1 行业介绍

空调控制系统(Air Conditioning Control System)是依据组态王与PLC通讯，PLC通过扩展的通讯口分别于房间的空调控制面板通讯，最后通过每个房间的面板来控制该房间的空调，使整个楼程的空调控制集成在一个控制界面的系统（如图1）。

图1 空调控制系统

2 系统设计方案

2.1 方案背景

该空调控制系统之前使用的系统方案为房间单独通过面板控制；由于这种控制楼程的物业没有办法实现统一的管理，同时造成很多不必要的浪费，客户希望可以通过授权给物业的管理员，让管理员来统一管理空调的开放时间、设定温度以及空调的工作模式设定等。空调控制系统系统方案如表1。

表1 空调控制系统系统方案

2.2 客户需求

根据客户要求，空调控制系统需要达到四种控制模式：总开关控制、总制冷制热模式控制、面板锁定、温度设定与显示控制四种模式。系统只需通过登录界面选取对应的管理权限，然后输入管理密码，变可以获得相应的权限，然后通过系统实现以上的功能。空调控制系统的具体功能要求如表2。

表2 空调控制系统具体功能要求

2.3 解决方案

空调控制系统首先需要控制400个空调面板，一个PLC同时通讯控制这么多面板，担心通讯效果不好，便采取了10个PLC通讯，同时每个PLC扩展5个通讯口，每个通讯口通讯13个面板；该方案主要包括系统硬件设计和系统软件设计，其中系统硬件设计包括产品配置、设施结构和电气控制三部分，系统软件包括流程控制、I/O配置和程序设计三部分；空调控制系统设计参数如表3；实物图如图2。

表3 空调控制系统设计参数                      图2 空调控制系统实物效果图

基于上述各项技术指标，空调控制系统系统方案架构如图3；本方案控制系统采用永宏功能型FBS系列PLC控制器，控制整体设备的动作流程；采用施耐德的面板控制空调；上位机采用组态王提供操作画面、温度设定、楼层选择等，客户要求根据房间不同需要对各个房间进行单独的设定。

图3 空调控制系统方案架构图

3 系统硬件设计

3.1 硬件配置

空调控制系统设备的系统硬件由10台永宏FBS-20MCT2-AC PLC作为控制单元、组态王软件作为上位机监控、施耐德面板控制空调组成。空调控制系统设备系统硬件清单如表4；空调控制系统设备系统硬件配置如图4。

表4 空调控制系统设备硬件明细表                 图4 空调控制系统设备硬件配置图

3.2机械结构

空调控制系统设备的整体结构主要由三部分组成：控制系统（PLC构成）、监控系统（组态王作为监控软件）和执行系统（空调面板）。空调控制系统设备整体结构解析如图5。

图5 空调控制系统整体结构解析图

3.3 电气控制

空调控制系统设备的电气控制采用永宏PLC作为设备核心控制单元，实现对执行单元——空调控制面板控制。空调控制系统设备的PLC接线原理如图6，PLC电气控制柜接线如图7。

图6 空调控制系统设备电气控制原理图

图7 空调控制系统设备电气控制柜接线图

4 系统软件设计

4.1 工艺流程

空调控制系统设备的工艺流程主要包括三部分：总开关、制冷/制热和温度控制，这三个部分各自单独为一种工作模式。空调控制系统设备的工艺流程如图8。

图8 空调控制系统设备工艺流程图

4.2 控制流程

空调控制系统设备的控制流程如图9。

图9 空调控制系统设备控制流程图

4.3 PLC I/O点配置

根据空调控制系统设备的工艺流程和控制要求，将全部通过永宏PLC通讯进行设定；PLC输入数据配置如表5，输出数据配置表如表6。

表5 PLC输入数据配置表

表6 PLC输出数据配置表

4.4 PLC功能指令应用

4.4.1 MODBUS通讯控制指令

本方案采用永宏FUN 150(M-BUS)指令，即MODBUS通讯指令；该指令最多可实现255条标准的MODBUS通讯，该指令是一条衍生指令，编辑简单、易懂。

由于设备采用400个空调控制面板分别控制每个房间的空调，通过该指令变可以方便的实现多个控制面板的通讯，让面板的控制变得简便，降低了使用的成本，永宏PLC通讯程序程序如图10。

图10 永宏PLC FUN150指令程序

4.4.2通讯表格参数

本方案采用永宏FUN 150(M-BUS)指令，即MODBUS通讯指令，通过SR+2缓存器来动态修改站号，让原本繁杂的数据一下变得简便很多。永宏PLC通讯参数表格如图11所示。

图11 通讯参数表格

4.4.3读取/写入通讯指令

本方案采用永宏FUN150(M-BUS)指令，即MODBUS通讯指令，面板闪烁，读写程序分开，每次通讯都写入2次，确保数据能够写入。永宏PLC通讯程序如图12所示。

图12 永宏PLC FUN150 MODBUS指令程序

4.5 上位机画面设计

4.5.1 登陆画面

空调控制系统的登陆界面主要用于系统管理员的登陆与登陆密码修改，登陆画面如图13。

图13 登陆界面

4.5.2楼层选择界面

空调控制系统的楼层选择用于总开关、总制冷/制热以及各楼层选择以及各楼层控制用，楼层选择如图14。

图14 楼层选择

4.5.3 楼层画面

空调控制系统的楼层画面按照个楼层的房间分布设计，管理员通过房间号以及房间分布的图便可以一目了然的知道要设定或者查看的房间实际在什么位置。楼层画面如图15。

图15 楼层画面

4.5.4面板画面

空调控制系统的面板画面按照空调面板的实物图绘制，各个功能也是按照面板实际操作的步骤来设计，让管理员上手无难度。面板画面如图16。

图16 面板画面

5 结论（实施结果）

空调控制系统属于暖通行业比较常见的子系统，由于现在的办公大楼都需要安装空调系统，同时为了物业便于管理，各个物业公司都会想尽办法来实现统一而有效的管理方法，这个系统便是在客户的需求下诞生。本套系统通过常用的PLC与智能面板的通讯来控制楼宇的空调系统，同时将整个大楼的各楼层平面分布图绘制与控制系统中，大大提高了控制的方便性，同时客户对调试结果相当满意，通讯部分采用了2次写入的方式有效解决了刚开始时出现的部分房间的无效控制，市场前景相当可观。