基于物联网的中央空调远程监控系统设计
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摘 要：本文针对中央空调的远程监控需求，设计了一套基于物联网的中央空调远程监控系统。该系统通过PLC控制器完成对中央空调的实时数据采集和控制。PLC控制器采集到的空调数据通过DB—BOX物联网数据传输单元（DTU）和4G移动通信网，远程上传到监控中心，采用监控中心的SCADA软件实现了中央空调的数据采集监测和控制指令远程下发。试验结果表明，该远程监控系统实现了中央空调的远程监测和控制，降低了系统运营成本，提高了系统工作效率和自动化水平。
关键词：物联网;中央空调;远程监控;数据传输单元;监控中心
1 引言
楼宇自动化系统建设的主要目的是降低建筑设备系统的运行能耗，减轻运行管理的劳动强度，提高设备运行管理的水平。在智能建筑中，中央空调系统的耗电量通常占全楼总耗电量的1/3以上，而监控点位数量常常占全楼自动化控制系统总点位数量的50%以上，因此需要通过自动化监控系统实现对中央空调系统的最优化控制。通过直接数字控制器（DDC）采集有关数据，经线路上传至中央监控系统，再经计算、比较，将有关控制信息返回DDC，然后输出相应命令，由现场执行器执行有关命令，以完成整个自动控制过程。空调系统的运行可靠与否决定了建筑物内部的舒适程度，因此需要对中央空调各个子系统的空气参数和设备状态进行实时监控。
2 智能控制技术的概述
智能控制技术是将计算机技术作为基础，融合了人工智能以及控制技术的智能化及自动化技术。智能控制技术主要包括模糊型控制技术以及神经网络型控制技术这两个方面。模糊型控制技术作为智能控制技术的重点部分，主要控制技术包括语言变量、模糊变量以及模糊集合，主要组成部分是模糊控制器，模糊控制器通常将单片机和微机作为控制的主体，还具有一定的计算机功能。模糊控制的本质就是拥有系统化又可以充分进行应用的一种非线性控制。但是，模糊控制还要依靠精准的数学模型才能进行相关功能的应用。和模糊型控制技术相比，神经网络型控制技术的智能性特点更为明显，神经网络型控制技术可以模仿人脑，通过这种方式来进行人工型神经网络以及系统控制的有机结合，将结构简单的处理单元作为节点，组成信息处理的主要部分。因为神经网络型控制技术可以进行人脑的模拟，所以该技术可以更精准地预测并调节中央空调监控系统中的数据。而且神经网络型控制技术的运行速度要高于模糊型控制技术，准确性也更高。在中央空调中科学合理地应用智能控制技术可以营造更加舒服的室内环境，通过室内清新度、温度以及相对湿度的控制，维持室内空气的清新，而且中央空调监控系统中还可以安装降低噪音的设备，以此来降低人们工作生活中的噪音。另外，中央空调的智能监控系统还具有环保功效，可节能减排。因此将智能技术应用于中央空调监控系统是目前相关单位需要注意的关键问题。
3 系统硬件设计
3.1 硬件组成
中央空调监控系统采用集散式控制系统架构。采用西门子DDC，具有多个数字量输出、数字量输入、模拟量输入、模拟量输出等通道。将前端温湿度传感器测量到的温湿度和流量信号与设定值进行比较，根据比较偏差按照设定好的控制方式去控制与执行调节装置直接相连的一体化装置。DDC本身还带有强大的通信功能，能够接收管理工作站发出的各种控制信号，并按照给定命令完成对所监控设备的直接控制，同时还能够把设备的运行状况及各个参数及时反馈给管理工作站。
3.2 监控点位分配
以空气调节及输配系统为例来进行监控点位分配，空气温度调节采用电动冷水阀或热水阀调节盘管内冷冻水或热水的流量，通过改变制冷或加热量来改变送风温度。同样，通过加湿调节阀调节送风湿度，通过新、回风门调节风量。空气的温湿度及风量调节属于跟随设定值的连续调节，向DDC传送的是模拟量输入控制信号。中央空调系统中电机类设备的常规监控包括启停控制、运行状态监测、过载状态监测、手自动状态监测。
4 系统软件设计
4.1 软件架构
基于物联网的中央空调远程监控系统实现了对中央空调设备的远程自动化控制和集中管理，主要功能包括：实时监控、故障报警、运行报表、数据曲线、设备管理和权限管理等。该系统的软件架构设计为5层，主要包括数据采集层、业务处理层和功能展现层，实现了系统的数据持久化存储、业务逻辑处理和界面渲染展示。数据采集层：完成对DB—BOX物联网数据传输单元的接入和数据传输的处理。首先，由DB—BOX物联网数据传输单元完成对空调机组PLC控制器和各种智能设备的数据采集;然后，由监控中心数据库服务器程序完成对DB—BOX物联网数据传输单元的数据采集。数据采集时，为减小数据流量，可以每次只上传变化的数据，无变化的数据（位于死区内的数据，由用户设置）可以不上送，以降低数据传输量，节约网络流量，并提高数据传送效率。业务处理层：完成采集数据的分析计算，并完成数据库存储。功能展现层：利用监控中心的计算机IE浏览器或手机APP客户端，查询中央空调的实时运行状况、采集数据和日志报表等。
4.2 PLC控制器主程序设计
本系统的PLC控制器主程序采用不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。PLC控制器的CPU从第一条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。这种工作方式是在系统程序的控制下顺序扫描各个输入点的状态，进行运算处理，然后顺序向各输出点发出相应的控制信号。PLC控制器主程序的工作流程为：首先PLC和触摸屏上电，进行系统的初始化，然后进入循环扫描的主工作流程，一直反复进行循环扫描工作，直至系统掉电或关机退出运行。循环扫描的主工作流程包括数据显示子模块、参数设置子模块、启停控制子模块、当前报警子模块、运行记录子模块、水温曲线子模块和远程监控子模块，并且这些子模块采用同时并行的工作模式。PLC控制器的远程监控子模块负责完成与DB—BOX物联网数据传输单元的数据传输及通信控制。如图4所示，PLC控制器的远程通讯接口的通讯模式需要设置为远程Modbus模式，通讯地址、通讯波特率、通讯校验方式以及延时设定，根据现场实际情况进行相应的设置即可。
5 结语
综上所述，智能控制技术在中央空调监控系统中得到了广泛的应用。通过对智能控制技术在中央空调监控系统中的应用分析可知，将智能控制技术应用于中央空调的监控系统中，可以更好地调节室内的温湿度，降低中央空调的能耗，提高建筑的经济效益，从而促进中央空调的信息化发展，为我国能源节约型社会的建设作出贡献。希望文章的研究可以为相关人员进行智能控制技术在中央空调监控系统中的应用分析提供参考。
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