CN103472822B - 一种中央空调自动控制系统的仿真测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中央空调自动控制系统的仿真测试装置及测试方法，属于建筑节能及自动控制技术领域。本发明所述的仿真测试装置及其测试方法，可实现对待测对象基础运行功能、全自动运行功能及节能效果的测试，测试更加全面。本发明所述的仿真测试装置及其测试方法，是通过模拟仿真技术实现的，相比传统测试方法，无需搭建水系统设备，投入小，技术风险小，运行成本低，可实现性高。

Description

一种中央空调自动控制系统的仿真测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种中央空调自动控制系统的仿真测试装置及测试方法，属于建筑节能及自动控制技术领域。

背景技术

目前，建筑节能已成为公众关注的热点。建筑中的主要能耗来自中央空调系统，面对日益高涨的节能、绿色、环保呼声，中央空调系统节能已成为趋势。中央空调系统节能方式里，应用全自动的节能控制系统，实时根据冷量需求调整设备的工作状态，实现高效节能运行，是一种行之有效且适用范围广的节能手段，正在逐步得到推广应用。

全自动节能控制系统的控制原理和工作策略，直接影响着节能效果。传统上，检测控制系统的节能效果，需要将其应用到实体建筑或某一专门搭建的中央空调系统内，经过一段时间的运行，通过分析运行数据才能得出结论。此方法固然真实、可靠，但是投入高，前期技术风险大，同时，因我国横跨多个气候带，各地气候条件迥异，测试难免会有一定的局限性。鉴于此，很多自动控制系统厂家在宣传其节能效果时，均采用估算或经验数据的方法，结果较为粗放。因此，设计一种投入、运行成本较低，测试工况贴近现场实际环境，测试结果准确的测试装置及测试方法意义重大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有控制系统测试中存在的投入高、前期技术风险大、存在一定测试局限性的问题，提供一种中央空调自动控制系统的仿真测试装置及测试方法，该装置能够实时模拟中央空调系统的运行状态参数，并记录、分析待测对象根据系统运行状态的改变做出的指令响应，通过预先设计的测试方法，测试控制系统的功能完整性及节能效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种中央空调自动控制系统的仿真测试装置，待测对象为中央空调自动控制系统，待测对象可以实时采集现场设备或仿真系统传送的运行状态参数，分析、计算并发出指令，使设备工作在最佳运行效率区间；外围设备为中央空调水系统；

该仿真测试装置包括模拟仿真测试系统和运行数据库；

所述的模拟仿真测试系统包括控制柜、继电器柜和人机界面控制台；

所述的控制柜由PLC、路由器、电源和开关组成，电源经由开关连接至PLC及路由器的供电接口，用以控制PLC及路由器的供电；

所述的继电器柜由继电器、电源和开关组成；电源用于给继电器供电，并通过开关进行切换；

控制柜的PLC通过数字量输出接口，与继电器柜的继电器相连接；PLC通过数字量输出接口状态的变化，带动继电器线圈动作，从而对实际运行中的中央空调水系统的阀门开闭进行模拟；继电器柜的继电器触点与待测对象的数字量输入接口相连接，从而模拟中央空调水系统的阀门开闭过程状态信号的变化；

控制柜的PLC通过模拟量输出接口与待测对象的模拟量输入接口连接；模拟量输出接口用于模拟中央空调水系统中各种传感器采集传输的数据，传感器包括流量传感器、管道温度传感器、室外温度传感器、湿度传感器、设备功率传感器和压差传感器；

控制柜的PLC通过数字量输入、模拟量输入接口与待测对象的数字量输出及模拟量输出接口连接，用于接收待测对象发出的控制指令，并对指令做出响应，同时将控制指令传送给人机界面控制台，人机界面控制台指令正确性做出判断；

控制柜的PLC通过数字通讯接口与待测对象数字通讯接口连接；PLC的数字通讯接口用于模拟中央空调水系统中各类通过数字通讯接口进行控制的受控设备；控制柜的PLC通过模拟各类受控设备的通讯协议，模拟受控设备运行状态参数的变化，同时，控制柜的PLC接收待测对象发送的控制指令，并对指令做出响应，受控设备包括冷水机组、变频器、锅炉、换热机组中的一个以上；

控制柜的PLC通过以太网接口连接至路由器，再由以太网接口连接至人机界面控制台的计算机，计算机用于接收并反馈人机界面控制台的控制指令，从而改变各接口的状态，模拟中央空调不同的工作工况；

人机界面控制台由计算机、指示灯、开关及电源组成；

人机界面控制台的电源经由开关连接到计算机及指示灯，提供运行电源；指示灯用于指示人机界面控制台的工作状态；计算机通过以太网接口经由路由器与控制柜的PLC相连接；

计算机获取运行数据库里中央空调水系统运行状态参数，并将运行状态参数通过以太网接口传送给控制柜的PLC，同时，计算机接收PLC传输的对待测对象控制指令的响应，并记录、分析控制指令对中央空调水系统运行状况的影响，得出测试结果；

计算机还将通过图形、图表方式显示模拟仿真测试系统的运行状态，并实现数据记录、数据导出、报表生成、打印功能；

运行数据库记录有不同地区，不同建筑的中央空调水系统全年运行数据，可根据待测对象的实际应用地区和建筑类型进行输出，实现测试的精确性；

运行数据库与模拟仿真测试系统具有直接数据交换。

本发明的中央空调自动控制系统的仿真测试方法，其测试过程由以下步骤组成：

1）根据测试需求，通过人机界面控制台的计算机从运行数据库中选取对应的运行数据信息；

2）在人机界面控制台的计算机上依次选择手动测试或自动测试，并在待测对象上做出对应操作；

3）人机界面控制台的计算机根据手动测试内容或自动测试内容，将步骤1）获取的运行数据信息传送给模拟仿真测试系统，模拟仿真测试系统在测试过程中，实时模拟并响应待测对象发送的控制指令，并将控制指令传送给人机界面控制台的计算机，人机界面控制台的计算机通过比对分析，对控制指令的正确性、合理性、变化幅度进行分析，得出测试结果，实现对待测对象基础功能及节能效果的测试；

4）测试结果在人机界面控制台的计算机上进行显示，并根据需求实现数据记录、数据导出、报表生成、打印功能。

所述步骤2）中的手动测试分为以下步骤：

1）基础功能测试：模拟仿真测试系统对待测对象发出的指令做出正常响应，对待测对象控制各个受控设备完成基础运行功能进行测试；

2）故障响应测试：模拟仿真测试系统模拟实际运行中设备故障的工况，通过记录待测对象发出的故障报警信号及故障保护措施，完成其故障响应的测试。

所述步骤2）中的自动测试分为以下步骤：

1）自动运行测试

待测对象选取自动运行模式，模拟仿真测试系统对待测对象发出的指令做出正常响应，待测对象根据内嵌程序，依次自动发出控制指令，指示受控设备依次启动运转；模拟仿真测试系统响应并记录指令，完成待测对象的自动运行测试；

2）节能控制效果测试

待测对象根据模拟仿真测试系统传送的中央空调水系统运行状态参数，实时发出控制指令，调整受控设备的运行状态，使其运行在最佳效率区间；

模拟仿真测试系统实时接收、记录并分析控制指令，通过计算将其转换成对应的能耗数值，从而完成对待测对象节能控制效果的测试；

模拟仿真测试系统还将根据运行数据库的数据，实时改变模拟的中央空调水系统运行状态参数，以模拟中央空调水系统受控设备全年的工作工况，实现全面测试。

有益效果

因所有中央空调系统的运行参数都可以转换为数据参数值，故只需获取真实的运行数据，本发明提供的仿真测试装置便可以充分模拟还原中央空调系统运行状态，使测试结果更加准确、贴近实际工况。

通过改变本发明所述的运行数据库内数据，更改模拟的中央空调系统参数，便可模拟不同地区、不同建筑的中央空调系统，从而实现测量的灵活性，同时，使得测量更有针对性。

本发明所述的仿真测试装置及其测试方法，可实现对待测对象基础运行功能、全自动运行功能及节能效果的测试，测试更加全面。

本发明所述的仿真测试装置及其测试方法，是通过模拟仿真技术实现的，相比传统测试方法，无需搭建水系统设备，投入小，技术风险小，运行成本低，可实现性高。

附图说明

图1是本发明的仿真测试装置的组成示意图；

图2是本发明所述的仿真测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例

图1是仿真测试装置的结构组成示意图，主要包括：模拟仿真测试系统及运行数据库，另外还有测试装置在使用过程中所必需的部分：待测对象。模拟仿真测试系统主要包括：继电器柜，控制柜及人机界面控制台。人机界面控制台与运行数据库有直接数据交换。人机界面控制台通过以太网接口与控制柜内的PLC进行通讯；PLC通过模拟量输入，模拟量输出，数字量输入，数字通讯接口直接与待测对象连接；PLC通过数字量输出接口，经由继电器柜内继电器，与待测对象连接，从而实现完整的通讯连接。

为了更进一步说明其工作原理，优选一个实例进行举例说明。

通过人机界面控制台，选择待模拟的运行数据，本实施例选取建设地点在北京的某项目，总制冷量3517KW，设备主要包括：4台冷水机组，4台冷冻水泵，4台冷却水泵，4台冷却塔及管路阀门。模拟运行数据为2012年6月15日的运行数据。

先通过人机界面控制台点选该项目，并选择需要模拟的运行数据的日期，人机界面控制台的计算机将自动从运行数据库载入该项目当日的运行数据。

当选择测试内容并开始进行测试时，人机界面控制台的计算机通过以太网接口将运行数据传输给控制柜内的PLC，数据主要包括：该时间点的流量传感器、管道温度传感器、室外温度及湿度传感器、设备功率传感器、压差传感器参数记录值。控制柜内的PLC将这些参数进行转换，并通过模拟量输出接口传输给待测对象。对于本实施例，数据为上午8时的记录值，流量传感器读数为168GPM，冷冻水回水温度传感器读数为12.3℃，冷冻水出水温度传感器读数为8.1℃，冷却水回水温度传感器读数为27.3℃，冷却水出水温度传感器读数为30.8℃，室外温度传感器读数为24.7℃，冷水机组功率为91.3kW，冷冻水泵功率为36.3kW，冷却水泵功率为24kW，冷却塔风机功率为4.7kW，压差传感器读数为6bar。

待测对象经过计算，将这些参数转换成数字量、模拟量、数字通讯信号，以控制指令的形式传输给控制柜，控制柜获得控制指令，做出相应的响应，一方面通过数字量、模拟量、数字通讯接口反馈给待测对象，一方面反馈给人机界面控制台，人机界面控制台的计算机记录指令反馈情况。

当运行数据发生变化，人机界面控制台的计算机通过以太网接口将新的运行数据传输给控制柜内的PLC，控制柜内的PLC将这些参数传输给待测对象。对于本实施例，数据为上午8时15分的记录值，流量传感器读数为151GPM，冷冻水回水温度传感器读数为11.1℃，冷冻水出水温度传感器读数为7.7℃，冷却水回水温度传感器读数为28.1℃，冷却水出水温度传感器读数为30.6℃，室外温度传感器读数为25℃，压差传感器读数为6bar。

待测对象经过计算，并与前一时刻的信号进行比对分析，做出相应的变化后的控制指令，将这些参数转换成数字量、模拟量、数字通讯信号，以控制指令的形式传输给控制柜，控制柜获得新控制指令，做出相应的响应，反馈给待测对象，同时，反馈给人机界面控制台，人机界面控制台的计算机记录新的指令反馈情况。对于本实施例，待测对象经过计算、对比分析，得出系统总制冷量减小的结论，并实时调整冷水机组功率至67.3kW，冷冻水泵功率至35kW，冷却水泵功率至22.2kW，冷却塔风机功率至3.6kW，并将修改后的指令传输给控制柜，控制柜做出响应，并将结果反馈给人机界面控制台的计算机进行记录。

当对最后一条模拟运行数据做出响应后，系统自动停止模拟运行测试，并将所有记录的指令反馈情况与实际运行结果或最优结果进行对比，从而得出测试结论。对于本实施例，系统实际运行数据在8时15分的记录为：冷水机组功率为68.5kW，冷冻水泵功率为36kW，冷却水泵功率为22.2kW，冷却塔风机功率为3.6kW，与待测对象经过计算、对比分析后输出的结果趋势相同，且结果相近，从而可以得出待测对象在此次测试中达到预期设计效果，控制功能有效的测试结论。

图2展示了仿真测试装置的测试流程，为了更进一步说明其测试流程，优选一个实施例进行说明。

对于实施例，在确定测试需求后，选取对中央空调水系统的阀门开闭控制功能进行测试。之后，从运行数据库中选择运行数据，选取建设地点在山东省的某项目，项目阀门数量4个。随后，选择测试方式，选取手动测试。选择手动测试后，需选择测试内容，实施例选取基础功能测试。选择完毕后，模拟仿真测试系统将阀门数量传送给待测对象，同时，人机界面上也会显示阀门测试界面。操作人员根据人机界面提示，在待测对象上操作，依次发出打开4个阀门的指令，模拟仿真测试系统收到指令并等待30秒，会向待测对象发送阀门已打开的信号。此时，若待测对象控制功能正常，即成功发出打开阀门指令，并收到模拟仿真测试系统发送的信号，应改变4个阀门状态为打开，若控制功能不正常，则不会显示为打开状态。对于实施例，1、2、3号阀门正常显示已打开，4号阀门未显示已打开，并发出故障报警。经检查，待测对象内部4号阀门对应的状态反馈接线有误，修正接线后，重新对4号阀门进行测试，恢复正常，待测对象中4号阀门在打开命令发出后，显示状态为打开。系统在全部测试内容进行完毕后，自动退出测试，回到选择测试方式界面。对于实施例，测试已经完成，选择退出，系统自动进行数据汇总，统计测试结果，即所测试4个阀门均已通过测试，功能正常，操作人员可根据需求进一步执行图表生成，输出或打印操作。

Claims (5)

1.一种中央空调自动控制系统的仿真测试装置，待测对象为中央空调自动控制系统，外围设备为中央空调水系统；

其特征在于：

该仿真测试装置包括模拟仿真测试系统和运行数据库；

所述的模拟仿真测试系统包括控制柜、继电器柜和人机界面控制台；

所述的控制柜由PLC、路由器、电源和开关组成，电源经由开关连接至PLC及路由器的供电接口，用以控制PLC及路由器的供电；

所述的继电器柜由继电器、电源和开关组成；电源用于给继电器供电，并通过开关进行切换；

控制柜的PLC通过数字量输出接口，与继电器柜的继电器相连接；PLC通过数字量输出接口状态的变化，带动继电器线圈动作；继电器柜的继电器触点与待测对象的数字量输入接口相连接；

控制柜的PLC通过模拟量输出接口与待测对象的模拟量输入接口连接；模拟量输出接口用于模拟中央空调水系统中各种传感器采集传输的数据，传感器包括流量传感器、管道温度传感器、室外温度传感器、湿度传感器、设备功率传感器和压差传感器；

控制柜的PLC通过数字量输入、模拟量输入接口与待测对象的数字量输出及模拟量输出接口连接，用于接收待测对象发出的控制指令，并对指令做出响应，同时将控制指令传送给人机界面控制台，人机界面控制台对指令正确性做出判断；

控制柜的PLC通过数字通讯接口与待测对象数字通讯接口连接；PLC的数字通讯接口用于模拟中央空调水系统中各类通过数字通讯接口进行控制的受控设备；控制柜的PLC通过模拟各类受控设备的通讯协议，模拟受控设备运行状态参数的变化，控制柜的PLC接收待测对象发送的控制指令，并对指令做出响应，受控设备包括冷水机组、变频器、锅炉、换热机组中的一个以上；

控制柜的PLC通过以太网接口连接至路由器，再由以太网接口连接至人机界面控制台的计算机，计算机用于接收并反馈人机界面控制台的控制指令，从而改变各接口的状态，模拟中央空调不同的工作工况；

人机界面控制台由计算机、指示灯、开关及电源组成；

人机界面控制台的电源经由开关连接到计算机及指示灯，提供运行电源；指示灯用于指示人机界面控制台的工作状态；计算机通过以太网接口经由路由器与控制柜的PLC相连接；

计算机获取运行数据库里中央空调水系统运行状态参数，并将运行状态参数通过以太网接口传送给控制柜的PLC，同时，计算机接收PLC传输的对待测对象控制指令的响应，并记录、分析控制指令对中央空调水系统运行状况的影响，得出测试结果。

2.根据权利要求1所述的一种中央空调自动控制系统的仿真测试装置，其特征在于：计算机通过图形、图表方式显示模拟仿真测试系统的运行状态，并实现数据记录、数据导出、报表生成、打印功能。

3.根据权利要求1所述的一种中央空调自动控制系统的仿真测试装置，其特征在于：运行数据库记录有不同地区，不同建筑的中央空调水系统全年运行数据，可根据待测对象的实际应用地区和建筑类型进行输出。

4.根据权利要求1所述的一种中央空调自动控制系统的仿真测试装置，其特征在于：运行数据库与模拟仿真测试系统具有直接数据交换。

5.一种利用权利要求1中所述的中央空调自动控制系统的仿真测试装置对中央空调自动控制系统的进行仿真测试方法，其特征在于步骤为：

1)根据测试需求，通过人机界面控制台的计算机从运行数据库中选取对应的运行数据信息；

2)在人机界面控制台的计算机上依次选择手动测试或自动测试，并在待测对象上做出对应操作；

3)人机界面控制台的计算机根据手动测试内容或自动测试内容，将步骤1)获取的运行数据信息传送给模拟仿真测试系统，模拟仿真测试系统在测试过程中，实时模拟并响应待测对象发送的控制指令，并将控制指令传送给人机界面控制台的计算机，人机界面控制台的计算机通过比对分析，对控制指令的正确性、合理性、变化幅度进行分析，得出测试结果，实现对待测对象基础功能及节能效果的测试；

4)测试结果在人机界面控制台的计算机上进行显示，并根据需求实现数据记录、数据导出、报表生成、打印功能；

所述步骤2)中的手动测试分为以下步骤：

1)基础功能测试：模拟仿真测试系统对待测对象发出的指令做出正常响应，对待测对象控制各个受控设备完成基础运行功能进行测试；

2)故障响应测试：模拟仿真测试系统模拟实际运行中设备故障的工况，通过记录待测对象发出的故障报警信号及故障保护措施，完成其故障响应的测试；

所述步骤2)中的自动测试分为以下步骤：

1)自动运行测试

待测对象选取自动运行模式，模拟仿真测试系统对待测对象发出的指令做出正常响应，待测对象根据内嵌程序，依次自动发出控制指令，指示受控设备依次启动运转；模拟仿真测试系统响应并记录指令，完成待测对象的自动运行测试；

2)节能控制效果测试

待测对象根据模拟仿真测试系统传送的中央空调水系统运行状态参数，实时发出控制指令，调整受控设备的运行状态，使其运行在最佳效率区间；

模拟仿真测试系统实时接收、记录并分析控制指令，通过计算将其转换成对应的能耗数值，从而完成对待测对象节能控制效果的测试；

模拟仿真测试系统还将根据运行数据库的数据，实时改变模拟的中央空调水系统运行状态参数，以模拟中央空调水系统受控设备全年的工作工况，实现全面测试。