氣溫高于27 ℃時,對應的指示燈會相應亮起,以表明室外的季節(jié)和氣候。

2.2 房間空調溫度控制

酒店空調系統(tǒng)采用Vistools編程工具,通過BACnet協(xié)議與現(xiàn)場控制設備相連,并使用其中相對應的算法模塊實現(xiàn)邏輯控制功能?？刂瞥绦蛟O計采用比較器、單脈沖發(fā)生器、數(shù)據(jù)范圍檢測器模塊、遞增遞減模塊和基本運算模塊。比較器用于當前室溫與設定溫度的比較。單脈沖發(fā)生器與遞增遞減模塊作為執(zhí)行器,實現(xiàn)空調送風量的調控。數(shù)據(jù)范圍檢測器模塊的調用,可讓室溫保持在適宜溫度[9-10]。

酒店客人入住后,可在房間的空調系統(tǒng)可視面板上選擇手動模式或自動模式。在手動模式下,客人入住客房時,可根據(jù)本身意愿隨意調節(jié)溫度。每按下增加按鈕一次,空調送風量增加15%,到達最大送風量則保持當前送風量不再變化。反之,客人想要調小送風量,則可以按下減少按鈕一次。每按下減少按鈕一次,空調送風量減少15%,直到最小送風量為零。這就實現(xiàn)了房間空調的人性化、智能化調控。

3 組態(tài)畫面

3.1 總控室遠程控制面板設計

酒店客房空調智慧控制系統(tǒng)實現(xiàn)了集中管理與分散控制的有機統(tǒng)一。系統(tǒng)啟動后,可實時、集中監(jiān)控酒店各客房溫度狀況?？偪厥铱梢员O(jiān)測每個房間的動態(tài)溫度,也可以查詢歷史溫度,并且可以進入“控制面板”分散管理各房間溫度。工作人員可以根據(jù)當?shù)貧夂?以及客人個人愛好,在總控室提前對房間溫度進行遠程調控。該系統(tǒng)的應用可減少酒店工作人員依次調節(jié)溫度的工作量,并降低中央空調的日常統(tǒng)一運行的能耗,從而提高整個空調系統(tǒng)的運行效率[11]。

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在計算機上組態(tài)遠程控制主界面。遠程控制組態(tài)可以顯示酒店所有客房實時室內溫度,真正實現(xiàn)在主控室監(jiān)控管理各房間溫度。工作人員在主界面除了監(jiān)控管理各房間溫度外,還可通過“實時曲線顯示”在線查看以秒為單位的溫度變化曲線。通過歷史變化曲線,可以預測出客人喜好溫度,在客人外出歸來時由總控室提前為客房提供舒適溫度,以提升客人入住體驗感。

在實現(xiàn)以上基本功能外,主界面還設計了“溫度報警”面板。當有客房溫度過高(即27 ℃以上)時,該面板可以跳出閃爍紅燈,以便管理者預警。當溫度過低(即10 ℃以下)時,則閃爍綠燈。此時,總控室可以根據(jù)預警迅速反應,對該客房進行人工硬件檢查。如有故障,則立刻人工排除;如無故障,系統(tǒng)遠程迅速降溫或升溫,以減少不必要的能源浪費,從而達到節(jié)能的目的[12-13]。

3.2 客房可視面板設計

空調智慧控制系統(tǒng)使用組態(tài)軟件,在房間的觸摸屏上設計了獨立控制面板(就地控制面板)?？腿丝筛鶕?jù)自身要求隨時、隨意對入住房間進行調溫,從而使客房更精準、有效地為客人營造個性化和舒適的生活環(huán)境,同時兼顧節(jié)能、環(huán)保。

就地控制面板的功能包括空調智慧控制系統(tǒng)的一鍵啟停開關、房間實時溫度顯示、供客人選擇的自動調節(jié)或手動調節(jié)。使用手動調節(jié)模式后,客人可按需設定自身舒適溫度?？照{智慧控制系統(tǒng)會按照設定迅速升溫或降溫,并始終維持在舒適溫度附近。此外,在自動模式下,系統(tǒng)檢測到室外夏天溫度過高(27 ℃以上)或冬天溫度過低(12 ℃以下)時,會優(yōu)先將送風量增加到80%,確保房間以最快速度降溫或升溫。使用手動調節(jié)模式,客人可隨時改變溫度,而空調智能控制系統(tǒng)會改變通風量以迅速達到設定溫度[14-15]。

4 結論

在可持續(xù)發(fā)展的時代背景下,本文設計與研究了酒店客房空調智慧控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過控制程序和組態(tài)畫面,對酒店客房溫度起到了實時、有效的監(jiān)控。該系統(tǒng)使酒店不僅避開了高峰時期空調長時間的滿負荷運行,而且滿足了客人的個性化需求。該系統(tǒng)節(jié)省了人力資源,響應了節(jié)能降耗政策,對能源節(jié)約和經濟發(fā)展具有一定的現(xiàn)實意義。