中央空調(diào)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計

一引言

　　樓宇自動化系統(tǒng)中中央空調(diào)子系統(tǒng)占有重要的地位，目前中央空調(diào)系統(tǒng)的自動化實現(xiàn)方式很多，有采用單片機，接口采用RS485,現(xiàn)場總線或者以太網(wǎng)，能實現(xiàn)中央空調(diào)的遠程監(jiān)控功能；還有采用PLC，比如西門子的S7-200實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。目前單片機種類很多，能實現(xiàn)本采集監(jiān)控功能的芯片選擇范圍也較廣，比如MEGA系列，freescale系列等，另外高端的芯片本身帶有豐富的接口，實現(xiàn)更加方便，但是成本較高，另外基于PLC的中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)成本瓶頸限制了其進一步的推廣。所以開發(fā)一套低成本、高可靠性的中央空調(diào)遠程監(jiān)控系統(tǒng)是很有必要的。

　　二方案選擇

　　最近今年，單片機的功能得到極大的提高，存儲容量，數(shù)據(jù)處理速度，外圍擴展能力，通訊功能等都了很大的提高，功能逐漸完善，再加上低成本的優(yōu)勢，市場占有率不斷攀升。

　　本系統(tǒng)主要功能集中在對中央空調(diào)遠程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的參數(shù)包括空調(diào)溫度值，空調(diào)的開關機狀態(tài)，空調(diào)風機的速度檔以及制冷制熱狀態(tài)。選用單片機作為下位機，上位監(jiān)控軟件采用微軟的VisualBasic即可滿足控制要求。

　　三系統(tǒng)設計思路

　　目前的中央空調(diào)系統(tǒng)按輸送介質(zhì)主要有以下三類：空氣，水和冷凝劑，所以相應的中央空調(diào)系統(tǒng)主要分為風管系統(tǒng)、冷熱水系統(tǒng)和制冷劑系統(tǒng)。本方案主要適用對象是冷熱水系統(tǒng)。冷熱水系統(tǒng)分主機和風機盤管，主要工作原理是通過室外主機產(chǎn)生出空調(diào)的冷熱水，由管道系統(tǒng)送至室內(nèi)的各末端裝置，在末端處冷熱水與室內(nèi)空氣進行熱量交換，產(chǎn)生冷熱風，從而消除房間空調(diào)負荷。冷熱水空調(diào)系統(tǒng)的末端通常都裝有風機盤管，風機盤管的控制原理采用溫控器加電動閥結(jié)構(gòu)，如圖1示。所以可以通過調(diào)節(jié)末端風機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)送入室內(nèi)的冷熱量，由此可見，此種系統(tǒng)的特點是可以對各個末端（房間進行）單獨的控制和調(diào)節(jié)。

　　室內(nèi)溫度可由設于每臺風機盤管回水支管上與各房間內(nèi)的溫度傳感器連鎖的電動三通閥調(diào)節(jié)，亦可由風機盤管三速開關調(diào)節(jié)。



　　圖1風機盤管控制原理圖

　　對該風機盤管（如圖2所示）的介紹：

　　(1)系統(tǒng)控制-------溫度控制器放在溫度需要調(diào)節(jié)的房間內(nèi)，它具有ON/OFF兩個通斷狀態(tài)，可以直接控制系統(tǒng)的開啟與關閉。

　　(2)溫度控制--------溫度控制器上設有溫度設定按鈕，在溫控器內(nèi)有兩對觸電，夏季動作時將溫度控制器選擇開關撥到“COOL”檔，對盤管供應冷凍水，當溫度控制低于設定值時，其中一對觸電斷開，電動閥失電；當房間溫度高于設定值時，另一對觸點閉合，電動閥得電；反之，在冬季運作時，將溫控器選擇開關撥到“HEAT”檔，對盤管供應熱水，當房間溫度高于設定值時，電動閥其中一對觸點斷開，電動閥失電，當房間溫度低于設定值時，另一對觸點閉合，電動閥得電，從而使房間萬溫度在冬夏季維持在一定的范圍內(nèi)。

　　(3)電動閥控制-------電動閥的動作直接受溫控器的控制，電動閥得電時，閥門開啟，向風機盤管供應冷熱水；失電時，電動閥斷開。從而使溫度控制在一定的范圍之內(nèi)。

　　(4)風機控制---------當溫控器處于“ON”狀態(tài)時，可以通過另一組轉(zhuǎn)換開關對風機進行高、中、低三檔調(diào)節(jié)。



　　圖2風機盤管空調(diào)器控制原理及動作

　　本系統(tǒng)中風機盤管的引線如圖3所示



　　圖3風機盤管引線

　　本系統(tǒng)下位部分是由溫控器部分，采集器部分、中間站部分和上位機監(jiān)控部分組成。

　　末端控制器（溫控器）采集下位的有效信號，如溫度值，空調(diào)開關機狀態(tài)，空調(diào)的制冷制熱狀態(tài)以及風機的風檔，經(jīng)RS485串行總線傳至采集器，采集器一方面負責數(shù)據(jù)的采集，另一方面接收上位機下傳的命令。

　　如果采集器數(shù)量較多的話，可以附加中間站，功能和采集器類似，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和命令的傳達，如果是單棟樓的話中間站可以不加以太網(wǎng)接口，就能實現(xiàn)單棟樓宇的中央空調(diào)的集中控制。如果有多棟樓宇的話，中間站擴展以太網(wǎng)接口模塊，實現(xiàn)多棟樓宇中央空調(diào)的遠程集中控制。

　　遠程電腦當作客戶端，采用可視化編程軟件VisualBasic實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。

　　四系統(tǒng)總體設計

　　1網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

　　遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。



　　圖4中央空調(diào)遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

　　2硬件選擇

　　選用Atmel公司的高檔8位Atmega系列單片機，擴展串行接口（RS485接口）和以太網(wǎng)接口，以太網(wǎng)控制器選用Microship公司的ENC28J60。在實現(xiàn)每棟樓宇的中央空調(diào)集中控制的基礎上,采用C/S結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，實現(xiàn)多棟樓宇中央空調(diào)的遠程集中控制。

　　具體來講，溫控器采用Atmega8芯片和溫度傳感器芯片18B20，附加數(shù)碼管顯示和按鍵控制；采集器采用Atmega162；中間站芯片采用Atmega64和ENC28J60。

　　3軟件配置

　　溫控器，采集器，中間站都采用C語言編程，上位監(jiān)控部分采用VB編寫。

　　4數(shù)據(jù)庫選擇

　　由于數(shù)據(jù)庫選擇的余地較大，本系統(tǒng)采用微軟辦公軟件包自帶的Access數(shù)據(jù)庫，用于存儲采集的數(shù)據(jù)，包括各個空調(diào)的實時溫度值，溫度設定值，開關機狀態(tài)，風機的速度檔（高速、中速、低速）及所處狀態(tài)的運行時間。

　　5系統(tǒng)各層結(jié)構(gòu)圖

　　(1)溫控器層



　　圖5.1溫控器層結(jié)構(gòu)圖