智能建筑中空調系統遠程監控的設計與實現

摘 要：空調系統的遠程監控是智能建筑中建筑自動化系統的重要內容之一。基于Internet/ Intranet 平臺的遠程監控,是實現BMS 的發展方向,也是建立建筑智能化管理系統（ IBMS） 的基礎。本文著重闡述利用網際組態軟件WebAccess 及可編程計算機控制器（PCC） ,實現基Internet/ Intranet 下的空調系統遠程監控與管理的方法。

關鍵詞：智能建筑 空調系統 遠程監控 可編程計算機控制器（PCC）

ABSTRACT:The long - distance monitoring of air - conditioning system is one of the most important contents of Building Automation System in Intelligent Building ,the long – distance monitoring based on Internet/ Intranet is not only the developing direction of realizing BMS but also the foundation of setting up Intelligent Building Management System（ IBMS） .The method to realize the long - distance monitoring and management of air – conditioning system by means of net configuration software WebAccess and Programmable Computer Controller （PCC） is described in this paper.

KEY WORDS:Intelligent building 　Air - conditioning system 　Long – distance monitoring 　PCC

1 引言

　　樓宇自控系統（BAS） 是智能建筑的重要組成部分,而空調系統的控制又是它的主要內容之一,隨著現代化的高樓大廈的興建,對樓內空調系統的有效管理和控制顯得越來越重要。樓宇自動控制系統主要是由傳感器與執行器、DDC（直接數字控制器） 、通訊網絡、中央管理計算機等組成。它的應用使樓內的電力、照明、空調、防災、防盜、電梯等高效地運行成為可能。而通過互聯網和局域網實現對空調系統遠程監控及維護管理是實現BMS（Building Management system） 的發展方向。我們在基于實驗室平臺上研究開發的“智能建筑自動化系統”,并利用網際組態軟件WebAccess 實現了基于Internet/ Int ranet 的遠程監控和維護管理,空調系統是該項目的一個主要子系統。本文主要介紹利用網際組態軟件WebAccess 實現空調系統遠程監控的方法。

2 網際組態軟件WebAccess 簡介

　　2. 1 　WebAccess 是美國著名專業從事自動化HMI/ SCADA 系統組態軟件研發與應用的BroadWin 公司開發的一種基于IE 瀏覽器的網絡化組態軟件。網際組態軟件WebAccess 不僅具有強大的組態功能,而且突破了傳統組態軟件的局限性,其最大特點是:整個系統的運行在局域網內進行監控時,采用完全基于Web 的方式進行,在局域網內的任何電腦中,只需安裝WebAcces Client ,通過使用標準的瀏覽器IE ,便可實現與在控制室相同的監控效果。此系統在必要時還可以連接互聯網,接入互聯網后即可實現遠程監控,并且系統集成商也可以實現在遠程的及時維護工作。

　　2. 2 　WebAccess 由三個部分組成:

　　（1） 工程節點:作為集中的數據庫和Web 服務器,提供客戶端和監控節點間的初始連接,并提供“工程管理員”功能,以創建I/ O 數據庫、報警和圖形等;

　　（2） 監控節點（Node） :是一個遠程PC ,它使用WebAccess 支持的驅動程序與自動化設備連接并通信。WebAccess 監控節點軟件提供管理控制和數據采集（ SCADA） 功能, 包括: 通訊驅動程序（Modbus、OPC、和其它PLC、I/ O、過程控制、自動化設備、DCS 和DDC） 、報告和趨勢記錄實時數據、報警和報警記錄、安全和事件記錄;

　　（3） 客戶端（Client） :它是一個插件程序,運行與瀏覽器有關。Client 實際上是一種人機界面（HMI） 軟件,它提供實時的數據顯示、動畫、趨勢、報警和報告等功能。WebAccess 客戶端使用TCP/IP 協議通過因特網或局域網和監控節點連接。

　　此外WebAccess 除了具有一般組態軟件所具有的常用的繪圖、建點、動畫、數據顯示、趨勢圖、事件報警、記錄和報表等功能外,還具有以下特點:

　　①通過網絡實現遠程建構、修改圖形及數據庫;

　　②先進的數據庫架構使用戶既可以先設定硬件,亦可以先繪圖形,高效、靈活、方便;

　　③多工非同步建構功能,允許多用戶同時建構數據庫,完全具備網絡多用戶功能;

　　④多疊式網絡安全結構（防火墻+ 內建安全系統） ,保護用戶數據安全;

　　⑤與AutoCAD 相容的矢量繪圖方式,易于掌握應用,并且可直接導人AutoCAD 的DXF 文件;

　　⑥強大的動畫功能,可以任意設定動畫的移動路徑和轉動中心,而且動畫設定具有層的概念;獨具特色的圖庫;簡易的TCL 腳本,在不同的瀏覽器上都能發揮功能。

3 空調系統簡介

　　本課題中的暖通空調系統是把工程中常用的系統形式與我院智能建筑實驗室的實際系統相結合,由全空氣一次回風系統、風機盤管系統、風冷熱泵機組系統和排風兼排煙系統4 個子系統組成,其中風冷熱泵機組為一次回風系統,風機盤管系統提供冷熱源;排風排煙系統平時用于換氣,火災時兼做排煙系統。本文著重介紹一次回風系統,其組成及原理見圖1 。

4 空調系統遠程監控的主要內容及要求

　　一次回風空調系統遠程監控的主要內容為:

　　①機組啟停控制;

　　②冷熱工況轉換;

　　③室內溫度設定、顯示:設定空調房間的設計溫度及顯示空調房間的實際溫度;

　　④系統運行狀態監視:主要顯示空調機組（風機） 、過濾網、二通閥工作狀態;

　　⑤故障報警:空調機組（風機） 、過濾網、二通閥故障時發出故障報警信息;

　　以上內容均要求能夠通過互聯網和局域網的客戶端PC 實現遠程監控,其中,控制內容部分非授權用戶不允許控制。

5 遠程監控的網絡構架及實現方法

　　5. 1 　空調系統的控制方法

　　我院的“智能建筑自動化系統”采用可編程計算機控制器（ Programmable Computer Cont roller -PCC） ,其中暖通空調子系統采用一個PCC 分站帶4 個子系統叢站（擴展模式） ,一次回風空調系統由其中的一個叢站控制。各分站、叢站之間采用CAN 網標準物理接口,控制網絡拓撲圖見圖2 。

　　將空調控制系統中各檢測點和控制點及管理站相互連接的方式稱為拓撲結構。在計算機網絡技術中常用的拓撲結構有多種。通過綜合分析空調控制系統對通訊網絡的要求和各種網絡拓撲結構的特點,本課題中的暖通空調系統構為如圖2 所示的智能建筑中空調控制系統的基本結構。它采用了樹形和總線形混合拓撲結構。該結構具有層次清楚、可靠性高、成本低的優點。在通用的軟件平臺下,可以實現各種復雜的控制規律和高級能量調配控制管理,記錄、分析歷史運行數據,預測空調負荷等。它的使用不僅提高了空調系統的管理水平,還通過利用新的控制技術改變傳統的運行方式,使系統節約大量的電能,具有顯著的經濟效益和社會效益。

　　5. 2 　監控網絡基本構架

　　本課題利用網際組態軟件WebAccess 實現遠程監控,一次回風空調系統遠程監控的網絡構架見圖3 。

　　5. 3 　WebAccess 實現空調系統遠程監控的方法

　　（1） 建立智能建筑自動化系統工程項目（包括用戶名、密碼、工程名、IP 地址等） 。

　　（2） 定義暖通空調系統監控節點,對于PCC控制器應為OPC;設置通訊端口參數,對PCC ,通訊參數可選擇250k bit/ s。

　　（3） 定義一次回風空調系統單元。

　　（4） 設計工作畫面。工作畫面中包括與現場系統相對應的動畫,動畫制作中的實時控制部分將占用WebAccess 提供的I/ O 點,如果僅僅是做沒有現場設備的演示動畫,則動畫中使用的點就是We-bAccess 提供的本地點。在WebAccess 提供的點中, I/ O 點的數量和本地點的數量是相同的。

　　（5） 工作畫面所需要的控制點的分配。由于WebAccess 提供的I/ O 點是有限的,所以在實時控制的動畫中,對應I/ O 點的控制點需要合理分配使用。考慮到系統的擴充,通常系統中的點數需要留出一定的余量。值得注意的是,WebAccess 中所提供的所有I/ O 點,在不加限定時均是可讀可寫的,這樣就很容易實現現場和遠程控制的對等控制關系,并且可以節約寶貴的點數。

　　（6） 實現各個點的動畫連接和添加腳本語句。將完成的動畫畫面與對應的I/ O 點或本地點連接起來,在動畫的實現方面,WebAccess 提供有最基本的動畫程序,如果實現的動畫比較復雜,那么WebAccess 還支持TCL 腳本并提供強大的函數庫供用戶自行編程。

　　（7） 動畫的保存和下載。將做好的畫面保存到磁盤后（DRW 和BGR 兩種文件格式） ,通過網絡下載到Node 節點并啟動該節點,然后進入實時監控界面,在成功登錄后即可通過計算機網絡對系統進行調試并修改程序,直到實現整個動畫與現場設備協調工作為止。

6 結束語

　　基于Internet/ Int ranet 的空調系統遠程監控、維護及管理,作為“智能建筑自動化系統”課題重要內容之一,已經完成調試工作,利用網際組態軟件WebAccess 實現了即定目標。作為優秀的網際組態軟件WebAccess ,以其優異、強大的功能發揮了重要作用,是實現BMS 的未來方向。本課題所完成的系統和實現方法不僅對智能建筑教學起到積極的指導作用,同時也對工程實踐有著一定的借鑒。

參考文獻

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