基于LonWorks 和DDC 的智能樓宇中央空調監控系統研究

張曉娟

（安徽工商職業學院，安徽 合肥230041）

樓宇自動化系統實現了對建筑物的電力、 空調、安防、照明等系統的集中監控和管理。 而中央空調系統作為智能建筑不可或缺的一部分，在現代樓宇自動化系統中扮演著非常重要的角色。 空調系統作為樓宇自動化系統中非常重要的組成部分，為人們提供了舒適的生活和工作環境，提高了建筑物的舒適度。 但同時，空調系統也是整個樓宇系統中的耗能大戶，據不完全統計，空調系統的耗能幾乎占了整個建筑物耗能的三分之一以上。 因此，要想實現整個建筑物的節能，務必先要實現中央空調系統的節能經濟運行。 再者，由于空調系統的安全可靠運行和建筑物內部環境的舒適度息息相關，所以需要對空調系統的運行狀態進行實時監控。

1 中央空調監控系統總體功能

為了實現整個空調系統的節能運行、降低費用、提高效益， 本文采用LonWorks 總線技術進行硬件組網設計，用DDC（直接數字控制器）作為智能節點來采集各傳感器的反饋信號并控制底層機電設備運行，同時DDC 還能夠將各設備運行狀態通過LonWorks 總線及時傳送給上位監控計算機，上位機的監控軟件可實現對底層機電設備，如冷卻機組、新風機組等的運行狀態的實時顯示、啟停控制、報警故障處理、記錄等操作。

2 中央空調監控系統工作原理

空調， 顧名思義就是空氣調節。 空氣調節的目的是通過加工和處理空氣， 使建筑物內的空氣符合人們對環境的要求，包括：溫度、濕度等。 因此，一般建筑物的空調系統所做的空氣調節就是溫度調節和濕度調節。 整個中央空調系統大致由兩大部分組成：冷源/熱源系統和前端設備。 其中冷源系統又包括冷水機組、冷凍水循環系統、冷卻水系統，熱源系統包括鍋爐機組和熱交換機等，前端設備則通常為新風機組、空調機組等形式。

2.1 中央空調工作原理

中央空調的原理示意圖如圖1 所示：

空調系統的溫度調節工作過程大致如下： 外部新風和內部回風按一定比例進入混風風門混合， 混合之后得到的混合空氣再經過過濾器過濾后進入風機盤管， 與風機盤管內的冷水/熱水進行熱交換，風機盤管通過控制回水電動閥的開閉來控制冷水/熱水的流量，以改變混合空氣的溫度。 經過換熱處理后的混合空氣再經過加濕器加濕后， 由送風機送入空調出風口。 為了保證溫度控制的準確性， 空調溫度調節都采用閉環控制。 從圖1 中也可以看出， 在出風口和回風口附近都安裝有溫度傳感器，這樣就可以將檢測到的室內環境實際溫度和設定值進行比較，然后按照比較偏差來控制風機盤管的回水電動閥， 實現對溫度的調節。 濕度調節過程和溫度調節過程類似，只是把回風濕度傳感器測量得到的回風濕度送入DDC 控制器與給定值進行比較，然后由控制器根據程序設定按一定規律來調節加濕電動閥，進而把室內環境的濕度保持在一定值。

2.2 LonWorks 總線技術

由于整個中央空調系統是由幾個復雜的子系統和很多設備組成的，不同廠商的設備或子系統采用的控制方案也都不同，那么各個子系統采用的通信協議也不想相同， 這就導致各個子系統間信息交換和通訊的困難。 目前，隨著樓宇智能化技術的飛躍發展，越來越多的設備支持LonWorks 通信協議。 LonWorks 技術采用開放式ISO/OSI 模型的全部七層通信協議。 LonWorks 技術主要由智能節點、 路由器、LonTalk 協議，LonWorks 收發器，LonWorks 網絡和節點開發器組成。 其中神經元芯片是LonWorks 技術的核心， 它內部含有三個專用的CPU，每個CPU 有相對獨立的功能， 芯片內部還有存儲緩沖區，自帶11 個輸入輸出接口。 此外，LonWorks 技術還支持多種通信介質，如雙絞線、電力線、光纖、紅外、無線等等。

3 中央空調監控系統硬件設計

本文就是采用LonWorks 總線技術，將空調系統中的各個子系統通過通信接口和LonWorks 通信協議連接起來，實現冷源系統、熱源系統以及空調機組的無縫對接，并最終通過上位機監控實現對整個空調系統運行狀況進行整體監控，包括系統運行參數監控、節能控制以及安全保護等等。

3.1 系統硬件組成

系統網絡結構框圖如圖2 所示。

3.2 系統工作流程

從圖2 中我們可以看出， 中央空調系統底層設備控制采用直接數字控制器（DDC）來實現，DDC 在整個系統中起到非常重要的作用，是整個底層設備控制部分的控制核心。 DDC 內部通常包含CPU 模塊、通信模塊和輸入輸出模塊等。 在本系統中， 它能夠將測量儀表和傳感器得到的測量信號（溫度、濕度、流量等）和系統設定值進行比較， 按照比較偏差并根據設定好的控制方式去驅動執行機構（電動閥門等）完成對應被控參數的控制，通常所采用的控制方式有開環控制、 閉環反饋控制等等。 DDC控制器本身還帶有強大的通信功能，能夠接收管理中心機發出的各種控制信號，并按照給定命令完成對所監控設備的直接控制， 同時還能夠把設備的運行狀況及各個參數及時反饋給管理中心。

4 軟件實現

整個中央空調系統涉及到的子系統眾多， 而每個子系統又包含大量設備。 本文僅以新風系統為例簡要說明軟件設計流程。新風系統的軟件流程框圖如圖3 所示。在實際控制中， 新風機組和風機盤管通常采用聯合控制。新風空調的控制以出風口溫度和室內溫度為參數，整體采用PID 控制策略。 夏天調整風機盤管冷水閥的開度，冬天則通過調整風機盤管熱水閥的開度來實現室溫夏季穩定在27 度左右，冬季在17 度以上。而春秋過渡季節時期，為了節能，則可以停止進行溫度調節。 而濕度調節過程與溫度類似，只不過采用PI 控制策略進行調節。

5 結語

中央空調系統采用基于LonWorks 總線技術和DDC后，很大程度上提高了系統的集成度、工作效率，降低了能耗，通過對其進行實時的自動監控，也在很大程度上節約了人力，優化了管理。 由于LonWorks 技術的通用性和兼容性，也為后期的設備維護、系統改造和擴容帶來了很多便利， 同時也為用戶和管理者創造更好的經濟與社會效益。

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