【开题报告】基于组态软件环境下的中央空调控制系统设计

开题报告

电气工程与自动化

基于组态软件环境下的中央空调控制系统设计

一、选题的背景与意义

随着计算机技术、信息技术、控制理论的快速发展并向建筑行业的渗透与融合，人们对生活质量和工作环境的要求也不断增长，智能建筑应运而生。中央空调是智能建筑的重要组成部分，中央空调的能耗占整个建筑能耗的50%～70％，因此中央空调系统的监控是楼宇自动化系统研究的重点。中央空调自动控制的实现可大大减轻劳动强度，提高能源利用率，较少能源的浪费，是建筑智能化的标志。近年来，中央空调自动控制系统的设计和研究已经成为节能的重点和热点。但是，国内现有的中央空调控制系统大部分为开环控制系统，自动化程度不高，不能根据温湿度的变化实施精确控制，难以真正实现节能的目的。而另外一部分虽然能够达到较高的自动控制水平，但是系统设计较为复杂，系统成本较高。如果有一种基于组态软件的中央空调自动控制系统，该系统利用组态软件进行系统设计，不仅能够实现精确的自动控制，而且构造简单，建设成本低廉，具有较好的应用前景。

二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：

基本内容：

1、查找文献数据，了解中央空调的结构、组成，以及控制的方案；

2、在组态环境下建立水系统及风机系统的模型；

3、提出相应的控制方案；采用系统集成技术各控制系统之间的信息综合、资源共享，在一个计算机平台上进行集中控制和统一管理；

4、对本设计进行总结。

拟解决的主要问题：

能够大大减轻劳动强度，提高能源利用率，较少能源的浪费，实现精确的自动控制，构造简单，建设成本低廉，具有较好的应用前景。

三、研究的方法与技术路线：

1 系统概况

1. 1 控制系统的功能与要求

中央空调整个系统包括冷冻机、冷冻水控制系统、冷却水控制系统、热水控制系统、补水控制系统、新风机控制系统等。中央空调的自动监控系统可以从以下几个方面进行考虑：

（1）机组基本参数的监测

（2）设备的启停自动控制

（3）冷热源及水管的全面调节与控制

现场监控站监测空调机组的工作状态对象有：过滤器阻塞（压力差）, 过滤器阻塞时报警，以了解过滤器是否需要更换；调节冷热水阀门的开度，以达到调节室内温度的目的；送风机与回风机启停；调节新风、回风与排风阀的开度，改变新风∕回风比例，在保证卫生条件要求下，降低能耗，以节约运行费用；检测回风机和送风机两侧的压差，以监测风机的工作状态；检测新风、回风与送风的温度与湿度，由于回风能近似反映被调对象的平均状态，故以回风温湿度为控制参数。根据设定的空调机组工作参数与上述监测的状态数据，现场控制站控制送、回风机的启停，新风与回风的比例调节，盘管冷热水的流量，以保证空调区域空气的温度与湿度既能在设定范围内满足舒适性要求，同时空调机组也以较低的能量消耗方式运行。以上为空调系统的一般监控点位, 在设计时, 根据工程的实际情况, 在上述监控点位的基础上再增加或删减一些监控点位即可得到较为满意的设计方案。中央空调的控制原理如图1所示。

1. 2 系统总体结构

根据系统的规模、控制系统的特点、技术要求和投入成本，本系统采用直接数字控制系统（即DDC系统），控制系统组成如图2 所示。由于集中型计算机控制系统是以IPC工业控制计算机为硬件核心，并直接参与过程控制，从而可以完成复杂的控制和管理功能。系统的被控对象是室内的温度、湿度、新风等，测量装置是各种传感器，执行机构是电磁阀、压差开关、风门驱动器等。

系统的工作原理:由传感器测量现场的环境变量，现场数据采集模块将传感器输出的电信号转换成数字信号并与计算机进行通信，计算机将采集的实时数据进行计算处理，并按照一定的控制算法进行实时决策，产生控制指令并输出控制信号，控制执行机构，从而实现中央空调的自动控制。

2 系统硬件组成

2. 1工控机

本监控系统的主控计算机选用研华公司的IPC-610H工控机，其优点是可靠性高，抗干扰能力强，可满足控制系统在恶劣环境下长期不间断工作的要求。

2. 2 通信模块

采用泓格公司的I-7520 通信模块，用于实现RS-485与RS-232通信协议的转换，实现计算机与远程模块的通信。

2. 3 模拟量采集模块

采用泓格公司的I-7017 远程数据采集模块，它具有8 路差分电压输入，分辨率为16位，通信

接口为RS-485，用于采集现场传感器的电压信号。

2. 4 数字量输入/ 输出模块

采用泓格公司的I-7050 继电器输入输出模块，它具有7路数字量输入和8路数字量输出，通信接口为RS-485，用于控制电磁阀、压差开关、风门驱动器等。

2. 5 模拟量输出模块

采用泓格公司的I-7024模拟量输出模块。该模块具有4 路模拟量输出输出电压为0～10V，输出电流为4～20mA，用于控制冷热水阀门、排风阀等的开度大小。

2. 6 传感器

一是温度传感器：感测温室内的空气温度，选用二线制电流输出型温度传感器，其输出为4～20mA标准电流模拟信号，其量程为- 50℃～+50℃，精度为±0. 5℃。二是湿度传感器，其接口与温度传感器相同，输出为电流模拟信号，量程为0～100％RH，精度为±3％RH。三是压差传感器，量程为- 300- 1500Pa，最小误差为±0. 3Pa。

3 系统软件设计

工控机的系统软件平台选用Windows xp 操作系统，应用软件的人机界面和数据库由HMI/SCADA自动化软件平台“MCGS”开发，后台的控制程序由“Vi sual C++ 6.0”编写。MCGS 具有数据采集与控制功能，可以通过硬件驱动程序或OPC接口与现场设备通信，完成数据采集和控制任务。其具有图形化用户接口，允许开发者使用图形化的组态方式进行系统配置，并可以定义图形对象的动态特性。MCGS还提供了安全权限、报警及报警管理等功能。软件的结构如图3 所示。

3. 1 实时数据库