恒温恒湿净化中央空调的网络一体化监控系统

韩宇新 姜国伟 臧高立 周岩 任家毅

摘 要：该设计主要研究恒温恒湿净化中央空调的网络一体化监控，并介绍如何将手机远程监控、计算机远程监控、现场控制监控三部分结合的一体化网络监控，实现对恒温恒湿净化中央空调的精准控制要求。

关键词：恒温恒湿空调；净化空调；中央空调控制系统

中图分类号：TU831.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）09-0036-02

Abstract： This design mainly studies the network integrated monitoring of constant temperature and humidity purification central air conditioning， and introduces the integrated network monitoring to combine the mobile phone remote monitoring， the computer remote monitoring and the field control monitoring into one， so as to achieve the precision control requirements of constant temperature and humidity purification of central air conditioning.

Keywords： constant temperature and humidity air conditioning； purifying air conditioning； central air conditioning control system

1 概述

如今恒温恒湿净化空调系统的应用日益广泛，如制药厂净化车间、电子厂净化车间、医院手术室、洁净实验室等。对恒温恒湿净化中央空调的监控系统要求也越来越高，为了满足整个系统智能化监控，我们引入了网络一体化监控理念，通过网络将手机远程监控、计算机远程监控、现场控制监控紧密结合在一起的一体化监控系统。

2 空调系统流程及方案设计

恒温恒湿净化中央空调系统主要设备由初效过滤器、表冷器、加湿器、除湿加热器、离心风机、中效过滤器等组成，洁净度要求比较高的系统甚至还有高效过滤器。

2.1 室内温度控制

室内温度控制通过设置在回风处的温湿度传感器采样到温度值，经过现场嵌入式控制中心的优化PID算法运算，输出4-20MA电流信号控制水管路上的电动调节阀，通过控制水量的方式来控制表冷器与空气的换热量，从而控制室内温度。一般要求控制温度精度达到±1℃即可满足大部分场所的需求。

2.2 室内湿度控制

夏季工况时，室内空气经过表冷器处理后湿度达到机器露点，相对湿度为90%-95%，为了降低送风的相对湿度，我们需要将空气进行一定的加热处理，即再热过程，再送风到室内，使湿度达到室内要求状态点。再热过程加热量过大，会浪费空调制冷量，还会消耗掉电加热功耗，因此夏季制冷时必须严格控制室内湿度值在允许范围值的上限附近，这样可以最大限度的降低加热电功耗，降低空调的运行能耗。该系统中采用单路DO输出控制，通过固态继电器控制除湿电加热器，控制采样值为回风湿度，引入PID和PWM（脉冲宽度调制）控制方式对加热器进行控制输出。通过PID算法运算，调整输出DO的占空比，从而达到稳定控制加热量的目的。这种控制方式的优点是结构简单，控制输出波动小。冬季湿度控制相对比较简单，一般不存在除湿过程，仅需要加湿即可，我们这里采用电极加湿器直接喷射蒸汽进行加湿，冬季湿度控制范围一般建议控制在湿度允许范围的下限附近，这样可以最大限度的降低电极加湿器的运行功耗。

2.3 送风变频控制

净化空调系统室内的洁净度是通过粗效过滤器及中效过滤器甚至高效过滤器进行过滤的而得到的。洁净度越高，要求过滤器的等级越高，室内空气换风次数也相应要求越大。洁净空调系统在运行过程中，随着过滤器上颗粒物的积累，过滤器的阻力增大，风量会逐渐降低，如果满足不了换风次数的要求，室内的洁净度就达不到设计要求。为了解决这个问题，在设计风机选型时，应适当加大了风机余量，并且采用变频控制的方式，控制采样值为送风管内的风速，采用PID控制算法，这样可以在一定范围内控制送风量，保证换风次数恒定。

2.4 粗效、中效、高效过滤器更换提醒监控

过滤器上颗粒物的累计，直接导致了过滤器前后风压差的变化，即过滤器的阻力变大。为了检测这个压差是否已经达到一个量值，采用空气微压差开关检测过滤器前后的压差，一旦压力差超过设定值，微压差开关输出开关量给控制器的DI采集点，MCGS触摸屏采集到信号后，给出过滤器更换提醒。

3 网络一体化自控系统组成

图1为网络一体化自控系统总体结构图。自控系统主要由现场控制系统、计算机监控软件系统、手机监控APP三部分组成，三者通过以太网通讯紧密连接在一起，共享来自现场的实时数据，并接受来自远程端的控制操作指令。

3.1 现场控制系统

现场控制系统的指挥中心是现场嵌入式控制系统，采用MCGS嵌入式触摸屏，下设DDC控制器、总线式温湿度传感器及控制执行设备。MCGS嵌入式触摸屏通过RS485总线通信，进行数据采集与控制指令输出，不仅节省布线成本，而且降低了数据误差。现场设备的控制均由DDC控制器完成。现场嵌入式控制中心应用TCP/IP以太网络通信组件，现场MCGS触摸屏作为服务器端与远程手机监控端及计算机监控端进行数据通信，将实时数据传送到远程客户端，实现数据共享。

MCGS软件主界面如图2所示，具备所见即所得的界面效果、动态流程显示、实时数据刷新、报警处理、设备启停操作、数据参数设置、数据查寻操作界面等功能。软件通过运行策略开发，完成了PID优化核心算法、PWM输出控制、浮点运算及数据处理，故障报警处理策略等。

3.2 计算机软件系统设计

计算机监控软件采用 VB6.0软件编写，主要监测的数据为空调系统各个部分的温度、湿度、流量、设备运行状态、设备故障报警等，通过以太网TCP/IP协议与MCGS嵌入式触摸屏进行数据通信，计算机端作为客户端，从MCGS服务器上获得数据，实时显示在计算机界面上，同时将数据存入数据库中，以便查询及打印。

3.3 手机APP设计

手机APP开发应用了Android Studio开发环境，强大方便的开发功能，可以很轻松的开发出手机上的APP。该系统中采用TCP/IP协议，应用Socket接口，手机端为客户端，MCGS触摸屏端为服务端，手机连接到端口读取数据后迅速关闭端口，这样可以保证多部手机同时连接到同一个服务器端口上。手机APP可以实时采集到现场MCGS触摸屏上所有运行状态量及故障报警量等，也可以控制操作现场设备启停及参数设备运行参数设置。

4 系统测试

监控系统经过实际工程应用，运行稳定，控制精度高，也大大降低了空调系统设备的管理成本。图5为连续十个小时的室内温湿度监控曲线，温度控制设置值为22℃，湿度控制设定值60%，湿度要求控制范围40%-70%。系统稳定后温度波动值在±0.5℃范围内，湿度控制精度也可以达到±10%的。

5 结束语

该监控系统经过现场连续几个月的运行，有效的达到了对温度、湿度、洁净度更加精准的控制。网络一体化的监控系统，使我们可以随时随地查看现场控制系统的运行状态，大大方便了设备的运行管理。

参考文献：

[1]马最良，姚杨.民用建筑空调设计[M].北京：化学工业出版社，2003.

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