基于云的短波发射机机房中央空调自动控制系统的设计与实现
文章编号：1009-3044（2016）25-0216-02
1 系统网络架构设计
机房中央空调自动控制系统由监控工作站、西门子PLC控制器、空调系统、冷水主机、冷却塔、冷却泵组成，如图1。监控工作站采用单台服务器，可以与西门子PLC进行通信，将数据存入到数据库中，服务器端可以实时数据查询、报警处理，实现对相关系统的访问和控制。也可以通过手机、平板电脑查看系统状态、接收告警信息，实现云端远程控制。第一层（最上层）为监视和管理层，负责整个监视器系统协调运行和综合管理，由服务器PC机，WINCC7.0组态软件、网络交换机、打印机等设备组成 ，采用标准的以太网TCP/IP通讯协议。第二层为PLC设备层，PLC控制器通过MODBUS RTU通信模块和冷冻水主机通信，进行数据采集和远程启动停止等功能。PLC控制器采集空调系统温湿度、风机频率、水泵频率，控制冷却泵冷、却塔风机远程启动和停止。上位机操作站设置在中央监控室，通过光纤收发器和现场PLC柜的光纤收发器通过光纤连接，通过无线网络与手机、平板电脑通讯。
2 控制系统原理的设计
2.1 PLC与冷冻机通信原理设计
两台冷冻机和PLC进行MODBUS通信，采集常用的数据，并进行数据归档和报表记录，重要数据进行报警功能配置。常规数据包括主机负载率、冷冻出水温度、冷冻回水温度、冷却出水温度、冷却回水温度、蒸发器压力和温度等参数。
2.2 冷冻站控制原理设计
两台冷冻泵和两台冷却泵为一用一备系统，当其中一台故障后，系统会自动切换至另外一个水泵运行。两台冷水机同样为一用一备，当冷冻机出现故障报警停机后，系统会自动关闭主机的冷却和冷冻水阀门，同时开启另外一台冷水机组投入自动运行，保证系统的不间断自动故障投运。
两台冷冻机的开启可以根据累计运行时间排序，累计运行时间短的优先开启，累计运行时间长的优先关闭。 系统开机顺序：1）开启主机的冷冻阀和冷却阀；2）开启一台冷冻泵；3）开启一台冷却泵；4）冷却塔风机根据冷却水回水进行自动开启和停止。系统关机顺序：1）关闭主机运行；2）冷冻机停机5分钟后，停止冷冻泵；3）冷冻机停机7分钟后，停止冷却泵；4）关闭主机的冷冻阀和冷却阀；5）冷却塔风机根据冷却水回水进行自动开启和停止。
2.3 冷却塔风机控制原理设计
冷却塔风机根据冷却水回水温度进行控制：当冷却水回水温度高于30℃（可设定），风机打开。当冷却水回水温度低于27℃（可设定），风机关闭。两台冷却塔风机互为备用，当其中一台出现故障时，另外一个自动投入运行。
2.4 冷冻出水旁通及压差控制原理设计
空调控制系统采集冷冻水总管的出水压力和回水压力，来控制冷冻水旁通阀开度。和冷冻泵变频速度以及旁通阀连锁控制。冷冻泵频率和冷冻水旁通阀共同调节冷冻水供回水压差；当冷冻水压差高于设定值时，先减低冷冻泵频率，当冷冻泵频率降到30HZ时，如果冷冻水压差还是高于设定值，再打开冷冻水旁通阀。同理，当冷冻水压差低于设定值时，首先关闭冷冻水旁通阀，当冷冻水旁通阀全关时，再降低冷冻泵频率，以达到控制冷冻水压差的目的。
2.5 空调系统控制及连锁原理设计
控制系统通过采集各个位置温度传感器、水流量传感器、风温湿度传感器的数据分别对冷冻水阀门、风机阀门、冷却水阀门、风机进行控制，调节风量和环境温湿度。空调系统温度控制目标为空调系统回风温度，用户可以自行设定需要的回风温度值。为了实现温度的精准控制以及充分考虑人员的舒适度，系统通过限制送风温度的控制范围，系统控制送风温度为18-26℃，避免送风温度过低（最低能到12℃），送到机房后，靠近送风口人员感觉不适应。风机频率控制，频率初始为40HZ（可设定），当机房送风和回风温差过高时，比如送风18℃，但是回风一直高于设定值25℃时，系统会自动加大送风量，避免机房温度长时间无法下降到所需要的温度。空调风机关闭时，冷冻水阀延时关闭，需要等到冷水机组正常停机后，再关闭冷冻水阀门，避免冷水主机断流造成停机。空调系统和冷水机组系统联动，当空调系统停机时，系统自动发出命令停止冷水机组，再停止空调系统，冷水阀门延时关闭。当空调机组开机时， 冷水阀门自动打开，冷冻水机组系统自动投入运行。
3 控制系统软件设计
3.1 上位机人机界面功能设计
上位机具有数据归档记录、操作记录、模拟量报警、设备报警、曲线查询、报表查询等功能，当重要设备故障时，上位机自带声音报警，提示用户注意设备报警。用户可以根据系统分类，自行查询所需的数据曲线，可以根据开始和结束日期进行查询，也可以根据时间分段来进行查询。系统的一般报警和重要报警发生都被记录， 用户可以在系统日志里查看所有的报警和相关的操作记录，可以根据需要进行浏览查询、打印。用户在操作站进行设备启停、模式切换、调节阀手自动切换、设备手动启停等涉及设备安全的所有操作，系统会自动记录，并生成操作员记录。如图2。
3.2 手机、平板电脑APP功能设计
手机、平板电脑APP功能包括实时数据查看（温度、湿度、风量、各个阀门状态、风门状态、冷水机组参数），接收系统上位机发送的告警信息，远程控制系统温度、风量等功能。
4 结束语
基于云的机房中央空调自动控制系统增加网络通讯模块，扩展性能大大提升。实现云控制功能，使其在上位机及手机端，都可以查看状态，并可以接收实时告警信息给值班人员，及时发现处理故障。通过安装电动阀门、温度传感器、流量传感器等实现自动精准控制。使机房环境温湿度始终保持在《短波发射机机房温湿度标准》范围内，实现节能恒温恒湿控制。
参考文献：
[1] 开利公司.开利冷水机组 30HXC开机手册.
[2] 西门子公司.WIN CC.70编程手册.
[3] 西门子公司.西门子S700-200编程手册.
[4] 胡寿松.自动控制原理[M]6版.科学出版社，2016.