摘 要：隨著現(xiàn)代建筑的不斷發(fā)展，建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)變得越來(lái)越重要。在建筑設(shè)備監(jiān)控中，直接數(shù)字控制器（DDC）和可編程邏輯控制器（PLC）是常用的控制設(shè)備。在建筑設(shè)備監(jiān)控中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，它們各自具有獨(dú)特的特點(diǎn)和適用范圍，基于此，深入探討了DDC和PLC在建筑設(shè)備監(jiān)控中的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景以及選用策略，通過(guò)對(duì)它們的性能、功能、成本等多方面進(jìn)行比較分析，為建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中合理選用DDC與PLC提供了參考。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)備；監(jiān)控系統(tǒng)；DDC；PLC

中圖分類號(hào)：TU855" " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)：2096-6903（2025）02-0019-03

0 引言

建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)旨在對(duì)建筑物內(nèi)的各種設(shè)備，如暖通空調(diào)、照明、給排水等進(jìn)行集中管理和控制，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、舒適、安全等目標(biāo)。DDC（Direct Digit Control） 和 PLC（Programmable Logic Controller） 作為重要的控制手段，在建筑設(shè)備監(jiān)控中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，它們各自具有獨(dú)特的特點(diǎn)和適用范圍，根據(jù)具體項(xiàng)目需求進(jìn)行正確選用是一個(gè)值得深入研究的課題。

1 DDC 的特點(diǎn)與應(yīng)用

1.1 DDC的定義與結(jié)構(gòu)

DDC是一種專門用于樓宇自控的微控制器，是直接數(shù)字控制的簡(jiǎn)稱，利用計(jì)算機(jī)對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制。

DDC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主要包括以下6部分：①基于微處理器的控制器。硬件具有通用的體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)軟件執(zhí)行特定控制功能或算法，通常具有多輸入和多輸出的功能，可在控制系統(tǒng)硬件布線穩(wěn)定的情況下執(zhí)行不同的控制策略，用一個(gè)控制器控制多參數(shù)的被控對(duì)象或同時(shí)控制多個(gè)對(duì)象。②執(zhí)行控制邏輯或算法的軟件。用于實(shí)現(xiàn)具體的控制功能。③獲取控制參數(shù)的傳感器。負(fù)責(zé)將被控對(duì)象的相關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。④A/D 轉(zhuǎn)換器。用于將傳感器送來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)處理。⑤D/A 轉(zhuǎn)換器。用于把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為適應(yīng)各種執(zhí)行器的信號(hào)。⑥執(zhí)行控制輸出的執(zhí)行器，如電動(dòng)或氣動(dòng)閥等。可根據(jù)控制信號(hào)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)。

直接數(shù)字控制系統(tǒng)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過(guò)多點(diǎn)巡回檢測(cè)裝置對(duì)過(guò)程參數(shù)采樣，與設(shè)定值比較后，依據(jù)控制規(guī)律和算法進(jìn)行分析計(jì)算，形成控制信息并傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)單回路的各種控制，如比例積分微分、前饋、非線性、適應(yīng)等控制。它一般用于小型或中型生產(chǎn)裝置的控制[1]。

1.2 DDC的優(yōu)點(diǎn)

1.2.1 功能強(qiáng)

DDC功能針對(duì)性強(qiáng)使得其能夠精準(zhǔn)滿足建筑設(shè)備的特定監(jiān)控需求。它可以對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等進(jìn)行精確控制和調(diào)節(jié)，確保各個(gè)設(shè)備在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，從而提高能源利用效率，降低能耗成本。

DDC具備強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力，能夠迅速準(zhǔn)確地獲取設(shè)備運(yùn)行的各種參數(shù)和狀態(tài)信息。一旦發(fā)現(xiàn)異常，能及時(shí)發(fā)出警報(bào)并采取相應(yīng)的控制措施，有效預(yù)防設(shè)備故障，保障建筑設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

靈活的編程和配置功能，可以根據(jù)不同建筑的結(jié)構(gòu)、用途和使用時(shí)間等因素，定制個(gè)性化的監(jiān)控方案，適應(yīng)多樣化的建筑需求。DDC還支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，方便管理人員隨時(shí)隨地了解建筑設(shè)備的運(yùn)行情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和調(diào)控，大大提高了管理的便捷性和效率。

1.2.2 易于編程和調(diào)試

DDC通常采用直觀易懂的編程語(yǔ)言，使得工程師能夠快速上手，根據(jù)具體的建筑設(shè)備監(jiān)控需求編寫高效的控制邏輯。其編程邏輯清晰，結(jié)構(gòu)規(guī)范，降低了出錯(cuò)的可能性，提高了編程的效率和準(zhǔn)確性[2]。

在調(diào)試環(huán)節(jié)，DDC具備豐富的調(diào)試軟件和高效的調(diào)試功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)輸入輸出信號(hào)、參數(shù)變化等，方便工程師迅速定位和解決問(wèn)題。它支持在線調(diào)試，無(wú)需停止系統(tǒng)運(yùn)行，最大程度減少了對(duì)正常監(jiān)控工作的影響。操作界面友好也是DDC的一大亮點(diǎn)。其界面簡(jiǎn)潔明了，各項(xiàng)功能和參數(shù)設(shè)置一目了然，無(wú)論是專業(yè)的技術(shù)人員還是普通的運(yùn)維人員，都能輕松理解和操作。界面還提供了清晰的提示和幫助信息，即使面對(duì)復(fù)雜的監(jiān)控任務(wù)，也能順利完成操作。

1.2.3 能夠?qū)崿F(xiàn)較為復(fù)雜的控制邏輯

復(fù)雜的控制邏輯意味著對(duì)建筑設(shè)備的控制能夠更加精細(xì)和準(zhǔn)確。例如，在空調(diào)系統(tǒng)的控制中，DDC可以根據(jù)室內(nèi)外溫度、濕度、人員數(shù)量等多個(gè)變量，通過(guò)復(fù)雜的算法來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整制冷或制熱的功率，以達(dá)到最佳的舒適度和節(jié)能效果。

對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)，DDC能夠依據(jù)空氣質(zhì)量、二氧化碳濃度以及不同區(qū)域的使用情況，實(shí)現(xiàn)分區(qū)、分時(shí)的精確通風(fēng)控制。這種復(fù)雜邏輯的實(shí)現(xiàn)可以有效地提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，避免不必要的能源浪費(fèi)。

在多設(shè)備協(xié)同運(yùn)行的場(chǎng)景中，DDC可以協(xié)調(diào)諸如照明、電梯、給排水等系統(tǒng)，根據(jù)各種預(yù)設(shè)條件和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)控制。比如，當(dāng)電梯繁忙運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)增強(qiáng)周邊照明亮度；在用水高峰時(shí)段，優(yōu)化給排水系統(tǒng)的運(yùn)行策略。

1.3 DDC的應(yīng)用場(chǎng)景

主要適用于各類型建筑的空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等相對(duì)固定和常規(guī)的建筑設(shè)備監(jiān)控。

在商業(yè)建筑中，如寫字樓、商場(chǎng)及商業(yè)綜合體等，DDC可用于中央空調(diào)系統(tǒng)的精確控制，根據(jù)室內(nèi)外溫度、人流量等因素自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和濕度，以提供舒適的環(huán)境并節(jié)約能源。還可以對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，根據(jù)光照和人員活動(dòng)情況自動(dòng)開關(guān)和調(diào)節(jié)亮度。

在工業(yè)廠房里，DDC可對(duì)通風(fēng)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備的溫度和壓力等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)，確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性。

在醫(yī)院建筑中，它用于控制手術(shù)室、病房的潔凈度、溫度和濕度，保障醫(yī)療環(huán)境的質(zhì)量。還能對(duì)醫(yī)療設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。

在學(xué)校建筑中，DDC可應(yīng)用于教學(xué)樓和宿舍的空調(diào)、照明系統(tǒng)，根據(jù)作息時(shí)間和實(shí)際使用情況進(jìn)行智能管理。

在智能住宅中，DDC能實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居設(shè)備的集中控制，如地暖、新風(fēng)系統(tǒng)等，提升居住的舒適度和便利性。

2 PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用

2.1 PLC的定義與結(jié)構(gòu)

PLC即可編程邏輯控制器，是一種專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。

PLC的結(jié)構(gòu)通常包括以下7個(gè)主要部分：一是中央處理器（CPU），這是PLC的核心，負(fù)責(zé)執(zhí)行程序、進(jìn)行邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。二是存儲(chǔ)器，包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ) PLC系統(tǒng)的監(jiān)控程序、解釋程序等。用戶程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶編寫的控制程序。三是輸入單元，用于接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)，如按鈕、傳感器等，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給CPU。四是輸出單元，用于將CPU處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如接觸器、電磁閥等。五是電源，用于為PLC提供工作所需用電。六是編程設(shè)備，用于編寫、調(diào)試和監(jiān)控PLC程序，常見的有專用編程器和計(jì)算機(jī)編程軟件。七是通信接口，用于實(shí)現(xiàn)PLC與其他設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，如與上位機(jī)、其他 PLC 或智能設(shè)備進(jìn)行通信。

2.2 PLC的優(yōu)點(diǎn)

2.2.1 可靠性高且抗干擾能力強(qiáng)

可靠性高體現(xiàn)在PLC采用了先進(jìn)的硬件設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝，減少了硬件故障的發(fā)生概率。PLC 的軟件具有自診斷和容錯(cuò)功能，能夠在部分模塊出現(xiàn)故障時(shí)，仍維持系統(tǒng)的基本運(yùn)行[3]。

抗干擾能力強(qiáng)是因?yàn)?PLC在電路設(shè)計(jì)、布線以及外殼防護(hù)等方面采取了一系列措施。它能有效抵抗來(lái)自電源波動(dòng)、電磁干擾、環(huán)境溫度變化等因素的影響，保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定工作。

2.2.2 靈活性好且可擴(kuò)展性強(qiáng)

靈活性方面，用戶可根據(jù)實(shí)際需求自行編寫控制程序，輕松改變控制邏輯和功能，適應(yīng)不同的生產(chǎn)工藝和流程變化。而且，能快速響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的調(diào)整和改造，無(wú)需大規(guī)模更換硬件。

可擴(kuò)展性強(qiáng)表現(xiàn)為，當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大或控制要求增加時(shí)，只需添加相應(yīng)的模塊，如輸入輸出模塊、通信模塊等，就能方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)的功能和規(guī)模。這種特性大大降低了系統(tǒng)升級(jí)的成本和時(shí)間，使PLC能夠滿足企業(yè)不斷發(fā)展的需求。

2.2.3 適用于各種惡劣工業(yè)環(huán)境

在高溫、高濕度、強(qiáng)電磁干擾等惡劣條件下，PLC 仍能穩(wěn)定可靠運(yùn)行。其外殼防護(hù)等級(jí)高，能有效防塵、防水、防震。良好的抗干擾設(shè)計(jì)使其不受電網(wǎng)波動(dòng)和其他電氣設(shè)備干擾。即便環(huán)境中存在腐蝕性氣體或粉塵，PLC也能正常工作，保障工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，減少因環(huán)境因素導(dǎo)致的故障和停機(jī)。

2.3 PLC的應(yīng)用場(chǎng)景

PLC有著廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。在制造業(yè)中，常用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制，如汽車制造、電子產(chǎn)品生產(chǎn)等。在電力行業(yè)，常用于實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站和電網(wǎng)的監(jiān)控與控制。在石油化工領(lǐng)域，常用于操控各類生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程。在水處理廠，常用于監(jiān)管水泵、閥門等，確保水質(zhì)處理正常。在物流倉(cāng)儲(chǔ)中也能對(duì)輸送線、堆垛機(jī)等進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

3 DDC與PLC的比較

3.1 結(jié)構(gòu)差異

DDC是一種“分散式控制系統(tǒng)”，組成的系統(tǒng)是分層的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊。PLC是一種控制“裝置”，常用于生產(chǎn)線上某個(gè)部位的控制，組成的系統(tǒng)通過(guò)特有協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線連接。兩者是“系統(tǒng)”與“裝置”的區(qū)別。

3.2 控制原理

DDC包含了對(duì)采集數(shù)據(jù)的數(shù)字化以及對(duì)數(shù)據(jù)的數(shù)字處理。DDC是隨著樓宇控制、能源管理的需求以及為滿足環(huán)境控制以及舒適的要求而產(chǎn)生的新一代的控制器，可以用于處理復(fù)雜的控制關(guān)系[4]。

PLC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(lái)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(guò)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(guò)程。

3.3 應(yīng)用領(lǐng)域

DDC能精準(zhǔn)調(diào)控建筑內(nèi)的空調(diào)、照明等系統(tǒng)，在樓宇暖通行業(yè)有豐富的庫(kù)，有標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序和經(jīng)過(guò)嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)的控制算法及能源管理程序等特殊的功能。多用于建筑行業(yè)的樓宇控制和環(huán)境控制，包括在數(shù)據(jù)中心、酒店、辦公樓、智慧醫(yī)院、生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、教育設(shè)施等樓宇自控行業(yè)。

PLC多用于運(yùn)動(dòng)控制（比如各種生產(chǎn)線控制）和機(jī)械控制，是通用的工控產(chǎn)品，沒(méi)有內(nèi)置經(jīng)過(guò)暖通控制相關(guān)的模板和節(jié)能程序，需要專業(yè)的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行程序編寫和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。因此，PLC廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石化、機(jī)械制造、汽車裝配、電力、電池廠房、電子信息產(chǎn)業(yè)等行業(yè)。

3.4 網(wǎng)絡(luò)特征

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)備的能力很強(qiáng)，系統(tǒng)自身的擴(kuò)展性與開放性更好。

PLC因?yàn)榛旧隙紴閭€(gè)體工作，與其他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。DDC與PLC主流通信協(xié)議如表1所示。

3.5 成本方面

在成本方面，DDC 通常針對(duì)建筑控制進(jìn)行優(yōu)化，其成本相對(duì)較低，尤其在功能特定的建筑控制系統(tǒng)中具有一定優(yōu)勢(shì)。

PLC 由于通用性強(qiáng)，在硬件配置和軟件開發(fā)上要求較高，成本一般高于 DDC。但在大規(guī)模、復(fù)雜工業(yè)控制場(chǎng)景中，因能滿足多種需求，其綜合成本效益可能更優(yōu)。

3.6 編程難度

DDC編程相對(duì)簡(jiǎn)單，具有豐富的暖通應(yīng)用程序庫(kù)編寫和調(diào)試工作量，容易實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，降低能耗。圖形化編程語(yǔ)言降低了編程難度，易于學(xué)習(xí)和掌握，調(diào)試簡(jiǎn)單方便，周期短，后期維護(hù)簡(jiǎn)單。

PLC具有邏輯指令、算數(shù)指令、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等功能，編程更加自由靈活，但工作相對(duì)繁瑣，調(diào)試周期較長(zhǎng)，成本高，后期需專業(yè)人士維護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

DDC和PLC在建筑設(shè)備監(jiān)控中都具有重要地位，正確選用需要綜合考慮多方面因素。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的具體情況靈活選擇，以實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的高效、可靠運(yùn)行。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，DDC和PLC將不斷融合和創(chuàng)新，為建筑設(shè)備監(jiān)控帶來(lái)更多的可能性。

參考文獻(xiàn)

[1] 于博濤.淺析建筑電氣弱電智能化系統(tǒng)工程的施工[J].磚瓦世界，2021（11）：286，288.

[2] 姚新華.論BIM技術(shù)在建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)維管理中的應(yīng)用[J].建筑與裝飾，2018（9）：151-152.

[3] 楊接，趙金昭.自控系統(tǒng)集成在智能建筑集成控制中的應(yīng)用[J].智能建筑與智慧城市，2021（6）：132-133.

[4] 顧濱.人工智能在智慧建筑中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2020，5 （21）：35-36.