直接数字控制器在楼宇自控系统教学实验中的应用

来源:用户上传      作者: 张扬吉 赵智聪

　　摘要：主要阐述了直接数字控制器（Direct Digital Control）、组态软件、变频器等新技术在智能楼宇自动控制教学实验中的应用。这是一种实现廉价、智能化、多功能建筑设备教学实验系统的方法，并且能运用原来学过的新技术来创造一种模拟的教学环境，激发了学生的学习兴趣，提高了教学效果。
　　关键词：DDC：楼宇自控：教学应用
　　作者简介：张扬吉（1980-），男，广东新丰人，广州白云工商技师学院，高级技师；赵智聪（1985-），男，广东广州人，广州白云工商技师学院，助理讲师。（广东　广州　510450）
　　中图分类号：G642.423?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）32-0090-02
　　空调系统是现代建筑的重要组成部分，是楼宇自动化系统的主要监控对象，也是建筑智能化系统主要的管理内容之一。随着楼宇自动控制系统的不断发展，直接数字控制器（DDC）、变频器、组态软件在中央空调中的应用越来越多。楼宇智能化技术班级都开设了“楼宇自动控制技术”课程。广州白云工商技师学院建设有一套用DDC、组态软件控制的中央空调模拟教学实验装置，增加了中央空调的实训项目。经过一年多的试用提高了教学效果，学生的动手能力也得到了提高，楼宇智能化技术的学习内容更贴近市场需求。
　　一、系统的结构
　　系统采用了工业化设计，真实再现了产品实际系统各环节的内容。系统的风道结构采用透明的有机玻璃设计。各部件中应用了模块化设计，易于组成各类空调系统，丰富了实验内容。在选择楼宇自动化系统时，采用了目前国际上楼宇控制领域中最热门的通用控制总线技术Lonworks，学生可以自由、熟练地进行实验中的编程、组态、开发。
　　通过该系统的实验，学生对中央空调系统的基本原理和构造有了进一步了解，熟悉常规的暖通空调系统的能量管理和空气控制方法、控制器编程、设计组态等，同时可以正确检测和维修常见的故障。
　　二、系统主要设备的工作原理
　　1.DDC控制器
　　DDC是指一台数字电脑直接操作一个状态，或者一套程序予以自动控制的作业。
　　（1）DDC的工作原理。DDC直接数字化控制是一种简易的微电脑设备，它须与其他组件，如变频器、温度湿度传感器、焓差控制器、两通阀等组件整合搭配才能发挥功效。这些组件的输入输出以模拟信号DC0～10V或低电流4-20mA作信号传送，送至DDC控制器。经DDC内置软件作判别后反向输出信号来控制阀部件或变频器来调节空调。
　　DDC所配用的数字电脑可以采用小型微处理机，亦可配用于中央型的微电脑上去连线作业。空调系统常用的控制元件，例如风闸开关、阀开关、阶动继电器等的操作，不论其原来为气动式还是电动式的，或其为调整大小的动作或仅为开关动作的，均可改用DDC方式做自动控制。
　　DDC安装在被控设备附近，各种被控量（温度、温度、压力等）通过传感器、变送器按一定时间间隔采样读入DDC。读入的数值与DDC记忆的设定值比较，出现偏差，按预先设置的控制规律，计算出为消除偏差执行器需要改变的量，来直接调整执行器的动作。DDC中的CPU速度很快，能在很短的时间内完成一个回路的控制，可以在不同的微小时间间隔内控制多个回路，所以一个DDC可以代替多个模拟控制仪表。
　　下位机的控制器负责模拟量和数字量的采集、处理、各个模块的联网及上位机通讯。该DDC控制器采用Lon Works现场总线技术，内置Neuro3150芯片和FTT-10A双绞线收发器，支持自由拓扑网络结构，具有网络布线简单、配置灵活、使用和维护简单、可靠性高等特点。可完成对楼控系统及各种工业现场标准开关量信号与模拟量信号的采集和控制。
　　（2）技术参数：
　　工作电压：24VDC或17VAC 50～60Hz
　　工作电流：<500mA
　　网络形式：LON 总线
　　I/O 数量：11 个UI，4个DO，2个UO，2个AO
　　输入信号类型：
　　AI 0～5VDC，0～10VDC，0～24VDC，4～20mADC模拟量信号，12位A/D转换。可接10K电阻。
　　DI 5VDC，12VDC，24VDC有源开关量信号；无源开关量信号；具有防反接与过压保护功能。
　　输出信号类型：
　　DO 250VAC/5A，具手/自动转换开关，可选常开或常闭
　　AO 0～10VDC，具手/自动输出转换开关，10 位D/A 转换
　　UO 可作DO/AO输出用，具手/自动输出转换开关
　　使用环境：
　　温度：-20℃～+70℃
　　相对湿度：10%～95%，不结露
　　外形尺寸：235mm×105mm×20mm
　　2.变频器
　　（1）变频器的工作原理。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。
　　（2）技术参数：
　　型号：HLPC+0D7543B
　　变频器容量：750W
　　电压等级：三相380V
　　端子说明：R.S.T 电源输入端?U.V.W变频器输出端
　　FOR多功能输入一，出厂设定为正转?GND数位控制信号共同端
　　VI：模拟电压频率指令，0至+10V对应最高操作频率
　　三、PLC、DDC在楼宇自控系统中的应用对比（见表1）
　　PLC、DDC在楼宇自控系统中的应用对比如表1所示。
　　表1　PLC与DDC应用对比
　　项目 PLC DDC
　　应用领域 PLC最初的设计目标只是替代复杂的继电器电路；强调通用性；应用在工业控制领域 最初只用于工业自动化仪表；强调专用性；应用在专业楼宇系统
　　结构差别 PLC是一种控制“装置”，通过上位机与其他PLC通讯 分散式控制系统，可实现点对点通讯
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