智能建筑中空调系统远程监控的设计与实现

2019-08-06 10:54

1 引言

  楼宇自控系统(BAS) 是智能建筑的重要组成部分,而空调系统的控制又是它的主要内容之一,随着现代化的高楼大厦的兴建,对楼内空调系统的有效管理和控制显得越来越重要。楼宇自动控制系统主要是由传感器与执行器、DDC(直接数字控制器) 、通讯网络、中央管理计算机等组成。它的应用使楼内的电力、照明、空调、防灾、防盗、电梯等高效地运行成为可能。而通过互联网和局域网实现对空调系统远程监控及维护管理是实现BMS(Building Management system) 的发展方向。我们在基于实验室平台上研究开发的智能建筑自动化系统,并利用网际组态软件WebAccess 实现了基于Internet/ Int ranet 的远程监控和维护管理,空调系统是该项目的一个主要子系统。本文主要介绍利用网际组态软件WebAccess 实现空调系统远程监控的方法。

2 网际组态软件WebAccess 简介

  2. 1  WebAccess 是美国著名专业从事自动化HMI/ SCADA 系统组态软件研发与应用的BroadWin 公司开发的一种基于IE 浏览器的网络化组态软件。网际组态软件WebAccess 不仅具有强大的组态功能,而且突破了传统组态软件的局限性,其最大特点是:整个系统的运行在局域网内进行监控时,采用完全基于Web 的方式进行,在局域网内的任何电脑中,只需安装WebAcces Client ,通过使用标准的浏览器IE ,便可实现与在控制室相同的监控效果。此系统在必要时还可以连接互联网,接入互联网后即可实现远程监控,并且系统集成商也可以实现在远程的及时维护工作。

  2. 2  WebAccess 由三个部分组成:

  (1) 工程节点:作为集中的数据库和Web 服务器,提供客户端和监控节点间的初始连接,并提供工程管理员功能,以创建I/ O 数据库、报警和图形等;

  (2) 监控节点(Node) :是一个远程PC ,它使用WebAccess 支持的驱动程序与自动化设备连接并通信。WebAccess 监控节点软件提供管理控制和数据采集( SCADA) 功能, 包括: 通讯驱动程序(Modbus、OPC、和其它PLC、I/ O、过程控制、自动化设备、DCS 和DDC) 、报告和趋势记录实时数据、报警和报警记录、安全和事件记录;

  (3) 客户端(Client) :它是一个插件程序,运行与浏览器有关。Client 实际上是一种人机界面(HMI) 软件,它提供实时的数据显示、动画、趋势、报警和报告等功能。WebAccess 客户端使用TCP/IP 协议通过因特网或局域网和监控节点连接。

  此外WebAccess 除了具有一般组态软件所具有的常用的绘图、建点、动画、数据显示、趋势图、事件报警、记录和报表等功能外,还具有以下特点:

  ①通过网络实现远程建构、修改图形及数据库;

  ②先进的数据库架构使用户既可以先设定硬件,亦可以先绘图形,高效、灵活、方便;

  ③多工非同步建构功能,允许多用户同时建构数据库,完全具备网络多用户功能;

  ④多叠式网络安全结构(防火墙+ 内建安全系统) ,保护用户数据安全;

  ⑤与AutoCAD 相容的矢量绘图方式,易于掌握应用,并且可直接导人AutoCAD 的DXF 文件;

  ⑥强大的动画功能,可以任意设定动画的移动路径和转动中心,而且动画设定具有层的概念;独具特色的图库;简易的TCL 脚本,在不同的浏览器上都能发挥功能。

3 空调系统简介

  本课题中的暖通空调系统是把工程中常用的系统形式与我院智能建筑实验室的实际系统相结合,由全空气一次回风系统、风机盘管系统、风冷热泵机组系统和排风兼排烟系统4 个子系统组成,其中风冷热泵机组为一次回风系统,风机盘管系统提供冷热源;排风排烟系统平时用于换气,火灾时兼做排烟系统。本文着重介绍一次回风系统,其组成及原理见图1 。

  

  图1 一次回风系统组成及原理

4 空调系统远程监控的主要内容及要求

  一次回风空调系统远程监控的主要内容为:

  ①机组启停控制;

  ②冷热工况转换;

  ③室内温度设定、显示:设定空调房间的设计温度及显示空调房间的实际温度;

  ④系统运行状态监视:主要显示空调机组(风机) 、过滤网、二通阀工作状态;

  ⑤故障报警:空调机组(风机) 、过滤网、二通阀故障时发出故障报警信息;

  以上内容均要求能够通过互联网和局域网的客户端PC 实现远程监控,其中,控制内容部分非授权用户不允许控制。

5 远程监控的网络构架及实现方法

  5. 1  空调系统的控制方法

  我院的智能建筑自动化系统采用可编程计算机控制器( Programmable Computer Cont roller -PCC) ,其中暖通空调子系统采用一个PCC 分站带4 个子系统丛站(扩展模式) ,一次回风空调系统由其中的一个丛站控制。各分站、丛站之间采用CAN 网标准物理接口,控制网络拓扑图见图2 。

  

  图2 暖通空调系统控制网络拓扑图

  将空调控制系统中各检测点和控制点及管理站相互连接的方式称为拓扑结构。在计算机网络技术中常用的拓扑结构有多种。通过综合分析空调控制系统对通讯网络的要求和各种网络拓扑结构的特点,本课题中的暖通空调系统构为如图2 所示的智能建筑中空调控制系统的基本结构。它采用了树形和总线形混合拓扑结构。该结构具有层次清楚、可靠性高、成本低的优点。在通用的软件平台下,可以实现各种复杂的控制规律和高级能量调配控制管理,记录、分析历史运行数据,预测空调负荷等。它的使用不仅提高了空调系统的管理水平,还通过利用新的控制技术改变传统的运行方式,使系统节约大量的电能,具有显著的经济效益和社会效益。

  5. 2  监控网络基本构架

  本课题利用网际组态软件WebAccess 实现远程监控,一次回风空调系统远程监控的网络构架见图3 。

  

  图3  基于WebAccess 的远程监控系统网络构架

  5. 3  WebAccess 实现空调系统远程监控的方法

  (1) 建立智能建筑自动化系统工程项目(包括用户名、密码、工程名、IP 地址等) 。

  (2) 定义暖通空调系统监控节点,对于PCC控制器应为OPC;设置通讯端口参数,对PCC ,通讯参数可选择250k bit/ s。

  (3) 定义一次回风空调系统单元。

  (4) 设计工作画面。工作画面中包括与现场系统相对应的动画,动画制作中的实时控制部分将占用WebAccess 提供的I/ O 点,如果仅仅是做没有现场设备的演示动画,则动画中使用的点就是We-bAccess 提供的本地点。在WebAccess 提供的点中, I/ O 点的数量和本地点的数量是相同的。

  (5) 工作画面所需要的控制点的分配。由于WebAccess 提供的I/ O 点是有限的,所以在实时控制的动画中,对应I/ O 点的控制点需要合理分配使用。考虑到系统的扩充,通常系统中的点数需要留出一定的余量。值得注意的是,WebAccess 中所提供的所有I/ O 点,在不加限定时均是可读可写的,这样就很容易实现现场和远程控制的对等控制关系,并且可以节约宝贵的点数。

  (6) 实现各个点的动画连接和添加脚本语句。将完成的动画画面与对应的I/ O 点或本地点连接起来,在动画的实现方面,WebAccess 提供有最基本的动画程序,如果实现的动画比较复杂,那么WebAccess 还支持TCL 脚本并提供强大的函数库供用户自行编程。

  (7) 动画的保存和下载。将做好的画面保存到磁盘后(DRW 和BGR 两种文件格式) ,通过网络下载到Node 节点并启动该节点,然后进入实时监控界面,在成功登录后即可通过计算机网络对系统进行调试并修改程序,直到实现整个动画与现场设备协调工作为止。

6 结束语

  基于Internet/ Int ranet 的空调系统远程监控、维护及管理,作为智能建筑自动化系统课题重要内容之一,已经完成调试工作,利用网际组态软件WebAccess 实现了即定目标。作为优秀的网际组态软件WebAccess ,以其优异、强大的功能发挥了重要作用,是实现BMS 的未来方向。本课题所完成的系统和实现方法不仅对智能建筑教学起到积极的指导作用,同时也对工程实践有着一定的借鉴。

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