空調系統控制優化與故障診斷實時數據通信方法解析

張玲

（上海迪普自動化技術有限公司,上海 201100）

有資料統計，我國當下建筑領域能耗在國內商品總能耗中所占比例為20%～30%，其中以建筑運行能耗為主，包括了建筑照明、空調以及各種類型及建筑內部使用電器的能耗，技術水平更新與發展直接關系著其節能潛力。要滿足居民在生活與社會活動中提出的主觀需求，特別是將不降低建筑室內舒適度為基礎條件。空調系統是大多數建筑，特別是公共建筑除采暖以外運行能耗最大的構成，且系統的能耗構成較復雜。為更好地滿足本專業領域的現實需求，本文在建筑內控制系統部分軟、硬件技術的協助下，接收與發送建筑空調設備的有關數據，進而更科學地分析空調的運行性能，改善故障檢測與排查方法，進而更好地滿足現代建筑運行階段對高效、舒適提出的要求。

1 空調系統控制優化的概述

在建筑空調系統內，存有多種可控制變量，通過對其進行優化控制能將系統的總能耗量降到最低水平。既往很多專家研究了制冷系統的全局優化方法，發現和常規的優化方法作比較，應用的優化策略能取得更大的節能成效。但針對空調系統的在線實時控制，其并沒有研發出一種適用性較高的算法。Braun將一種優化控制算法用于建筑空調的優化領域中，發現其能減少10%～20%能源的耗用量。Braun指出，可以將空調系統視為一個和連續控制變量與不可控變量相關的二次函數，將可調控變量的優化預設值設定為變量，目標函數選作設備各構件的能耗，這樣能于總能耗最低的工況下測求出可控變量對應的優化預設值。

2 故障診斷方法

從宏觀上，可以將系統故障診斷細化為故障檢測、辨識、測評機決策等幾大過程。當檢測到系統存有故障時，需確定故障類型及解讀其對系統的影響程度，系統是否能包容該故障，進而明確處理該故障的措施方法，例如維修更換故障器件，或用調整設定值或檢測儀讀數的形式去維持系統正常運行狀態。

可用于診斷空調系統故障的方法較多，參照其是否使用模型可以將其分為基于模型與非模型的故障診斷，前者需要構建系統常態及各種已知故障條件下的系統模型，利用模型動態預測系統運行過程，對比預測參數與實測參數，把兩者形成的偏差值作為分類器的輸入部分，進而對故障作出分類，物理原理法、神經網絡法、回歸法均是參考模型建設時可供選擇的方法。非模型的故障診斷法直接用空調的各種輸入、輸出作為故障的表征，而后將其統一輸入到分類器，分類器依照事前設定的規則，對故障類型作出準確劃分，輸出診斷結果，該種方法應用時的關鍵是分類器的設計，神經網絡法是常用的分類方法。

3 空調系統控制優化與故障診斷實時數據通信程序的設計

3.1 系統概況

本課題把一棟實際建筑中央空調作為研究對象。本建筑是辦公建筑，共計35層，當下已經建成并處于投運狀態，空調是變風量系統，其內安設了EBI設備管理系統，各層均設置了獨立的AHU與數十個VAV box協同為本樓層空調去提供風量。針對管理系統內的空調系統側結構，其由現場VAV box,AHU；數字控制器DDC；路由器；配置LNS的計算機等構成。

3.2 設計通信程序

為更好地滿足AHU優化控制，AHU及VAV box故障檢測與診斷軟件的現實需求，立足于建筑空調設備現場實況，將SQL語言添加到系統內，并和SQL Server 2000數據庫建設連接關系，以5min為一個周期獲取AHU與VAV各項參數數據并將其統一存儲于SQL Server，供以上系統計算與分析時使用。并在SQL語言的協助下研發了AHU、VAV box既往數據下載程度，用于提供既往數據并用在實驗室研究內的分析模擬領域中。

3.3 SQL 技術的應用

Visual Basic（VB）是以Windows應用程序為基礎的一種開發工具，其有研發便利、生成界面外在美觀性高、設計多樣化等特征，能訪問ODBC、SQL等多類數據庫，和SQL Server 2000數據庫銜接后能形成API函數集、工具集，供數據庫管理系統研發客戶端時所使用。

基于建筑空調系統內多數優化控制、故障診斷軟件運行階段需要讀取大量數據的現狀，并參照實驗室平臺內操作系統的需求，本課題設計中擬定利用ADO方式訪問SQL Server數據庫。ADO數據控件的作用主要是迅速構建數據源銜接的數據綁定控件。對其編程的局部核心代碼進行分析后，很容易發現RecordSource屬性決定著由數據庫內檢索到何種類型的信息。Select語句就是SQL語句，[dbo].[ViewTrendData]均作為數據源，Where之后的字符代表得是檢索條件，并參數數據名稱的賦值結果錄入情況作出排序。

3.4 OPC 技術

OPC客戶程序包含的OPC對象有服務器、組集合、項結合對象等。針對單個OPC服務器能夠設置一個OPC組集合，而OPC組集合循序被設置數個OPC組。客戶程序通過開啟、運行與暫停OPC組對數據的訪問過程，若OPC項的數值出現波動時，則會快速將有關通知反饋到客戶程序內。OPC項集合對象代表得是組內全部OPC項的集合體，OPC項代表得是OPC服務器的數據源銜接，擁有服務器內具體數據源的所有相關信息。OPC項并不提供對外接口，只有組對象才擁有訪問項對象的特權。品質、值與時間截是項對象的3個變量，利用Variant數據型去表示值。

對異步數據訪問的流程可以做出如下闡述：在客戶程序的請求被傳送至服務器后，便快速返回到該方法，并處理他類任務。服務器在訪問完數據后，開啟訪問完成事件，同時把結果傳送給客戶程序，客戶程序基于Visual Basic程序便能接收到是源于服務器的數據，進而產出讀取完成事件。該種方法適用于方位大批量數據的領域中，并且因分別處理數據訪問及其發出過程，故而對有關命令的編程提出較高要求。

分析OPC組狀態功能區的設計情況，“組的更新周期（ms.）”的作用是呈現設置組內項的數據信息更新周期，該程序依照建筑空調裝配場地現狀及AHU優化軟件的真實需求，設定成7500ms；“非敏感帶”代表組內項的數據變動幅度超出該百分數時，OPC服務器才會做出相關數據改變事件，實質上就是更新客戶程序讀獲得項的數據值；“組激活”的功能主要表現在調控OPC組活動狀態方面上。

規劃設計 OPC項的數值呈現區時，“已傳送的數值”顯示的是最近一次傳輸的項的數值；“OPC服務器目前值”為程序采用訂閱形式捕獲到的數值，組的更新周期設定情況對其更新速率形成直接影響，用于檢測驗證OPC服務器是否順利接收最近傳送的項的數值。

本課題研究時對比了AHU控制軟件優化前后兩個AHU的靜壓值的改變情況，不難發現本文設計出的OPC客戶程序數據傳送功能運作過程是平穩的，且功能成功的顯現出來，能夠結合軟件真實的運行需求精確調整AHU設定值，使軟件能順利地實現預設目標。

4 結語

本文粗略地介紹了某建筑管理系統的構成，并根據現場實際狀況，闡述了空調控制優化與故障診斷實時數據通信方法的設計情況。選作SQL、OPC技術作為通信手段，于VB程序內采用SQL語言闡述了SQL Server訪問接口的運行機制。通過獲取AHU軟件內的部分數據，操作OPC客戶程序，表明其運行結果相關數據具有很大的現實意義。