DDC控制建筑电气论文范文

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1ddc控制器

DDC（DirectDigitalControl），即直接数字控制［3］。广义上讲，DDC控制在控制过程中不需要现场控制器，控制算法设计均在上位计算机内完成。现场仅需要底层传感器、现场执行机构等。由于所有控制均在上位机完成，因此这种方式易于管理。狭义上讲，DDC控制为集成封装，配有中央处理器、存储单元、输入输出通道等。控制算法由编程软件设计，并烧制进控制器内，通过通讯总线进行通讯。这样的控制器多位于现场末端，灵活方便。本文中所选用的DDC控制器兼具广义DDC控制和狭义DDC控制二者功能，配有RS485接口以满足第三方设备需要，同时配置以太网同上位机通讯，控制逻辑和控制算法的设计可通过上位机实现，通过以太网协议将控制逻辑下载至现场DDC内。具有配置灵活，易于监控，可以随时调整控制逻辑等优点。

2VAV末端控制器控制原理

从控制原理上来看，VAVBOX有压力无关型和压力有关型两种类型，其控制原理分别如图1、图2所示。压力有关型VAVBOX其控制回路仅具有温度控制环节，通过温度设定值和当前值进行计算，通过末端风阀开度以调整风量，从而改变房间温度。这种结构同风管静压值息息相关，使得系统的超调量和滞后性较大［4］。而压力无关型末端，通过引入风量控制环节（内环），同温度控制环节（外环）共同作用，实现双闭环控制。由于风量的给定值由温度控制环节计算，因此末端风阀的风量输出与风系统管道静压无关，避免房间温度控制超调现象。但是这种VAVBOX会和送风机的控制回路耦合严重，因此对控制算法要求很高。本文通过改进DDC的控制算法，研究压力无关型末端控制器。其功能框图设计如图3所示。由图3可知，压力无关型末端控制器的信号输入主要有：当前风量、房间当前温度、房间设定温度、阀门开度反馈。信号输出为末端风阀开度控制。当前风量：DC0~10V电压信号，接至DDCAI通道，由末端压差传感器提供。房间当前温度：DC4~20mA电流信号，接入DDCAI通道，由温度传感器提供。阀门开度反馈：DC0~10V电压信号，接至DDCAI通道。房间温度设定：本文中，房间温度设定可由房间内温度控制面板设定，也可通过上位机对DDC的RSP端口赋值，远程设定。两种方式均为标准ModbusRTU信号，接至DDC的Modbus通讯接口。末端风阀开度控制：DC0~10V电压信号,由DDCAO通道输出。通过DDC控制逻辑计算后，由AO端口直接输出至风阀。综上，将DDC同VAVBOX相结合，得到其结构如图4所示。

3DDC末端控制器控制逻辑设计与实现

本文所选用的DDC，其控制逻辑设计是由上位设计软件BasPro完成，通过以太网接口将控制逻辑下载至DDC内。变风量空调系统的特点是随着房间负荷变化而调节自身工作效率，从而实现节能运行。由于在工作时会受到很多随机干扰，常规的PID控制器的参数不能够随着系统变化而寻优。更特殊的是，变风量末端控制同送风机的控制回路相互耦合，因此对现场的末端控制器要求抗干扰性强，控制稳定、精度高［6］。故本文选用的是FPID（自适应PID控制模块）结构如图5所示。FPID控制模块具有实现诸多功能的输入端子，在面对随机干扰时，能够快速整定出PID参数，满足当前工况。其数字量输入端子和模拟量输入端子功能如表1、表2所示［7］。由表1、表2可设计如下控制功能：a.手动模式：如果系统为手动模式，即A/M=0时，输出端子OUT的循环为Mop的参数。即OUT的值可由用户定义。b.自动模式:如果系统在自动模式下，即A/M=1时，则通过自动调节控制输出端OUT为控制器计算值。c.冻结OUT值：通过PV端子设置上限值和下限值来保证输出值。如果PV与SP（RSP或LSP）的绝对差值在最大阀值的范围内，则输出OUT为计算所得，直至PV的值超出了最大阀值。此功能为设置房间的最小和最大进风量，避免房间温度控制出现超调现象。由于设置了最小进风量，房间的空气品质也能够得到保证。d.制冷和制热模式切换：当Action=0，DDC执行正向PID控制。即房间设定温度小于当前房间温度，此时控制器处于夏季制冷模式。同理，当Action=1，DDC执行反向PID控制。e.禁止模式：如果EN=0，系统禁止PID调节，OUT的值设为用户自定义。综上，在VAV末端控制器的外环（温度控制）控制器和内环（风量控制）控制器均采用的是上述FPID参数寻优模块，其最终控制逻辑如图6所示。由于FPID控制模块采用的是自适应PID控制，且系统为双闭环控制系统，根据目标函数寻优法可知，不能实现对温度和风量两个控制器参数的同时寻优［8］。需要对两个控制器是否失控进行逻辑判断，即对两个控制器分别进行PID参数寻优。判断逻辑如图7所示。由图7可知，若出现主环（温度控制环节）和副环（风量控制环节）同时失控，则计时器_61和计时器_62的输出端子Q均为1。将与非门运算结果0赋值给温度控制器的A/M（温度寻优控制模块的手动/自动切换）端子，同时将与门运算结果1赋值给风量控制器的A/M端子。简而言之，即先将温度控制器设为手动，先进行风量控制器寻优。待风量控制器整定完毕后，再进行温度控制器的参数寻优工作。综上所述，基于DDC的VAVBOX参数寻优PID末端控制器的工作流程如图8所示。

4变风量末端控制器在暖通空调系统中应用

在完成对DDC控制器的控制逻辑的设计后，利用DDC所带的Modbus接口同BA系统连接，将其DDC变风量末端控制器同VAVBOX结合，通过LabVIEW采集系统工作数据［9］，如图9所示。由图9可知，房间设定温度为20℃，房间的实际温度及风阀的开度及实际送风量均能够很好地跟随变化。房间的过渡时间较为良好，温度超调控制在0.3℃之间，因此DDC控制器的实验效果较为理想。在实验过程中，通过引入随机干扰以改变房间的末端负荷，观察控制器的参数自整定效果和房间温度曲线，得到图10。同图6对比发现，由于引入随机干扰改变了房间负荷变化，风量控制器参数随之发生变化，房间的温度也伴有波动，待风量控制器的参数寻优完毕后，其中P=1.5，I=0.05，控制器已能够适应当前工况。如采用传统PID控制，房间温度会在24.5°附近徘徊。由于采用的是参数自寻优PID控制，因此控制器能够适应此时的工况变化，房间的温度能够继续下降。由于实验中所采用的温度传感器和压差传感器的安装位置多为手动布置，空调系统管道及风机已经施工完毕，不能够完全反映房间的状态。加之风量控制器和温度控制器的失调判断标准为工程经验，因而在实验时多有遗憾。如果能有暖通专业配合，选取合适的测量点，重新选取末端风阀，相信控制效果还能做到更好，节能效果也更加明显。

5结语

本文通过探讨DDC在工程项目中的应用，完成VAV末端控制器的设计，深化了建筑电气设计，现场试验显示，空调控制系统具有过渡时间快，超调量小，易于实现上位机管理的优点。通过同暖通空调专业的配合，充分发挥DDC在建筑电气设计中的优势，一定能够从设计环节上实现对中央空调的高效管理。

作者：孙曙单位：中国建筑西南设计研究院有限公司