基于INTERBUS总线的智能楼宇控制系统
技术分类:过程与先进控制 作者:刘新天,陈宗海,惠东池 发表时间:2008-06-22

  楼宇控制系统是将建筑物(或建筑群)内的电力、照明、空调、运输、防灾、保安、广播等机电设备以集中监视、控制和管理为目的而构成的一个综合系统。它的目的是使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活环境和工作环境,并保证系统运行的经济性和智能化。

  在现代化的大型建筑中,一般都采用中央空高调系统。空调系统的作用就是对室内空气进行处理,使空气的温度、流动速度及新鲜度、洁净度等指标符合场所的使用要求。为此必须对空气进行冷却或加热、除湿或加湿,以及过滤等处理措施。其相应设备有制冷机组、热水炉、风机盘管系统、风管系统、水管系统等。例如,空调系统中,冷水机组是由设备生产厂成套供应的,它一般是根据空气调节原理及规律等由微处理器自动控制的。冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成,压缩机把制冷剂压缩,压缩后的制冷剂进入冷凝器,被冷却水冷却后,变成液体,析出的热量由冷却水带走,并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器进行蒸发吸收,使冷冻水降温,然后冷冻水进入水冷风机盘管吸收空气中的热量,如此循环不已,把房间的热量带出。[1]

1、INTERBUS总线[2][3]

  INTERBUS是德国跨

国集团PHOENIX公司提供的工业现场总线,是最早的总线之一。现已广泛地应用于电子工业、汽车工业、烟草工业、冶金工业、仓储及传送技术、造纸工业、包装工业、智能建筑业、食品工业等等。

  INTERBUS与Modbus、Profibus等合称为八大现场总线,它既有总线的共同特点,如系统的开放、可靠;现场设备模块化、智能化;系统结构高度分散、对现场环境适应强。同时,INTERBUS总线传输距离远(最远达12.8km),远距离传输无需中继,扩充非常方便。各种I/O模块、功能模块可根据生产需要分布安装,控制器与各模块之间通过一根总线电缆相连,扩充时只要将模块接到总线上,硬件上无需更改设置,只需在控制软件上更改一下系统组态(自动识别)和添加新的功能,总线运行时,上位机可通过INTERBUS OPC Server读写过程数据和变量(写只能对输出变量而言),从而实现对系统的监控,并对收集的信息进行处理,满足生产管理信息化的需要。

2、系统概述
  本文以PHOENIX厂房楼宇自动化系统为应用背景,该控制系统以空调系统控制为主,控制部分包含空调机组,冷水系统,热水系统,照明系统,排风系统,空压机系统。各个控制部分距离上跨度比较大,而且I/O节点多达2000多个。
针对实际系统特点,我们采用INTERBUS总线设计如下的系统结构
  BK模块:总线耦合器
  RFC:PLC控制器,PHOENIX 生产
  RFC控制器9针D型口连接INTERBUS总线系统,通过RFC控制器上的以太网口连接工业以太网, RFC控制器之间可通过以太网进行通讯。INTERBUS总线相邻两个子站之间的距离为400米。根据现场安装需要,在I/O点变化情况下,通过增加INTERBUS总线耦合器BK,可灵活挂出子站。INTERBUS总线不需终端电阻,现场I/O模块及设备不需作专门的地址设置。INTERBUS总线为全双工数据传输方式,有极高的数据传输实时性。


图1 系统结构图

  现场模块采用Phoenix Contact的INLINE产品。BK模块是每个子站的总线耦合器,每个BK模块可带63个输入/输出模块,BK模块之间用总线电缆进行连接。Inline提供了所有的进行控制所需要的信息采集、传输数据的模块,本系统用到的有数字输入、数字输出、模拟输入、模拟输出模块。

3、基于串级控制的变风量空调系统
  整个楼宇自动化系统,空调机组系统为控制部分的重点,以下是PHOENIX厂房楼宇自动化系统的1#空调机组运行画面。
我们选用了变风量空调系统,与定风量空调系统相比,变风量空调系统节能效果明显,控制灵活而且空调品质高。但是系统一次投资有所提高,控制相对复杂,管理水平要求较高。


图2 空调系统运行画面

  对于象PHOENIX厂房这种空间比较大,而且温度控制精度要求较高的空调系统,我们结合过程控制理论,提出基于串级控制的VAV末端控制方案。控制过程如下:


图3 空调末端控制过程

  以房间各点的平均温度作为主控制参数,送风温度作为副控制参数构成串级回路。主副调节器都是PID调节器。


图4 控制系统方框图

  y1:主控制参数(室内平均温度) y2:副控制参数(送风温度)
  主PID调节器的输出是送风温度的设定值,副PID的输出是阀门的开度,通过PLC的AO口输出到风阀执行器,控制阀门的开度。

4、结语
  这套系统自2006年元月份运行以来,稳定性非常好,未出现网络故障。并顺利通过德方验收。获得一致好评。
本系统的程序开发是在PHOENIX公司PC WorX 3.03下进行的,该编译器功能非常强

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