1中央空调物联网系统方案设计
在设计中央空调物联网系统时，首先要考虑系统的稳定性和可靠性，其次要考虑系统的开放性和先进性，最后要充分融合中央空调机组的工艺要求。只有这样，设计的方案才能够代表中央空调电气自动化的发展方向[6]。本方案设计的基于PLC技术的中央空调物联网系统采用3层体系结构，如图1所示。1）现场控制层最底层为现场控制层，主要设备为PLC或基于PLC技术的专用控制器，用于接收各类现场信号，进行控制运算，并输出信号控制各类现场设备。输入信号包括温度、压力和流量等模拟量信号，以及压缩机和水泵的启、停等开关量信号。PLC或基于PLC技术的专用控制器也可通过RS485等通讯接口与现场智能仪表进行数据交换，还可通过标准接口与其他控制产品进行连接。PLC或基于PLC技术的专用控制器通过串口与人机界面HMI进行连接，工作人员可在中央空调机组附近对机组进行调试与维护。作为中央空调物联网系统的基础控制单元，底层控制器在实现上述功能的基础上通过无线通讯模块与中间监控层进行数据交互，目前用得较多的无线通讯方式是GPRS。2）中间监控层中间监控层通过无线设备接收各类现场数据，并在监控计算机上显示各类设备的运行状态和参数。监控计算机上运行监控软件，对各类数据进行处理与存储，然后通过公用网络与中央监控系统进行数据交互。3）中央监控系统中央监控系统位于最上层，用于对中央空调系统各类设备的集中监视和运行管理。中央监控系统一般位于中央空调生产企业的监控大厅内，由各类数据服务器、操作员工作站、工程师工作站、大屏幕显示器和打印机等部分组成。上述3层体系结构组成了一个完善的中央空调物联网系统，实现了分散控制和集中管理的系统要求。如果监控的中央空调机组数量不太多，为了提高系统的经济性，也可省去中间监控层，底层数据直接通过无线方式送入中央监控层。
2中央空调物联网系统硬件选型
PLC或基于PLC技术的专用控制器是中央空调物联网系统的核心基础部件，控制器的选择决定了中央空调物联网系统的性能和档次。从产品性能、稳定性和开放性等方面考虑，本方案设计的中央空调物联网系统的硬件平台选择RPC2000系列PLC。RPC2000系列PLC是笔者开发的新一代PLC产品。RPC2000系列PLC为模块式结构，包括CPU，DI，DO，AI，AO和热电偶、热电阻、热敏电阻、交流信号采集等模块，以及GPRS和Profibus等通讯模块，具有如下优点：1）CPU性能优越，单指令处理时间为0.1s，CPU本体自带RS232和RS485串口各一个，单CPU可扩展10个模块。2）可直接采集交流信号，并实现电气保护功能。3）编程语言符合IEC61131-3国际标准，具有ST，LD，IL，FBD和SFC五种语言。4）支持各类标准软硬件接口，可与各类组态软件和人机界面无缝集成。5）支持Modbus，GPRS和Profibus等通讯协议，可与各类设备互联互通。6）接线端子可插拔，方便系统实施和售后维护。7）具有良好的环境适应性，电磁兼容性好，抗干扰能力强。
3中央空调物联网系统功能实现
中央空调物联网系统以中央监控系统为中心，对各类现场设备的运行参数和状态进行监视，并对各类数据进行处理和管理。中央监控系统采用全中文界面，可实现多任务调度。遵循国际标准，采用开放接口以连接第三方系统。高效数据库能提供方便、快捷和经济、海量的过程数据采集和存储，实现过程数据与管理系统的集成。基于Web的实时信息门户软件，提供通用的、基于Web的客户端环境。中央监控系统实现的主要功能有：1）采集并记录各类运行数据，包括实时数据、历史数据、工作记录、故障记录等。2）通过监控画面、趋势图、棒图等方式显示各类设备运行状态和运行参数，根据权限修改各类设定参数。3）根据采集到的运行参数和设备状态，以及生产要求，对各设备发出调度指令。4）为其他管理系统提供实时运行数据，助力企业管理水平的提升。在上位机的调度和管理下，PLC或基于PLC技术的专用控制器可实现如下功能：1）具有多种开关机方式，系统可以采用本地、远程控制以及定时开关机。2）二阶模糊温度控制算法：系统采用二阶模糊控制算法进行系统加减载控制，在指定的周期比较反馈温度与设定温度的差值，以及温度的变换趋势，综合判断机组压缩机应该执行的动作。3）压缩机保护及均衡运行：系统会对压缩机进行频繁启停的保护，并且会根据压缩机运行时间优先启动运行时间短的压缩机，优先停止运行时间长的压缩机的原则保证压缩机均衡运行。4）压缩机协同控制及非满载保护：压缩机协同控制避免压缩机频繁启动，非满载保护避免压缩机长时间在不利于压缩机的低负荷下运行。5）机组防冻功能：在冬季机组会自动启动防冻功能，防冻功能包括冷凝器的三级防冻以及蒸发器的防冻功能。6）水泵巡检功能：在过渡季，避免水泵长时间不用而生锈，系统会自动启用水泵巡检功能，空调泵、井水泵在设定的时间周期会运行指定的时间。7）定时开机功能：可选择一周7天，每天4个时段的定时启动。8）机组故障保护功能：系统有完善的机组故障保护功能，包括缺相、压缩机故障、水泵故障、排气温度过高等，除此之外还有传感器短路、断线检测。9）多级权限设置：设置用户权限以及厂家权限，拥有特定权限可设置相应系统参数。10）人机界面：PLC通过RS232与触摸屏连接，能够在屏上显示系统运行工况、更改系统参数，如目标设定温度、机组工艺参数、时间参数、机组功能参数等。
4典型应用案例
本文以北京密云某度假村水源热泵中央空调系统为例，介绍中央空调物联网系统的应用情况。图2所示为通过物联网所获得的中央空调机组运行状态，画面直观地显示了相关设备的运行参数。如果需要查看更多的工况参数信息，可以点击相关的按钮进行查看，如图3所示。
5结束语
物联网技术的发展为中央空调系统的应用带来了新的契机。随着人们对信息化、智能化、节能化生活的追求，融入物联网技术的中央空调系统是未来发展的趋势。随着国家对物联网技术的推进，本文所设计与实现的基于物联网的中央空调系统，在市场上将有广阔的应用前景。本文研究的中央空调系统所涉及的相关技术还能够适用于其他控制系统，为物联网在其他控制领域的应用提供了新的思路与方法。
作者：徐昌荣 吕卫阳 单位：北京蓝普锋科技有限公司 北京科技大学
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