分布式高速實時控制網絡技術在中央空調監測控制中的應用

□ 孫曉花　江蘇聯宏自動化系統工程有限公司

分布式高速實時控制網絡技術在中央空調監測控制中的應用

□ 孫曉花江蘇聯宏自動化系統工程有限公司

本文主要介紹了LH-TC100A風機盤管溫控器、可編程網管、DDC現場控制器的產品特點、主要技術指標等，并著重介紹了這些設備在南京醫科大學教研科技大樓中央空調監測控制中的應用。

LH-TC100A風機盤管溫控器；可編程網關；DDC控制器；LonWorks現場控制網絡

1.關鍵技術概述

分布式高速實時控制網絡系統主要用于各大領域的機電設備自動化集控系統，為各類機電設備集控系統提供先進、經濟、可靠、實時性強的分布式全開放控制網絡系統技術。現場控制網絡采用基于分布式、開放式的LonWorks現場控制網絡。底層利用LonWorks現場控制網絡技術具有的分布式、高可靠性、開放性、支持多種網絡拓撲結構、不需要主機干預的對等通信、支持多種通信媒介、低成本等特性。主干網采用100Mbps高速單模光纖冗余環網，增加了系統的帶寬和數據傳輸速率。

2.課題背景

南京醫科大學教研科技大樓的中央空調采用地源熱泵冷熱水空調系統，熱泵機房設于本樓地下室專用機房內，供應本樓的空調冷凍水及空調熱水。（1）熱泵機房共選用5臺地源熱泵機組，其中三臺（GSHP-1，GSHP-2，GSHP-3）為地埋管地源熱泵機組，夏季提供7/12℃的冷凍水，冬季提供45/40℃空調熱水；兩臺（GSHP-4，GSHP-5）為湖水源單冷冷水機組，夏季提供7/12℃的冷凍水。冷熱水機組由業主提供通信接口和通信協議，通過通訊接口可對機組進行啟停控制及監測機組的運行狀況等參數。（2）地埋管地源側循環水泵為冬夏季同一型號。湖水源循環水泵采用間接交換的設計方式，通過板式交換器間接使用湖水，為保證地埋管地源側的全年熱平衡，地源熱泵機組有一臺在夏季可使用湖水間接提供冷卻要求，保證地源側的吸放熱基本平衡。（3）空調冷水循環泵和空調熱水循環泵均各自配置，空調主機均采用一泵對一機的設計原則，同時配置一臺備用泵。（4）空調負荷，見表：

3.關鍵設備特點和技術參數

3.1LH-TC100A風機盤管控制器

LH-TC100A風機盤管溫控器是適用于公共建筑、家居環境等環境的溫度控制，通過控制中央空調的風機盤管電動閥及風扇，從而實現溫度控制；通過遠程監控實時了解溫控器運行狀態及室內環境溫度；對各種模式的運行時間及用電量進行計量，便于節能考核、激勵；可設置節能模式，減少能源浪費；四時段定時控制。

該控制終端采用FT5000神經元芯片、雙絞線組網，保證可靠通訊，便于遠程實時控制。產品特點：（1）遠程實時監測運行狀態，遠程控制溫控器運行、參數設置、鍵盤鎖定、模式設置等；（2）支持高、中、低三速；（3）支持兩線閥、三線閥，支持兩管制；（4）現場按鍵進行參數設置、計量數據查詢等；（4）液晶顯示運行模式、風速、設定溫度、水閥狀態、時間日期等信息；液晶背光；（5）睡眠模式設定；（5）防冷風、防冷凝；（6）各狀態工作時間計量，風機盤管用電量計量；（7）四時段定時控制；（8）節能模式限制可設定溫度范圍；（9）實時時鐘，遠程對時；（10）數據掉電保存；（11）Lonworks雙絞線通訊。

3.2可編程網關

可編程網關可方便的將帶RS232、RS485、RS422、M-BUS接口的設備接入到LonWorks網絡。其主要技術指標如：（1）LonWorks雙絞線接口（TP/FT-10A），可方便的接入LonWorks網絡；（2）可插拔的接線端子，安裝維護方便迅速；（3）包含Neuron3150神經元芯片，32KBFlash Memory，24KB RAM和2KB 存儲映像空間；（4）四個串行口、二個RS232（一個為光電隔離），二個RS485（光電隔離）；（5）標準導軌卡，便于安裝；（6）串口波特率范圍50—56000bps；（7）工作電壓：AC220V±10%；（8）工作溫度：-25℃—70℃；（9）相對濕度：5%—95% 無冷凝；（9）功耗：≤5W；（10）絕緣電阻：各接口對外殼之間絕緣電阻＞200MΩ；（11）結構尺寸：141mm（長）×81mm（寬）×40mm（高）；（12）電磁兼容：不低于GB/T15153.1-1998 3級。

4.具體控制實現功能

4.1冷凍站環節監測與控制

采用可編程網關，將不帶LonWorks通訊功能冷水機組通過冷水機組接口安全可靠地接入LonWorks現場控制網絡。網關和DDC控制器通過LonWorks現場控制網絡接入到網絡控制器，網絡控制器再接入到以太網。

冷水機組系統控制包括以下主要內容：（1）系統通過智能網關、通訊接口與冷水機組連接，讀取冷水機組的運行參數，監測冷水機組運行狀態，冷凍水出水溫度遠程設置，確保其自帶控制功能的實現，并根據負荷的變化對系統進行臺數控制，以保證系統的高效運行。（2）冷水機組主要運行參數顯示，高、低限報警。（3）系統結合電計量和空調系統熱能表，計算空調系統和冷凍機能耗比（COP）。

4.2冷凍水系統節能監測與控制

為實現中央空調系統自動化和節能控制目標，利用現代傳感器技術和變頻技術，使系統處于大溫差小流量工作狀態，同時保證最不利末端的壓差及冷水機組冷凍水的最小流量要求。在冷水系統冷凍水供、回水總管上安裝溫度傳感器、壓力傳感器，在每臺水泵出水管加裝水流開關，采集冷凍水供、回水溫度、壓力數據及水流狀態。根據以上溫度、壓力及水流狀態，采用變頻調節技術。變頻器以一拖多的方式驅動冷凍水泵，通過控制變頻器的頻率和工頻運行的冷凍泵的臺數以實現對冷凍水的控制。系統配置有集水器、分水器間旁通電動閥，采集集水器、分水器壓差信號接入現場控制網絡，用于自動調節閥門開度以保證冷水機組的最小流量及“最不利”末端的流量要求。

4.3冷卻水系統節能監測與控制

4.3.1冷卻塔系統

冷卻塔系統的主要耗能設備為冷卻塔風機。在保證主機可靠運行的前提下，降低冷凝水出水溫度可有效地提高整個中央空調系統的能效比，節約能耗。為保證良好的冷卻效果，需保證冷卻塔的回水都進入正在運行的冷卻塔，可在每臺冷卻塔進出口處加電動蝶閥，防止冷卻水回水進入非運行冷卻塔。此外，因為冷卻塔冷卻能力的強弱與風機的風量（功率）成正比，為了保證冷卻水溫度不能過低，須對其中一臺冷卻塔變頻。另外，根據國家節能規范，增加流量計對冷卻水補水量進行計量。

冷卻塔開始時全部開機，運行過程中根據冷卻水供水溫度進行風機的變頻、啟停控制，控制過程就地實現。

根據冷卻水回水溫度及濕球溫度與機組最低保護溫度的關系變頻控制風機，將冷水機組保持在高效工作點，借此可提高整個空調系統的能效比，降低電耗；冷卻塔進出水管加裝電動蝶閥，與風機的啟停同步，避免未開風機的冷卻塔水流旁路。

4.3.2冷卻水泵系統

（1）冷卻水系統節能調節控制模型.冷卻水系統的主要耗能設備為冷卻水泵。目前，冷卻水泵常用的控制方式是恒壓差控制和恒溫差控制，由于冷卻水系統水力工況較為簡單，因此最合適的控制方式為恒溫差控制（5℃），根據溫差設定值進行冷卻水泵變流量變頻控制。（2）顯示、報警.冷卻水供、回水溫度、壓力和設備運行狀態顯示，參數越限報警和設備故障報警，補水箱水位報警。

4.4鍋爐熱源系統監測與控制

鍋爐系統的監控選用可編程網關，通過與鍋爐自帶的控制器通信接口連接，實現系統的自動控制功能。

（1）鍋爐的控制，通過與鍋爐進行數據交互，監測其運行狀態，通過鍋爐自帶的控制器的通信接口設置出水溫度。（2）對熱水泵、熱水蝶閥、集分水器之間的壓差調節閥進行控制，控制方法和冷凍水系統類似.

4.5新風系統監測與控制

主要是：（1）定時啟停控制：根據預定的時間表，定時啟停風機；（2）連鎖控制新風閥、表冷器水閥、風機。（3）溫度控制：檢測送風溫度，PID調節控制水閥開度，按設定溫度恒溫送風；（4）風機變頻控制：風機根據設置風量進行變頻控制。但當送風溫度達不到設置值時，風機根據送風溫度變頻控制。（5）防凍保護控制；（6）壓差報警檢測：當過濾網透氣性太差時報警，提醒清洗濾網；（7）電機負荷超過設定值時，報警和關閉風機。

4.6組合空調機組監測與控制

主要是：（1）定時啟停控制：根據時間表定時啟停空調機組；（2）連鎖控制：風機與冷凍機組（或供暖）聯動控制；新風閥和回風閥按互補比例聯動控制。（3）溫度控制：檢測送風溫濕度，PID調節控制水閥開度，實現送風按設定的溫度恒溫控制；（4）濕度控制：檢測回風溫度和濕度，PID調節加濕閥，實現濕度控制；（5）風機變頻控制：風機根據設置風量進行變頻控制。但當送風溫度達不到設置值時，風機根據送風溫度變頻控制。（6）防凍保護控制：當室外溫度低于5度時，空調機不工作時，并關閉風機和風門；（7）壓差報警檢測：當過濾網透氣性太差時報警，提醒人為清洗；（8）電機負荷超過設定值時，報警和關閉風機。

4.7風機盤管節能監測與控制

基于LonWorks控制網絡技術的風機盤管智能控制器LH-TC100。可通過控制風機轉速和風機盤管水閥的開關，實現室內溫度的精確控制；計量風機盤管用電，測量室內溫度，操作人員可在系統中心通過軟件界面對每個風機盤管進行溫度、定時開關等參數設定和遠程控制。通過對室內風機盤管運行時間、溫度設置值、風速設置值的計算，可作為空調用能定額收費依據。

5.小結

本文介紹了分布式高速實時控制網絡系統在南京醫科大學科技教研大樓中中央空調整個用能環節的自動化控制，系統通過定時控制、定開度控制、變流量控制、壓差及溫度PID調節控制、斷電記憶、自動與手動控制切換等節能控制模式運行。中央空調系統運行進行從冷卻塔、冷卻水循環冷凍、冷凍水循環、新風機、空調箱、風機盤管等環節的自動化、系統化節能控制。該項目不但提高了該大樓空調用能管理能力，還起到了非常明顯的節能效果，對于目前政府提倡的節約型高校有著極其重要的示范作用。

［1］吳立寧.《南京醫科大學校園建筑節能監管平臺》 2013年5月

［2］《LH-TC100A風機盤管溫控器原理及使用說明》 江蘇聯宏產品說明 2010年

［3］《Distech現場控制器控器原理及使用說明》 Distech產品說明 2010年

孫曉花（1983.9-），女，漢族，2005年畢業于桂林電子科技大學電子工程系，本科學歷，學士學位，2005年7月參加工作，現就職于江蘇聯宏自動化系統工程有限公司工程中心，從事項目經理崗位。