计算机应用专用新风机控制器的设计上海大学自动化学院(上海200072)肖学军王健重点介绍了新风机控制器功能、软硬件设计与CAN总线通信。应用结果表明，该装置工作可靠、便于扩展、精度高，能较好地实时监控环境温度湿度的变化。

　　在智能建筑的楼宇自动化系统中，利用新风机对环境温度、湿度进行有效的节能控制是一件十分重要的工作。传统的方法是采用直接数字控制器(英文缩写为DDC)的方式，将新风机的检测点、控制点连接到一台或多台DDC上对多控制点实时监控。然而，现代智能建筑的温湿度控制点较多且处于不同的楼层，采用DDC控制将使控制器到控制点的引线过长，给施工带来不便，也可能降低系统通信的实时性和可靠性。

　　本文介绍了一种应用80C196KC单片机设计的专用的新风机控制器，它能控制不同型号的新风处器局域网)总线技术，使通信可靠、快捷通过采取一些软硬件的优化措施，简化了硬件电路的设计和软件的编程，提高了程序运行效率，较好地满足了智能建筑对环境的智能化要求和节能要求,车间降温设备。

　　新风处理机是一种非独立式空调机，它本身并不带有制冷机，空气的冷却和加热是通过冷热管盘中冷热水的循环、然后与空气之间对流来实现的。

　　本文介绍的新风机控制器是新风处理机的专用控制器，它通过单片机的实时监控调节送风电动机的转速、风门的位置和冷热盘管水阀门的开度，实现对温度、湿度的智能化调节。控制器对测控量只区分为模拟量输入/输出和开关量输入/输出，可对工作在不同系统环境下(如二管式、单一冷水，二管式、冷热水合用，四管式、冷热水独立)的新风处理机进行控制，可对定风量型、变风量型新风处理机进行控制。

　　新风机控制器作为楼宇自动化系统中一个现场控制器，通过CAN总线接收楼宇自动化系统主机的各种操作控制命令，也可接收楼宇自动化系统主机下达的各种设定参数。两个或两个以上的新风机控制器彼此之间还能通过CAN总线进行实时数据通信，可以实现本地测量、异地控制。当新风机控制器脱离楼宇自动化系统，作为一个独立的控制器工作时，也能通过手持式编码器对被控制的新风机的各种状态参数和测量参数进行显示或修改。

　　1控制器功能及软硬件实现新风机控制器的硬件功能主要是自动检测新风机的工作状态和运行参数，根据设定的算法对新风机进行闭环控制，使新风机工作在最佳状态。新风机控制器的主要功能如下：1 .检测回风的温湿度，与设定的温湿度进行比较后，控制冷热水和蒸汽电动调节阀的动作，使回风的温湿度保持在所需要的范围。

　　2 .检测回风和新风的温度和湿度，进行回风和新风的焓值计算，按回风和新风焓值的比例，控制回风风门和新风风门的比例开度，使系统达到节能的效果。

　　3 .可设定各种控制方式和控制参数，包括时间、风量、温湿度的设定。

　　4 .具有自动报警功能，包括风机故障报警、过滤器淤塞报警、温湿度越限报警等。

　　5 .使风门与风机连锁，电动调节阀与风机启动连锁，确保系统工作安全。

　　控制器为了实现最佳配置，应用中以Intel公司16单片机80C196KC为核心，利用多达6路的高速输出器HSO来产生PWM输出，可以使系统具有9路模拟量输出和8路模拟量输入的能力。

　　80C196KC片内RAM为488字节，它们都可以作为通用寄存器来访问，这使得程序的每一个模块都可以有自己的专用寄存器使用，增强了模块的独立性上海贝尔有限公司021 5854 1240和抗干扰性。控制器硬件电路图如图1所示。

　　度超限时的报警指示，但P1 .3、P1 .4和P2 .5一起作为PWM方波输出端。P2口除完成一些特殊功能外，还为串行通信提供控制信号、为看门狗电路X25045提供片选信号。时钟芯片DS12887A在程序中可编程为提供每秒定时中断，通过HSI.0向80C196KC提出中断请求，在到达设定的间隔时间后将执行增量型PID控制算法和模糊控制算法。

　　X25045实现硬件看门狗功能，它也提供512Bytes EEPROM来保存重要的系统控制参数。每当系统掉电、上电后，通过串行时钟输出端SO将重要的系统参数读到特定RAM区，使程序恢复正常运行。

　　在软件设计中采用模块化设计方法，主要可分为：初始化模块、命令处理模块、执行算法模块、控制参数读写模块和定时模块。另外，用户根据需要还可编码实现与手持式编程器通信的通信模块、实现与楼宇自动化系统主机通信的CAN总线通信模块。

　　程序运行中，首先完成初始化部分，然后实时采集各模拟量输入通道的温度、湿度值，采集风机、过滤器等设备的开关状态和数字量输入信号，当温度、湿度正常时，执行温度和湿度算法，输出相应控制量给执行器如果发现温度或湿度超过了设定的上下限，立即会声、光报警，同时控制器输出相应的极限值到执行器，使温度或湿度尽快回到设定范围。为了提高系统的抗干扰能力，在软件上程序对所采集的数据采用数字滤波技术消除毛刺，对重要的操作英特尔技术发展(上海)有限公司021 6485 2828命令(如对系统输出量)进行多次重写以保证系统可靠运行。

　　2控制器软硬件的优化措施2 .1PSD器件使用新风机控制器选用可编程系统器件PSD302进行系统扩展和I/O重组，它将单片机所需的大部分编程逻辑器件(PLD)集成在一块芯片上，并提供8路开关量输入和8路开关量输出，大大减少了元件数、节约了电路板空间，而且可以满足通常情况下系统对外部构造的需求。

　　PSD302由DOS环境下运行的Maple软件进行器件的构造，具体构造为：多路复用地址数据模式、16位数据总线、复位低有效、选择RD及WR系统中PA口用8路开关量输入，PB口用于8路开关量输出，PC口被定义为芯片选择，通过芯片选择方程对地址进行译码，为系统中的其他芯片提供片选输出信号。

　　PSD302中64K大容量的EPROM使得在程序可以同时采用PID控制算法和模糊控制算法进行分段控制，提高控制质量也使得在程序中能进行回风和新风的焓值计算，按回风和新风焓值的比例，控制回风风门和新风风门的比例开度，使系统达到节能效果。

　　80C196KC提供了外设事务服务器PTS功能，PTS与普通中断所不同的是，普通中断程序在进入中断入口时要保护程序指针、工作现场寄存器，退出时又要恢复现场，而PTS则不需要。它是以微码方式自动在程序间隔中插入执行，节约系统的开销，加快中断处理速度。

　　和中断向量相似，PTS也有一个PTS向量表，都指向一个PTS控制块(PTSCB)，控制块必须驻留在内部RAM空间(1AH～1FFH)内，其首址应能被8整除。80196KC提供了5种PTS模式，新风机控制器使用了A/D转换的PTS方式。另外，80C196KC提供了两种A/D转换速度，我们选用高速A/D转换以进一步提高程序运行的效率。以下是PTS方式A/D转换的程序片断：ADPTS结束中断，PTS向量表，赋A/ D转换结果表格的首址命令寄存器的地址恢复A/ D转换结果表格的首址赋TS方式的命令字赋A/ D命令暂存单元地址赋A/ D转换的通道数允许AD转寄存器窗口1启动A/ D通道0等待8通道A/ D结束建立A/ D结束标志程序中，首先将A/D结束中断AD映射到PTS通道，使PTS工作于A/D模式，随后对PTSCB进行初始化，赋A/D源/目的寄存器ADS D，使其指向一个用于存放A/D转换结果的表格的首址()。

　　地址偏移量内容地址偏移量内容通道1的A/ D命令通道5的A/ D命令通道0的A/ D结果通道4的A/ D结果通道2的A/ D命令通道6的A/ D命令通道1的A/ D结果通道5的A/ D结果通道3的A/ D命令通道7的A/ D命令通道2的A/ D结果通道4的A/ D命令0000H(空命令)通道3的A/ D结果通道7的A/ D结果上海贝尔有限公司021 5854 1240在恢复A/D转换结果表格的首址后，将对PTS控制块PTSCB中的另三个寄存器进行赋值：PTS方式命令字ADPTSCON、A/D命令暂存单元ADREG和A/D转换的通道数ADPTSCNT.然后清A/D结束标志，开放中断，并启动通道0的A/D转换,负压风机报价。在最后一个PTS周期，空命令装入AD PTS结束中断AD PTS，建立A/D结束标志。

　　2 .3节能控制控制器的执行算法模块主要采用了增量型PID控制算法和模糊控制算法，PID控制的控制参数可预先设定。程序开始运行后，被控量的偏差较大，此时将采用增量型PID控制算法，根据被测量偏差e、偏差变化量Δe在实时响应曲线中所处的不同阶段自动调节比例、积分、微分系数，实现系数的自寻优，使被控量尽快回到设定值附近然后，当偏差处于某一预定范围内时，将采用模糊控制算法减少控制量对被控量微小变化产生过于灵敏的动作，防止被控量在设定值附近产生振荡现象，实现PID控制算法和模糊控制算法的理想结合，使系统达到节能目的。

　　在软件编制中，根据室内外的环境温湿度以及新风门、送风门和回风门的开度自动进行夏季※过渡季※冬季※过渡季的转换。具体过程如下：夏委新风门保持开度最小，当室外空气温度或焓值比回风/送风温度或焓值低时，将进入过渡季，全开新风门、送风门，全闭回风门。

　　当冷盘管水阀门全闭时，如果回风/送风温度仍然下降，则关小新风门、送风门,厂房负压通风降温设计，开大回风门，通过调节新风/回风的混合比例来调节室温。如果新风门达到最小开度时仍不能满足要求，将逐渐打开热盘管水阀门，进入冬季。

　　当室外空气温度或焓值比回风/送风温度或焓值高时，将再次进入过渡季，全开新风门、送风门，全闭回风门，同时调节热盘管水量。

　　当热盘管水阀门全闭时，如果回风/送风温度仍然上升，则关小新风门、送风门，开大回风门，调节新风/回风的混合比例来调节室温。如果新风门达到最小开度时仍不能满足要求，将逐渐打开冷盘管水阀门，进入夏季。

　　以上步骤将完成一个季节转换的循环。

　　3 CAN总线通信CAN总线作为一种串行数据通信协议，是一种多主总线，它的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，代之以对通信数据块进行编码，使网络内的节点数在理论上不受限制。

　　CAN总线的应用在20世纪90年代初开始受到重视，它的数据段的长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测度数据的一般要求。CAN总线因传输时间短，受干扰的概率低，保证了通信的实时性其协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，同时保证了数据通信的可靠性。

　　在智能建筑中，温、湿控制点处于不同的楼层，采用CAN总线技术使新风机控制器对控制点实现分层、就地检测与控制。编程时，将各种越限报警信息在总线上的传送的标识符ID设为最高优先级，楼宇自动化系统主机向下级节点传送信息的标识符ID优先级次之，以此来判定当多个节点同时发送信息时哪一个节点应该占据总线。

　　当CAN总线上的各个节点(包括楼宇自动化系统主机和两个以上的新风机控制器)工作正常时，系统内的新风机控制器只将各种状态信息(如温、湿度的检测器，工作状态寄存器，报警状态寄存器)，定时地发给主机以及程序中预先设定的其它新风机控制器来完成通信。当某个节点发生故障时，它立即以广播方式通知CAN总线上的所有节点，并发出声、光报警信号，等待系统维护人员处理。如果在一定时间内报警状态仍没有被解除，新风机控制器自动将当前的各种状态信息写入SRAM中(便于以后的数据分析)并切断电源。

　　当通信介质采用双绞线，通信位速率为20kbit/ s时，CAN总线系统内任意两个节点之间的距离可以达到3 .3km，完全能满足智能建筑内部的通信要求，使新风机控制器的控制功能达到最大程度的扩展。

　　4结束语本文简要介绍了新风机控制器的软硬件设计方法，不难看出，由于采取了一些软硬件的优化措施，简化了系统的软硬件的设计，提高了程序运行效率通过采用CAN总线技术，使楼宇自动化系统内部的通信可靠、快捷，并达到了良好的节能效果。实际应用证明本装置控制效果好、可靠性高，自动运行时温度控制精度达到±0 .5°C，湿度控制精度达到±2 RH系统具有良好的可扩充性，稍加改动就可推广到除智能建筑以外更广泛的领域使用。

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滚动轴承按接触角的不同，主要分为向心轴承、推力轴承，按滚动体和套圈的结构可分为探沟球轴承、调心球轴承、角接触球轴承、推力球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承、调心滚子轴承、推力调心滚子轴承等等。
滚动轴承按滚动体的列数，可以分为单列、双列和多列（三列、四列）。

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