基于物聯網的中央空調遠程監控系統設計

楊澤明

摘? ? 要：本文針對中央空調的遠程監控需求，設計了一套基于物聯網的中央空調遠程監控系統。該系統通過PLC控制器完成對中央空調的實時數據采集和控制。PLC控制器采集到的空調數據通過DB—BOX物聯網數據傳輸單元（DTU）和4G移動通信網，遠程上傳到監控中心，采用監控中心的SCADA軟件實現了中央空調的數據采集監測和控制指令遠程下發。試驗結果表明，該遠程監控系統實現了中央空調的遠程監測和控制，降低了系統運營成本，提高了系統工作效率和自動化水平。

關鍵詞：物聯網;中央空調;遠程監控;數據傳輸單元;監控中心

1? 引言

樓宇自動化系統建設的主要目的是降低建筑設備系統的運行能耗，減輕運行管理的勞動強度，提高設備運行管理的水平。在智能建筑中，中央空調系統的耗電量通常占全樓總耗電量的1/3以上，而監控點位數量常常占全樓自動化控制系統總點位數量的50%以上，因此需要通過自動化監控系統實現對中央空調系統的最優化控制。通過直接數字控制器（DDC）采集有關數據，經線路上傳至中央監控系統，再經計算、比較，將有關控制信息返回DDC，然后輸出相應命令，由現場執行器執行有關命令，以完成整個自動控制過程。空調系統的運行可靠與否決定了建筑物內部的舒適程度，因此需要對中央空調各個子系統的空氣參數和設備狀態進行實時監控。

2? 智能控制技術的概述

智能控制技術是將計算機技術作為基礎，融合了人工智能以及控制技術的智能化及自動化技術。智能控制技術主要包括模糊型控制技術以及神經網絡型控制技術這兩個方面。模糊型控制技術作為智能控制技術的重點部分，主要控制技術包括語言變量、模糊變量以及模糊集合，主要組成部分是模糊控制器，模糊控制器通常將單片機和微機作為控制的主體，還具有一定的計算機功能。模糊控制的本質就是擁有系統化又可以充分進行應用的一種非線性控制。但是，模糊控制還要依靠精準的數學模型才能進行相關功能的應用。和模糊型控制技術相比，神經網絡型控制技術的智能性特點更為明顯，神經網絡型控制技術可以模仿人腦，通過這種方式來進行人工型神經網絡以及系統控制的有機結合，將結構簡單的處理單元作為節點，組成信息處理的主要部分。因為神經網絡型控制技術可以進行人腦的模擬，所以該技術可以更精準地預測并調節中央空調監控系統中的數據。而且神經網絡型控制技術的運行速度要高于模糊型控制技術，準確性也更高。在中央空調中科學合理地應用智能控制技術可以營造更加舒服的室內環境，通過室內清新度、溫度以及相對濕度的控制，維持室內空氣的清新，而且中央空調監控系統中還可以安裝降低噪音的設備，以此來降低人們工作生活中的噪音。另外，中央空調的智能監控系統還具有環保功效，可節能減排。因此將智能技術應用于中央空調監控系統是目前相關單位需要注意的關鍵問題。

3? 系統硬件設計

3.1? 硬件組成

中央空調監控系統采用集散式控制系統架構。采用西門子DDC，具有多個數字量輸出、數字量輸入、模擬量輸入、模擬量輸出等通道。將前端溫濕度傳感器測量到的溫濕度和流量信號與設定值進行比較，根據比較偏差按照設定好的控制方式去控制與執行調節裝置直接相連的一體化裝置。DDC本身還帶有強大的通信功能，能夠接收管理工作站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工作站。

3.2? 監控點位分配

以空氣調節及輸配系統為例來進行監控點位分配，空氣溫度調節采用電動冷水閥或熱水閥調節盤管內冷凍水或熱水的流量，通過改變制冷或加熱量來改變送風溫度。同樣，通過加濕調節閥調節送風濕度，通過新、回風門調節風量。空氣的溫濕度及風量調節屬于跟隨設定值的連續調節，向DDC傳送的是模擬量輸入控制信號。中央空調系統中電機類設備的常規監控包括啟停控制、運行狀態監測、過載狀態監測、手自動狀態監測。

4? 系統軟件設計

4.1? 軟件架構

基于物聯網的中央空調遠程監控系統實現了對中央空調設備的遠程自動化控制和集中管理，主要功能包括：實時監控、故障報警、運行報表、數據曲線、設備管理和權限管理等。該系統的軟件架構設計為5層，主要包括數據采集層、業務處理層和功能展現層，實現了系統的數據持久化存儲、業務邏輯處理和界面渲染展示。數據采集層：完成對DB—BOX物聯網數據傳輸單元的接入和數據傳輸的處理。首先，由DB—BOX物聯網數據傳輸單元完成對空調機組PLC控制器和各種智能設備的數據采集;然后，由監控中心數據庫服務器程序完成對DB—BOX物聯網數據傳輸單元的數據采集。數據采集時，為減小數據流量，可以每次只上傳變化的數據，無變化的數據（位于死區內的數據，由用戶設置）可以不上送，以降低數據傳輸量，節約網絡流量，并提高數據傳送效率。業務處理層：完成采集數據的分析計算，并完成數據庫存儲。功能展現層：利用監控中心的計算機IE瀏覽器或手機APP客戶端，查詢中央空調的實時運行狀況、采集數據和日志報表等。

4.2? PLC控制器主程序設計

本系統的PLC控制器主程序采用不斷循環的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。PLC控制器的CPU從第一條指令執行開始，按順序逐條地執行用戶程序直到用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。這種工作方式是在系統程序的控制下順序掃描各個輸入點的狀態，進行運算處理，然后順序向各輸出點發出相應的控制信號。PLC控制器主程序的工作流程為：首先PLC和觸摸屏上電，進行系統的初始化，然后進入循環掃描的主工作流程，一直反復進行循環掃描工作，直至系統掉電或關機退出運行。循環掃描的主工作流程包括數據顯示子模塊、參數設置子模塊、啟停控制子模塊、當前報警子模塊、運行記錄子模塊、水溫曲線子模塊和遠程監控子模塊，并且這些子模塊采用同時并行的工作模式。PLC控制器的遠程監控子模塊負責完成與DB—BOX物聯網數據傳輸單元的數據傳輸及通信控制。如圖4所示，PLC控制器的遠程通訊接口的通訊模式需要設置為遠程Modbus模式，通訊地址、通訊波特率、通訊校驗方式以及延時設定，根據現場實際情況進行相應的設置即可。

5? 結語

綜上所述，智能控制技術在中央空調監控系統中得到了廣泛的應用。通過對智能控制技術在中央空調監控系統中的應用分析可知，將智能控制技術應用于中央空調的監控系統中，可以更好地調節室內的溫濕度，降低中央空調的能耗，提高建筑的經濟效益，從而促進中央空調的信息化發展，為我國能源節約型社會的建設作出貢獻。希望文章的研究可以為相關人員進行智能控制技術在中央空調監控系統中的應用分析提供參考。

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