CN112097371B

CN112097371B - 一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统

Info

Publication number: CN112097371B
Application number: CN202011096591.9A
Authority: CN
Inventors: 王玺联; 赵辉; 张建军; 盖伟
Original assignee: Beijing Huasheng Yuhui Technology Co ltd; Yantai Zhongke Xinzhi Software Technology Co ltd; Yantai Dingyu Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Huasheng Yuhui Technology Co ltd; Yantai Zhongke Xinzhi Software Technology Co ltd; Yantai Dingyu Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2040-10-14
Also published as: CN112097371A

Abstract

本发明公开了一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，涉及空调主机控制系统技术领域。包括空调主机、分布式单元以及统筹调度控制器，所述分布式单元与统筹调度控制器之间电性连接，所述分布式单元以及统筹调度控制器与空调主机之间电性连接，该基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，将PLC系统的任务拆解成分布式单元的控制方式，使得每一个独立单体单元具备逻辑控制功能，可进行独立编程，逻辑单元之间能够进行信息交流，同时有中央调度单元进行调度，不同分布式单元控制单元之间可以进行点对点定向通信，在无需中央调度分布式单元作用下，也可以完成必要的联动连锁相关动作。

Description

一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统

技术领域

本发明涉及空调主机控制系统技术领域，具体为一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统。

背景技术

随着工厂自动化系统日益增长，有些集成度比较高的客户会要求将机组控制逻辑直接集成到厂商DCS系统，空调厂家需要协助厂家进行控制逻辑开发。采用分布式单元方法可以将机组控制单体分别进行拆分，DCS工程师只需要对机组受控设备进行指令控制，一方面能够保护自己知识产权无需外泄，同时能够极大的降低DCS厂商的软件开发难度，提高他们的软件健壮性。

大型中央空调主机设备一般体积较大，传感器众多，传统集中式控制系统方法导致主机配线长度较长，效率低下；按照每一个受控设备为单元进行分布式控制单元设计，进行独立逻辑编程控制，提高受控设备的安全性，均衡核心控制器的负荷，避免出现中心CPU负荷过高而触发可能的控制隐患，导致使用效果不佳，现有中央空调机组控制系统多采用PLC集中控制系统，没有发现采用基于分布式单元控制器的中央空调主机控制系统。本发明提出的分布式单元是具有可编程逻辑编程功能，可以独立进行单元控制，不同于常规的分布式IO系统，随着机组非标定制越来越多，特殊需求越来越密集，PLC控制系统软件在不断膨胀，给软件开发工程师软件维护增加了很大的工作量，同时增加了软件的不稳定因素，现有技术主要是基于一个CPU进行应用编程，外部单元只是完成数据采集，本身不具备逻辑编程功能，所有的稳定性全集中在PLC本体，本体CPU负荷过高；现有机组控制系统需要将传感器线缆都统一接入到机组控制盘，限于机组体积大，各种控制线缆，动力线缆，传感器线缆数量众多，导致布线工作量较大，外观美观性很难做到严格标准的量化处理，为此提出一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，将PLC系统的任务拆解成分布式单元的控制方式，使得每一个独立单体单元具备逻辑控制功能，可进行独立编程，逻辑单元之间能够进行信息交流，同时有中央调度单元进行调度，不同分布式单元控制单元之间可以进行点对点定向通信，在无需中央调度分布式单元作用下，也可以完成必要的联动连锁相关动作，分布式单元控制单元需要和调度分布式单元控制器进行通信同时不同分布式单元控制单元之间也可以进行自主通信，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，包括空调主机、分布式单元以及统筹调度控制器，所述分布式单元与统筹调度控制器之间电性连接，所述分布式单元以及统筹调度控制器与空调主机之间电性连接，所述分布式单元包括阀门分布式单元、泵分布式单元、风机分布式单元、管路分布式单元、抽气分布式单元、限位分布式单元、安保分布式单元以及压缩机分布式单元，所述分布式单元之间通过CAN节点和电源线四芯线缆就可以将各个控制节点进行串联起来，在机组本身上设计一条电源母线和级联通信总线，用于将各个控制节点进行串联，根据所述空调主机所拥有的主要受控设备分别采用阀门、泵、风机、管路、抽气、限位、安保以及压缩机分布式单元独立控制单元，所述分布式单元内部设置有分布式单元控制器，通过统筹调度控制器完成各分布式单元的管理与运行，各分布式单元之间不是孤立的，单元之间具备联动、连锁和其它信息交互关系。

进一步优化本技术方案，根据所述空调主机不同的规格，选配不同的单体分布式单元控制器，完成特定机型的控制装配，同时不同单体分布式单元控制器之间可以进行信息交流，实现必要的数据共享，一些受控设备之间的联动以及联锁，统筹调度控制器主要完成主机总体控制流程，各个单体控制程序之间的调度与协调，实现软件系统及硬件单体的组织、协调以及调度。

进一步优化本技术方案，所述分布式单元控制器用于完成模拟量采集、开关量,或者其它通信仪表等传感元件参数采集，并根据设备工艺要求完成逻辑控制，完成DO输出，启动或者关闭现场控制元件，同时与调度器通信，实现单体控制，既可以本地完成参数设定，同时可以在调度器上完成相关参数设定，软件包括驱动软件，固件解释器，预设应用软件，设备运行时间管理，累计运行时间统计，按照不同的控制元件预置不同的应用程序，精确到控制回路，通过设定软件进行组态选择。

进一步优化本技术方案，所述分布式单元控制器预置阀门、泵、风机、抽气、限位、安保、压缩机，冷凝器，蒸发器以及膨胀阀不同的通用控制指令，可以通过编程结合配置的方法实现控制逻辑与实际工艺的对应匹配。

进一步优化本技术方案，所述分布式单元控制器中单元控制器软件主要有驱动软件，处理软件，应用层软件三大部分，驱动软件主要完成外围通用输入采集，及其它外围电路底层驱动，处理软件作为中间核心处理层主要完成数据传输，指令解释运行，模拟量计算等功能，应用层软件根据不同的受控设备选择不同的预置指令，在预置指令无法满足时进行指令扩展，或者在预置指令的基础上进行新逻辑的实现。

进一步优化本技术方案，所述统筹调度控制器主要用于完成主机系统重要运行状态切换，与分布式单元进行实时通信，监控分布式单元的运行状态，系统报警管理，定时任务，运行统计，顺序控制，上行接口通信，通用输入，继电器输出。

进一步优化本技术方案，所述统筹调度控制器主要组成部分为CAN、以太网、485、通用输入、继电器输出以及指示灯。

进一步优化本技术方案，所述统筹调度控制器软件核心构成与分布式控制器单元一样，也是由驱动软件，处理软件，应用层软件三大部分组成，驱动软件主要完成外围通用输入采集，及其它外围电路底层驱动，处理软件作为中间核心处理层主要完成数据传输，指令解释运行，模拟量计算；应用层软件根据不同的受控设备选择不同的预置指令，在预置指令无法满足时进行指令扩展，或者在预置指令的基础上进行新逻辑的实现。

进一步优化本技术方案，除了具备分布式控制器单元的基本功能外，统筹调度控制器单元最主要完成的TP/DCS监视接口，分布式控制单元调度管理，定时任务，顺序控制，报警管理，运行状态统计等机组控制系统所需相关服务的统筹与协调。

与现有技术相比，本发明提供了一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，具备以下有益效果：

1、该基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，将PLC系统的任务拆解成分布式单元的控制方式，使得每一个独立单体单元具备逻辑控制功能，可进行独立编程，逻辑单元之间能够进行信息交流，同时有中央调度单元进行调度，不同分布式单元控制单元之间可以进行点对点定向通信，在无需中央调度分布式单元作用下，也可以完成必要的联动连锁相关动作，分布式单元控制单元需要和调度分布式单元控制器进行通信同时不同分布式单元控制单元之间也可以进行自主通信。

2、该基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，降低中央CPU的逻辑控制负荷，不同机型的控制系统根据受控设备选配不同的分布式控制单元组装，模块化装配更加灵活，实现受控设备就地配线，精简主机控制盘受控设备及传感器配线，提高机组配线外观美观度，基于受控设备为整体进行考虑，使得本发明更具备智能化。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统的系统总体组成示意图；

图2为本发明提出的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统的分布式单元之间的关系示意图；

图3为本发明提出的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统的分布式单元控制器基本组成结构图；

图4为本发明提出的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统的分布式单元控制器软件构成图；

图5为本发明提出的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统的统筹调度控制器组成结构图。

图6为本发明提出的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统的统筹调度控制器软件构成图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参考图1-6所示，一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，包括空调主机、分布式单元以及统筹调度控制器，所述分布式单元与统筹调度控制器之间电性连接，所述分布式单元以及统筹调度控制器与空调主机之间电性连接，所述分布式单元包括阀门分布式单元、泵分布式单元、风机分布式单元、管路分布式单元、抽气分布式单元、限位分布式单元、安保分布式单元以及压缩机分布式单元，所述分布式单元之间通过CAN节点和电源线四芯线缆就可以将各个控制节点进行串联起来，在机组本身上设计一条电源母线和级联通信总线，用于将各个控制节点进行串联，根据所述空调主机所拥有的主要受控设备分别采用阀门、泵、风机、管路、抽气、限位、安保以及压缩机分布式单元独立控制单元，所述分布式单元内部设置有分布式单元控制器，通过统筹调度控制器完成各分布式单元的管理与运行，各分布式单元之间不是孤立的，单元之间具备联动、连锁和其它信息交互关系，在机组机械本体设计时可以直接将通信总线和电源总线预设，留出母线节点，提高机组整体布线效果。

作为本实施例的具体优化方案，请参考图2所示，根据所述空调主机不同的规格，选配不同的单体分布式单元控制器，完成特定机型的控制装配，同时不同单体分布式单元控制器之间可以进行信息交流，实现必要的数据共享，一些受控设备之间的联动以及联锁，统筹调度控制器主要完成主机总体控制流程，各个单体控制程序之间的调度与协调，实现软件系统及硬件单体的组织、协调以及调度。

作为本实施例的具体优化方案，所述分布式单元控制器用于完成模拟量采集、开关量,或者其它通信仪表等传感元件参数采集，并根据设备工艺要求完成逻辑控制，完成DO输出，启动或者关闭现场控制元件，同时与调度器通信，实现单体控制，既可以本地完成参数设定，同时可以在调度器上完成相关参数设定，软件包括驱动软件，固件解释器，预设应用软件，设备运行时间管理，累计运行时间统计，按照不同的控制元件预置不同的应用程序，精确到控制回路，通过设定软件进行组态选择。

作为本实施例的具体优化方案，请参考图3所示，通过图3所示接口基本上可以满足空调主机各个受控单体的控制与传感检测，所述分布式单元控制器预置阀门、泵、风机、抽气、限位、安保、压缩机，冷凝器，蒸发器以及膨胀阀不同的通用控制指令，可以通过编程结合配置的方法实现控制逻辑与实际工艺的对应匹配；

通用输入：可以通过配置软件，配置成0-10V,0-20MA,NTC,PT100，PT1000，0-135Ω等模拟量信号采集输入端；配置成DI作为开关量进行使用，主要完成受控设备的保护开关，传感器检测，信号反馈，动作联络等功能。

继电器输出：主要完成受控单体运行停止控制，节点输出等动作功能。

指示灯：输入输出指示，系统运行指示等功能。

AO:主要完成变频器信号输出或者其它仪表参数。

CAN：主要完成模块间级联以及与主板之间的通信联络，模块间的通信联络，分布式单元不仅完成和调度器之间的通信同时完成模块间的信息交互。

485：主要是和编程软件通信，在预置指令和控制逻辑无法满足现场应用时由工程师进行图形可视化编程，扩展应用。完成单体设备控制器控制相关设定参数的设定与修改。

作为本实施例的具体优化方案，请参考图4所示，所述分布式单元控制器中单元控制器软件主要有驱动软件，处理软件，应用层软件三大部分，驱动软件主要完成外围通用输入采集，及其它外围电路底层驱动，处理软件作为中间核心处理层主要完成数据传输，指令解释运行，模拟量计算等功能，应用层软件根据不同的受控设备选择不同的预置指令，在预置指令无法满足时进行指令扩展，或者在预置指令的基础上进行新逻辑的实现。

作为本实施例的具体优化方案，所述统筹调度控制器主要用于完成主机系统重要运行状态切换，与分布式单元进行实时通信，监控分布式单元的运行状态，系统报警管理，定时任务，运行统计，顺序控制，上行接口通信(DCS或者集控系统)，通用输入，继电器输出。

作为本实施例的具体优化方案，请参考图5所示，所述统筹调度控制器主要组成部分为CAN、以太网、485、通用输入、继电器输出以及指示灯。

CAN：主要完成于分布式模块的级联与通信，完成主机上各个分布式控制器单元的数据采集。

以太网：主要完成于触摸屏或者其它上位机接口通信。

485：主要完成控制器参数设定，预置逻辑参数设定与配置；图形可视化编程接口。

通用输入：调度器兼容分布式控制器单元的部分功能，可以将调度器附近的受控设备进行传感检测和控制，基本功能与分布式单元控制器相同。

继电器输出：该部分功能与分布式单元控制器功能相同。

指示灯：主要对输入、输出状态进行指示，通信状态，CPU运行状态进行指示。

作为本实施例的具体优化方案，请参考图6所示，所述统筹调度控制器软件核心构成与分布式控制器单元一样，也是由驱动软件，处理软件，应用层软件三大部分组成，驱动软件主要完成外围通用输入采集，及其它外围电路底层驱动，处理软件作为中间核心处理层主要完成数据传输，指令解释运行，模拟量计算；应用层软件根据不同的受控设备选择不同的预置指令，在预置指令无法满足时进行指令扩展，或者在预置指令的基础上进行新逻辑的实现，除了具备分布式控制器单元的基本功能外，统筹调度控制器单元最主要完成的TP/DCS监视接口，分布式控制单元调度管理，定时任务，顺序控制，报警管理，运行状态统计等机组控制系统所需相关服务的统筹与协调。

本发明解决的主要技术问题：1、降低中央CPU的逻辑控制负荷；2、不同机型的控制系统根据受控设备选配不同的分布式控制单元组装，模块化装配更加灵活；3、避免当前采用的统一汇总多组线缆都接入控制盘的接线方案，实现受控设备就地配线，精简主机控制盘受控设备及传感器配线，提高机组配线外观美观度；4、提高计装配线作业效率；5、和现有技术的本质区别，现有采用以通用检测量和输出量为受控单元，而发明是基于受控设备为整体进行考虑。发明更具备智能化，依据受控设备的属性来进行统筹。

主要发明点：现在需要将PLC系统的任务拆解成分布式单元的控制方式，使得每一个独立单体单元具备逻辑控制功能，可进行独立编程，逻辑单元之间能够进行信息交流，同时有中央调度单元进行调度，不同分布式单元控制单元之间可以进行点对点定向通信，在无需中央调度分布式单元作用下，也可以完成必要的联动连锁相关动作，分布式单元控制单元需要和调度分布式单元控制器进行通信同时不同分布式单元控制单元之间也可以进行自主通信。

1、主机分布式单元控制系统采用电源母线和CAN总线完成调度分布式单元和各个控制单元分布式单元之间的供电与信息联络。

2、将机组的各个控制单元进行分布式单元控制器专用模块化，便于根据不同机组的配置进行控制系统的快速搭配与组建。

3、采用了分布式单元控制单元分担主机各个功能模块，极大降低了调度单元的计算负荷，减少了主控单元的软件规模，使单个单元软件模块化，专用化程度大幅度提高，提高了程序的可维护性。

4、不同分布式单元控制单元之间可以进行点对点定向通信，在无需中央调度分布式单元作用下，也可以完成必要的联动连锁相关动作。

5、分布式单元控制单元需要和调度分布式单元控制器进行通信同时不同分布式单元控制单元之间也可以进行自主通信。

6、各个分布式单元控制单元除了预置对应子设备单元的控制软件，还允许进行二次编程和根据情况进行工艺逻辑的调整。

本系统中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。

值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，包括空调主机、分布式单元以及统筹调度控制器，其特征在于，所述分布式单元与统筹调度控制器之间电性连接，所述分布式单元以及统筹调度控制器与空调主机之间电性连接，所述分布式单元包括阀门分布式单元、泵分布式单元、风机分布式单元、管路分布式单元、抽气分布式单元、限位分布式单元、安保分布式单元以及压缩机分布式单元，所述分布式单元之间通过CAN节点和电源线四芯线缆就可以将各个控制节点进行串联起来，在机组本身上设计一条电源母线和级联通信总线，用于将各个控制节点进行串联，根据所述空调主机所拥有的受控设备分别采用阀门、泵、风机、管路、抽气、限位、安保以及压缩机分布式单元独立控制单元，所述分布式单元内部设置有分布式单元控制器，通过统筹调度控制器完成各分布式单元的管理与运行，各分布式单元之间不是孤立的，单元之间具备联动、连锁和其它信息交互关系；

根据所述空调主机不同的规格，选配不同的单体分布式单元控制器，完成特定机型的控制装配，同时不同单体分布式单元控制器之间可以进行信息交流，实现必要的数据共享，一些受控设备之间的联动以及联锁，统筹调度控制器主要完成主机总体控制流程，各个单体控制程序之间的调度与协调，实现软件系统及硬件单体的组织、协调以及调度。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，其特征在于，所述分布式单元控制器用于完成模拟量采集、开关量,或者其它通信仪表等传感元件参数采集，并根据设备工艺要求完成逻辑控制，完成DO输出，启动或者关闭现场控制元件，同时与调度器通信，实现单体控制，既可以本地完成参数设定，同时可以在调度器上完成相关参数设定，软件包括驱动软件，固件解释器，预设应用软件，设备运行时间管理，累计运行时间统计，按照不同的控制元件预置不同的应用程序，精确到控制回路，通过设定软件进行组态选择。

3.根据权利要求1所述的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，其特征在于，所述分布式单元控制器预置阀门、泵、风机、抽气、限位、安保、压缩机，冷凝器，蒸发器以及膨胀阀不同的通用控制指令，可以通过编程结合配置的方法实现控制逻辑与实际工艺的对应匹配。

4.根据权利要求1所述的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，其特征在于，所述分布式单元控制器中单元控制器软件主要有驱动软件，处理软件，应用层软件三大部分，驱动软件主要完成外围通用输入采集，及其它外围电路底层驱动，处理软件作为中间核心处理层主要完成数据传输，指令解释运行，模拟量计算等功能，应用层软件根据不同的受控设备选择不同的预置指令，在预置指令无法满足时进行指令扩展，或者在预置指令的基础上进行新逻辑的实现。

5.根据权利要求1所述的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，其特征在于，所述统筹调度控制器主要用于完成主机系统重要运行状态切换，与分布式单元进行实时通信，监控分布式单元的运行状态，系统报警管理，定时任务，运行统计，顺序控制，上行接口通信，通用输入，继电器输出。

6.根据权利要求1所述的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，其特征在于，所述统筹调度控制器主要组成部分为CAN、以太网、485、通用输入、继电器输出以及指示灯。

7.根据权利要求1所述的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，其特征在于，所述统筹调度控制器软件核心构成与分布式控制器单元一样，也是由驱动软件，处理软件，应用层软件三大部分组成，驱动软件主要完成外围通用输入采集，及其它外围电路底层驱动，处理软件作为中间核心处理层主要完成数据传输，指令解释运行，模拟量计算；应用层软件根据不同的受控设备选择不同的预置指令，在预置指令无法满足时进行指令扩展，或者在预置指令的基础上进行新逻辑的实现。

8.根据权利要求7所述的一种基于分布式单元控制器实现的中央空调主机控制系统，其特征在于，除了具备分布式控制器单元的基本功能外，统筹调度控制器单元最主要完成的TP/DCS监视接口，分布式控制单元调度管理，定时任务，顺序控制，报警管理，运行状态统计等机组控制系统所需相关服务的统筹与协调。