基于物联网的中央空调SCADA系统研究与实现

摘要

节能减排是国家制定的发展低碳经济的战略方针,而中央空调系统已成为城市建筑最主要的能耗系统之一,因此研究中央空调的智能化控制与节能化管理,在国家提倡节能降耗的大环境下具有及其重要的意义。本文基于传统的数据采集与监控系统(SCADA)结构,融合新兴的物联网技术,采用物联网的感知、网络通信和应用三层分层构建机制,设计了一套基于物联网的中央空调SCADA远程系统,实现了中央空调末端设备的智能化、网络化、节能化远程控制。围绕中央空调系统的结构特点以及系统各层设备的功能实现,论文主要进行了以下研究工作:
　　1、在研究了物联网三层架构和关键技术的基础上,基于SCADA系统的结构,提出了基于物联网的中央空调SCADA系统三层架构,详细论述了系统每层的核心设备及实现方案。
　　2、详细分析了系统网络层的通信结构和通信协议,采用Modbus/TCP协议和网关技术实现了现场总线、以太网和ZigBee的互联与通信,提供了系统多种组网方法。
　　3、完成了系统感控层核心设备温控器节点的软硬件设计。设计选用低成本、低功耗的STM32F103VET作为主控制器,在嵌入式操作系统的支撑下,通过引入TCP/IP协议栈LwIP以及Modbus协议栈FreeModbus,实现了温控器ModbusRTU通讯和ModbusTCP通讯,同时基于Web服务和IAP技术在网络总线上实现了该温控器的软件远程自动更新功能,解决了多节点系统远程升级困难,维护繁琐的问题。
　　4、给出了系统网络层核心设备物联网网关的软硬件设计实现方法。硬件采用模块化、接口化、标准化的设计理念,实现了主控制器STM32最小系统和各个通信模块的电路设计。软件设计开发了ModbusTCP网关服务和ZigBee网关服务程序,实现了不同链路上数据帧的相互转换,完成了感知网络与以太网的互联。
　　5、采用力控组态软件完成了系统应用层监控软件的设计,绘制了监控界面,建立了I/O设备与实时数据库连接,并实现了基于B/S结构的Web服务,远程用户可以通过浏览器对中央空调末端设备进行智能控制与节能管理。
　　目前该系统已被浙江为民空调科技公司初步试用于绍兴市某医院中央空调系统中的远程测控,结果表明本文的设计实现方法可行,达到了预期的目的,这将为基于物联网的SCADA系统迈向其他控制领域,实现工程实用化应用提供一种全新的思路与方法。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 中央空调控制系统工作原理及发展现状

1.3 物联网发展及对中央空调控制系统的影响

1.4 课题研究内容及论文结构

第二章 基于物联网的中央空调SCADA系统总体设计

2.1 引言

2.2 物联网体系架构与SCADA系统结构

2.3 基于物联网的中央空调SCADA系统总体架构

2.4 基于物联网的中央空调SCADA系统特点

2.5 本章小结

第三章 系统感控层的设计实现

3.1 引言

3.2 温控器实现功能

3.3 温控器硬件设计

3.4 温控器软件架构及软件设计

3.5 本章小结

第四章 系统网络层的设计实现

4.1 引言

4.2 物联网网关实现功能

4.3 物联网网关硬件设计

4.4 物联网网关软件架构及软件设计

4.5 本章小结

第五章 系统应用层监控软件组态与实现

5.1 引言

5.2 组态软件总体设计

5.3上位机软件组态实现

5.4 小结

第六章 系统测试与现场调试

6.1 引言

6.2 温控器节点功能测试

6.3 物联网网关功能测试

6.4 现场调试

6.5 小结

第七章 总结与展望

7.1 论文完成的工作及取得的成果

7.2 下一步工作展望

参考文献

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果