DDC控制建筑電氣論文范文

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1ddc控制器

DDC（DirectDigitalControl），即直接數字控制［3］。廣義上講，DDC控制在控制過程中不需要現場控制器，控制算法設計均在上位計算機內完成。現場僅需要底層傳感器、現場執行機構等。由于所有控制均在上位機完成，因此這種方式易于管理。狹義上講，DDC控制為集成封裝，配有中央處理器、存儲單元、輸入輸出通道等。控制算法由編程軟件設計，并燒制進控制器內，通過通訊總線進行通訊。這樣的控制器多位于現場末端，靈活方便。本文中所選用的DDC控制器兼具廣義DDC控制和狹義DDC控制二者功能，配有RS485接口以滿足第三方設備需要，同時配置以太網同上位機通訊，控制邏輯和控制算法的設計可通過上位機實現，通過以太網協議將控制邏輯下載至現場DDC內。具有配置靈活，易于監控，可以隨時調整控制邏輯等優點。

2VAV末端控制器控制原理

從控制原理上來看，VAVBOX有壓力無關型和壓力有關型兩種類型，其控制原理分別如圖1、圖2所示。壓力有關型VAVBOX其控制回路僅具有溫度控制環節，通過溫度設定值和當前值進行計算，通過末端風閥開度以調整風量，從而改變房間溫度。這種結構同風管靜壓值息息相關，使得系統的超調量和滯后性較大［4］。而壓力無關型末端，通過引入風量控制環節（內環），同溫度控制環節（外環）共同作用，實現雙閉環控制。由于風量的給定值由溫度控制環節計算，因此末端風閥的風量輸出與風系統管道靜壓無關，避免房間溫度控制超調現象。但是這種VAVBOX會和送風機的控制回路耦合嚴重，因此對控制算法要求很高。本文通過改進DDC的控制算法，研究壓力無關型末端控制器。其功能框圖設計如圖3所示。由圖3可知，壓力無關型末端控制器的信號輸入主要有：當前風量、房間當前溫度、房間設定溫度、閥門開度反饋。信號輸出為末端風閥開度控制。當前風量：DC0~10V電壓信號，接至DDCAI通道，由末端壓差傳感器提供。房間當前溫度：DC4~20mA電流信號，接入DDCAI通道，由溫度傳感器提供。閥門開度反饋：DC0~10V電壓信號，接至DDCAI通道。房間溫度設定：本文中，房間溫度設定可由房間內溫度控制面板設定，也可通過上位機對DDC的RSP端口賦值，遠程設定。兩種方式均為標準ModbusRTU信號，接至DDC的Modbus通訊接口。末端風閥開度控制：DC0~10V電壓信號,由DDCAO通道輸出。通過DDC控制邏輯計算后，由AO端口直接輸出至風閥。綜上，將DDC同VAVBOX相結合，得到其結構如圖4所示。

3DDC末端控制器控制邏輯設計與實現

本文所選用的DDC，其控制邏輯設計是由上位設計軟件BasPro完成，通過以太網接口將控制邏輯下載至DDC內。變風量空調系統的特點是隨著房間負荷變化而調節自身工作效率，從而實現節能運行。由于在工作時會受到很多隨機干擾，常規的PID控制器的參數不能夠隨著系統變化而尋優。更特殊的是，變風量末端控制同送風機的控制回路相互耦合，因此對現場的末端控制器要求抗干擾性強，控制穩定、精度高［6］。故本文選用的是FPID（自適應PID控制模塊）結構如圖5所示。FPID控制模塊具有實現諸多功能的輸入端子，在面對隨機干擾時，能夠快速整定出PID參數，滿足當前工況。其數字量輸入端子和模擬量輸入端子功能如表1、表2所示［7］。由表1、表2可設計如下控制功能：a.手動模式：如果系統為手動模式，即A/M=0時，輸出端子OUT的循環為Mop的參數。即OUT的值可由用戶定義。b.自動模式:如果系統在自動模式下，即A/M=1時，則通過自動調節控制輸出端OUT為控制器計算值。c.凍結OUT值：通過PV端子設置上限值和下限值來保證輸出值。如果PV與SP（RSP或LSP）的絕對差值在最大閥值的范圍內，則輸出OUT為計算所得，直至PV的值超出了最大閥值。此功能為設置房間的最小和最大進風量，避免房間溫度控制出現超調現象。由于設置了最小進風量，房間的空氣品質也能夠得到保證。d.制冷和制熱模式切換：當Action=0，DDC執行正向PID控制。即房間設定溫度小于當前房間溫度，此時控制器處于夏季制冷模式。同理，當Action=1，DDC執行反向PID控制。e.禁止模式：如果EN=0，系統禁止PID調節，OUT的值設為用戶自定義。綜上，在VAV末端控制器的外環（溫度控制）控制器和內環（風量控制）控制器均采用的是上述FPID參數尋優模塊，其最終控制邏輯如圖6所示。由于FPID控制模塊采用的是自適應PID控制，且系統為雙閉環控制系統，根據目標函數尋優法可知，不能實現對溫度和風量兩個控制器參數的同時尋優［8］。需要對兩個控制器是否失控進行邏輯判斷，即對兩個控制器分別進行PID參數尋優。判斷邏輯如圖7所示。由圖7可知，若出現主環（溫度控制環節）和副環（風量控制環節）同時失控，則計時器_61和計時器_62的輸出端子Q均為1。將與非門運算結果0賦值給溫度控制器的A/M（溫度尋優控制模塊的手動/自動切換）端子，同時將與門運算結果1賦值給風量控制器的A/M端子。簡而言之，即先將溫度控制器設為手動，先進行風量控制器尋優。待風量控制器整定完畢后，再進行溫度控制器的參數尋優工作。綜上所述，基于DDC的VAVBOX參數尋優PID末端控制器的工作流程如圖8所示。

4變風量末端控制器在暖通空調系統中應用

在完成對DDC控制器的控制邏輯的設計后，利用DDC所帶的Modbus接口同BA系統連接，將其DDC變風量末端控制器同VAVBOX結合，通過LabVIEW采集系統工作數據［9］，如圖9所示。由圖9可知，房間設定溫度為20℃，房間的實際溫度及風閥的開度及實際送風量均能夠很好地跟隨變化。房間的過渡時間較為良好，溫度超調控制在0.3℃之間，因此DDC控制器的實驗效果較為理想。在實驗過程中，通過引入隨機干擾以改變房間的末端負荷，觀察控制器的參數自整定效果和房間溫度曲線，得到圖10。同圖6對比發現，由于引入隨機干擾改變了房間負荷變化，風量控制器參數隨之發生變化，房間的溫度也伴有波動，待風量控制器的參數尋優完畢后，其中P=1.5，I=0.05，控制器已能夠適應當前工況。如采用傳統PID控制，房間溫度會在24.5°附近徘徊。由于采用的是參數自尋優PID控制，因此控制器能夠適應此時的工況變化，房間的溫度能夠繼續下降。由于實驗中所采用的溫度傳感器和壓差傳感器的安裝位置多為手動布置，空調系統管道及風機已經施工完畢，不能夠完全反映房間的狀態。加之風量控制器和溫度控制器的失調判斷標準為工程經驗，因而在實驗時多有遺憾。如果能有暖通專業配合，選取合適的測量點，重新選取末端風閥，相信控制效果還能做到更好，節能效果也更加明顯。

5結語

本文通過探討DDC在工程項目中的應用，完成VAV末端控制器的設計，深化了建筑電氣設計，現場試驗顯示，空調控制系統具有過渡時間快，超調量小，易于實現上位機管理的優點。通過同暖通空調專業的配合，充分發揮DDC在建筑電氣設計中的優勢，一定能夠從設計環節上實現對中央空調的高效管理。

作者：孫曙單位：中國建筑西南設計研究院有限公司