开发基于LoworkS的中央空调监控系统

关键词：中央空调；Lonworks；LNS平台 中图分类号：了P273    文献标识码：A The Centralized Conditoning Monitor System based on Lonworks Technology BI Nan-nan, WEN Zhi-yin,FANG Chang-shi (College Automation,South China University of Technology,Guangzhou  510641 ,China) Abstract:This paper mainly introduces the development of the Centralized Conclitioning System based on the Lonworks FieldBus technology. It discusses both designs of the software and the hardware. The good prac- tical effect testify the validity and reasonableness of the system design and implementation. Key words: Centraliezed Conditioning Lonworks; LNS platform 1  引言 现场总线是应用在生产现场和在微机化测量控制设备之间实现双向串行数字通讯的系统。它在制造业，工业过程以及楼宇自动化方面具有广泛的应用。Lonworks技术作为现场总线中的一种主流技术。由于它的开放性，分布性以及强大的网络功能，已成为当今控制系统的核心技术之一。 中央空调作为楼宇内部的主要机电设备，其运行性能直接影响大楼经营成本及住户的舒适程度。本文针对某大楼的中央空调系统改造项目，介绍了应用Lonworks技术的中央空调监控系统。 2  系统组成与功能要求 该大厦有1号，2号两栋楼。中央空调系统的主要设备有：1号楼有3套空调机组，编号为A1，A2，A3；2号楼有4套空调机组，编号为B1，B2， B3．B4。每套机组由主机，冷冻水泵，冷却水泵及冷却塔构成。要求能在1号楼的3层中控室对两栋楼的设备运行情况进行监控，包括对机组进行起，停控制和切换操作，并对系统的实时运行情况进行监测。并要求对冷冻水泵和冷却水泵进行变频调速控制。采用Lonworks总线的控制系统框图如图1所示： 每套机组的操作既可以分散在现场操作，也可以在中控室集中操作。现场操作的优先级高于中控室。现场控制的优点是便于单台设备的就地调试和维护。正常运行时在中控室控制。

3  控制系统的硬件设计 3．1  中控室监控系统 为了对整个中央空调系统进行监控和管理，并与楼宇自动化系统的其他部分紧密集成，监控上位机采用PC机，通过Lonworks总线适配器与lon works总线网络相连，其上运行系统监控软件，对 Lonworks总线上的各个设备进行运行监测和参数设置，并可通过局域网与其他楼宇自动化子系统连接形成整个大厦的管理控制系统。 3．2  现场控制总线 现场的水泵变频控制系统由7台冷冻水泵组成，根据制冷需要由系统自动启动其中的一台或几台冷冻水泵工作，在中央空调的循环冷冻泵上接人变频器，这里采用三菱的FR－A540变频器，对水泵系统进行闭环控制，变频器的参数由上位机设置。温度测量节点将测得的冷冻水回水温度传给变频器控制节点，变频器控制节点根据测得的温度值与温度设定值之差进行PID控制运算，并输出控制变频器的输出，从而达到控制水泵的目的。 3．3  通讯系统 中控室的PC配有PCLTA－10通信适配器提供Lon网通信接口，对控制网络进行监控。由于变频器无法直接与Lonworks网络相连，故使用 RS483 - Lonworks适配器接变频器于Lonworks网络上，温度传感器的输出信号通过温度测量智能节点与Lonworks网络相连。 4  控制系统的硬件设计 4．1  智能节点软件设计 智能节点的编程使用Neuron C语言对神经元芯片进行编程，它扩展了ANSI C并增强了一些针对Lonworks应用独特功能，如：网络变量，事件驱动的编程语句(When)等。网络变量大大简化了节点间的信息共享。这里简要介绍变频器控制节点的程序设计。变频器控制节点是实现水泵变频控制的核心，也是本控制系统的最主要的功能部件。变频器控制节点通过接受温度测量节点发送的代表当前温度的网络变量，与由上位机设定的期望温度比较再使用PID控制算法，给出变频器的控制信号，这里使用AI模块实现4－20mA的电流输出。节点的PID控制参数如：比例放大系数，积分／微分时间由上位机通过网络变量提供。以下为部分程序代码： IO-8 neurowire master select(IO-1) ioFreqConv ; network input  nvi-set-point = 12 ; network input  nvi-current-point ; network input  Kp; network input  Kd; network input  Ki; signed int      e1 ; signed int      e2 ; signed int      P1 ; when ( nv-update-occur (nvi-current-point) ) //变频器输出 //冷冻泵回水温度设定值 //当前温度值 //PID比例系数 //PID微分系数 //PID积分系数 //上一个时刻的偏差值 //上两个时刻的偏差值 //上一个时刻的输出 { ／／使用增量式数字PID控制算法输出控制变频器 signed int e;                                             //定义误差 e = nvi-eurrent-point - nvi-set-point; deltaE = e - el; signed int Pe = muldiv(Kp, deltaE) ; signed int Pi = muldiv( Ki, e) ; deltaE1 = muldiv(el,-2)   e  e2; //e -2*el   e2 signed int Pd = muldiv(Kd,deltaE1) ; deltaP = Pe   Pi   Pd; P = P1   deltaP; e2 = el;     el = e;      P1 = P;                   //更新参数 io-out ( ioFreqConv, deltaP); } 4．2  计算机监控管理软件设计 计算机监控管理软件采用Win2000操作系统平台，应用软件采用Visual C  开发，基于LNS网络操作系统。监控管理软件的主要功能有：(1)数据显示和控制功能：温度数据的采集，动态显示， 保存：变频器的运行参数显示，运行设定；冷却塔和机组的状态检测和切换；(2)报警功能：；温度超限报警，变频器设备故障报警，记录报警内容，便于操作人员的处理；(3)报表功能：对温度历史数据提供报表。计算机监控管理系统结构框图如图2所示：

基于Lonworks网络的中央空调监控管理软件是采用Visual C  ，Echelon LNS开发平台开发的。系统的关键实现是利用LNS开发平台组件结构，操作Lonworks网络上的节点和上位机通信， LNS服务采用基于ActiveX控件的形式提供。 根据LNS的组件结构，在Visual C  中应用 LNS组件的基本过程为：将LNS Objiect Server控件导人开发环境中；在程序中创建一个0bjiect Server的实例；对LNS应用初始化。打开网络和子系统的部分代码如下： m-lcaObiectServer．SetSingleUserMode=TRUE；    //设置单用户模式 m-leaObjectServer．Open()；    //打开对象服务器 LcaNetworks networList(m-lcaObjectServer．GetNetworks())；    //创建一个网络集合 LcaNetworks activeNetwork(networkList．Add("Networkl"，"C：\Networkl"，TRUE)；    //创建一个网络对象并加入到网络集合中 activeNetwork．Open()；    //打开网络数据库 LcaNetworkInterfaces niList(m-LcaObjectServer．GetNetworkInterfaces())；    //创建一个包含对象服务器中注册的网络接口对象 LcaNetworkInterface activeNI(niList．Getltem(ColeVariant("pcnsi")))；    //创建一个网络接口 LcaSystems systemList(activeNetwork．GetSystems())；    //创建一个系统对象集合 LcaSystem activeSystem(systemList．GetItem(ColeVariant(1L)))；    //从系统集合中得到应用中唯一的系统对象 LcaNetworkServiceDevice empNSD(activeSystem．GetNetworkServieeDevice())；    //创建系统的网络服务设备对象 tempNSD．SetNetworkInterface(activeNI)；    //将网络接口分配到网络服务设备 activeSystem．Open()；    //打开系统 LcaSubsystems subsystemList(activeSystem．GetSubsystems())；    //从当前系统中创建一个子系统集合 LcaSubsystem activeSubsystem(subsystemList．Add("Subsysteml")；    //创建一个子系统并加入到子系统集合中 完成LNS初始化后，即可根据应用需要确定节点，接口和网络变量，对整个系统的运行进行监控。 5  控制系统的硬件设计 中央空调计算机监控系统经过调试运行，状况良好，达到了预期的设计要求。中央空调水循环系统由于加入了变频控制，除了降低了运行成本外，还优化了系统的启动特性和监控软件的集成。控制算法集成在现场的智能芯片，适应了空调系统的分散化特点。实践证明本文提出的设计方案是切实可行的。 参考文献 [1]  杨育红．LON网络控制技术与应用[M]．西安：西安电子科技大学出版社，1999． [2]  杨惠宪．现场总线技术及其应用[M]．北京：清华大学出版社，1999. [3]  Echelon Corporation. Neuron C Programmers Guide , Revision 7.