DDC控制器的一种典型应用.doc

DDC控制器的一种典型应用
2005-6-16
颜小军 戴瑜兴
摘要：针对大型建筑的普及，人们对楼宇自动化系统的集成度提出了更新更高的要求。本文给出了英维思系列控制器对新风机组控制的典型应用。实践表明这种应用能有效地提高系统的集成度，节约成本。
关键词：DDC控制器 系统集成

引言：

一座建筑物的完美性不仅表现在其建筑质量、房间的功能和建筑结构，对今天的投资者、经营者和用户来说，更受关注的是舒适的居住和工作条件及低廉的使用和维护成本。因此，建筑物内部的技术装备及其运行效果越来越受到重视。评价一个楼宇自动化系统有三个重要的标准，即用户最关心的可靠性、经营者最关心的经济性和投资者最关心的安全性。这就使得系统集成度和稳定性的提高成了建筑智能化技术研究的新课题，因为监控设备的数量和集成度将直接影响建筑的建造成本和整个系统的稳定性。基于直接数字控制(DDC)方式的楼宇自动化系统是一种模块化结构的系统，可以组成大小不同的规模，易于更换和扩展。在楼宇自控系统中得到广泛应用，在国内应用得较多的有Siemens、Honeywell、Jonhnson、Invensys等品牌。在本文中，笔者将就Invensys公司的I／ANiagara系统中的MNL-150系列控制器对新风机组的监控应用做出讨论。

1、直接数字控制技术的工作原理
直接数字控制系统(DirectDigitalControl简称DDC)工作原理如图1所示。处理器通过模拟量输入通道(A1)和开关量输入通道(D1)采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制执行器产生动作，从而完成设备的启停控制等等，来完成设备的监控目的。DDC系统是一个闭环控制系统，是应用于建筑设备自动化系统中的最普遍方式。

2、新风机组的监控点表：
在大型建筑中，新风机组是用得较多的建筑设备，在普遍的情况下，需要对新风机组进行如下的监控方式：
． 监测风机的运行状态。
． 监测风机的故障状态。
． 监测风机的手／自动状态。
． 控制加湿电磁阀的开关。
． 监测送风温湿度。
． 送风湿度控制：根据送 风湿度与设定湿度比较，控制加湿电磁阀的开关，从而控制送风湿度在设定的范围内。
． 联锁控制：新风风阀与风机和水阀联锁控制，停风机时自动关闭新风阀，水阀设置在一定开度；风机启动前，延时自动打开新风阀。
． 监测过滤网的压差报警，提醒清洗过滤网。
． 监测防霜冻报警信号。当防霜冻报警时，关风机、关新风风阀、打开热水阀门，进行机组自我保护。待防霜冻报警取消后，自动进入自动运行。
相对于控制要求而言，新风机组的监控点表如表1所示：

3、UA系列控制器
I／A系列LonMark 50，100，150和200系列控制器是可互操作的、符合LONMARK现场总线标准的控制器。所有控制器均可以现场编程，WorkPlace Tech工具软件可以对控制器重复组态，并能重复修改应用参数，灵活性非常好。它们主要适用于屋顶机组、热泵、风机盘管以及类似的应用场合。这些控制器既可独立运行，又可接入LONWORKS FFT一10自由拓扑网络。控制型号表如表2所示。
控制器型号表如下：
． LonmarkMN50系列控制器：1个数字输入端，1个通用输入端，3个数字输出端；
． LonmarkMNl00系列控制器：1个数字输入端，2个通用输入端，4个数字输出端；
． LonmarkMNl50系列控制器：3个通用输入端，2个数字输出端，2个模拟输出端；
． LonmarkMN200系列控制器：2个数字输入端，3个通用输入端，6个数字输出端，2个模拟输出端。

4、方案选择：
根据新风机组所需要接入的监控点和UA系列控制器的技术参数，我们可以有如下几种设计方案。新风机组共有11个监控点(2个AI端、5个DI端、1个AO端、3个DO端)。
1)选择UA系列中的MNL-150控制器和一个扩展模块(DUl)，但MNL-150只有2个DO端，缺少一个DO端，可以将其接到LONWORKS网络中DO端有剩余的DDC控制器上，通过网络通讯来达到监控目的。该种方式对网络系统稳定性的要求较高，独立性能差，一旦网络瘫痪，将不再具备对新风机组监控的能力。
2)选择I／A系列中的MNL-200控制器。它有2个DI端、3个UI端、6个DO端和2个AO端，再加一个扩展模块(DUI)之后，完全可以达到设计要求。该种方式中采用了MNL-200控制器，它的价格较贵，并且有冗余，没有做到最合理的利用设备资源。
上述两种方案都是在建筑设备自动化系统设计中常采用的方法，但笔者希望既要使系统独立性能好、集成度高，又保证系统的最低成本，于是设想能否将MNL-150控制器剩余的一个AO端作改动使其能实现DO端的功能。UA系列控制器的DO端是继电器输出，是开关量，而AO端输出的是0～20mA的电流信号，能否将模拟电流量通过某种电路转换成开关量就是问题的关键所在。

5、新风机组

DDC系统介绍
何谓DDC
　　DDC(Direct Digital Control)意指「直接数字控制」。近几年来，它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件等，成为各种建筑环境控制的通用模式。DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。
　　所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。

何谓DDC终端系统
　　一个终端系统是机械系统中用于服务一单独区域的组成部分，例如:一个单独的风机盘管控制器、VAV控制器、热泵控制器…等。DDC终端是DDC的应用系统。这是应用于商业建筑的控制工业的新发展，它可提供整个建筑暖通空调系统的运行情况。

DDC终端系统的控制水平
　　信息处理与控制的水平取决于机器设备的形式，如VAV终端，其操作系统通过设置是否需加热或降温的气流温度设定点，根据气流流量和设置最大最小的流量值，操作可设定的工作时间表，假日时间表，允许忽略时间，如装有排气感温棒，还可根据排气温度。它可监控每个VAV的风扇运行时间和管道加热器工作时间。
　　其它终端系统也是类似的，但对系统的影响有所不同。

DDC系统的主要优点
　　专门使用的DDC系统具有很多优点，以下列出其中最重要的几点：
1.     操作：
终端DDC系统是建筑物管理的有力工具，它的操作系统可方便地管理一个或多个岗位，可及时按客户要求或程序要求作出反应，DDC系统允许控制器在操作时间内同时具有其它功能，这一点是区别于传统系统的。DDC系统可以单个终端获得整个建筑操作的所有信息，这就具有很强的故障诊断能力。
2.     降低费用：
一个良好设计的DDC系统可在能源和人力方面降低费用。由于所有区域都经中心调度和控制可通过能量的转移而使之不会浪费，而且，系统可自动启动或停止机械设备，使其在不必要时不运转。它还可通过操作终端自动诊断和处理许多问题，而无需维修人员亲临现场，从而省去许多费用，降低维修成本。处于不同位置的多个建筑，可由一个中心控制室统一管理和监控，而不必单独控制，从而节省了人力。
3.     提高舒适性：
由于DDC系统比传统系统具有更高的精确度，温度可保持在更接近于设定值的值，为此改善居住环境。
4.     无需校准：
多数DDC系统无需校准，可减少维修保养费用，并长期保持精度，而传统系统校准后就开始降低精度。
5.     改善控制方式：
DDC系统允许更复杂的控制方式以完成整栋大楼的基本管理，这样可减少执行费用并改善其居住的舒适性。DDC系统可根据建筑各部分的实际制冷量，调节冰水(寒水)机组的供冷量，以达到冷却水温要求又不致过冷，当建筑冷量需求变化时，还可随之调整冰水(寒水)机组。
6.     提高房产价值：
一套配有DDC系统的设备比未配DDC的设备具有更高的价值，它经常作的一个完整施工计划的重要组成部分，当一栋建筑预售时，预购者常之考虑该建筑是否装有最新管理系统。
7.     更优越的控制：
由于DDC系统可完成各种逻辑功能，可按建筑操作的客观情况作出复杂而精确的控制。因而更具优越性。
8.     高度灵活的控制：
建筑物的各种参数往往不是一成不变的，新的客户或旧客户的新要求往往需要改变大楼的控制要求，多数DDC系统可按新要求重新编写程序，而不必改变硬件。而且，DDC系统是模式化系统，便于以后大楼扩建，如大楼改建时，该系统可随之扩展。
9.     改善居住条件：
许多大楼的所有者使用DDC系统以鼓励租期已到的客户留在大楼中，当客户看到他们住处具有成效管理系统时，他们对大楼就更满意。
10.     改善维护和服务：
整栋建筑采用DDC系统后，维护工作可通过系统自动做到，并纪录需要服务的设备和地点，如需要，DDC系统还可纪录各部分机械的运转性能曲线和各房间的温度变化，这些在分析和诊断机械系统或控制器问题时十分有益，因为系统能发展操作中的许多偏差，故许多问题可在客户察觉前解决。

DDC系统的花费
　　在建筑中安装全终端DDC系统的费用正在不断下降中，多数只有很少甚至没有费用的增加。考虑到终端DDC系统的众多优越性，这些费用比传统系统更具效率，如果恰当地使用DDC系统，它的费用可在短期内回收。

DDC系统可否用于建筑改造
　　大多数建筑可用DDC系统进行改造，通常高效率地改造和提高控制系统应在改进和整修机械系统时进行。有时也可能由于原控制系统已陈旧废弃或由于客户舒适性要求的影响等而改造控制系统，多数场合，旧系统中部分设备可被重新使用并发挥更高的效率，最新的DDC系统允许在改造一个系统，一个系统安装而不必安装中心控制室，各个系统可独自操作，直至将未端设备联连网至工作或安装中心控制室。这就使改造和设计具有高度灵活性。

DDC系统适用于何种建筑
　　现在多数建筑都可适用DDC系统，包括：办公大楼、学校、医院、宾馆以及工业建筑。

DDC系统适合于哪些机械系统
　　实际上大部分机械系统，典型的有：变风量系统(VAV)、热泵、风机盘管、新风机组空调箱、空气处理系统、通风机系统和建筑中心机械设备及附加设备均可连接到DDC系统，提供安全保护、使用寿命保护、显示、指示灯等信号。

多种建筑能否连网
　　中心控制室可通过ADSL利用宽带网络调节控制多栋大楼，中心计算机可接收到远距离往来各种警报、信号，并在中心控制室操作而在各处完成各种必要功能。
　　相距不远的几栋大楼可通过以太网络联网，操作终端可置于其中一栋建筑，它的操作信号可传送至网络的其它终端，这对于办公大楼群和学校还是十分理想的。

DDC系统能否提供过往使用纪录
　　安装在各区域(房间)的传感器可由客户调节改变该区域内设定点，当设定变化时，空气处理系统或部分机械系统相应动作，该系统还可提供每月各客户的操作纪录清单。

操作DDC系统是否需要计算机经验
　　目前市场上的大多数系统操作时并不需要很高的计算机专业知识，当然，不同系统操作难易程度不同，在评定一个系统时，必须注意它是否采用使于操作的菜单式驱动和画面显示，以及设有帮助键提供帮助信息。选用时应避免采用需要学校培训或专门训练才可操作的系统。

DDC系统能否协助顾问工程师
　　顾问工程师可很大地受益于DDC系统。以大楼建造开始，工程师办公室就可通过电话线了解到大楼的许多情况，他可按控制系统提供的情况对有关机器进行检修而不必走出办公室，这样在工程进行时就可节省很多费用。

DDC系统对服务和管理公司的益处
　　安装在大楼内的DDC系统可以及时监控大楼的操作，对出现的问题迅速作出反应，并采取有效措施，该系统还可通过远程电讯设备联系，并从大楼接收信号，大楼的实际操作可由远处监控，并改变设定点、时间表，甚至控制软件
。这样在不是重要问题或要改进时，就可节省昂贵的旅费了。当维修人员需要前往时，他也可通过联网预测故障原因，以便到达现场后有了解决问题的方法，这样可大大提高他的工作效率，并降低客户的不满程度。

DDC系统控制设备与机械系统设备之差异
　　DDC系统可及时控制和显示正常装备的各种设备，包括:指示灯、环境喷头、门锁….等。将这些设备接于DDC系统中，可提供使用者改变时间表的方便方法。

DDC系统适用的建筑大小
　　DDC系统可安装于各种规格的建筑中，在小型建筑中其特别优点是其遥控显示器可装于管理服务公司中，在大型建筑中，其优点是可通过中心管理系统管理，从而比单个管理更节省人力和能源。