基于建筑智能化的水蓄冷空调控制系统的设计与应用

高杰

【摘 要】城市化进程推动了能源需求的显著增长，尤其深圳地区夏季电力能源更加紧张，水蓄冷技术能够缓解这种现象，因此具有广阔的发展空间和应用前景。通过日间放冷，夜间蓄冷的模式发挥了良好的制冷效果，既平衡了电网负荷，又净化了环境，对节能减排做出了显著的贡献，有重要的现实意义。

【Abstract】The urbanization process has promoted the remarkable growth of energy demand， especially in Shenzhen， the energy supply in summer has become more and more tense. Water storage technology can alleviate this phenomenon， so it has broad space for development and application prospects. By means of daytime cooling and night storage， the system has played a good cooling effect. It not only balances the load of the network， but also purifies the environment， and makes a significant contribution to energy conservation and emission reduction. It has important practical significance.

【关键词】建筑智能化；水蓄冷空调；控制系统设计与应用

【Keywords】building intelligent； water storage air conditioning； design and application of control system

【中图分类号】TU831 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0185-02

1 引言

基于建筑智能化的水蓄冷空调控制系统是建筑智能IBMS管控平台下的一个BA系统，控制系统技术易于实现。水蓄冷系统将晚间谷期的低价电能和水具有的显热物理特性结合起来蓄冷，以4℃低温水的形式分层在蓄冷池储存起来，白天用电高峰期时通过IBMS智能管控平台结合整个大楼空调末端的需求将蓄冷量在空调末端系统释放出来，有利于电网安全运行，也为电力紧张的深圳地区提供了一个很好的解决办法[1]。

深圳某大厦的水蓄冷空调技术，采用建筑智能化以太网的TCP/IP协议网络公共平台在中控室上位计算机集成系统上实现水蓄冷设备运行远程控制、整个工艺状态监控、参数远程设置、数据GPRS推送等管理，通过系统集成可以把更多的不同通迅协议的空调系统设备及其他相关连的设备联系在一起，打造高效率的集成监控运营管理平台，通过ModbusRtuSlave通迅接口提供系统监控支持，将水蓄冷系统运行数据上传到建筑智能IBMS管控平台，融合物联网、云技术、大数据及移动互联等技术，提供集中云端存储和计算服务，在大厦内“云”资源共享，把大厦内空调运行的历史能耗和进行水蓄冷技术改造后的耗能进行汇总对比，以“互联网+”技术，为管理人员提供更加优化的水蓄冷运行方案，精细化管理有效控制空调系统运行成本，堵塞漏洞，使用强大的数据库与数据挖掘技术，实现技术+管理节能。

水蓄冷控制系统设计水准的高低对水蓄冷空调节约电费多少起着至关重要的作用，控制技术采用智能主控制柜到各控制子系统电动阀控制柜及其他节能控制柜，采用实时性现场总线的CONTROLNET开放式网络系统，具有高度确定性、可重复的高速控制和数据采集特点[2]。用專用开发的OPC软件直接连接中控室上位计算机集成系统读取上位数据，水蓄冷控制系统按程序编排的时间顺序，结合负荷预测软件，控制水蓄冷主机及外围相关设备的启停数量，监测设备的工作状况与运行参数，如：蓄冷水池进、出口温度测量、显示，电动阀开关、调节与阀位显示，蓄冷量测量与显示，放冷冷量显示，从而实现控制系统终端人机交互界面实时数据通迅，根据这个设计系统架构，按硬件系统和软件系统进行控制系统设计。

2 硬件系统设计

2.1 系统主控制集成柜的设计

通过主控制柜内的PLC、智能模块、模拟量输入输出模块、协议网关、流量计、智能电表、电动阀、PT100温度传感器、压差传感器、二氧化碳浓度传感器、室外温湿度传感器等硬件设施，以CNT/MBUS和SRHUB通信卡相互连接，统一采用SLIP通迅协议，SLIP具有协议简单、稳定性高、故障率低、便于实现、可以进行远程访问的优点，设计时考虑SLIP协议是面向低速串行线路的，用于专用线路，Modem的传输速率在1200bps到19200bps，可以实现远程采集数据，实时监控，且自检能力强并具有报警功能模块，从而组成一个完善的智能自控系统。

2.2 水蓄冷各子系统控制柜的设计

①远程终端控制系统。远程终端控制系统以西门子S7-200PLC为控制核心，具有效率高，功能强大，通迅硬件简单，价格便宜的特点，连成网络皆能实现复杂控制功能，可以对点对点接口协议与自由端口协议进行通迅，远程终端控制系统Modbus rtu协议保持控制系统网络架构一致性，保证PLC通过网络系统和软件系统实现数据的传输，设计选择PLC通讯地址，利用MBUS-SLAVE实现指令循环，完成系统主控制集成柜发出的通迅指令要求，将西门子S7-200中的Port通讯口与系统进行通迅，确定西门子PLC中相对应的数据接入点的可靠性，确定相关的通迅指令。②控制蓄放冷电动阀门系统。以西门子S7-200PLC、CPU224XP设计成控制单元，支持模拟量I/O和ModbusRtuSlave通迅端口，为电动蝶阀提供就地启停、远程手动、远程自动。外部系统可以通过该接口监控本系统，可以将电动阀门开度在上位机上集成显示。将扩展模块EM223当作数字量的输入与输出模块，分别有32个输出与输入继电器，CPU224XP可以通过EM223模块采集电动阀的开关信号，CPU224XP可以通过EM223模块输出端口将控制程序控制的运算结果发送给电动阀门，设定两个输出控制信号，通过EM223对24V直流电进行控制输出，24v继电器对220v的交流电进行控制，实现电动阀门开关的控制；EM231模块设置成4个模拟量的输入模块进行控制使用，实现电动阀行程的控制。③蓄放冷泵控制柜系统。以西门子S7-200PLC、CPU224、ABB-ACS510变频器设计成控制单元，通过RS485通讯协议与PLC通讯，PT100温度传感器采集温差通过EM231模块传送至PLC中，模拟量输出模块EM232把温度数据送至变频器，通过与设定温度比较，变频器将温度信号转换成变化的频率，从而调节电机转速，实现流量控制，平滑运行。当达到设定的蓄冷量时，蓄冷泵停止蓄冷，控制蓄冷水池进液管上电动调节阀和旁通阀的开度，控制放冷泵运行频率，放冷速率，恒定供冷温度，达到节能目的。

3 软件系统设计

软件设计：①组态王软件系统。组态王开发软件系统，是自控系统监控层一级的软件平台，解决了控制系统通用性问题，整体建立在面向对象编程基础之上，通过对象与设计容易实现系统编程，利于后续的软件开发工作，实现了画面、数据、动画可视化操作界面，直观方便使用，采用Modbus协议进行通讯，可以对水蓄冷时投入运行的冷水机组，蓄冷泵、放冷泵、电动阀等多个目标进程监控，进程控制时可以申请自身的系统资源，具有独立、动态、异步的特征，线程是最小的执行单元，可以通过系统进行独立调用，一个进程中有多个线程，可以实现彼此间合作，多个线程之间也可以实现并行执行不同控制单元发出的指令[3]。②数据采集软件系统。采用ADO用于数据访问的高端通信接口，它是基于面向对象的数据访问类型，水蓄冷控制系统中设备运行状态表、日志表、用户表、报警记录等，通过通信接口协议上传IBMS管控平台进行空调系统能耗同比和环比对比分析，通过GPRS接口可以实现高效移动端能耗管控，支持使用手机、手持PAD终端，随时随地查看水蓄冷设备的运行状态和故障情况，便于工程技术人员更好的技术+管理节能。③控制系统界面。第一，水蓄冷系统主界面。水蓄冷系统主界面中包含整体的设备运行动态流程图、运行数据实时显示、蓄冷量显示、报警保护模式显示等几个部分。水蓄冷运行模式中有谷期蓄冷模式、峰期放冷模式、平期蓄冷模式、混合放冷模式几个模式，不同蓄冷运行模式设定了相应的一键启动模式。当水蓄冷主界面没有任何操作时，会在5分钟内锁定，防止非管理人员误操作[4]。第二，末端空调系统监控界面。大厦楼层空调监控系统放在主界面的上端，方便对楼层中的空调运行状态进行显示。根据楼层风机温控图控制表，可以进行开停机时间、环境温湿度远程设置，方便楼层空调系统高效集中管理，当水蓄冷高峰期放冷结束后，原空调系统与水蓄冷系统自动切换，不会造成楼层现场环境突然变化，保证环境的舒适性。

4 结语

设计基于建筑智能化的水蓄冷空调控制系统的主要工作是与整体建筑智能化的硬件和软件系统兼容性的统一设计，水蓄冷控制系统从施工整体联调到正式投入使用，可以看出，这个控制系统方案具有兼顾未来互联网技术进一步发展不同通信协议的智能化模块容易扩展、配合合理的优势，达到了设计要求，尤其是用户人机界面，可以完整地呈现操作设备的过程，提高了管理水平和效率，减少了现场工作量。水蓄冷系統运行满一年后通过了建筑节能专业审计，获得了国家机关事务管理局颁发的节约型示范项目荣誉称号，取得了非常好的社会效益和经济效益。

【参考文献】

【1】王峥，王建.水蓄冷空调系统设计及经济性分析[J].华北电力大学学报（自然科学版），2007（02）：130-133.

【2】黄丽，刘秋新.水蓄冷技术在商场空调冷源中的设计应用及节能分析[J].建筑节能，2010（03）：46-48+68.

【3】孙雪景.建筑设备中央空调控制系统设计与应用[J].农业与技术，2013（12）：250-251.

【4】杨路明，雷亚军. 组态软件WinCC在自动监控系统中的应用[J].计算技术与自动化，2003，22（4）：21-24.