分布式高速实时控制网络技术在中央空调监测控制中的应用

□ 孙晓花　江苏联宏自动化系统工程有限公司

分布式高速实时控制网络技术在中央空调监测控制中的应用

□ 孙晓花江苏联宏自动化系统工程有限公司

本文主要介绍了LH-TC100A风机盘管温控器、可编程网管、DDC现场控制器的产品特点、主要技术指标等，并着重介绍了这些设备在南京医科大学教研科技大楼中央空调监测控制中的应用。

LH-TC100A风机盘管温控器；可编程网关；DDC控制器；LonWorks现场控制网络

1.关键技术概述

分布式高速实时控制网络系统主要用于各大领域的机电设备自动化集控系统，为各类机电设备集控系统提供先进、经济、可靠、实时性强的分布式全开放控制网络系统技术。现场控制网络采用基于分布式、开放式的LonWorks现场控制网络。底层利用LonWorks现场控制网络技术具有的分布式、高可靠性、开放性、支持多种网络拓扑结构、不需要主机干预的对等通信、支持多种通信媒介、低成本等特性。主干网采用100Mbps高速单模光纤冗余环网，增加了系统的带宽和数据传输速率。

2.课题背景

南京医科大学教研科技大楼的中央空调采用地源热泵冷热水空调系统，热泵机房设于本楼地下室专用机房内，供应本楼的空调冷冻水及空调热水。（1）热泵机房共选用5台地源热泵机组，其中三台（GSHP-1，GSHP-2，GSHP-3）为地埋管地源热泵机组，夏季提供7/12℃的冷冻水，冬季提供45/40℃空调热水；两台（GSHP-4，GSHP-5）为湖水源单冷冷水机组，夏季提供7/12℃的冷冻水。冷热水机组由业主提供通信接口和通信协议，通过通讯接口可对机组进行启停控制及监测机组的运行状况等参数。（2）地埋管地源侧循环水泵为冬夏季同一型号。湖水源循环水泵采用间接交换的设计方式，通过板式交换器间接使用湖水，为保证地埋管地源侧的全年热平衡，地源热泵机组有一台在夏季可使用湖水间接提供冷却要求，保证地源侧的吸放热基本平衡。（3）空调冷水循环泵和空调热水循环泵均各自配置，空调主机均采用一泵对一机的设计原则，同时配置一台备用泵。（4）空调负荷，见表：

3.关键设备特点和技术参数

3.1LH-TC100A风机盘管控制器

LH-TC100A风机盘管温控器是适用于公共建筑、家居环境等环境的温度控制，通过控制中央空调的风机盘管电动阀及风扇，从而实现温度控制；通过远程监控实时了解温控器运行状态及室内环境温度；对各种模式的运行时间及用电量进行计量，便于节能考核、激励；可设置节能模式，减少能源浪费；四时段定时控制。

该控制终端采用FT5000神经元芯片、双绞线组网，保证可靠通讯，便于远程实时控制。产品特点：（1）远程实时监测运行状态，远程控制温控器运行、参数设置、键盘锁定、模式设置等；（2）支持高、中、低三速；（3）支持两线阀、三线阀，支持两管制；（4）现场按键进行参数设置、计量数据查询等；（4）液晶显示运行模式、风速、设定温度、水阀状态、时间日期等信息；液晶背光；（5）睡眠模式设定；（5）防冷风、防冷凝；（6）各状态工作时间计量，风机盘管用电量计量；（7）四时段定时控制；（8）节能模式限制可设定温度范围；（9）实时时钟，远程对时；（10）数据掉电保存；（11）Lonworks双绞线通讯。

3.2可编程网关

可编程网关可方便的将带RS232、RS485、RS422、M-BUS接口的设备接入到LonWorks网络。其主要技术指标如：（1）LonWorks双绞线接口（TP/FT-10A），可方便的接入LonWorks网络；（2）可插拔的接线端子，安装维护方便迅速；（3）包含Neuron3150神经元芯片，32KBFlash Memory，24KB RAM和2KB 存储映像空间；（4）四个串行口、二个RS232（一个为光电隔离），二个RS485（光电隔离）；（5）标准导轨卡，便于安装；（6）串口波特率范围50—56000bps；（7）工作电压：AC220V±10%；（8）工作温度：-25℃—70℃；（9）相对湿度：5%—95% 无冷凝；（9）功耗：≤5W；（10）绝缘电阻：各接口对外壳之间绝缘电阻＞200MΩ；（11）结构尺寸：141mm（长）×81mm（宽）×40mm（高）；（12）电磁兼容：不低于GB/T15153.1-1998 3级。

4.具体控制实现功能

4.1冷冻站环节监测与控制

采用可编程网关，将不带LonWorks通讯功能冷水机组通过冷水机组接口安全可靠地接入LonWorks现场控制网络。网关和DDC控制器通过LonWorks现场控制网络接入到网络控制器，网络控制器再接入到以太网。

冷水机组系统控制包括以下主要内容：（1）系统通过智能网关、通讯接口与冷水机组连接，读取冷水机组的运行参数，监测冷水机组运行状态，冷冻水出水温度远程设置，确保其自带控制功能的实现，并根据负荷的变化对系统进行台数控制，以保证系统的高效运行。（2）冷水机组主要运行参数显示，高、低限报警。（3）系统结合电计量和空调系统热能表，计算空调系统和冷冻机能耗比（COP）。

4.2冷冻水系统节能监测与控制

为实现中央空调系统自动化和节能控制目标，利用现代传感器技术和变频技术，使系统处于大温差小流量工作状态，同时保证最不利末端的压差及冷水机组冷冻水的最小流量要求。在冷水系统冷冻水供、回水总管上安装温度传感器、压力传感器，在每台水泵出水管加装水流开关，采集冷冻水供、回水温度、压力数据及水流状态。根据以上温度、压力及水流状态，采用变频调节技术。变频器以一拖多的方式驱动冷冻水泵，通过控制变频器的频率和工频运行的冷冻泵的台数以实现对冷冻水的控制。系统配置有集水器、分水器间旁通电动阀，采集集水器、分水器压差信号接入现场控制网络，用于自动调节阀门开度以保证冷水机组的最小流量及“最不利”末端的流量要求。

4.3冷却水系统节能监测与控制

4.3.1冷却塔系统

冷却塔系统的主要耗能设备为冷却塔风机。在保证主机可靠运行的前提下，降低冷凝水出水温度可有效地提高整个中央空调系统的能效比，节约能耗。为保证良好的冷却效果，需保证冷却塔的回水都进入正在运行的冷却塔，可在每台冷却塔进出口处加电动蝶阀，防止冷却水回水进入非运行冷却塔。此外，因为冷却塔冷却能力的强弱与风机的风量（功率）成正比，为了保证冷却水温度不能过低，须对其中一台冷却塔变频。另外，根据国家节能规范，增加流量计对冷却水补水量进行计量。

冷却塔开始时全部开机，运行过程中根据冷却水供水温度进行风机的变频、启停控制，控制过程就地实现。

根据冷却水回水温度及湿球温度与机组最低保护温度的关系变频控制风机，将冷水机组保持在高效工作点，借此可提高整个空调系统的能效比，降低电耗；冷却塔进出水管加装电动蝶阀，与风机的启停同步，避免未开风机的冷却塔水流旁路。

4.3.2冷却水泵系统

（1）冷却水系统节能调节控制模型.冷却水系统的主要耗能设备为冷却水泵。目前，冷却水泵常用的控制方式是恒压差控制和恒温差控制，由于冷却水系统水力工况较为简单，因此最合适的控制方式为恒温差控制（5℃），根据温差设定值进行冷却水泵变流量变频控制。（2）显示、报警.冷却水供、回水温度、压力和设备运行状态显示，参数越限报警和设备故障报警，补水箱水位报警。

4.4锅炉热源系统监测与控制

锅炉系统的监控选用可编程网关，通过与锅炉自带的控制器通信接口连接，实现系统的自动控制功能。

（1）锅炉的控制，通过与锅炉进行数据交互，监测其运行状态，通过锅炉自带的控制器的通信接口设置出水温度。（2）对热水泵、热水蝶阀、集分水器之间的压差调节阀进行控制，控制方法和冷冻水系统类似.

4.5新风系统监测与控制

主要是：（1）定时启停控制：根据预定的时间表，定时启停风机；（2）连锁控制新风阀、表冷器水阀、风机。（3）温度控制：检测送风温度，PID调节控制水阀开度，按设定温度恒温送风；（4）风机变频控制：风机根据设置风量进行变频控制。但当送风温度达不到设置值时，风机根据送风温度变频控制。（5）防冻保护控制；（6）压差报警检测：当过滤网透气性太差时报警，提醒清洗滤网；（7）电机负荷超过设定值时，报警和关闭风机。

4.6组合空调机组监测与控制

主要是：（1）定时启停控制：根据时间表定时启停空调机组；（2）连锁控制：风机与冷冻机组（或供暖）联动控制；新风阀和回风阀按互补比例联动控制。（3）温度控制：检测送风温湿度，PID调节控制水阀开度，实现送风按设定的温度恒温控制；（4）湿度控制：检测回风温度和湿度，PID调节加湿阀，实现湿度控制；（5）风机变频控制：风机根据设置风量进行变频控制。但当送风温度达不到设置值时，风机根据送风温度变频控制。（6）防冻保护控制：当室外温度低于5度时，空调机不工作时，并关闭风机和风门；（7）压差报警检测：当过滤网透气性太差时报警，提醒人为清洗；（8）电机负荷超过设定值时，报警和关闭风机。

4.7风机盘管节能监测与控制

基于LonWorks控制网络技术的风机盘管智能控制器LH-TC100。可通过控制风机转速和风机盘管水阀的开关，实现室内温度的精确控制；计量风机盘管用电，测量室内温度，操作人员可在系统中心通过软件界面对每个风机盘管进行温度、定时开关等参数设定和远程控制。通过对室内风机盘管运行时间、温度设置值、风速设置值的计算，可作为空调用能定额收费依据。

5.小结

本文介绍了分布式高速实时控制网络系统在南京医科大学科技教研大楼中中央空调整个用能环节的自动化控制，系统通过定时控制、定开度控制、变流量控制、压差及温度PID调节控制、断电记忆、自动与手动控制切换等节能控制模式运行。中央空调系统运行进行从冷却塔、冷却水循环冷冻、冷冻水循环、新风机、空调箱、风机盘管等环节的自动化、系统化节能控制。该项目不但提高了该大楼空调用能管理能力，还起到了非常明显的节能效果，对于目前政府提倡的节约型高校有着极其重要的示范作用。

［1］吴立宁.《南京医科大学校园建筑节能监管平台》 2013年5月

［2］《LH-TC100A风机盘管温控器原理及使用说明》 江苏联宏产品说明 2010年

［3］《Distech现场控制器控器原理及使用说明》 Distech产品说明 2010年

孙晓花（1983.9-），女，汉族，2005年毕业于桂林电子科技大学电子工程系，本科学历，学士学位，2005年7月参加工作，现就职于江苏联宏自动化系统工程有限公司工程中心，从事项目经理岗位。