摘 要:CAN总线是目前最流行的现场总线之一,具有多主工作方式、传输速度快、距离远、自动解决总线竞争、自动重发功能、纠错能力强等特点。在分析了中央空调系统原理的基础上,重点比较了在楼宇自动化中常用的LonWorks和CAN总线技术,提出了CAN总线较适合于安全性和实时性要求较高的中小型系统的观点,并确定了开发方案。
关键词:现场总线 中央空调 控制系统 CAN总线技术
中图分类号:TU83文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)11(c)-0038-01
当前,空气调节技术已经在社会的各个领域得到了广泛的应用。随着空调业在建筑行业的迅速发展,目前国内商业建筑的空调设计更趋于复杂、庞大,空调系统所占整个建筑物能耗的比重越来越大,业主对建筑物内的舒适度以及节能的要求也越来越高。在近十几年来,空调自动控制系统得到了突飞猛进的发展[1]。本文主要探讨了现场总线在中央空调控制系统中的应用问题。
1 中央空调系统的控制任务和控制功能
中央空调系统的控制任务是自动调节空气温度、空气湿度、风速、送风量及空气的洁净度等,满足不同用户的需求,在不同的气候条件下,自动保证空调室内得到较为满意的“人工气候”条件,并合理的使用空调系统的冷热源,节省能耗。
以某大楼的中央空调系统为例,列出空调系统的控制要求。
(1)空调系统检测与控制。①自动检测新风、送风、回风及被控房间温、湿度及正压值,表冷器的供、回水温度;②自动检测送、回风机,故障报警;③根据室外空气状态和室内正压值自动调节新风、回风、排风阀开度;④根据被控参数及设定参数自动调节表冷器、加湿器的电动调节阀的开度,并在控制器面板上显示其开度;⑤中、低效过滤器压差状态及超差报警;⑥送、回风静压检测,送、风量过低报警,风机故障报警,温湿度超限报警;⑦风机的自动启停,电动风阀的联锁。
(2)集中制冷站检测与控制。①自动检测冷冻水供回水的温度和压力、流量;②自动检测冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔风机的运行状态及故障状态,并实现远程启停控制;③自动检测补给水箱、膨胀水箱的水位,并实现自动补水控制。④冷水机组、冷冻水泵、补充水泵、冷却塔风机的联锁控制,备用状态自动投入;⑤冷冻水泵、补充水泵的启停信号、故障报警及启停控制。
(3)中央监控,完成对整个系统的运行状况的显示、记录、报警等监控管理功能。
从上面的介绍中可以看出,空调控制系统的需要检测的量和需要控制的量比较多,因此如何有效、可靠地传递信息和执行命令将影响系统的性能。传统的工业通信系统通常采用RS485总线与各测控节点连接,以主从方式轮询各节点。这种结构的缺点是:主节点负担繁重,需不停地查询各节点的状态,主节点损坏,则系统瘫痪;当节点数目较多时,系统的实时性下降,系统性能降低;各个节点之间无法直接通讯;不利于系统的扩展和现代建筑的其它系统的集成。
针对以上出现的问题,我们提出基于现场总线技术的空调控制系统,采用多个测控节点和上位机通过总线连接。
2 楼宇自动化中的现场总线
现场总线是20世纪80年代末90年代初发展形成的,用于过程自动化,制造自动化,楼宇自动化和家庭自动化等现场智能设备互联和通信。从本质上来说,它是一种数字通信协议,是一种应用于生产现场的智能化控制设各之间实幸亍双向串行通信,多节点的数字通信的系统,同时也是一种开放的数字化多点通信的底
层控制网络。它使得自控系统和设备有了通信能力。国际上现有各种现场总线不下200种,比较典型的有Profibus、FF、HART、DeviceNet、CAN、LonWorks、Modbus等。现在已有很多的总线技术都可用在楼宇自动化中,比如,CAN、LonWorks、BACnet。现结合中央空调系统的特点比较CAN总线和LonWorks总线[2]。
2.1 通信介质访问控制方式
LonWorks采用的LonTalk通信协议遵循ISO／OSI的全部7层模型。它的通信介质访问控制方式为带预测P．坚持CSMA。当节点有信息要发送而试图占用通道时,首先在～个固定的周期检测通道是否处于网络空闲。为了支持优先级,还要增加优先级时间片,优先级越高则所加的时间片越少。然后根据网络积压参数产生一个随机时间片。当延时结束时,在负载较轻时,使介质访问延时最小化,能消除冲突。
CAN的通信介质访问方式为带优先级的CSMA／CD。它采用多主竞争结构:网络上任意节点均可以在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息,而不分主从,即当发现总线空闲时,各个节点都有权使用网络。
2.2 实时处理能力
LonWorks提供了一种可选择的优先权机构,允许每个节点有且只有一个特定的优先权时间片。对这个节点来说,在这一时间片内不存在对传输介质的争夺问题。可选择的时间片有126种。即有126种优先级,号数越小优先权越高,等候传送的时间越短。
CAN的每个报文都带有优先权,标准报文格式的11位ID将使报文有2032种优先权。由此可见两者都有很好的实时处理能力,不会因网络冲突而导致紧急信息不能及时发送出去,只是LonWorks的优先权级别不够丰富,在一些特殊情况下可能不能满足应用要求。
2.3 可构成网络的规模
应用LonWorks技术的LON(Local Operation Network)网络可分为3个层次:域(domain)、子网(subnet)和单个节点(node)。域是同一应用中所有节点的集合。子网是同一应用中采用同一传输介质的节点的集合。不同子网之间可以由路由器进行连接。网络的每一个报文中含有目标节点的地址,格式为:域、子网或域、子网、节点等。每个域可有255个子网;每个子网可有127个节点。这样,一个LON网络的最大容量为32385个节点,可构成庞大的分布式控制系统。
CAN采用位仲裁方式访问网络总线,对报文头的标识符进行仲裁,虽然在扩展格式中报文的标识符增加至29位,但为了保证信号的稳定、有效及实时处理能力,实际节点只能达到110个。
3 结语
考虑开发成本的问题,加上现在已经有51系列单片机的仿真机和开发环境,结合中央空调系统的实际特点,所以选择CAN总线技术来实现该系统,并且选择单片机+CAN控制器+CAN收发器的开发方案开发CAN控制节点。
参考文献
[1] 高建强.基于PROFIBUS总线的中央空调控制系统[J].电气时代,2011(1).
[2] 赵海瑞.自适应中央空调控制系统初步设计[J].青海科技,2010(1).
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