基于LonWorks技术的集中式空调系统
日期：2007-12-17 18:41:44 来源：PLC&FA
点击： 作者：中南大学 信息科学与工程学院 冯建良 鲁五一
点击： 作者：中南大学 信息科学与工程学院 冯建良 鲁五一
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摘 要: 文章简要介绍LonWorks总线技术集中式空调系统，设计了一个基于LonWorks技术的集中式空调系统。论文重点说明了LonWorks智能节点的硬件设计，用程序实现系统中使用最广泛的阀门PID控制调节。系统经验收，达到工程控制要求。
关键字: LonWorks/集中式空调
随着科技进步和社会发展，空调技术日新月异，各机关单位、大厦、酒店等大型建筑，纷纷采用技术先进、节能环保的集中式空调系统。然而，国外集中式空调系统控制系统由于技术先进成熟在我国占据垄断地位。为此，在lonworks现场总线测控网络技术广泛应用于中国的时候，我们应抓住难得的契机，利用它良好的兼容性和扩展性，开发出基于lonworks技术的集中式空调系统，打破国外垄断。本论文考虑到lonworks技术的优势，设计了一个基于lonworks技术的集中式空调系统。
它采用了iso/osi模型的全部七层通信协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，很容易实现网络的互操作性。其通信速率从300bps至1.5mbps不等，直接通信距离可达2700m;支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质，并开发了相应的本质安全产品。
空气系统又称为空气处理系统，包括空气处理机组、送排风管、风机驱动箱、空气集散流装置和排气系统，用来调节、输送、分配处理后的空气、再循环空气、室外新鲜空气和排放空气，按室内要求控制室内环境。水系统包括冷冻水系统和热水系统、冷却水泵和热水泵、冷却水系统和冷却水泵，用来将冷冻水和热水从机房送到空气处理机组和风机驱动箱，将冷却水塔、水井或其它水源输送冷却水到中央设备机房。中央设备机房包括热源设备和冷源设备，用来使冷冻水温度降低，将不加热成热水或蒸气。控制系统包括电子传感器、微处理器等，用以对相关设备进行控制。
笔者针对的是某机关大院的集中式空调系统，有1000个待控制点，考虑到以后的扩展及升级，故采用两层结构，分别是管理层和现场控制层，如图1所示[2]。
现场层主要由智能节点和现场设备组成，是整个系统的基础，智能节点通过lonworks总线与现场空调机、水泵、冷热源设备等相连，接收现场采集的数字信号和模拟信号，根据写入的程序和管理层设定的参数控制现场设备，并将所有信号反馈给管理层。
4.2 硬件设计
集中式空调系统智能结点的硬件结构如图2所示。
智能结点的cpu采用的是neuron tmpn3150神经元芯片。neuron芯片提供有完整的系统资源，它采用了iso/osi模型的全部七层通信协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，很容易实现网络的互操作性。内部集成有3个cpu，一个用于完成开放互连模型中第1和第2层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理;第二个用于完成第3至第6层的功能，称为网络处理器，进行网络变量的寻址、处理、背景诊断、路径选择、软件计时、网络管理，并负责网络通信控制，收发数据包等;第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。neuron芯片提供有11个i/o引脚，通过不同的配置，可最多提供34种i/o对像(即输入输出方式)。在本系统应用中，将i/o0~i/o2设置为输出，分别驱动风机、水泵、水阀等的继电器或执行器，i/o3~i/o11设置为输入，分别采集现场设备状态、报警等数据[3]。
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关键字: LonWorks/集中式空调
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1 引言P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
2006年9月，lonworks现场总线测控网络正式转化为中国国标指导性技术文件gb/z 20177。gb/z 20177lonworks)技术在社会公用工程的领域有广泛的应用远景。
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随着科技进步和社会发展，空调技术日新月异，各机关单位、大厦、酒店等大型建筑，纷纷采用技术先进、节能环保的集中式空调系统。然而，国外集中式空调系统控制系统由于技术先进成熟在我国占据垄断地位。为此，在lonworks现场总线测控网络技术广泛应用于中国的时候，我们应抓住难得的契机，利用它良好的兼容性和扩展性，开发出基于lonworks技术的集中式空调系统，打破国外垄断。本论文考虑到lonworks技术的优势，设计了一个基于lonworks技术的集中式空调系统。
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2 lonworks技术简介WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
lonworks是由美国埃斯朗(echelon)公司推出的一种规范全面的现场总线测控网络，又称作局部操作网(local operating network-lon)。lonworks技术具有完整的开发控制网络系统的平台，包括所有设计、配置安装和维护控制网络所需的硬件和软件。lonworks网络的基本单元是节点，一个网络节点包括神经元芯片(neuron chip)、电源、收发器和用于连接监控设备接口的i/o电路。
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它采用了iso/osi模型的全部七层通信协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，很容易实现网络的互操作性。其通信速率从300bps至1.5mbps不等，直接通信距离可达2700m;支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质，并开发了相应的本质安全产品。
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3 集中式空调系统概述WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
集中式空调系统(又称集中式水空调系统)包括空气系统，水系统，集中供热/制冷设备机房以及控制系统[2]。
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空气系统又称为空气处理系统，包括空气处理机组、送排风管、风机驱动箱、空气集散流装置和排气系统，用来调节、输送、分配处理后的空气、再循环空气、室外新鲜空气和排放空气，按室内要求控制室内环境。水系统包括冷冻水系统和热水系统、冷却水泵和热水泵、冷却水系统和冷却水泵，用来将冷冻水和热水从机房送到空气处理机组和风机驱动箱，将冷却水塔、水井或其它水源输送冷却水到中央设备机房。中央设备机房包括热源设备和冷源设备，用来使冷冻水温度降低，将不加热成热水或蒸气。控制系统包括电子传感器、微处理器等，用以对相关设备进行控制。
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4 基于lonworks的集中式空调系统WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
4.1 系统总体架构
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笔者针对的是某机关大院的集中式空调系统，有1000个待控制点，考虑到以后的扩展及升级，故采用两层结构，分别是管理层和现场控制层，如图1所示[2]。
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图1 系统总体架构
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管理层总线采用基于lonworks的tcp/ip协议层，完成整个系统的监控作用，由计算机实现，其中路由器联结不同信道之间的lonworks信息，实现控制网络通信量、划分不同网段、增大网络容量的目的。管理层主要功能为系统参数设置、集中空调系统控制节点的状态检测、电子地图数据的动态显示、报警报表打印及状态分析、实时数据的采集和记录等。
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现场层主要由智能节点和现场设备组成，是整个系统的基础，智能节点通过lonworks总线与现场空调机、水泵、冷热源设备等相连，接收现场采集的数字信号和模拟信号，根据写入的程序和管理层设定的参数控制现场设备，并将所有信号反馈给管理层。
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4.2 硬件设计
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集中式空调系统智能结点的硬件结构如图2所示。
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图2 智能节点硬件结构图
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(1) cpu
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智能结点的cpu采用的是neuron tmpn3150神经元芯片。neuron芯片提供有完整的系统资源，它采用了iso/osi模型的全部七层通信协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，很容易实现网络的互操作性。内部集成有3个cpu，一个用于完成开放互连模型中第1和第2层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理;第二个用于完成第3至第6层的功能，称为网络处理器，进行网络变量的寻址、处理、背景诊断、路径选择、软件计时、网络管理，并负责网络通信控制，收发数据包等;第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。neuron芯片提供有11个i/o引脚，通过不同的配置，可最多提供34种i/o对像(即输入输出方式)。在本系统应用中，将i/o0~i/o2设置为输出，分别驱动风机、水泵、水阀等的继电器或执行器，i/o3~i/o11设置为输入，分别采集现场设备状态、报警等数据[3]。
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