李 文(中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢 430071)

PLC在民用建筑電氣中的應(yīng)用

李 文
(中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢 430071)

介紹了PLC的定義及特點(diǎn)，同時(shí)與DDC之間進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比，描述了PLC在兩個(gè)工程案例中的應(yīng)用，總結(jié)了PLC在民用建筑電氣中的應(yīng)用場(chǎng)合與發(fā)展趨勢(shì)。

PLC 建筑電氣 DDC

0 引言

在制造工業(yè)中存在大量以開(kāi)關(guān)量為主的順序控制、連鎖保護(hù)動(dòng)作控制以及大量越限報(bào)警等狀態(tài)量的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)。由于這些監(jiān)測(cè)和控制要求，使PLC發(fā)展成為用于順序控制及取代以繼電器線(xiàn)路為主的產(chǎn)品。隨著技術(shù)發(fā)展，PLC廠(chǎng)家在原有CPU模板的基礎(chǔ)上逐漸增加了各種通訊接口，以太網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)同步發(fā)展，使得PLC的通訊及組網(wǎng)功能越來(lái)越便捷。近些年來(lái)，隨著現(xiàn)代建筑中機(jī)電設(shè)備的控制要求越來(lái)越復(fù)雜和精確，PLC在民用建筑電氣中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

1 關(guān)于PLC

1.1 PLC的定義

可編程邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller)在IEC中定義為一類(lèi)數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)門(mén)為了在工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)。PLC可以執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、定時(shí)、算術(shù)操作與計(jì)數(shù)等面向用戶(hù)的指令，采用可編程的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)其內(nèi)部程序，并通過(guò)模擬或數(shù)字型輸入/輸出設(shè)備控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。

1.2 PLC的主要特點(diǎn)

1)通用性和靈活性較強(qiáng)；

2)功能及擴(kuò)展性能強(qiáng)；

3)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好；

4)編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單、易上手；

5)與外部設(shè)備的連接便捷；

6)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試周期短。

1.3 PLC的基本分類(lèi)

PLC按I/O點(diǎn)數(shù)可分整體式(主要應(yīng)用于小微型機(jī))與組合式(主要應(yīng)用于中大型機(jī))兩類(lèi)。PLC分類(lèi)見(jiàn)圖1，整體式 PLC的基本組成框圖如圖2所示，組合式 PLC的基本組成框圖如圖3所示。

2 PLC與DDC的對(duì)比

2.1 DDC定義

DDC(Direct Digital Controller)：直接數(shù)字控制器，通常稱(chēng)為DDC控制器。

DDC系統(tǒng)的組成通常包括中央控制設(shè)備(集中控制主機(jī)、顯示器、鍵盤(pán)、通訊接口、不間斷電源、打印機(jī)等)、現(xiàn)場(chǎng)DDC控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)，以及相應(yīng)的傳感器、執(zhí)行器等元器件。

圖1 PLC分類(lèi)圖

DDC實(shí)質(zhì)是從PLC發(fā)展演變而來(lái)的，是生產(chǎn)廠(chǎng)商針對(duì)樓宇自控這一細(xì)分市場(chǎng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品。廠(chǎng)家專(zhuān)門(mén)針對(duì)建筑設(shè)備的控制特點(diǎn)與內(nèi)容，在其控制器內(nèi)部固化了這些常用設(shè)備的控制程序。

2.2 PLC與DDC的對(duì)比

1)性能

PLC的掃描周期可以達(dá)到毫秒級(jí)，而大部分DDC只能在秒級(jí)，所以PLC反應(yīng)速度更加迅速，運(yùn)算能力和精度要好。

圖2 整體式PLC組成框圖

圖3 組合式PLC組成框圖

2)穩(wěn)定性

PLC控制器最早是專(zhuān)門(mén)針對(duì)工業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)，所以可以在惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期可靠且無(wú)故障運(yùn)行，平均無(wú)故障時(shí)間間隔(MTBF)>15年，并且易維護(hù)、易接線(xiàn)、抗腐蝕能力強(qiáng)、隔離性好，能適應(yīng)更大的溫度變化范圍。

3)靈活性

DDC控制器很多程序都是固化不變的，對(duì)于一些需要個(gè)性化定制的項(xiàng)目，程序修改起來(lái)比較麻煩。而PLC利用通用的梯形圖編程，方便自行修改程序；上位機(jī)軟件既可以是通用組態(tài)軟件，又可以是專(zhuān)用配套軟件，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的通用組態(tài)軟件都是純中文界面，操作方便，組態(tài)功能強(qiáng)大。

4)軟件成本

DDC系統(tǒng)的上位機(jī)軟件基本都是專(zhuān)用軟件，每個(gè)廠(chǎng)商軟件的操作界面和功能都不太一樣，而且大多數(shù)是英文界面，對(duì)技術(shù)員要求較高，這其實(shí)從側(cè)面說(shuō)明了各廠(chǎng)商系統(tǒng)之間的不兼容性，并且這些DDC的專(zhuān)用軟件費(fèi)用較高，均需計(jì)入項(xiàng)目成本中。

而PLC的軟件資源非常豐富，軟件成本相對(duì)要低很多。

5)人機(jī)界面

DDC控制器的人機(jī)界面更加友好，控制器上集成了液晶屏及操作按鈕，可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置與修改，而PLC必須通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行設(shè)置和修改。

6)調(diào)試成本

由于樓控系統(tǒng)的承建方大多是弱電系統(tǒng)集成商，這個(gè)群體對(duì)自控技術(shù)接觸較少，為了便于開(kāi)展工程，廠(chǎng)商會(huì)預(yù)先在DDC中固定一部分控制程序，做一個(gè)相對(duì)容易的產(chǎn)品，方便弱電系統(tǒng)集成商現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，這樣一來(lái)DDC的調(diào)試成本要更低，周期要更短。

7)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通訊

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上方面，PLC與DDC基本上沒(méi)有區(qū)別，都支持單、多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并支持多種通用通訊協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性都比較好。

8)應(yīng)用模塊

DDC廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)了很多針對(duì)不同建筑設(shè)備監(jiān)控的軟件應(yīng)用模塊，實(shí)施時(shí)可以直接調(diào)用，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。而大多數(shù)PLC廠(chǎng)家都是沒(méi)有開(kāi)發(fā)這些模塊的，需要工程商后期二次開(kāi)發(fā)。

3 PLC在建筑電氣中的應(yīng)用

3.1發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)

某大型項(xiàng)目設(shè)有1座110kV/10kV變電站，3間10kV配電房，1間柴油發(fā)電機(jī)室及控制室。為了保證供電可靠性，3間10kV配電房的進(jìn)線(xiàn)電源出現(xiàn)故障時(shí)，必須及時(shí)可靠地自啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組。這個(gè)項(xiàng)目個(gè)性化定制需求高，對(duì)穩(wěn)定性要求嚴(yán)格，PLC非常適用。該項(xiàng)目供電系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖4 供電系統(tǒng)圖

圖5 PLC接線(xiàn)示意圖

圖6 PLC控制系統(tǒng)圖

發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)原理：3個(gè)10kV配電房中任一組的3路10kV電源中有一路主供電源中斷供電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)自動(dòng)啟動(dòng)并處于熱備份狀態(tài)，當(dāng)其他兩路中任一路電源再失電時(shí)，發(fā)電機(jī)組立即投入運(yùn)行；自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)信號(hào)取自市電的失電信號(hào)，1#、2#、3#10kV配電房的3個(gè)高壓進(jìn)線(xiàn)斷路器和2個(gè)母聯(lián)斷路器的輔助觸點(diǎn)信號(hào)發(fā)至2#10kV配電房的PLC控制器，經(jīng)邏輯處理后的信號(hào)引至柴油發(fā)電機(jī)房控制室主控制器。PLC接線(xiàn)示意圖見(jiàn)圖5。

3.2污水處理廠(chǎng)

某大型項(xiàng)目有一配套污水處理廠(chǎng)，該項(xiàng)目屬于工業(yè)場(chǎng)合，使用環(huán)境惡劣，安全穩(wěn)定性要求高，工藝設(shè)備存在大量順序控制及聯(lián)鎖，PLC非常適用該項(xiàng)目。

該項(xiàng)目控制系統(tǒng)如圖6所示，系統(tǒng)控制方案：全廠(chǎng)設(shè)置1間中控室，在內(nèi)設(shè)置系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)、打印機(jī)、操作站等設(shè)備，對(duì)全廠(chǎng)各工藝裝置運(yùn)行進(jìn)行集中監(jiān)視與控制；分別在5個(gè)不同的裝置區(qū)(粗格柵渠、反應(yīng)池、絮凝沉淀池、送水泵房、二氧化氯間)各設(shè)置1個(gè)PLC控制子站，這5個(gè)子站獨(dú)立控制各自裝置區(qū)的工藝設(shè)備及流程。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用以下三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

管理層：采用工業(yè)以太網(wǎng)，TCP/IP通訊協(xié)議。

控制層：采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)形式，雙環(huán)網(wǎng)，interbus通訊協(xié)議。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用硬接線(xiàn)形式與I/O模塊連接。

4 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，DDC的性能、穩(wěn)定性、安全性要略遜于PLC，但其應(yīng)用在普通民用建筑機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控上綽綽有余。對(duì)于大型民用項(xiàng)目，DDC的開(kāi)發(fā)、調(diào)試周期要明顯短于PLC系統(tǒng)，但靈活性和后期維護(hù)經(jīng)濟(jì)性卻不及PLC系統(tǒng)。筆者認(rèn)為：在本質(zhì)上PLC與DDC差別不大，很多場(chǎng)合兩者均可使用，但對(duì)于一些需要個(gè)性化定制、安全穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合或相對(duì)獨(dú)立的第三方設(shè)備，PLC更加適合。隨著PLC的成本越來(lái)越低，針對(duì)樓宇自控方面的開(kāi)發(fā)越來(lái)越豐富，PLC的應(yīng)用將更加廣泛。

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ApplicationofPLCinCivilBuildingElectricalSystem

Li Wen

Through introducing the definition and characteristics of PLC, the comparison with DDC is analyzed in details and two engineering cases in practical application are present. Finally, the trends of PLC's application and development in building electricity is put forward.

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