基于云的短波发射机机房中央空调自动控制系统的设计与实现

严航明

摘要：该文对基于云的短波发射机机房中央空调自动控制系统的设计原理进行了详细阐述，提出了基于PLC为下位机、服务器为上位机的中央空调自动控制系统，并且通过以太网进行数据通信，在上位机和手机等移动端实时查看各种信息和远程控制。该系统使机房环境温湿度始终保持在适宜范围内，极大地提高了短波发射机工作的稳定性。

关键词：PLC；空调系统；冷冻机；冷却泵；冷却塔；上位机

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）25-0216-02

1 系统网络架构设计

机房中央空调自动控制系统由监控工作站、西门子PLC控制器、空调系统、冷水主机、冷却塔、冷却泵组成，如图1。监控工作站采用单台服务器，可以与西门子PLC进行通信，将数据存入到数据库中，服务器端可以实时数据查询、报警处理，实现对相关系统的访问和控制。也可以通过手机、平板电脑查看系统状态、接收告警信息，实现云端远程控制。第一层（最上层）为监视和管理层，负责整个监视器系统协调运行和综合管理，由服务器PC机，WINCC7.0组态软件、网络交换机、打印机等设备组成 ，采用标准的以太网TCP/IP通讯协议。第二层为PLC设备层，PLC控制器通过MODBUS RTU通信模块和冷冻水主机通信，进行数据采集和远程启动停止等功能。PLC控制器采集空调系统温湿度、风机频率、水泵频率，控制冷却泵冷、却塔风机远程启动和停止。上位机操作站设置在中央监控室，通过光纤收发器和现场PLC柜的光纤收发器通过光纤连接，通过无线网络与手机、平板电脑通讯。

2 控制系统原理的设计

2.1 PLC与冷冻机通信原理设计

两台冷冻机和PLC进行MODBUS通信，采集常用的数据，并进行数据归档和报表记录，重要数据进行报警功能配置。常规数据包括主机负载率、冷冻出水温度、冷冻回水温度、冷却出水温度、冷却回水温度、蒸发器压力和温度等参数。

2.2 冷冻站控制原理设计

两台冷冻泵和两台冷却泵为一用一备系统，当其中一台故障后，系统会自动切换至另外一个水泵运行。两台冷水机同样为一用一备，当冷冻机出现故障报警停机后，系统会自动关闭主机的冷却和冷冻水阀门，同时开启另外一台冷水机组投入自动运行，保证系统的不间断自动故障投运。

两台冷冻机的开启可以根据累计运行时间排序，累计运行时间短的优先开启，累计运行时间长的优先关闭。 系统开机顺序：1）开启主机的冷冻阀和冷却阀；2）开启一台冷冻泵；3）开启一台冷却泵；4）冷却塔风机根据冷却水回水进行自动开启和停止。系统关机顺序：1）关闭主机运行；2）冷冻机停机5分钟后，停止冷冻泵；3）冷冻机停机7分钟后，停止冷却泵；4）关闭主机的冷冻阀和冷却阀；5）冷却塔风机根据冷却水回水进行自动开启和停止。

2.3 冷却塔风机控制原理设计

冷却塔风机根据冷却水回水温度进行控制：当冷却水回水温度高于30℃（可设定），风机打开。当冷却水回水温度低于27℃（可设定），风机关闭。两台冷却塔风机互为备用，当其中一台出现故障时，另外一个自动投入运行。

2.4 冷冻出水旁通及压差控制原理设计

空调控制系统采集冷冻水总管的出水压力和回水压力，来控制冷冻水旁通阀开度。和冷冻泵变频速度以及旁通阀连锁控制。冷冻泵频率和冷冻水旁通阀共同调节冷冻水供回水压差；当冷冻水压差高于设定值时，先减低冷冻泵频率，当冷冻泵频率降到30HZ时，如果冷冻水压差还是高于设定值，再打开冷冻水旁通阀。同理，当冷冻水压差低于设定值时，首先关闭冷冻水旁通阀，当冷冻水旁通阀全关时，再降低冷冻泵频率，以达到控制冷冻水压差的目的。

2.5 空调系统控制及连锁原理设计

控制系统通过采集各个位置温度传感器、水流量传感器、风温湿度传感器的数据分别对冷冻水阀门、风机阀门、冷却水阀门、风机进行控制，调节风量和环境温湿度。空调系统温度控制目标为空调系统回风温度，用户可以自行设定需要的回风温度值。为了实现温度的精准控制以及充分考虑人员的舒适度，系统通过限制送风温度的控制范围，系统控制送风温度为18-26℃，避免送风温度过低（最低能到12℃），送到机房后，靠近送风口人员感觉不适应。风机频率控制，频率初始为40HZ（可设定），当机房送风和回风温差过高时，比如送风18℃，但是回风一直高于设定值25℃时，系统会自动加大送风量，避免机房温度长时间无法下降到所需要的温度。空调风机关闭时，冷冻水阀延时关闭，需要等到冷水机组正常停机后，再关闭冷冻水阀门，避免冷水主机断流造成停机。空调系统和冷水机组系统联动，当空调系统停机时，系统自动发出命令停止冷水机组，再停止空调系统，冷水阀门延时关闭。当空调机组开机时， 冷水阀门自动打开，冷冻水机组系统自动投入运行。

3 控制系统软件设计

3.1 上位机人机界面功能设计

上位机具有数据归档记录、操作记录、模拟量报警、设备报警、曲线查询、报表查询等功能，当重要设备故障时，上位机自带声音报警，提示用户注意设备报警。用户可以根据系统分类，自行查询所需的数据曲线，可以根据开始和结束日期进行查询，也可以根据时间分段来进行查询。系统的一般报警和重要报警发生都被记录， 用户可以在系统日志里查看所有的报警和相关的操作记录，可以根据需要进行浏览查询、打印。用户在操作站进行设备启停、模式切换、调节阀手自动切换、设备手动启停等涉及设备安全的所有操作，系统会自动记录，并生成操作员记录。如图2。

3.2 手机、平板电脑APP功能设计

手机、平板电脑APP功能包括实时数据查看（温度、湿度、风量、各个阀门状态、风门状态、冷水机组参数），接收系统上位机发送的告警信息，远程控制系统温度、风量等功能。

4 结束语

基于云的机房中央空调自动控制系统增加网络通讯模块，扩展性能大大提升。实现云控制功能，使其在上位机及手机端，都可以查看状态，并可以接收实时告警信息给值班人员，及时发现处理故障。通过安装电动阀门、温度传感器、流量传感器等实现自动精准控制。使机房环境温湿度始终保持在《短波发射机机房温湿度标准》范围内，实现节能恒温恒湿控制。

参考文献：

[1] 开利公司.开利冷水机组 30HXC开机手册.

[2] 西门子公司.WIN CC.70编程手册.

[3] 西门子公司.西门子S700-200编程手册.

[4] 胡寿松.自动控制原理[M]6版.科学出版社，2016.