基于LabVIEW的暖通空调数据采集控制系统设计

摘要: 暖通空调（HVAC）系统中建立一套对各种水阀、风阀、变风量箱、电加热器、加湿器以及其他

控制元件进行准确测量及时控制的数据采集控制系统。使用NI公司的LabVIEW Developer Suite，把HVAC系统中各种不同设备统一起来，进行集中采集控制。建立一套基于PC的HVAC数据采集控制系统。

关键词:abVIEW 数据采集 自动控制 暖通空调系统 PID控制

The Application of LabVIEW in the field of HVAC DAQ and Control System
By Chen Qian，Weng Wengbing

Build a suit of HVAC DAQ and Control System which could take precise data acquisition and control water valve, air valve, VAV box, electrical heater, humidifier and other control elements. Using National Instrument’s product LabVIEW Developer Suite, unite all different devices in HVAC system to take central control. Build a suit of HVAC DAQ and Control System based on PCs.

Keywords:abVIEW Data Acquisition Auto Control HVAC System PID Control

引言

LabVIEW大量应用在自动控制领域，对于HVAC系统中采用LabVIEW作为上位端软件还不多见，但随着LabVIEW 7 Express的发布，LabVIEW已经开始逐渐渗透到各个领域。在笔者所在专业HVAC自动控制领域使用LabVIEW后发现，其功能十分强大，节省系统开发时间，非常适合工程开发人员使用。笔者结合近来开发的一套HVAC系统，对LabVIEW在HVAC数据采集控制系统的应用做个介绍。

1 系统总体结构

HVAC中有大量数据需要采集，通过对数据的采集，来对各项系统参数进行调整。本系统主要由水系统、风系统、控制系统组成。

● 水系统包括：水冷式冷水机组，冷却塔，膨胀水箱，冷冻水泵，冷却水泵，三通调节阀、流量计等附件。

● 风系统包括：组合式空调箱、送风管道、回风管道、排风管道、VAVBOX以及阀门和其他控制元件。空调箱包括新回风混合段、过滤器、表冷器、电加热器、送风风机、蒸汽加湿器等。风机变频控制。新回风管上分别装有电动调节阀，可调节新回风比例，表冷器前后分别装有温湿度测点，空调箱内还装有喷嘴，用于空气流量的测量。

● 控制系统包括：各处的压力传感器、温度传感器、控制元件、执行器、数据采集仪、计算机、触摸屏等，可进行建筑环境与设备自动检测与数据处理。

实验系统房间共有两间：Room1和Room2。Room1主要用于建立低温环境实验室，因此单独配备了一套直接蒸发式水冷机组。每个房间内均有一个负荷发生器Ld，用于产生模拟负荷，并且有温湿度测点。在Room1中，布置一组送回风口，顶送下侧回；Room2中布置两组送回风口，分别为顶送、侧回。每个送、回风口上都装有手动调节阀，可开关或进行调节。房间内布置一个压差传感器，可控制房间内的正压。在两个房间的送风管道上分别装有一个压力无关型VAVBOX。

通过对图1系统原理图，大家对系统能有个直观的认识。

2 数据采集控制系统

系统分为两部分：数据采集和系统控制。数据采集部分有各种不同数据采集设备。控制部分由PLC(可编程控制器)来完成。LabVIEW能很方便的对计算机串口进行操作，因此LabVIEW可方便的建立计算机串口与PLC串口之间的通信，便捷的获得PLC中的数据，在计算机中进行PID神经模糊等复杂运算，从而得到需要的数字控制信号，对需要控制的设备进行控制，增强系统的通用性。并可开发出更加丰富的功能。从图2中可以看出整个数据采集系统中用到的软硬件部分及它们间的关系。

图2 采集控制关系图

通过数据采集系统可得数据有：表冷器水流量，VAVBOX1、2风量反馈，送风湿度，新风温湿度，低温室壁挂式温湿度计温湿度，变频压缩机节流前后压力，喷嘴压差，表冷器前后干湿球温度，蒸发机组压缩机吸排气温度，变频冷水机组压缩机吸排气温度，冷水机组压缩机吸排气温度，表冷器进出水温度，热水箱进水温度，冷却塔进水温度，变频冷水机组冷却进出水温度，变频冷水机组进水温度，冷水机组冷却水进出水温度，冷水机组进出水温度。可见需要设置大量的不同得传感器。

使用的末端传感器有：PT100铂电阻温度传感器，铂电阻使用四线制可以提高测量精度，避免沿途数据线电阻对测量的影响。EE10室内温湿度变送器，产生4～20mA的标准电流信号，为了便于数据采集仪测量和避免信号的失真，在其中加入250Ω的精密电阻，将电流信号转换为标准的1～5V的电压信号。压力传感器、风阀开度控制器、湿度等信号均是标准的1～5V的标准信号，或者经过转换成为1～5V的标准信号，便于数