隨著人們生活環(huán)境質(zhì)量和工作條件要求的不斷提高，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了智能建筑的重要性和*性，智能建筑正處于快速發(fā)展期。中央空調(diào)系統(tǒng)的出現(xiàn)，豐富了智能樓宇概念，提升了樓宇的智能化水平，在樓宇溫度環(huán)境的調(diào)節(jié)中起到了重要作用，同時(shí)，為樓宇的節(jié)能降耗作出了一定的貢獻(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)樓宇溫度的實(shí)時(shí)性控制，提供一個(gè)適宜的溫度環(huán)境，需要加強(qiáng)對(duì)中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的研究。

1、VinCC 組態(tài)軟件介紹

VinCC 是西門子公司的一款HMI（人機(jī)界面）/SCADA（監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集）軟件系統(tǒng)，本論文主要采用VinCCV7.3 版本對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理組態(tài)。

SCADA 系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等功能。

2、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

本系統(tǒng)主要研究的是對(duì)室內(nèi)溫濕度及空氣質(zhì)量的控制調(diào)節(jié)。通過檢測(cè)回風(fēng)管上溫度來調(diào)節(jié)回水支管二通閥的開啟度來調(diào)節(jié)溫度；根據(jù)空調(diào)機(jī)組回風(fēng)的相對(duì)濕度來調(diào)節(jié)送風(fēng)含濕量來實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的調(diào)節(jié)；通過對(duì)新風(fēng)風(fēng)門開度的調(diào)節(jié)來控制室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

中央空調(diào)系統(tǒng)的基本組成如圖1 所示。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)基本組成圖

2.1 溫度控制

設(shè)室內(nèi)溫度為T1（室內(nèi)溫度可以由回風(fēng)管上的溫度傳感器檢測(cè)），空調(diào)預(yù)設(shè)溫度為T2，偏差溫度△T=|T1－T2|，PLC通過比較回風(fēng)溫度與預(yù)設(shè)溫度來控制調(diào)節(jié)門開度，本文利用變頻調(diào)速的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)制冷量的無極調(diào)節(jié)，從而改善室內(nèi)溫度，提高人們的舒適度。本文采用模糊自整定PID 算法，不僅能夠有效地提高控制精度，也有著更大的超調(diào)量和更短的調(diào)節(jié)時(shí)間。

2.2 濕度控制

濕度調(diào)節(jié)與溫度調(diào)節(jié)類似，都是通過選取合適的輸入?yún)?shù)，運(yùn)用模糊控制對(duì)室內(nèi)濕度進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，并經(jīng)過PID 運(yùn)算得到控制信號(hào)來調(diào)節(jié)加濕閥的開度，使室內(nèi)濕度控制在預(yù)設(shè)值。

2.3 空氣質(zhì)量控制

通過空氣質(zhì)量傳感器對(duì)空調(diào)機(jī)組的回風(fēng)總管中二氧化碳等氣體雜質(zhì)濃度的檢測(cè)，經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換并由運(yùn)算單元處理，根據(jù)分析得到的控制信號(hào)來調(diào)節(jié)新風(fēng)風(fēng)門的開度，從而調(diào)節(jié)空間區(qū)域的空氣質(zhì)量。

2.4 檢測(cè)功能

檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、故障信號(hào)及開關(guān)信號(hào)；回風(fēng)的溫度、濕度、二氧化碳等雜質(zhì)氣體的濃度，過濾器上的過濾壓差信號(hào)。

2.5 VinCC 監(jiān)控界面顯示

VinCC 監(jiān)控圖形畫面包含對(duì)以下參數(shù)的監(jiān)控：回風(fēng)溫濕度、CO2 等雜質(zhì)氣體的濃度以及新風(fēng)各參數(shù)指標(biāo)；系統(tǒng)的連接狀態(tài)、故障狀態(tài)；空氣過濾器兩側(cè)的壓力形成的壓差信號(hào)；新、回風(fēng)閥的開度。

本監(jiān)控畫面還包含了通信的連接與斷開顯示功能、中英文切換功能。

3、硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文主要選用S7-300PLC 作為系統(tǒng)的上位機(jī)，CPU314作為中央處理單元，對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行有效的運(yùn)算處理，并以數(shù)字量信號(hào)輸出。

由于模擬量輸入較多，本文主要選用SM331 作為模擬量的擴(kuò)展模塊；選取G120 變頻器來控制風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其他的硬件還包含風(fēng)管式溫濕度傳感器、水閥執(zhí)行器、風(fēng)閥執(zhí)行器和壓力傳感器等。

4、VinCC 與PLC 的通訊

傳統(tǒng)的VinCC 與PLC 的通訊主要是對(duì)VinCC 和PLC進(jìn)行單獨(dú)的通訊設(shè)置，然后通訊，工序較為煩瑣。本系統(tǒng)主要采用的是西門子S7-300 的PLC 和西門子VinCC 監(jiān)控軟件，基于TIA 的VinCC 與PLC 之間的通訊較為方便，因?yàn)槲鏖T子的TIA 技術(shù)包含了提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)管理和通訊設(shè)置系統(tǒng)軟硬件全集成定義菜單，只需要對(duì)SIMATIC Manager 建立PLC 的硬件組態(tài)，將PLC 的通訊設(shè)置好即可，然后通過添加OS 選項(xiàng)對(duì)其進(jìn)行編譯，VinCC 即可自動(dòng)識(shí)別PLC 的硬件組態(tài)及通訊地址等，減少了重復(fù)性的工作，大大地提高了工程效率.

編譯的主要作用如下：①建立S7 協(xié)議集；②建立VinCC通訊單元，比如Profibus、工業(yè)以太網(wǎng)等；③建立于S7 控制器的邏輯連接；④為消息和歸檔系統(tǒng)建立原始數(shù)據(jù)；⑤為傳送到VinCC 和全局?jǐn)?shù)據(jù)塊的塊類型建立結(jié)構(gòu)類型；⑥在變量管理器中建立過程變量；⑦傳送報(bào)警消息和用戶文本。通過OS 編譯后，通過實(shí)例來證明通訊連接成功。

圖2 監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)圖

5、VinCC 組態(tài)畫面設(shè)置

基于VinCC 強(qiáng)大的功能，結(jié)合系統(tǒng)控制要求，本監(jiān)控畫面主要設(shè)置了模擬現(xiàn)場(chǎng)流程畫面、數(shù)據(jù)報(bào)表和能耗報(bào)表、溫濕度變化趨勢(shì)曲線、報(bào)警及事件等畫面，監(jiān)控結(jié)構(gòu)如圖2所示。

為了避免非工作人員誤操作，可以給用戶設(shè)置登錄密碼，運(yùn)行界面以全屏顯示。

圖2 監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)圖

5.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)表

該報(bào)表不僅反映了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還記錄了長(zhǎng)期生產(chǎn)過程的歷史數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以有效地幫助管理人員分析和掌握生產(chǎn)狀況。

5.2 趨勢(shì)曲線

本界面主要通過趨勢(shì)曲線的形式顯示室內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)變化情況，可以根據(jù)曲線的變化形式了解室內(nèi)溫度變化速率。本界面還可以通過菜單欄直接選擇瀏覽歷史趨勢(shì)曲線圖，切換模式簡(jiǎn)單，操作方便。

5.3 了解電能的消耗情況

可以根據(jù)實(shí)際需要查詢相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的電能消耗情況，本系統(tǒng)還提供了打印等功能，便于用戶統(tǒng)計(jì)保存。

5.4 報(bào)警及事件

報(bào)警在任何系統(tǒng)中都起著舉足輕重的作用，其主要是防止因系統(tǒng)發(fā)生過電流或過電壓而造成系統(tǒng)損壞。

本系統(tǒng)設(shè)置了越限報(bào)警及手動(dòng)恢復(fù)功能，當(dāng)超出限制范圍時(shí)，報(bào)警命令發(fā)出，待工作人員檢查后可以通過手動(dòng)恢復(fù)正常。

本系統(tǒng)以空氣質(zhì)量參數(shù)為例，簡(jiǎn)述報(bào)警的工作原理如下：正常情況下，單位體積的空氣中氧氣含量為21%，氮?dú)夂繛?8%，二氧化碳等氣體雜質(zhì)含量為1%。根據(jù)實(shí)際情況要求，設(shè)置雜質(zhì)氣體發(fā)出報(bào)警的臨界值為4%（當(dāng)二氧化碳含量高于4%時(shí)會(huì)使人無意識(shí)地呼吸加快，短時(shí)間對(duì)人體影響不大），當(dāng)雜質(zhì)氣體含量高于4%時(shí)，會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，產(chǎn)生報(bào)警，可以采取人為"確認(rèn)消失"，解除報(bào)警。

綜上所述，智能大廈作為智能建筑的一種形式，特別是應(yīng)用于商業(yè)的智能大廈提供的、舒適的工作環(huán)境已受到人們的廣泛關(guān)注。VinCC 強(qiáng)大的功能提高了控制精度，并降低了溫度的波動(dòng)性，具有可視性強(qiáng)、操作方便的特點(diǎn)，同時(shí)，大大縮減了施工人員的系統(tǒng)集成工程量，降低了人力資源成本。因此，本監(jiān)控系統(tǒng)具有一定的實(shí)用性和推廣價(jià)值。筆者相信，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，以及這些新技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域的廣泛滲透和應(yīng)用，我國(guó)中央空調(diào)的監(jiān)控系統(tǒng)必然要進(jìn)行升級(jí)換代，向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，為新時(shí)代的人類作出更大的貢獻(xiàn)。