中央空調遠程監控系統的設計

一引言

　　樓宇自動(dòng)化系統中中央空調子系統占有重要的地位，目前中央空調系統的自動(dòng)化實(shí)現方式很多，有采用單片機，接口采用RS485,現場(chǎng)總線(xiàn)或者以太網(wǎng)，能實(shí)現中央空調的遠程監控功能；還有采用PLC，比如西門(mén)子的S7-200實(shí)現數據的采集和監控。目前單片機種類(lèi)很多，能實(shí)現本采集監控功能的芯片選擇范圍也較廣，比如MEGA系列，freescale系列等，另外高端的芯片本身帶有豐富的接口，實(shí)現更加方便，但是成本較高，另外基于PLC的中央空調監控系統成本瓶頸限制了其進(jìn)一步的推廣。所以開(kāi)發(fā)一套低成本、高可靠性的中央空調遠程監控系統是很有必要的。

　　二方案選擇

　　最近今年，單片機的功能得到極大的提高，存儲容量，數據處理速度，外圍擴展能力，通訊功能等都了很大的提高，功能逐漸完善，再加上低成本的優(yōu)勢，市場(chǎng)占有率不斷攀升。

　　本系統主要功能集中在對中央空調遠程數據采集和監控，數據采集與監控的參數包括空調溫度值，空調的開(kāi)關(guān)機狀態(tài)，空調風(fēng)機的速度檔以及制冷制熱狀態(tài)。選用單片機作為下位機，上位監控軟件采用微軟的VisualBasic即可滿(mǎn)足控制要求。

　　三系統設計思路

　　目前的中央空調系統按輸送介質(zhì)主要有以下三類(lèi)：空氣，水和冷凝劑，所以相應的中央空調系統主要分為風(fēng)管系統、冷熱水系統和制冷劑系統。本方案主要適用對象是冷熱水系統。冷熱水系統分主機和風(fēng)機盤(pán)管，主要工作原理是通過(guò)室外主機產(chǎn)生出空調的冷熱水，由管道系統送至室內的各末端裝置，在末端處冷熱水與室內空氣進(jìn)行熱量交換，產(chǎn)生冷熱風(fēng)，從而消除房間空調負荷。冷熱水空調系統的末端通常都裝有風(fēng)機盤(pán)管，風(fēng)機盤(pán)管的控制原理采用溫控器加電動(dòng)閥結構，如圖1示。所以可以通過(guò)調節末端風(fēng)機轉速來(lái)調節送入室內的冷熱量，由此可見(jiàn)，此種系統的特點(diǎn)是可以對各個(gè)末端（房間進(jìn)行）單獨的控制和調節。

　　室內溫度可由設于每臺風(fēng)機盤(pán)管回水支管上與各房間內的溫度傳感器連鎖的電動(dòng)三通閥調節，亦可由風(fēng)機盤(pán)管三速開(kāi)關(guān)調節。



　　圖1風(fēng)機盤(pán)管控制原理圖

　　對該風(fēng)機盤(pán)管（如圖2所示）的介紹：

　　(1)系統控制-------溫度控制器放在溫度需要調節的房間內，它具有ON/OFF兩個(gè)通斷狀態(tài)，可以直接控制系統的開(kāi)啟與關(guān)閉。

　　(2)溫度控制--------溫度控制器上設有溫度設定按鈕，在溫控器內有兩對觸電，夏季動(dòng)作時(shí)將溫度控制器選擇開(kāi)關(guān)撥到“COOL”檔，對盤(pán)管供應冷凍水，當溫度控制低于設定值時(shí)，其中一對觸電斷開(kāi)，電動(dòng)閥失電；當房間溫度高于設定值時(shí)，另一對觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)閥得電；反之，在冬季運作時(shí)，將溫控器選擇開(kāi)關(guān)撥到“HEAT”檔，對盤(pán)管供應熱水，當房間溫度高于設定值時(shí)，電動(dòng)閥其中一對觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)閥失電，當房間溫度低于設定值時(shí)，另一對觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)閥得電，從而使房間萬(wàn)溫度在冬夏季維持在一定的范圍內。

　　(3)電動(dòng)閥控制-------電動(dòng)閥的動(dòng)作直接受溫控器的控制，電動(dòng)閥得電時(shí)，閥門(mén)開(kāi)啟，向風(fēng)機盤(pán)管供應冷熱水；失電時(shí)，電動(dòng)閥斷開(kāi)。從而使溫度控制在一定的范圍之內。

　　(4)風(fēng)機控制---------當溫控器處于“ON”狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)另一組轉換開(kāi)關(guān)對風(fēng)機進(jìn)行高、中、低三檔調節。



　　圖2風(fēng)機盤(pán)管空調器控制原理及動(dòng)作

　　本系統中風(fēng)機盤(pán)管的引線(xiàn)如圖3所示



　　圖3風(fēng)機盤(pán)管引線(xiàn)

　　本系統下位部分是由溫控器部分，采集器部分、中間站部分和上位機監控部分組成。

　　末端控制器（溫控器）采集下位的有效信號，如溫度值，空調開(kāi)關(guān)機狀態(tài)，空調的制冷制熱狀態(tài)以及風(fēng)機的風(fēng)檔，經(jīng)RS485串行總線(xiàn)傳至采集器，采集器一方面負責數據的采集，另一方面接收上位機下傳的命令。

　　如果采集器數量較多的話(huà)，可以附加中間站，功能和采集器類(lèi)似，實(shí)現數據的采集和命令的傳達，如果是單棟樓的話(huà)中間站可以不加以太網(wǎng)接口，就能實(shí)現單棟樓宇的中央空調的集中控制。如果有多棟樓宇的話(huà)，中間站擴展以太網(wǎng)接口模塊，實(shí)現多棟樓宇中央空調的遠程集中控制。

　　遠程電腦當作客戶(hù)端，采用可視化編程軟件VisualBasic實(shí)現數據采集和監控。

　　四系統總體設計

　　1網(wǎng)絡(luò )結構圖

　　遠程監控系統網(wǎng)絡(luò )結構圖如圖4所示。



　　圖4中央空調遠程監控系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

　　2硬件選擇

　　選用Atmel公司的高檔8位Atmega系列單片機，擴展串行接口（RS485接口）和以太網(wǎng)接口，以太網(wǎng)控制器選用Microship公司的ENC28J60。在實(shí)現每棟樓宇的中央空調集中控制的基礎上,采用C/S結構，實(shí)現聯(lián)網(wǎng)控制，實(shí)現多棟樓宇中央空調的遠程集中控制。

　　具體來(lái)講，溫控器采用Atmega8芯片和溫度傳感器芯片18B20，附加數碼管顯示和按鍵控制；采集器采用Atmega162；中間站芯片采用Atmega64和ENC28J60。

　　3軟件配置

　　溫控器，采集器，中間站都采用C語(yǔ)言編程，上位監控部分采用VB編寫(xiě)。

　　4數據庫選擇

　　由于數據庫選擇的余地較大，本系統采用微軟辦公軟件包自帶的Access數據庫，用于存儲采集的數據，包括各個(gè)空調的實(shí)時(shí)溫度值，溫度設定值，開(kāi)關(guān)機狀態(tài)，風(fēng)機的速度檔（高速、中速、低速）及所處狀態(tài)的運行時(shí)間。

　　5系統各層結構圖

　　(1)溫控器層



　　圖5.1溫控器層結構圖