基于PLCC的中央空调监控系统的设计与实现.pdf

2 0 1 3年第 2期 工业仪表与 自动化装置 2 7- 基于 P L C C的中央空调监控 系统的 设 计 与 实现 叶崧 金陵科技学院 信息技 术学院， 南京 2 1 1 1 6 9 摘要 针对智能大厦中央空调集控 系统的可靠性和经济性问题 ， 提 出了一种基于低压 电力载波 和 M o d b u s 的方案。该方案基于A R M微处理器 S E P 4 0 2 0 ， 设计了一种结构简单、 性价比高、 扩充灵 活的控制 系统。该文提供 了系统总体设计方案 ， 详细说明其 中的硬件与软件设计要点， 阐明系统的 应用特点和应用前景。 关键词 中央空调控制系统； B ／ S结构 ； 电力载波通信 ； 集 中器 中图分类号 T P 3 3 6 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 00 6 8 2 2 0 1 3 0 2 0 0 2 7 0 4 De s i g n a n d i mpl e me nt at i o n o f c e nt r a l a i rc o n d i t i o n c o nt r o l s y s t e m ba s e d o n t h e PLCC YE S on g J i n l i n g I n s t it u t e o f T e c h n o l o g y ，N a n j i n g 2 1 1 1 6 9， C h i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e r e l i a b i l i t y a n d e f f i c i e n c y o f t h e i n t e l l i g e n t b u i l d i n g a i r c o n di t i o n c o n t r o l s y s - t e m， a p r o j e c t o f a p p l i c a t i o n b a s e d o n P L C C a n d M o d b u s i s p r o p o s e d ．I t h a s b e e n d e s i g n e d a s i m p l e s t r uc t u r e，c o s t e f f e c t i v e，f l e x i b l e e x pa n s i o n c o n t r o l s y s t e m u s e d S EP 40 2 0 a s i t s ma i n c o n t r o l c h i p． T h e pa p e r o f f e r s t h e s y s t e m o v e r a l l d e s i g n p l a n，e x p l a i n s t h e h a r d wa r e a n d s o f t wa r e de s i g n c o n s i d e r a t i o n i n de t a i l a n d i l l u mi n a t e s t h e a p pl i c a t i o n f e a t u r e a n d f o r e g r o u n d o f t he s y s t e m． Ke y wor ds c e nt r a l a i r c o n d i t i o n i n g c o n t r o l s y s t e m ；B／S s t r uc t u r e；PLCC；c o nc e n t r a t o r 0 引言 据 国家相关部 门统计 ， 建筑 的耗能总量在我 国 整个能源消费总量 中所 占的份额已超过 2 7 ％ ， 预测 到 2 0 2 0年 ， 建筑能耗耗 电将达到 3 5 ％左右 ， 超越工 业用能 ， 成为用能 的第一 大户 ， 推行 建筑节能迫 在 眉睫。 文献 [ 1 ] 指 出， 建筑 面积超过 2万 m 的大型公 共建筑 目前仅 占城镇总建筑面积的5 ％ ～6 ％ ， 但其 用 电量为 7 0～1 5 0 k Wh ／ m ， 为住宅建筑用电量的 8 倍 以上 ， 而根据测算 ， 在整个大型公共建筑建筑能耗 中， 除了一部分被照明用电消耗 以外 ， 中央空调能耗 所 占比例高达 5 0 ％ 一 6 0 ％左右。 目前中央空调监控系统已经在大量的大型建筑 收稿 日期 2 0 1 21 22 1 基金项 目 金陵科 技学 院校 内 自然科 学基金 项 目 4 0 4 1 0 8 6 3 ； 江苏省教育厅高校 自然科学研究项 目 1 1 K J D 5 1 0 0 0 2 作者介绍 叶崧 1 9 7 6 ， 男， 江苏南京人 ， 硕士， 讲师， 主要从事 嵌入式系统和物联网技术。 中得到应用， 主要是采用传统的基于现场总线的中 央空调远程集 中监控系统 ， 该系统对建筑 中的每一 个房间实施温度 自动控制和计量 ， 对 空调 的使用进 行有效地监管， 但是这种系统存在以下缺点E 2 1 1 这种系统往往是闭式的， 自成一体， 独立运 行 ， 只对一栋建筑的中央空调进行监控 ， 无法与一个 单位总体的能耗管理系统有效的对接。 2 虽然该系统可 以做 到对 每个房间的温度进 行远程设置 ， 控制风机转速 ， 但是无法对昼夜满负荷 运行 、 长时间开窗通风 、 下班不关机 等情 况进行监 控 ， 空调末端管理 出现失控 。 3 该 系统 的可扩 展性不 高 ， 现代建 筑楼 层较 多 ， 多个空调风机位于不同楼层 ， 架设时布线难度较 大， 不利于对旧系统进行改造。 1 系统架构 以某校图书馆中央空调监控系统的改造为例， 原系统采用 的是东芝商用 中央空调系统 ， 其系统结 构如图 1 所示。 2 0 1 3年第 2期 工业仪表与自动化装置 2 9 3 遥控 。用户可 以通过 We b远程控制联 网空 调分机 的开关机 。 4 遥调 。室 内机控制 面板具 备 的所有 空调参 数设置功能 ， 各种控制范围的调整等。 从性能上， 要求能够具有实时、 可靠的响应能力 和双向互动能力， 同时能够对数据进行存储、 分析并 能直观的将数据所反映的信息显示出来； 能够实现 故障自动报警， 有较强的抗干扰能力， 较高的安全 性 ， 较强的兼容性 。 将各个功能分别放在单独的线程中处理， 以提高程 序的运行实时性和鲁棒性 ， 通过在 L i n u x上移植嵌 入式数据库系统 ， 可以有效地实现历史数据的管理。 图4 多种协议之间的事件通知和分发机制 2 集 中器设计 3 通信 协议 由于整个系统 中涉及多种现场总线 ， 集 中器一 方面要完成用户信息的可靠采集； 另一方面每接收 一 种协议的数据包后， 在转发之前将它转换为另一 种协议 的格式 J 。因此 ， 集 中器设计的好坏直接影 响到整个监控系统能否可靠运行。 该文设计了一种支持多接 口多协议的多功能集 中器 ， 解决 电力线载波通信与 以太 网的互联集成 问 题 。集 中器采用电力载波实现下行通信 ， 同时提供 以太网、 G P R S ／ C D MA等上行接 口， 向上通过上行接 口连接监控平台 ， 负责接受远程监控下传的命令或 发送上报的数据 ， 向下通过载波接 口实现对空调数 据 的抄写 ， 从而实现远程监视与控制。 低压电力载波通信模块 卜_ 1 I u A RT I l 曩 墓 幢 I U A R T 1 ] 串15 1 ／ 4 8 5通信模块 图 3 集 中器结构框图 集中器监控软件功能包括 信息采集、 生成和存 储历史和当前数据， 显示面板显示控制器及控制单元 的信息， 上报采集数据， 接受主站软件的能耗管理策 略或者实时控制命令， 控制空调的运行。其中信息采 集功能负责通过载波模块下发指令， 并等待从载波模 块传过来的数据。具体过程是主线程中初始化并打 开串口， 建立串口接收信号 ， 在串 口信号响应函数里 面， 处理接收到的数据。当接到数据包时产生信号， 在信号响应 函数里调用协议转换程序， 按照载波协议 和 M o d b u s 协议的定义解析数据， 解析出原始数据中 的节点号、 状态、 模拟量、 开关量值等信息 。 由于整个软件系统功能复杂 ， 而且 有一定 的实 时陛要求， 所以整个网关对多种协议的处理采用事 件通知和分发机制， 如图4 所示。利用多线程技术， 集 中器主控板与载波通信模块之间通过串 口进 行通信 ， 数据帧发 送格式为 “ S N D”L e n g t h数据 体 S ； 接受格式为“ D A T ” L e n g th 数据体 D 。数据 体 s 的定义如表 1 所示 ， 数据体 D与数据体s 类似， 仅去掉数据域 P r o 。 表 1 数据体的定义 域名 字节 描述 东芝中央空 调系统提供 T C BI F M B 6 4 0 T L E中 继接 口与室外机通信 ， T C BI F MB 6 4 0 T L E中继接 口 采用4 8 5 接 口、 M o d e b u s 协议， 载波通信模块不仅通 过电力载波通信协议与集中器通信， 还要配备一套 T C S N E T网络功能的命令集， 从而实现与 T C B I F - MB 6 4 0 T L E中继接 口进行通信 ， 诸如温度设置、 改变 运行模式、 控制风扇速率、 读取风机状态等功能， 都可 以通过通信节点向串口发送简单的操作命令来完成。 实现对空调节点的读写时， 将命令字符串作为表 1中 的d a t a l ， 然后按照数据体格式进行封装并下发。 A R M主控板通过 L i n u x内部集成的 T C P ／ I P协 议栈 ， 利用 S O C K E T实现与远程主站的网络连接 ， 为 了便于通过 We b 实现远程管理， 系统移植了嵌入式 We b服务器 B O A， 并实现 H T ML表单和服务器端程 序的接口 C G I ， 用户通过浏览器完成网页中表单 F o r m 数据的输入， 并提交给 We b服务器， C G I 程 序根据用户 的选择完成一般的处理 、 数据库查询 ， 将 响应结果再 回送到 We b浏览器。操作人员能够通 过网页远程监控室内机节点运行状态 J 。 3 0 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 3年第 2期 4结束语 该系统采用 了分布式控制结构 ， 可以根据具体 应用 ， 进行适当的缩简或扩展。控制对象为本栋大 楼或其他几栋大型楼宇的所有中央空调及末端， 可 无限组态扩展到数百个监控点。利用该系统 ， 用户 可以通过 I n t e r n e t 将 控制指令下 发给集 中器 ， 集 中 器通过电力载波通信信道与每组室外机进行数据／ 指令交换 ， 使用户能对楼宇内部 的所有 中央空调机 组或末端现场控制器的运行状态进行监控 。 通过这种新型 的中央空调网络集 中监控 ， 能够 提高中央空调机组的使用效率 ， 最终使得楼宇 内的 所有中央空调及末端达到统一控制、 统一管理、 高效 节能的 目的。 参考文献 [ 1 ] 江亿． 我 国建筑节能 战略研究[ J ] ． 中国工程科学 ， 2 0 1 1 6 3 03 8 ． [ 2 ] 马守才． 大型建筑物中央空调监控系统设计问题探讨 [ J ] ． 自动化与仪器仪表 ， 2 0 1 2 3 1 5 71 5 9 ． [ 3 ] 张春华． 中央空调以太网远程监控系统的设计应用 [ J ] ． 节能技术 ， 2 0 1 1 ， 2 9 5 4 5 0 4 5 3 ， 4 5 6 ． [ 4 ] 满莎． 基于 A R M9的嵌 入式无线智能家居 网关设计 [ J ] ． 计算机应用， 2 0 1 0 ， 3 0 9 2 5 4 1 2 5 4 4 ． [ 5 ] 夏一行， 曲琳， 黄轶伦 ， 等． 嵌入式数字化仪器设备 U ML应用软件框架研究 [ J ] ． 浙江大学学报 工学版 ， 2 0 0 8 ， 4 2 7 1 1 7 4 1 1 7 6 ． [ 6 ] 全惠敏． 一种基于 I n t e r n e t 的中央空调远程监控系统 的设计[ J ] ． 电气应用， 2 0 0 6 ， 2 5 1 2 4 95 1 ． 中国智能化仪器仪表业在政策支持下前景看好 近日， 工信部、 科技部、 财政部、 国家标准化管理委员会联合印发 加快推进传感器及智能化仪器仪表产 业发展行动计划 以下简称 行动计划 。实施期为2 0 1 3 --2 0 2 5年。 根据该 行动计划 ， 我国在2 0 2 5 年传感器及智能化仪器仪表产业整体水平要跨人世界先进行列， 涉及 国防和重点产业安全 、 重大工程所需的传感器及智能化仪器仪表实现 自主制造和 自主可控 ， 高端产品和服务 市场 占有率提高到 5 0 ％以上。 此外， 还鼓励和支持企业通过兼并重组、 股份制改造上市、 技术改造等手段， 培育行业龙头企业和创新型 企业。对符合相关政策条件的经认定的传感器及智能化仪器仪表企业， 能够享受有关税收优惠政策。 近年来我国传感器及智能仪器仪表取得了显著发展 ， 并有着广阔发展空间和应用前景 。在战略性新兴 产业、 工业物联网、 环保和食品安全、 文物保护和传承等领域都发挥着极大作用。该政策的出台， 会极大推动 传感器及智能化仪器仪表产业发展， 加速智能仪表更换升级， 相关企业也从中受益。在城镇化建设的大环境 下， 行业需求也被拉动， 智能化进程也在推动相关仪器仪表需求提升， 市场占有率逐渐增加， 长期而言传感器 及智能化仪器仪表产业发展前景甚好。 摘 自 h t t p ／ ／ w w w． c n e l c ． c o rn ／ A r t i c l e ／ 1 ／ A D 1 0 0 1 5 6 4 2 1 1 ． h t m 3 D打 印技术将“ 颠覆“ 仪器制造模式 3 D打印技术是利用光固化和纸层叠等一系列快速成型技术的统称 ， 其基本原理都是叠层制造。与普通 打印机的工作原理基本一致 ， 打印机内装有液体或粉末等“ 打印材料” ， 与 电脑连接后 ， 通过 电脑控制把“ 打 印材料” 一层层叠加起来， 最终把计算机上的蓝图变成实物。 据报道 3 D打印技术应用已经渗入到生物医疗、 航空、 汽车、 工业设计等多个行业 ， 那究竟 3 D打印技术 会给仪器制造带来哪些好处它是否会“ 颠覆” 目 前的仪器制造模式 谈及 3 D打印机所带来的好处， 多年从事仪器研发工作的中科院大连化物所关亚风研究员表示 “ 有了 3 D打印机， 可以很快地把想法变成现实， 一个零配件模块最多只需 2 4 小时就能够完成制作， 研发周期大大 加快。另外， 做仪器研发， 有些零配件因为量／ J , q l 难找到加工工厂， 利用 3 D打印机就可以解决此方面的问 题。 ” 不过， 关亚风也表示， 目 前 ， 3 D打印机用于批量生产还不太现实， 成本太高。3 D打印机在仪器行业主要 还是应用于仪器研发及制作样机阶段。 摘编 自 h t t p ／ ／ w w w ． j d 3 7 ． c o rn ／ n e w s ／ 2 0 1 3 3 ／ 1 1 4 8 6 3 ． h t m1