1 行業介紹

空調控制系統(Air Conditioning Control System)是依據組態王與PLC通訊，PLC通過擴展的通訊口分別于房間的空調控制面板通訊，最后通過每個房間的面板來控制該房間的空調，使整個樓程的空調控制集成在一個控制界面的系統（如圖1）。

圖1 空調控制系統

2 系統設計方案

2.1 方案背景

該空調控制系統之前使用的系統方案為房間單獨通過面板控制；由于這種控制樓程的物業沒有辦法實現統一的管理，同時造成很多不必要的浪費，客戶希望可以通過授權給物業的管理員，讓管理員來統一管理空調的開放時間、設定溫度以及空調的工作模式設定等。空調控制系統系統方案如表1。

表1 空調控制系統系統方案

2.2 客戶需求

根據客戶要求，空調控制系統需要達到四種控制模式：總開關控制、總制冷制熱模式控制、面板鎖定、溫度設定與顯示控制四種模式。系統只需通過登錄界面選取對應的管理權限，然后輸入管理密碼，變可以獲得相應的權限，然后通過系統實現以上的功能。空調控制系統的具體功能要求如表2。

表2 空調控制系統具體功能要求

2.3 解決方案

空調控制系統首先需要控制400個空調面板，一個PLC同時通訊控制這么多面板，擔心通訊效果不好，便采取了10個PLC通訊，同時每個PLC擴展5個通訊口，每個通訊口通訊13個面板；該方案主要包括系統硬件設計和系統軟件設計，其中系統硬件設計包括產品配置、設施結構和電氣控制三部分，系統軟件包括流程控制、I/O配置和程序設計三部分；空調控制系統設計參數如表3；實物圖如圖2。

表3 空調控制系統設計參數                      圖2 空調控制系統實物效果圖

基于上述各項技術指標，空調控制系統系統方案架構如圖3；本方案控制系統采用永宏功能型FBS系列PLC控制器，控制整體設備的動作流程；采用施耐德的面板控制空調；上位機采用組態王提供操作畫面、溫度設定、樓層選擇等，客戶要求根據房間不同需要對各個房間進行單獨的設定。

圖3 空調控制系統方案架構圖

3 系統硬件設計

3.1 硬件配置

空調控制系統設備的系統硬件由10臺永宏FBS-20MCT2-AC PLC作為控制單元、組態王軟件作為上位機監控、施耐德面板控制空調組成。空調控制系統設備系統硬件清單如表4；空調控制系統設備系統硬件配置如圖4。

表4 空調控制系統設備硬件明細表                 圖4 空調控制系統設備硬件配置圖

3.2機械結構

空調控制系統設備的整體結構主要由三部分組成：控制系統（PLC構成）、監控系統（組態王作為監控軟件）和執行系統（空調面板）。空調控制系統設備整體結構解析如圖5。

圖5 空調控制系統整體結構解析圖

3.3 電氣控制

空調控制系統設備的電氣控制采用永宏PLC作為設備核心控制單元，實現對執行單元——空調控制面板控制。空調控制系統設備的PLC接線原理如圖6，PLC電氣控制柜接線如圖7。

圖6 空調控制系統設備電氣控制原理圖

圖7 空調控制系統設備電氣控制柜接線圖

4 系統軟件設計

4.1 工藝流程

空調控制系統設備的工藝流程主要包括三部分：總開關、制冷/制熱和溫度控制，這三個部分各自單獨為一種工作模式。空調控制系統設備的工藝流程如圖8。

圖8 空調控制系統設備工藝流程圖

4.2 控制流程

空調控制系統設備的控制流程如圖9。

圖9 空調控制系統設備控制流程圖

4.3 PLC I/O點配置

根據空調控制系統設備的工藝流程和控制要求，將全部通過永宏PLC通訊進行設定；PLC輸入數據配置如表5，輸出數據配置表如表6。

表5 PLC輸入數據配置表

表6 PLC輸出數據配置表

4.4 PLC功能指令應用

4.4.1 MODBUS通訊控制指令

本方案采用永宏FUN 150(M-BUS)指令，即MODBUS通訊指令；該指令最多可實現255條標準的MODBUS通訊，該指令是一條衍生指令，編輯簡單、易懂。

由于設備采用400個空調控制面板分別控制每個房間的空調，通過該指令變可以方便的實現多個控制面板的通訊，讓面板的控制變得簡便，降低了使用的成本，永宏PLC通訊程序程序如圖10。

圖10 永宏PLC FUN150指令程序

4.4.2通訊表格參數

本方案采用永宏FUN 150(M-BUS)指令，即MODBUS通訊指令，通過SR+2緩存器來動態修改站號，讓原本繁雜的數據一下變得簡便很多。永宏PLC通訊參數表格如圖11所示。

圖11 通訊參數表格

4.4.3讀取/寫入通訊指令

本方案采用永宏FUN150(M-BUS)指令，即MODBUS通訊指令，面板閃爍，讀寫程序分開，每次通訊都寫入2次，確保數據能夠寫入。永宏PLC通訊程序如圖12所示。

圖12 永宏PLC FUN150 MODBUS指令程序

4.5 上位機畫面設計

4.5.1 登陸畫面

空調控制系統的登陸界面主要用于系統管理員的登陸與登陸密碼修改，登陸畫面如圖13。

圖13 登陸界面

4.5.2樓層選擇界面

空調控制系統的樓層選擇用于總開關、總制冷/制熱以及各樓層選擇以及各樓層控制用，樓層選擇如圖14。

圖14 樓層選擇

4.5.3 樓層畫面

空調控制系統的樓層畫面按照個樓層的房間分布設計，管理員通過房間號以及房間分布的圖便可以一目了然的知道要設定或者查看的房間實際在什么位置。樓層畫面如圖15。

圖15 樓層畫面

4.5.4面板畫面

空調控制系統的面板畫面按照空調面板的實物圖繪制，各個功能也是按照面板實際操作的步驟來設計，讓管理員上手無難度。面板畫面如圖16。

圖16 面板畫面

5 結論（實施結果）

空調控制系統屬于暖通行業比較常見的子系統，由于現在的辦公大樓都需要安裝空調系統，同時為了物業便于管理，各個物業公司都會想盡辦法來實現統一而有效的管理方法，這個系統便是在客戶的需求下誕生。本套系統通過常用的PLC與智能面板的通訊來控制樓宇的空調系統，同時將整個大樓的各樓層平面分布圖繪制與控制系統中，大大提高了控制的方便性，同時客戶對調試結果相當滿意，通訊部分采用了2次寫入的方式有效解決了剛開始時出現的部分房間的無效控制，市場前景相當可觀。