空調系統實時監控是智能建筑中樓宇自控系統(BAS) 的重要組成部分之一。而通過互聯網和局域網實現對空調系統遠程監控及維護管理, 是實現BMS (Building management system ) 的發展方向[ 1, 2 ]。在基于實驗室平臺上研究開發的智能建筑自動化系統, 利用網際組態軟件WebAccess 實現了基于Internet/Intranet 的遠程監控和維護管理。空調系統是該項目的一個主要子系統, 本文主要介紹利用網際組態軟件WebAccess 實現空調系統遠程監控的方法。
1 網際組態軟件
WebAccess 是一種基于IE 瀏覽器的網絡化組態軟件, 網際組態軟件WebAccess 不僅具有強大的組態功能, 而且突破了傳統組態軟件開發的網絡技術瓶頸。其最大特點是全部的工程制作、數據庫設置、圖面建立和軟件管理都可以通過一個標準的網頁瀏覽器完成, 提供遠程診斷維護功能和免費無限客戶端[3]。WebAccess 主要由3 部分組成。
1. 1 工程節點
作為集中的數據庫和Web 服務器, 提供客戶端和監控節點間的初始連接, 并提供工程管理員功能,以創建I/O 數據庫、報警和圖形等。
1. 2 監控節點(Node)
它是一個遠程PC, 使用WebAccess 支持的驅動程序與自動化設備連接并通信。WebAccess 監控節點軟件提供管理控制和數據采集(SCADA ) 功能, 包括通訊驅動程序(Modbus、OPC、其它PLC、I/O、過程控制、自動化設備、DCS 和DDC)、報告和趨勢記錄實時數據、報警和報警記錄及安全和事件記錄。
1. 3 客戶端(Client)
它是一個插件程序, 運行與瀏覽器有關。Client 實際上是一種人機界面(HMI) 軟件, 它提供實時的數據顯示、動畫、趨勢、報警和報告等功能。WebAccess 客戶端使用TCP/IP 協議通過因特網或局域網和監控節點連接。此外WebAccess 除了具有一般組態軟件所具有的常用的繪圖、建點、動畫、數據顯示、趨勢圖、事件報警、記錄和報表等功能外, 還具有以下特點: ① 通過網絡實現遠程建構、修改圖形及數據庫; ② 先進的數據庫架構, 使用戶既可以先設定硬件, 亦可以先繪圖形, 高效、靈活、方便; ③ 多工非同步建構功能, 允許多用戶同時建構數據庫, 完全具備網絡多用戶功能; ④ 多疊式網絡安全結構(防火墻+ 內建安全系統) , 保護用戶數據安全; ⑤ 與AutoCAD 相容的矢量繪圖方式, 易于掌握應用, 并且可直接導人AutoCAD 的DXF 文件; ⑥ 強大的動畫功能, 可以任意設定動畫的移動路徑和轉動中心, 而且動畫設定具有層概念、特色圖庫及簡易TCL 腳本, 在不同的瀏覽器上都能發揮功能。
2 空調系統遠程監控的主要內容及要求
本文中的暖通空調系統是把工程中常用的系統形式與智能建筑實驗室的實際系統相結合, 由全空氣一次回風系統、風機盤管系統、風冷熱泵機組系統和排風兼排煙系統4 個子系統組成。其中, 風冷熱泵機組為一次回風系統; 風機盤管系統提供冷熱源; 排風排煙系統平時用于換氣, 火災時兼做排煙系統。一次回風空調系統運程監控的主要內容有: ① 機組啟停控制; ② 冷熱工況轉換; ③ 室內溫度設定、顯示,設定空調房間的設計溫度及顯示空調房間的實際溫度; ④ 系統運行狀態監視, 主要顯示空調機組(風機)、過濾網及二通閥工作狀態; ⑤ 空調機組(風機)、過濾網及二通閥故障時發出故障報警信息[4,5]。
以上內容均要求能夠通過互聯網和局域網的客戶端PC 實現遠程監控, 其中, 控制內容部分非授權用戶不允許控制。
3 遠程監控的網絡構架及實現方法
3. 1 空調系統的控制方法
智能建筑自動化系統采用可編程計算機控制器, 其中暖通空調子系統采用一個PCC 分站帶4 個子系統叢站(擴展模式) , 一次回風空調系統由其中的一個叢站控制[6]。各分站及叢站之間采用CAN 網標準物理接口, 控制網絡拓撲圖如圖1 所示。
將空調控制系統中各檢測點和控制點及管理站相互連接的方式稱為拓撲結構, 在計算機網絡技術中常用的拓撲結構有多種。
通過綜合分析空調控制系統對通訊網絡的要求和各種網絡拓撲結構的特點, 本文中的暖通空調系統構為智能建筑中空調控制系統的基本結構, 它采用了樹形和總線形混合拓撲結構。該結構具有層次清楚、可靠性高及成本低的優點, 在通用軟件平臺下, 可以實現各種復雜的控制規律和高級能量調配控制管理, 記錄、分析歷史運行數據, 預測空調負荷等。不僅提高了空調系統的管理水平, 還通過新的控制技術改變傳統的運行方式, 使系統節約大量的電能, 具有顯著的經濟和社會效益。
3. 2 監控網絡基本構架
本文利用網際組態軟件W ebA ccess 實現遠程監控, 其一次回風空調系統遠程監控的網絡構架, 如圖2 所示。
3. 3 WebA ccess 實現空調系統遠程監控方法
(1) 建立智能建筑自動化系統工程項目(包括用戶名、密碼、工程名及IP 地址等)。
(2) 定義暖通空調系統監控節點, 對于PCC 控制器應為OPC; 設置通訊端口參數, 對PCC, 通訊參數可選擇250 Kbit/s。
(3) 定義一次回風空調系統單元, 對于OPC 和API, 單元數可以是用戶任意指定的號碼。一次回風系統控制原理, 如圖3 所示。
1. 電動風門 2. 過濾器 3. 表冷器 4. 風機 5. 風壓差開關 6. 電動二通閥 7. 溫度傳感器
圖3 一次回風系統控制原理圖
(4) 設計工作畫面, 包括與現場系統相對應的動畫, 動畫制作中的實時控制部分將占用WebA- ccess提供的I/O 點, 如果僅僅是做沒有現場設備的演示動畫, 則動畫中使用的點就是WebAccess 提供的本地點。在WebAccess 提供的點中, I/O 點的數量和本地點的數量是相同的。
(5) 由于W ebAccess 提供的I/O 點是有限的, 所以在實時控制的動畫中, 對應I/O 點的控制點需要合理分配使用。考慮到系統的擴充, 通常系統中的點數需要留出一定的余量。值得注意的是,WebAccess 中所提供的所有I/O 點, 在不加限定時均可讀可寫, 容易實現現場和遠程控制的對等控制關系, 并且可以節約寶貴的點數。
(6) 實現各個點的動畫連接和添加腳本語句, 將完成的動畫畫面與對應的IöO 點或本地點連接起來。在動畫的實現方面,WebAccess 提供最基本的動畫程序, 如果實現的動畫比較復雜, 那么WebAccess 還支持TCL 腳本, 并提供強大的函數庫供用戶自行編程。
(7) 將做好的畫面保存到磁盤后(DRW 和BGR 2 種文件格式) , 通過網絡下載到Node 節點并啟動該節點, 然后進入實時監控界面, 在成功登錄后即可通過計算機網絡對系統調試、修改程序, 直到實現整個動畫與現場設備協調工作為止。
3. 4 一次回風空調系統遠程監控的具體實現
根據以上方法, 建立暖通空調監控節點[7] , 定義一次回風空調系統單元等內容, 從而實現遠程監控, 如圖4 所示。
4 結束語
基于Internet/Intranet 的空調系統遠程監控[8]、維護及管理, 作為智能建筑自動化系統課題內容之一, 已經完成調試工作, 利用網際組態軟件W ebA ccess 實現了即定目標。作為優秀的網際組態軟件WebAccess, 以其優異、強大的功能發揮重要作用, 是實現BMS 的未來方向。本課題所完成的系統和實現方法不僅對智能建筑教學起到積極的指導作用, 同時也對工程實踐有著一定的借鑒意義。
