空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)DDC與PLC的比較

　　空調(diào)自控中用到的控制器有兩種

　　可編程控制器PLC與直接數(shù)字控制器DDC，兩者都由CPU模塊、I/O模塊、顯示模塊、電源模塊、通信模塊等組成。

　　在工程中，兩者都被稱為計(jì)算機(jī)控制，由于它們通常被設(shè)置在被控設(shè)備附近，也被稱為現(xiàn)場(chǎng)控制器。 裝有控制器的控制箱與設(shè)備的配電箱一般并列布置在空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，以利于布線。 控制器的工作原理 控制器通過模擬量輸入通道（AI）和數(shù)字量輸入通道（DI）采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)可接收的數(shù)字信號(hào)（A/D轉(zhuǎn)換），然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)，最后發(fā)出控制信號(hào)，并將數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬量信號(hào)（D/A轉(zhuǎn)換），并通過模擬量輸出通道（AO）和數(shù)字量輸出通道（DO）直接控制設(shè)備的運(yùn)行。 同時(shí)，控制器能接收中央管理計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）發(fā)來的各種直接操作命令，對(duì)監(jiān)控設(shè)備和控制參數(shù)進(jìn)行直接控制。 可編程控制器（Programmabale Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC） PLC控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 由于工業(yè)控制級(jí)的PLC具有較高的可靠性，可以帶有熱備份芯片，常常被用于冰蓄冷冷凍站的控制、區(qū)域供冷冷凍站的控制以及數(shù)據(jù)機(jī)房冷站等重要場(chǎng)所的控制。同時(shí)由于PLC的軟件編寫程序靈活多變，可自由編程，目前已有替代DDC應(yīng)用在中大型規(guī)模樓宇自控系統(tǒng)中。

　　直接數(shù)字控制器（Direct Digital Control，簡(jiǎn)稱DDC） 中央空調(diào)系統(tǒng)以直接數(shù)字控制器（DDC）應(yīng)用最普遍。DDC控制器的軟件通常包括基礎(chǔ)軟件、自檢軟件和應(yīng)用軟件三大塊。 其中基礎(chǔ)軟件是作為固定程序固化在模塊中的通用軟件，通常由DDC生產(chǎn)廠家直接寫在微處理芯片上，不需要也不能由其他人員進(jìn)行修改，各個(gè)廠家的基礎(chǔ)軟件基本上沒有多少差別。自檢軟件用來保證DDC控制器的正常運(yùn)行，檢測(cè)其運(yùn)行故障，同時(shí)也可便于管理人員維修。 而應(yīng)用軟件是針對(duì)各個(gè)空調(diào)設(shè)備的控制內(nèi)容而編寫的，因此這部分軟件可根據(jù)管理人員的需要進(jìn)行一定程度的修改。 如果要從頭寫代碼編程，那就太難了，所以好的DDC都是對(duì)話框或者圖形化的形式來編程的。舉例來說：電動(dòng)閥必須在風(fēng)機(jī)已經(jīng)開啟的情況下進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)，那就要編一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯：先設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)回路：測(cè)量通道AI是哪一個(gè)，例如AI5，輸出通道AO是哪一個(gè)，例如AO3，再選擇哪種控制策略，例如PI比例積分控制，還要選擇設(shè)定值是多少等等，最后和風(fēng)機(jī)的狀態(tài)信號(hào)例如DI3進(jìn)行聯(lián)鎖，整個(gè)編程就完成了，然后用電腦通過數(shù)據(jù)線下載到DDC里面。 DDC固化了大量的控制程序，例如焓值控制、新風(fēng)補(bǔ)償控制等，常見的空調(diào)控制要求幾乎都有現(xiàn)成的程序，這些現(xiàn)成的程序一般都是成熟的專家級(jí)的控制策略，相對(duì)可靠，大大減少了編程調(diào)試工作量。 一般通用控制器的編程功能中都能提供比例、比例+積分、比例+積分+微分、開/關(guān)、時(shí)間、順序、算術(shù)、邏輯比較、計(jì)數(shù)器等基本軟件功能以及由基本軟件功能組合成的高級(jí)控制算法。 DDC缺點(diǎn)是這部分軟件程序模式相對(duì)固定，好多程序都化在DDC面，因此選擇DDC時(shí)有相對(duì)的局限性。

　　由于暖通空調(diào)新技術(shù)不斷通現(xiàn)，空調(diào)設(shè)備功能來復(fù)雜，對(duì)節(jié)能要求也越高DDC并不能根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的自身特點(diǎn)量身設(shè)計(jì)開發(fā)，因此不可能達(dá)到很好的控效果，目前國(guó)內(nèi)有些項(xiàng)目開始采用PLC代替DDC進(jìn)樓宇自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

? ? DDC控制器原理及結(jié)構(gòu)

　　DDC控制器的容量是以其所包含的控制點(diǎn)的數(shù)量來衡量的，即其可接收的輸入信號(hào)或可發(fā)出輸出信號(hào)的功能和數(shù)量。 也就是說其有幾個(gè)模量輸入、輸出點(diǎn)，幾個(gè)開關(guān)量能力及時(shí)間輸入、輸出點(diǎn)。點(diǎn)數(shù)多少是評(píng)價(jià)一個(gè)DDC控制器的重要指標(biāo)，一般來講點(diǎn)數(shù)越多說明其能越強(qiáng)，可控制和管理的范圍越大、當(dāng)然其價(jià)格也就越高。 另外，具有端口變量相互轉(zhuǎn)功能的DDC，如：AI和DI可以互轉(zhuǎn)，可以提高DDC的適用能力。DDC需要連接的AI型傳感器多種多樣，例如有0~10VDC電壓型的、4~20mA電流型的、還有Pt1000鉑電阻的、NTC10K半導(dǎo)體電阻的等，最好都能連接、而每個(gè)端口都能靈活定義。這樣的DDC使用起來就較方便，任何傳感器都能連接上來。 DDC控制器的輸入輸出信號(hào)根據(jù)物理性質(zhì)通常分為： 模擬輸入量（Analbgy Input，縮寫為AI）； 模擬輸出量（Analbgy output，縮寫為AO）; 數(shù)字輸入量（Digital Input，縮寫為DI）； 數(shù)字輸出量（Digital Output，縮寫DI）；

　　DDC與PLC的比較

　　DDC是由PLC發(fā)展而來的，PLC是專門應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化方面的，在國(guó)內(nèi)幾乎全部的工業(yè)控制系統(tǒng)都是應(yīng)用了PLC系統(tǒng)，因此PLC更通用，控制精度更高。但PLC應(yīng)用水平取決于編程者對(duì)工藝或設(shè)備的熟悉程度，同時(shí)需要深入的通專業(yè)知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試能力及時(shí)間。 而樓宇自控DDC則是生產(chǎn)廠家根據(jù)樓宇自控特點(diǎn)從PLC發(fā)展而來的，與PLC的區(qū)別是在其內(nèi)部固化了一部分程序，但同時(shí)也缺少的PLC的靈活性和應(yīng)對(duì)復(fù)雜電磁干擾環(huán)境的能力。

　　協(xié)議差別：DDC系統(tǒng)一般支持多種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，集成接口豐富，集成第三方設(shè)備的能力較強(qiáng)，系統(tǒng)自身的擴(kuò)展性與開放性要好一些；而PLC因?yàn)榛旧隙紴閭€(gè)體工作，其在與別的PLC或上位機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一般是專有的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，與第三方設(shè)備的集成能力相對(duì)較差。 軟件特性：DDC系統(tǒng)的上位機(jī)軟件多為專用軟件，其實(shí)從另一個(gè)側(cè)面說明其不兼容，每個(gè)廠家的軟件都有不一樣，而且很多是英文的，這對(duì)技術(shù)人員來說門檻較高。而PLC系統(tǒng)上位機(jī)軟件既可是專用軟件，又可是通用組態(tài)軟件，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)通用組態(tài)軟件都是純中文的，組態(tài)靈活方便。通用組態(tài)軟件能應(yīng)對(duì)復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)，對(duì)樓控更是不在話下。 但無論是PLC系統(tǒng)還是DDC系統(tǒng)的調(diào)試都是由專業(yè)調(diào)試人員完成組態(tài)，再培訓(xùn)業(yè)主操作管理，對(duì)業(yè)主來講其實(shí)是一樣的，反觀通組態(tài)軟件既能實(shí)現(xiàn)專業(yè)軟件的所有功能，又能實(shí)現(xiàn)專業(yè)軟件很多不能實(shí)現(xiàn)的功能（如高仿真界面、人聲報(bào)警、用戶定制功能等）。

　　擴(kuò)展性：PLC系統(tǒng)是通用性、開放性系統(tǒng)，現(xiàn)階段大多數(shù)PLC系統(tǒng)與大多數(shù)DDC系統(tǒng)操作員站之間用的都是TCP/IP協(xié)議，都可以做到有網(wǎng)絡(luò)就可接入。而目前DDC系統(tǒng)軟件按用戶數(shù)收取昂貴費(fèi)用，令大部分已完工的樓控系統(tǒng)對(duì)分控操作站想要而不敢要，PLC系統(tǒng)正好有此優(yōu)勢(shì)。 專業(yè)性：PLC是通用的工控產(chǎn)品，沒有內(nèi)置經(jīng)過嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)的能源管理及節(jié)能程序；需要非常專業(yè)的設(shè)計(jì)人員做大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作，調(diào)試周期長(zhǎng)。DDC固化專業(yè)版軟件，有標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序和經(jīng)過嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)的PID算法及能源管理程序等特殊的功能，DDC通常有：峰值負(fù)載控制、優(yōu)化啟?？刂?、優(yōu)化設(shè)備調(diào)度、節(jié)約能源周期控制、多種空調(diào)運(yùn)行模式、臨時(shí)計(jì)劃更換、節(jié)假日時(shí)間表、基礎(chǔ)日歷時(shí)間表、事件時(shí)間表，趨勢(shì)記錄和報(bào)表等功能。 安全性：DDC出現(xiàn)故障時(shí)，可在線更換，不影響本網(wǎng)絡(luò)上其他DDC的網(wǎng)絡(luò)通訊，DDC自身可以獨(dú)立工作，中央操作站可以在不需要時(shí)停機(jī)，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠。PLC單元模塊發(fā)生故障時(shí)，一般需要將整個(gè)系統(tǒng)停下來，才能進(jìn)行更換維護(hù)并需重新編程。

　　調(diào)試難易程度：由于應(yīng)用的控制領(lǐng)域不同，PLC系統(tǒng)調(diào)試比較麻煩，DDC系統(tǒng)調(diào)試起來容易。而對(duì)于PLC構(gòu)成的系統(tǒng)來說，工作量龐大，首先需要確定所要編輯更新的是哪個(gè)PLC，然后要用與之對(duì)應(yīng)的編譯器進(jìn)行程序編譯，最后再用專用的機(jī)器（讀寫器）專門一對(duì)一的將程序傳送給這個(gè)PLC，在系統(tǒng)調(diào)試期間，大量增加調(diào)試時(shí)間和調(diào)試成本。 由于應(yīng)用的領(lǐng)域不同，DDC和PLC在工作方式、網(wǎng)絡(luò)通訊、系統(tǒng)功能、專業(yè)性、擴(kuò)展性、安全性上都有很大的差別。成功的BA系統(tǒng)都是由經(jīng)驗(yàn)豐富的調(diào)試工程師參與完成。 暖通空調(diào)控制系統(tǒng)中信號(hào)的種類 模擬量輸入的物理量有溫度、濕度、壓力、流量等，這些物理量由相應(yīng)的傳感器測(cè)得，往往經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送入DDC的模擬輸入口（AI）。此電信號(hào)可以是電流信號(hào)（0~10mA，也可以是電壓信號(hào)（0~5V或0~10V）。一般一個(gè)DDC控制器可有多個(gè)AI輸入口，若變送器輸出為電流信號(hào)，通常由接在輸人端口的電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。

　　DDC控制器能夠直接判斷DI通道上的電平高低（電信號(hào)在正常工作狀態(tài)下的兩種狀態(tài)，相當(dāng)于開/關(guān)）兩種狀態(tài)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量（1或0），進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行邏輯分析和計(jì)算。 對(duì)于以開關(guān)狀態(tài)為輸出的傳感器，如水流開關(guān)、風(fēng)速開關(guān)、壓差開關(guān)等，可以直接接到DDC的DI通道上。除了測(cè)量開關(guān)狀態(tài)外，DI通道還可以直接對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，如測(cè)量脈沖頻率及高電平或低電平的脈沖寬度，或?qū)γ}沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

　　DDC的模擬量輸出（AO）信號(hào)是0~5V、0~10v的電壓或0~10mA、4~ 20mA 的電流，其輸出電壓或電流的大小由控制軟件決定。由于DDC控制器內(nèi)部處理的信號(hào)都是數(shù)字信號(hào)，所以這種可連續(xù)變化的模擬量信號(hào)是通過內(nèi)部數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（D/ A）產(chǎn)生的。通常，模擬量輸出（AO）信號(hào)控制具有調(diào)節(jié)功能的風(fēng)閥、水閥等執(zhí)行器動(dòng)作。 數(shù)字量輸出D0也稱開關(guān)量輸出，開關(guān)量輸出信號(hào)可用來控制開關(guān)、交流接觸器。交流接觸器是啟停風(fēng)機(jī)、水泵及壓縮機(jī)等設(shè)備的執(zhí)行器。出于對(duì)DDC的保護(hù)控制時(shí)，可以通過DDC的D0輸出信號(hào)帶動(dòng)中間繼電器，再由中間繼電器的觸頭帶動(dòng)交流接觸器線圈，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟/?？刂疲瑸榱耸笵DC了解接觸器是否真正吸合，一般要將接觸器的一個(gè)輔助觸點(diǎn)接至DDC的輸入通道，使DDC能隨時(shí)測(cè)出接觸器的實(shí)際工作狀況。

　　DDC控制器設(shè)置在冷凍站、熱交換站、空調(diào)機(jī)房、新風(fēng)機(jī)房等控制參數(shù)較為集中的地方，箱體一般掛墻明裝。每臺(tái)DDC的輸入輸出接口數(shù)量和種類應(yīng)與所控制的設(shè)備要求相適應(yīng)，并留有10%~15%的余量。 現(xiàn)狀

　　目前，建筑BA系統(tǒng)用DDC和PLC的都有，商業(yè)綜合體，賓館酒店，辦公樓用DDC的較多，工業(yè)廠房、醫(yī)藥廠、數(shù)據(jù)中心、區(qū)域能源站等用PLC的較多。

　　編輯：黃飛