對(duì)樓控系統(tǒng)編程中開關(guān)邏輯和控制策略的探究

摘#8195;要 樓控系統(tǒng)之所以具有強(qiáng)大的控制功能完全依賴于DDC控制器CPU中所編程序發(fā)出的控制指令，而這些控制指令又以開關(guān)邏輯和控制策略為主。因此，要想進(jìn)一步完善和簡(jiǎn)化樓控系統(tǒng)的編程工作，增強(qiáng)和優(yōu)化樓控系統(tǒng)的控制功能就必須加強(qiáng)對(duì)開關(guān)邏輯和控制策略的探究。本文以Honeywell公司開發(fā)的CARE軟件為例，介紹了樓控系統(tǒng)DDC控制器CPU編程中應(yīng)用最為廣泛的幾種開關(guān)邏輯和控制策略，以及對(duì)這些開關(guān)邏輯和控制策略在工程實(shí)例中應(yīng)用的探究。

關(guān)鍵詞 樓宇自控系統(tǒng)編程；開關(guān)邏輯；控制策略

中圖分類號(hào) TP 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)012-0121-03

智能建筑系統(tǒng)是信息時(shí)代的必然產(chǎn)物，建筑物智能化程度隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步提高。智能建筑系統(tǒng)主要由樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）、通訊自動(dòng)化系統(tǒng)（CAS系統(tǒng)）和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OAS系統(tǒng)）三大系統(tǒng)組成。而BAS系統(tǒng)中的樓控系統(tǒng)（也稱樓宇機(jī)電設(shè)備自控系統(tǒng)）是智能建筑系統(tǒng)中一個(gè)最重要也是最基本的一個(gè)子系統(tǒng)。樓控系統(tǒng)一般是由現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器、控制器及監(jiān)控工作站組成?？刂破鳛榧⑹綌?shù)字控制器（DDC控制器），它們分布于建筑內(nèi)部各區(qū)域，通過總線方式連接成一個(gè)控制器網(wǎng)絡(luò)，DDC控制器通過與它相連的服務(wù)器、執(zhí)行器和傳感器來完成本區(qū)域內(nèi)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控工作，DDC控制器內(nèi)置有處理器芯片（CPU）可以按照事先編制的程序完成控制工作。樓控系統(tǒng)之所以具有強(qiáng)大的控制功能完全依賴于DDC控制器CPU中所編程序發(fā)出的控制指令，而這些控制指令又以開關(guān)邏輯和控制策略為主。因此，要想進(jìn)一步完善和簡(jiǎn)化樓控系統(tǒng)的編程工作，增強(qiáng)和優(yōu)化樓控系統(tǒng)的控制功能就必須加強(qiáng)對(duì)開關(guān)邏輯和控制策略的探究。本文以Honeywell公司開發(fā)的CARE軟件為例，介紹了樓控系統(tǒng)DDC控制器CPU編程中應(yīng)用最為廣泛的幾種開關(guān)邏輯和控制策略，以及對(duì)這些開關(guān)邏輯和控制策略在工程實(shí)例中應(yīng)用的探究。

1 CARE軟件簡(jiǎn)介

CARE軟件是一款由Honeywell公司開發(fā)的，專為DDC控制器編制控制程序和創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件的圖形化工具，操作者可以通過選擇CARE軟件圖形庫中存儲(chǔ)的控制系統(tǒng)圖形元件繪制設(shè)備控制原理圖，并可通過調(diào)用CARE軟件算法庫中已存的控制算法生成相應(yīng)的開關(guān)邏輯和控制策略，當(dāng)然對(duì)于一些非標(biāo)系統(tǒng)，操作者也可以通過CARE軟件強(qiáng)大的腳本編譯功能來自行完成編制，從而使得編程工作能夠快速而準(zhǔn)確的完成。

2 使用CARE軟件編制樓控系統(tǒng)程序的開發(fā)步驟

1）創(chuàng)建一個(gè)工程，并定義工程的一般信息。2）為該工程定義機(jī)電設(shè)備，并選擇設(shè)備類型。3）創(chuàng)建設(shè)備控制原理圖，顯示設(shè)備的元件組成，定義輸入、輸出項(xiàng)。4）為設(shè)備創(chuàng)建開關(guān)邏輯。5）為設(shè)備創(chuàng)建控制策略。6）定義一個(gè)DDC控制器，將上述定義好的設(shè)備連接到控制器中。7）修改數(shù)據(jù)點(diǎn)信息，如增加額外的描述點(diǎn)（報(bào)警點(diǎn)）、工程單位、特性值等。8）在每日和每周的基礎(chǔ)上為設(shè)備操作創(chuàng)建時(shí)間程序。9）將設(shè)備程序翻譯成適合下載到DDC控制器的格式，并備份程序。

3 開關(guān)邏輯的定義和CARE軟件中開關(guān)邏輯的種類

3.1 開關(guān)邏輯的定義

建立設(shè)備控制原理圖之后，就需要?jiǎng)?chuàng)建開關(guān)邏輯了，開關(guān)邏輯為實(shí)現(xiàn)數(shù)字量控制（如切換狀態(tài)等）提供了一個(gè)易于使用的邏輯表，該邏輯表規(guī)定了開關(guān)狀態(tài)、輸入條件以及輸出控制等，若開關(guān)條件成立，DDC控制器就把經(jīng)過編制的控制指令傳送給輸出點(diǎn)。開關(guān)邏輯比控制策略具有更高的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)開關(guān)邏輯進(jìn)行控制的時(shí)候，控制策略就不能使用，只有當(dāng)開關(guān)邏輯釋放了這個(gè)點(diǎn)之后，該點(diǎn)才能由控制策略支配。

3.2 CARE軟件中開關(guān)邏輯的種類

1）“AND（與）”邏輯：表示所有條件行都必須成立才能給結(jié)果行發(fā)出一個(gè)指令。例如，表1所示，如果送風(fēng)機(jī)啟動(dòng)了30 s且送風(fēng)溫度大于或等于68 F，就自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)。其中最后一行、第二列的值是3.0， 是指在送風(fēng)溫度為68 F的基礎(chǔ)上創(chuàng)建了一個(gè)3 F的死區(qū)，避免了由于送風(fēng)溫度波動(dòng)而引起的排風(fēng)機(jī)頻繁啟停。換句話說，也就是送風(fēng)溫度必須至少降低至65 F才停止排風(fēng)機(jī)。

2）“OR（或）”邏輯：表示只要有一個(gè)條件行是成立就能給結(jié)果行發(fā)出一個(gè)指令。例如，表2所示，如果送風(fēng)機(jī)已開啟了30 s或者如果送風(fēng)溫度大于或等于68 F就啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)。

3）時(shí)間延遲邏輯：包括以下幾種，它們的具體應(yīng)用見表3。①行條件延遲：例如，表3所示，風(fēng)機(jī)在DDC控制器將其運(yùn)行狀態(tài)改變之前必須延時(shí)10 s；②邏輯與延遲：例如，表3所示，DDC控制器在所有條件行都滿足之后，必須再延時(shí)15 s才發(fā)出指令；③開關(guān)表輸出延遲：例如，表3所示，冷凍泵在DDC控制器將其運(yùn)行狀態(tài)改變之前必須延時(shí)2 min。

4 開關(guān)邏輯在工程實(shí)例中應(yīng)用的探究

在新風(fēng)機(jī)組控制原理圖基礎(chǔ)上，創(chuàng)建一個(gè)開關(guān)邏輯表用以實(shí)現(xiàn)新風(fēng)機(jī)組的自動(dòng)啟停，詳見圖1所示，其具體開關(guān)邏輯為：當(dāng)風(fēng)機(jī)處于自動(dòng)運(yùn)行模式（AirFanMode為1），運(yùn)行狀態(tài)為啟動(dòng)就緒狀態(tài)（AirFanStatus為1），風(fēng)機(jī)無故障（AirFanTrip為0），室內(nèi)濕度大于80％（AirOutHumi為1），在規(guī)定的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)（DayTimer為1，DayTimer是一個(gè)軟件點(diǎn)，由時(shí)間程序控制），只有上述條件行都成立的情況下，新風(fēng)機(jī)組才延遲

20 s后啟動(dòng)（AirFanCMD為1）。

5 控制策略的定義和CARE軟件中控制策略的種類

5.1 控制策略的定義

建立設(shè)備控制原理圖之后，除要為控制原理圖創(chuàng)建開關(guān)邏輯外，還應(yīng)為控制原理圖增加控制策略，控制策略根據(jù)用戶方具體的控制要求，通過控制算法的調(diào)用，使DDC控制器具有控制功能。常用的控制算法包括PID算法、最小值算法、最大值算法、平均值算法等，這些控制算法由一套控制圖標(biāo)表示，內(nèi)置了預(yù)先編好的控制算法，形成了控制算法庫，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)用，用以完成控制策略。當(dāng)然對(duì)于一些非標(biāo)系統(tǒng)，操作者也可以通過CARE軟件強(qiáng)大的腳本編譯功能來自行完成編制，從而使得編程工作能夠快速而準(zhǔn)確的完成。

5.2 CARE軟件中控制策略的種類

CARE軟件控制算法庫中包含了大量?jī)?nèi)置控制算法的控制圖標(biāo)，每個(gè)控制圖標(biāo)都擁有一個(gè)I/O對(duì)話框，用來定義輸入項(xiàng)和輸出項(xiàng)（它們可以是物理點(diǎn)，軟件點(diǎn)或是其他控制圖標(biāo)），除此之外，有些控制圖標(biāo)還包含內(nèi)部參數(shù)對(duì)話框，用來定義實(shí)現(xiàn)控制圖標(biāo)功能所需的內(nèi)部參數(shù)值。表4就是控制圖標(biāo)表，列出了每個(gè)控制圖標(biāo)的功能名、符號(hào)、圖標(biāo)名以及簡(jiǎn)單描述。

由于篇幅有限，不可能對(duì)每一個(gè)控制圖標(biāo)的輸入項(xiàng)、輸出項(xiàng)、控制算法和內(nèi)部參數(shù)在這里做一一介紹，在此僅以PID控制算法為例，做進(jìn)一步的詳解。

5.3 PID控制算法（不帶有積分時(shí)間參數(shù)，）詳解

PID控制算法其實(shí)就是比例積分微分控制算法，控制器根據(jù)輸入項(xiàng)和內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定，通過PID控制算法來自動(dòng)調(diào)節(jié)其輸出項(xiàng)，這個(gè)輸出項(xiàng)通常是個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PID控制算法的內(nèi)部參數(shù)包括：比例系數(shù)、微分時(shí)間、積分時(shí)間、最小輸出值和最大輸出值。為了方便操作者的使用，CARE軟件也同時(shí)提供了其內(nèi)部參數(shù)在不同工況下的默認(rèn)參考值和取值范圍。圖2便是PID控制算法（不帶有積分時(shí)間參數(shù)）控制圖標(biāo)的輸入、輸出對(duì)話框。圖中左邊的變量（Y）是輸出項(xiàng)，右邊的變量（X、W）是輸入項(xiàng)。Y、X、W都需要連接到物理點(diǎn)、軟件點(diǎn)或其他控制圖標(biāo)上才能完成數(shù)值的輸入、輸出。對(duì)話框中間的兩個(gè)空白矩形框是可以輸入值的編輯字段，可以用來替代物理連接。

雙擊PID控制算法的控制圖標(biāo)，便可得到PID控制算法內(nèi)部參數(shù)設(shè)定對(duì)話框，再雙擊內(nèi)部參數(shù)數(shù)值輸入矩形框 ，便可得到內(nèi)部參數(shù)取值范圍參考表。如圖3和表5所示。

5.4 PID控制算法（帶有積分時(shí)間參數(shù)，）詳解

此法和上述PID算法功能相同，只是增加了對(duì)積分控制時(shí)間的設(shè)定，當(dāng)XD（積分控制參數(shù)）設(shè)定為0時(shí)，禁止積分控制且積分總和重置；當(dāng)XD設(shè)定為1時(shí)，允許積分控制。圖4為PID控制算法（帶有積分時(shí)間參數(shù)）控制圖標(biāo)的輸入、輸出對(duì)話框，可與PID算法（不帶有積分時(shí)間參數(shù)）控制圖標(biāo)的輸入、輸出對(duì)話框?qū)Ρ戎鴣砜?。其?nèi)部參數(shù)設(shè)定與

圖3

PID算法（不帶有積分時(shí)間參數(shù)）相同。

6 控制策略在工程實(shí)例中應(yīng)用的探究

在新風(fēng)機(jī)組控制原理圖上，創(chuàng)建一個(gè)控制策略用以實(shí)現(xiàn)新風(fēng)機(jī)組的自動(dòng)調(diào)節(jié)，詳見圖5所示，此控制策略包括一個(gè)PID控制算法，一個(gè)AVR控制算法（求平均值控制算法），一個(gè)SWI控制算法（模擬量切換控制算法），一個(gè)IDT控制算法（數(shù)據(jù)傳遞控制算法）和一個(gè)DIF控制算法（求差值控制算法）；以及包含兩個(gè)軟件點(diǎn)，一個(gè)VA點(diǎn)（模擬量AirRTempSet設(shè)定點(diǎn)）和一個(gè)VD點(diǎn)（數(shù)字量AirSuWi設(shè)定點(diǎn)）。其具體控制策略為：房間溫度實(shí)測(cè)值A(chǔ)irRmTemp1和AirRmTemp2取平均值控制算法后作為PID控制算法的一個(gè)輸入值，輸入PID控制算法模塊，軟件點(diǎn)房間溫度設(shè)定值A(chǔ)irRTempSet作為PID控制算法的另一輸入值，輸入PID控制算法模塊，進(jìn)行PID控制算法并輸出結(jié)果，IDT控制算法將PID控制算法的輸出值傳送至兩個(gè)控制算法模塊，一個(gè)直接送入SWI控制算法模塊，作為新風(fēng)機(jī)組冬季熱水內(nèi)置循環(huán)泵的啟?？刂坪捅P管回水閥門的開度控制，另一個(gè)通過取反控制算法之后再送入SWI控制算法模塊，作為新風(fēng)機(jī)組夏季冷凍水內(nèi)置循環(huán)泵的啟?？刂坪捅P管回水閥門的開度控制，而軟件點(diǎn)AirSuWi則用于季節(jié)切換的設(shè)定。

7 結(jié)論

作為一名智能建筑從業(yè)人員，筆者深知樓控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、施工過程中的技術(shù)重點(diǎn)難點(diǎn)即為樓控系統(tǒng)的編程工作，尤其是當(dāng)需要控制的設(shè)備涵蓋所有機(jī)電專業(yè)設(shè)備時(shí)，對(duì)于樓控系統(tǒng)本身控制原理的理解和對(duì)于各機(jī)電專業(yè)所控設(shè)備的了解就必不可少。此次，筆者將樓控系統(tǒng)編程工作中的技術(shù)難中難——開關(guān)邏輯和控制策略的應(yīng)用問題提出來探究，就是想起到一個(gè)拋磚引玉和集思廣益的作用，希望能夠得到廣大同行們的支持和回應(yīng)，以便共同探究、不斷提高，為我國(guó)樓宇自動(dòng)化的發(fā)展盡一份小小的力量。

參考文獻(xiàn)

[1]王再英，韓養(yǎng)社，高虎賢主編.樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)原理與應(yīng)用(修訂版).電子工業(yè)出版社.

[2]霍小平主編.中央空調(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì).中國(guó)電力出版社.

[3]Honeywell公司主編.Honeywell樓宇自控產(chǎn)品應(yīng)用手冊(cè).