（(海思自動(dòng)化技術(shù)部LonWorks技術(shù)粉絲提供)）
一、概述
LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)適應(yīng)了控制系統(tǒng)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、分布式發(fā)展的趨勢，成為控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)。它采用了 ISO/ OSI模型的全部七層通信協(xié)議和面向?qū)ο笫录?qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法(When()語句)，物理層支持雙絞線、同軸電纜、光纖、紅外線、電力線等多種通信介質(zhì)。在許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，特別是在現(xiàn)代樓宇控制、智能家居中具有突出的地位和優(yōu)勢。本文介紹一種基于LonWorks技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和開發(fā)了中央空調(diào)系統(tǒng)末端空調(diào)箱智能控制器，分析了符合LonMark互操作性協(xié)議的空調(diào)箱智能控制器軟件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線與方案。
二、LonMark規(guī)范描述
LonWorks技術(shù)使采用不同生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品來設(shè)計(jì)增強(qiáng)的控制系統(tǒng)柔性成為可能。Neuron(神經(jīng)元)芯片中的LonTalk協(xié)議是LonWorks互操作性的基石。LonMark互操作性規(guī)范為怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)基于LonWorks技術(shù)可互操作的產(chǎn)品提供了詳細(xì)的說明和技術(shù)闡述。對(duì)配置、管理和與在LonWorks網(wǎng)絡(luò)上的產(chǎn)品進(jìn)行通訊，LonTalk協(xié)議應(yīng)用層(第7層)提供了詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)范，而基于網(wǎng)絡(luò)變量的LonMark對(duì)象的使用是應(yīng)用層互操作性的基礎(chǔ)。LonMark對(duì)象充分運(yùn)用了能更好的支持互操作性的一套預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類型(SNVT)和標(biāo)準(zhǔn)配置參數(shù)類型(SCPT)，使得不同提供商提供的不同產(chǎn)品很容易的滿足可互操作的、友好的通訊接口。
LonMark對(duì)象有5種類型：
1、節(jié)點(diǎn)對(duì)象－對(duì)象0，它允許節(jié)點(diǎn)內(nèi)的對(duì)象的功能受到監(jiān)視。傳感器對(duì)象，它是可用于任意傳感器類型的通用對(duì)象，可為執(zhí)行器和在一個(gè)控制器對(duì)象內(nèi)的控制回路提供數(shù)據(jù)。
2、傳感器對(duì)象包括有對(duì)象1－開環(huán)傳感器對(duì)象：適用于檢測絕對(duì)值和不要求反饋信息用于校正操作的傳感器設(shè)備；
3、對(duì)象2－閉環(huán)傳感器對(duì)象：包含有反饋特點(diǎn)使他適用于多個(gè)傳感器控制同一個(gè)執(zhí)行器，同時(shí)使傳感器和執(zhí)行器的實(shí)際狀態(tài)與預(yù)定狀態(tài)保持同步。
4、執(zhí)行器對(duì)象包括有對(duì)象3－開環(huán)執(zhí)行器對(duì)象：適用于執(zhí)行器不提供反饋信息的應(yīng)用場合；
5、對(duì)象4－閉環(huán)執(zhí)行器對(duì)象：具有的反饋特點(diǎn)使他適用于多個(gè)傳感器設(shè)備與多個(gè)執(zhí)行器綁定的場合，反饋可同步多個(gè)傳感器設(shè)備與多個(gè)執(zhí)行器的實(shí)際狀態(tài)和預(yù)定狀態(tài)。
6、控制器對(duì)象－對(duì)象5：它在數(shù)據(jù)引入對(duì)象（例如傳感器對(duì)象）和數(shù)據(jù)消費(fèi)對(duì)象（例如執(zhí)行器對(duì)象）之間引入控制算法。
三、空調(diào)箱控制對(duì)象分析
空調(diào)箱作為中央空調(diào)系統(tǒng)末端重要的設(shè)備，用于控制建筑內(nèi)工作空間的溫度與新風(fēng)調(diào)節(jié)，是建筑能耗的主要設(shè)備之一，空調(diào)箱控制的要求和合理性等方面十分重要。本文以一種普通空調(diào)箱為例來簡要分析空調(diào)箱的控制策略。
控制需求分析：
① 送風(fēng)溫度檢測；
② 空調(diào)箱的工作狀態(tài)及故障狀態(tài)；
③ 空氣濾網(wǎng)的堵塞狀態(tài)及報(bào)警；
④ 根據(jù)檢測溫度與設(shè)定溫度的比較，調(diào)節(jié)冷水(暖氣)管電動(dòng)閥的開度；
⑤ 控制規(guī)律采用PI(比例積分)，因室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)是一個(gè)大滯后、大慣性環(huán)節(jié)，PI控制是可行的；
⑥ 過程變量為送風(fēng)溫度，控制變量為冷水(暖氣)閥閥門開度；
⑦ 每臺(tái)風(fēng)機(jī)都安排每天啟動(dòng)和關(guān)機(jī)的時(shí)序控制，時(shí)序表存放在上位機(jī)程序中，可以修改并下載；
⑧ 可改變空調(diào)箱的運(yùn)行模式：制冷模式，加熱模式，通風(fēng)模式和旁路模式（缺?。?/SPAN>
四、程序接口設(shè)置
空調(diào)箱的程序?yàn)槟K化設(shè)計(jì)，有對(duì)外的網(wǎng)絡(luò)變量接口，接口設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)的符合LonMark互操作性規(guī)范。模塊化的設(shè)計(jì)使得實(shí)際的功能實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)需要進(jìn)行組態(tài)和鏈接，增強(qiáng)了各模塊使用的靈活性，使模塊可復(fù)用性強(qiáng)，并且在保持外部接口的穩(wěn)定條件下，可改進(jìn)控制的算法，提高可升級(jí)性。同時(shí)，模塊化的設(shè)計(jì)使得程序的可維護(hù)性和調(diào)試的方便性大大的提高。
表1是各控制模塊的接口變量設(shè)計(jì)的安排，共有PI控制、時(shí)序控制、邏輯控制三個(gè)功能模塊。各模塊均使用了LonMark對(duì)象類型，限于篇幅，對(duì)以下介紹的控制模塊僅列出了部分變量，并且省去了變量名，變量初值的說明。LonMark對(duì)象定義為：
表1
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PI控制模塊（PID）―LonMark對(duì)象5 | ||||||
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變量功能 |
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備注 | ||||
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PI算法的輸出結(jié)果 |
SNVT_lev_percent |
0％～100% | ||||
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采樣溫度 |
SNVT_temp_p |
攝氏度 | ||||
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空調(diào)機(jī)運(yùn)行狀態(tài) |
SNVT_lev_disc |
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溫度設(shè)定值 |
SNVT_temp_p |
攝氏度 | ||||
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死區(qū)范圍 |
SNVT_temp_p |
攝氏度 | ||||
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空調(diào)機(jī)運(yùn)行模式 |
SNVT_hvac_mode |
枚舉型 | ||||
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開機(jī)固定輸出值 |
SNVT_lev_percent |
50％ | ||||
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開機(jī)恒定開度時(shí)間 |
SNVT_time_sec |
秒 | ||||
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比例系數(shù) |
SNVT_count |
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積分系數(shù) |
SNVT_count |
| ||||
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PI周期 |
SNVT_time_sec |
秒 | ||||
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時(shí)序控制模塊（Schedule）―LonMark對(duì)象5 | ||||||
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變量的功能 |
變量類型 |
備注 | ||||
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時(shí)序模塊控制結(jié)果 |
SNVT_lev_disc |
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當(dāng)前時(shí)間 |
SNVT_time_stamp |
來自時(shí)鐘模塊 | ||||
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當(dāng)前星期 |
SNVT_date_day |
來自時(shí)鐘模塊 | ||||
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用戶定義的時(shí)序段 |
BA_Timezone |
見軟件設(shè)計(jì)部分 | ||||
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邏輯控制器（logic）―LonMark對(duì)象5 | ||||||
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邏輯控制結(jié)果 |
SNVT_switch |
State：空調(diào)運(yùn)行態(tài) Value：閥門開度 | ||||
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手、自動(dòng)方式 |
SNVT_lev_disc |
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時(shí)序控制信號(hào) |
SNVT_lev_disc |
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PI控制結(jié)果 |
SNVT_lev_percent |
來自PI控制模塊 | ||||
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上位機(jī)控制信號(hào) |
SNVT_lev_disc |
直接控制空調(diào)機(jī)啟停（非時(shí)序控制） | ||||
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過濾網(wǎng)壓差報(bào)警 |
SNVT_lev_disc |
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空氣質(zhì)量報(bào)警 |
SNVT_lev_disc |
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空調(diào)機(jī)故障報(bào)警 |
SNVT_lev_disc |
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時(shí)序選擇控制 |
SNVT_lev_disc |
| ||||
#pragma set_node_sd_string
AI,5PI,5SCHEDULE,3CONTROLDOAO,5LOGIC,
1CONFIG, FOR AIR CONTIONING.
五、軟件設(shè)計(jì)
1、PI函數(shù)的功能
SNVT_count PI( SNVT_temp_p Setpoint, SNVT _temp_p Spacetemp,
SNVT_temp_p OutDoortemp, SNVT_temp_p DeadBand,
SNVT_hvac_mode Mode, SNVT_lev_disc FanState,
SNVT_time_sec ByPassT, SNVT_lev_percent ByPassV,
SNVT_count PIDPropor-tion, SNVT_count PIDIntegral,
SNVT_count PIDInterval)
PI函數(shù)的返回值是nvoPidOut的數(shù)值。
PI函數(shù)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的功能包括：
(1) 制冷狀態(tài)下和加熱狀態(tài)下的控制算法。
(2) 采樣周期和PI周期的關(guān)系是：采樣周期是PI周期的十分之一，經(jīng)過十次采樣后求出采樣的平均值，再進(jìn)行PI運(yùn)算。
(3) PI輸出：輸出是百分比。在開機(jī)時(shí)，先固定閥門開度一定時(shí)間，然后再進(jìn)行PI控制。
2、SCHEDULE函數(shù)
SNVT_lev_disc SCHEDULE（BA_timezone *Timezone; SNVT_time_stamp *Time;
SNVT_date_day Week; )
SCHEDULE函數(shù)的返回值：nvoSchEnable。函數(shù)實(shí)現(xiàn)一年中可設(shè)7個(gè)節(jié)假日，一天中可設(shè)兩個(gè)工作時(shí)間段（由BA_Timezone定義）。每星期可選擇工作日，在工作時(shí)間外可自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)，在工作時(shí)間內(nèi)可自動(dòng)打開空調(diào)。
3、邏輯控制
邏輯控制模塊是最終處理輸出的控制器。所有的信號(hào)均傳遞給邏輯控制器，然后決定控制的輸出。整個(gè)軟件的控制流程如圖2所示：
圖2 邏輯控制流程圖
六、結(jié)束語
LON控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使得空調(diào)箱控制變得簡單，功能實(shí)現(xiàn)靈活、多樣化?？刂扑惴稍谥悄芄?jié)點(diǎn)設(shè)備中，適應(yīng)了智能建筑控制對(duì)象分散的特點(diǎn)。
