樓宇控制系統(tǒng)是將建筑物（或建筑群）內(nèi)的電力、照明、空調(diào)、運(yùn)輸、防災(zāi)、保安、廣播等機(jī)電設(shè)備以集中監(jiān)視、控制和管理為目的而構(gòu)成的一個(gè)綜合系統(tǒng)。它的目的是使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活環(huán)境和工作環(huán)境，并保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和智能化。
在現(xiàn)代化的大型建筑中，一般都采用中央空高調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)的作用就是對室內(nèi)空氣進(jìn)行處理，使空氣的溫度、濕度及新鮮度、潔凈度等指標(biāo)符合場所的使用要求。為此必須對空氣進(jìn)行冷卻或加熱、除濕或加濕，以及過濾等處理措施。其相應(yīng)設(shè)備有制冷機(jī)組、鍋爐、空調(diào)機(jī)組等。[1]
本文著重討論空調(diào)機(jī)組的控制。空調(diào)機(jī)組畫面如圖2。新風(fēng)在跟回風(fēng)混合后經(jīng)過冷/熱盤管，被制冷/加熱后，送到室內(nèi)。在封閉的廠房內(nèi)，還需要排風(fēng)機(jī)將室內(nèi)空氣抽出，以加速室內(nèi)空氣循環(huán)。通過改變各個(gè)風(fēng)閥，水閥的開度以及風(fēng)機(jī)變頻值可以達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，二氧化碳濃度的目標(biāo)。在對室內(nèi)濕度有要求的空調(diào)機(jī)組，可以通過控制加濕閥的開關(guān)來達(dá)到室內(nèi)濕度目標(biāo)值。
1、INTERBUS總線[2][3]
INTERBUS是德國PHOENIX公司1987年開發(fā)的總線標(biāo)準(zhǔn)，是最早的現(xiàn)場總線之一?，F(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于電子工業(yè)、汽車工業(yè)、煙草工業(yè)、冶金工業(yè)、倉儲(chǔ)及傳送技術(shù)、造紙工業(yè)、包裝工業(yè)、智能建筑業(yè)、食品工業(yè)等等。
INTERBUS與Modbus、Profibus等合稱為八大現(xiàn)場總線，它既有現(xiàn)場總線的共同特點(diǎn)，如系統(tǒng)的開放、可靠、高度分散、對現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)。同時(shí)，總線傳輸距離遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)達(dá)12.8km），無需中繼，擴(kuò)充非常方便。各種I/O模塊、功能模塊可根據(jù)生產(chǎn)需要分布安裝，控制器與各模塊之間通過一根總線電纜相連，擴(kuò)充時(shí)只要將模塊接到總線上，硬件上無需更改設(shè)置，控制軟件更改一下系統(tǒng)組態(tài)（自動(dòng)識(shí)別）和添加新的功能即可。運(yùn)行時(shí)，上位機(jī)可通過INTERBUS OPC Server讀寫過程數(shù)據(jù)和變量（“寫”只能對輸出變量而言），從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控，并對收集的信息進(jìn)行處理，滿足生產(chǎn)管理信息化的需要。
2、系統(tǒng)概述
本文以南京某大型廠房樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)為應(yīng)用背景，該系統(tǒng)以空調(diào)控制系統(tǒng)為主，包含對空調(diào)機(jī)組，冷水系統(tǒng)，熱水系統(tǒng)，照明系統(tǒng)，排風(fēng)系統(tǒng)以及空壓機(jī)系統(tǒng)的控制。各個(gè)控制部分距離上跨度比較大，而且I/O節(jié)點(diǎn)多達(dá)2000多個(gè)。
針對實(shí)際系統(tǒng)特點(diǎn)，我們采用INTERBUS總線設(shè)計(jì)如下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括
BK模塊：總線耦合器
RFC：PLC控制器，PHOENIX 生產(chǎn)
RFC控制器9針D型口連接INTERBUS總線系統(tǒng)，通過RFC控制器上的以太網(wǎng)口連接工業(yè)以太網(wǎng)，RFC控制器之間可通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。相鄰兩個(gè)子站之間的距離為400米，通過雙絞線連接。根據(jù)現(xiàn)場安裝需要，在I/O點(diǎn)變化情況下，通過增加INTERBUS總線耦合器BK，可靈活掛出子站。INTERBUS總線不需終端電阻,現(xiàn)場I/O模塊及設(shè)備不需作專門的地址設(shè)置。INTERBUS總線為全雙工數(shù)據(jù)傳輸方式,有極高的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性。
現(xiàn)場模塊采用Phoenix Contact的INLINE產(chǎn)品。BK模塊是每個(gè)子站的總線耦合器，每個(gè)BK模塊可帶63個(gè)輸入/輸出模塊，BK模塊之間用Interbus總線電纜進(jìn)行連接。Inline提供了所有的進(jìn)行控制所需要的信息采集、傳輸數(shù)據(jù)的模塊，本系統(tǒng)用到的模塊種類有數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、模擬輸入、模擬輸出等模塊。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3、基于串級(jí)控制的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)
3.1 空調(diào)機(jī)組運(yùn)行畫面
整個(gè)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)，空調(diào)機(jī)組部分為控制的重點(diǎn)，以下是我們樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的2#空調(diào)機(jī)組運(yùn)行的組態(tài)畫面。
圖中“設(shè)定溫度”接受從用戶端輸入的空間內(nèi)的目標(biāo)溫度。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)這個(gè)溫度與實(shí)際室內(nèi)溫度（房間內(nèi)各點(diǎn)溫度的平均值）的比較來調(diào)節(jié)冷/熱水閥的開度、熱水泵的啟停以及風(fēng)閥的開度。具體調(diào)節(jié)過程見3.2節(jié)。
圖中有三臺(tái)變頻的風(fēng)機(jī)。從上到下分別為工藝排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)機(jī)以及送風(fēng)機(jī)。因?yàn)槿_(tái)風(fēng)機(jī)的功率不一樣，圖中顯示的運(yùn)行頻率也不盡相同，系統(tǒng)控制目標(biāo)是：送風(fēng)量 > 工藝排風(fēng)風(fēng)量 + 排風(fēng)風(fēng)量，以使得車間內(nèi)保持正壓。具體控制過程不在本文討論。
圖2 空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行畫面
3.2 VAV溫度調(diào)節(jié)過程
對于像廠房這種空間比較大，而且溫度控制精度要求較高的空調(diào)系統(tǒng)，我們結(jié)合過程控制理論，提出基于串級(jí)控制的VAV末端控制方案?？刂七^程如下：
圖3 空調(diào)末端控制過程
以空間內(nèi)部溫度（空間內(nèi)各點(diǎn)的平均溫度）作為主控制參數(shù)，送風(fēng)溫度作為副控制參數(shù)構(gòu)成串級(jí)回路。主副調(diào)節(jié)器都是PID調(diào)節(jié)器。
圖4 控制系統(tǒng)方框圖
y1：主控制參數(shù)(空間內(nèi)部溫度) y2：副控制參數(shù)(送風(fēng)溫度)
主PID調(diào)節(jié)器的輸出是送風(fēng)溫度的設(shè)定值，副PID的輸出是風(fēng)閥以及水閥的開度，通過PLC的AO口輸出到閥門執(zhí)行器，控制閥門的開度。
在我們控制過程中風(fēng)閥和水閥是共同調(diào)節(jié)的。風(fēng)閥開度的調(diào)整用于改變系統(tǒng)的新風(fēng)量大小，當(dāng)送風(fēng)溫度設(shè)定值與實(shí)際送風(fēng)溫度差值較大時(shí)，減小新風(fēng)閥和排風(fēng)閥的開度，增大回風(fēng)閥的開度。這樣可以減少系統(tǒng)內(nèi)能量的流失，能達(dá)到迅速制冷或制熱的目標(biāo)。水閥的開度調(diào)整可以改變熱交換的速度，達(dá)到調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度的目的。
風(fēng)閥水閥共同調(diào)節(jié)能使得空間溫度能快速達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定溫度，并且系統(tǒng)能耗比較少，缺點(diǎn)是新風(fēng)閥開度減小會(huì)使得新風(fēng)量不足，室內(nèi)舒適度降低。
4、結(jié)語
這套系統(tǒng)自2006年元月份運(yùn)行以來，穩(wěn)定性非常好，未出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障。并順利通過德方驗(yàn)收。獲得一致好評。
本系統(tǒng)的程序開發(fā)是在PHOENIX公司PC WorX 3.03下進(jìn)行的，該編譯器功能非常強(qiáng)大，能對語句，功能塊，梯形圖混合編譯，并支持在線調(diào)試。上位機(jī)組態(tài)軟件我們選用Genesis-32，這款軟件不但非常容易進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)，而且開放的VBA接口環(huán)境有利于系統(tǒng)的二次開發(fā)，我們就利用VBA開發(fā)了短信報(bào)警模塊和整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間計(jì)劃。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 宋 靜等. 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)末端調(diào)節(jié)控制法. 智能建筑. 2006.8:20-23
[2] 王 原. Interbus-S總線及應(yīng)用. 儀器儀表用戶雜志. 1998.5:19-22
[3] 黃劭剛,江 昊,晏小平. Interbus 現(xiàn)場總線技術(shù)在汽車生產(chǎn)物流中的應(yīng)用. 東南大學(xué)學(xué)報(bào). 2003.9:Vol.33
