論樓宇智能自動(dòng)化PID控制

李巖 王天陽(yáng)

摘 要：傳統(tǒng)的PID控制具備復(fù)雜性與局限性，在樓宇建筑發(fā)展應(yīng)用中存在一定的不足，而融合了智能自動(dòng)化PID控制的技術(shù)則具備良好的特性，有效地提高樓宇智能自動(dòng)化PID控制的全面性與完善性。

關(guān)鍵詞：樓宇；PID；智能；自動(dòng)化

樓宇智能自動(dòng)化PID控制是當(dāng)代科技運(yùn)用到建筑設(shè)備自動(dòng)化的主要模式，其目的在于針對(duì)樓宇內(nèi)不得安全、交通、環(huán)境以及內(nèi)部能源的使用進(jìn)行檢測(cè)與控制，為樓宇內(nèi)部提供一個(gè)節(jié)能、安全、可靠地環(huán)境。

1 樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)的功能

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代建筑往往具備高層化與智能化的特征，因此樓宇智能自動(dòng)化PID控制激素已經(jīng)成為樓宇間安全防范、電梯、照明、供電系統(tǒng)、空調(diào)、給排水的子系統(tǒng)。然而其主要功能有如下幾點(diǎn)：

（1）針對(duì)樓宇內(nèi)部各類機(jī)電設(shè)備進(jìn)行當(dāng)前運(yùn)作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)打印。

（2）針對(duì)樓宇內(nèi)部各類機(jī)電設(shè)備的參數(shù)與變化趨勢(shì)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與打印。

（3）及時(shí)調(diào)整外界環(huán)境與內(nèi)部空間的最佳設(shè)備狀態(tài)。

（4）針對(duì)各類突發(fā)事件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與處理。

（5）針對(duì)樓宇內(nèi)部水、電、氣進(jìn)行統(tǒng)一自動(dòng)化管理與計(jì)量收費(fèi)。

（6）針對(duì)樓宇內(nèi)部機(jī)電設(shè)備協(xié)調(diào)控制，統(tǒng)一管理。

（7）針對(duì)樓宇內(nèi)部各機(jī)電設(shè)備的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)籌管理。

2 樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)的原理

樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)是當(dāng)前樓宇建設(shè)最為常用的控制方式，并且主要對(duì)各類機(jī)電設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、執(zhí)行與比較，針對(duì)反饋數(shù)據(jù)與期待值進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)數(shù)值的誤差糾正樓宇調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的運(yùn)作。

這種現(xiàn)代化的智能自動(dòng)化操作系統(tǒng)特征為集中式的管理、分散式的控制，也就是通過(guò)在樓宇內(nèi)部設(shè)置的DDC完成被控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與操控，這種PID控制系統(tǒng)不僅可以避免了傳統(tǒng)操作模式帶來(lái)的危險(xiǎn)性，更是使單一的常規(guī)儀器具備多元化的操控模式。具有豐富的軟件管理、CRT顯示、打印輸出和打印輸出功能的中央管理計(jì)算機(jī)，能夠勝任顯示、集中操作、優(yōu)化控制、報(bào)警和打印等任務(wù)，有效將普通儀表操控分離后的人機(jī)鏈接困難、不便于集中管理的缺點(diǎn)加以避免，確保了設(shè)施設(shè)備能處在最優(yōu)化的狀態(tài)運(yùn)行。

3 樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)的運(yùn)用

樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)在樓宇建設(shè)中按照統(tǒng)一的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，中央控制器通過(guò)AI和BA采集樓宇間各機(jī)電設(shè)備的參數(shù)以及變化趨勢(shì)或歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)外界的環(huán)境改變而變化，自動(dòng)對(duì)樓宇內(nèi)部各項(xiàng)設(shè)施進(jìn)行調(diào)節(jié)，使樓宇內(nèi)的安全防范、電梯、照明、供電系統(tǒng)、空調(diào)、給排水的子系統(tǒng)保持穩(wěn)定，當(dāng)其中某項(xiàng)數(shù)據(jù)沒(méi)有按照預(yù)定的數(shù)值進(jìn)行改變，那么則會(huì)發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)AO和DO直接對(duì)相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制。因此，樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，在現(xiàn)代樓宇建設(shè)過(guò)程中最常用的一種應(yīng)用系統(tǒng)。樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)由于直接承擔(dān)樓宇內(nèi)部控制任務(wù)，因此對(duì)于其時(shí)效性、適應(yīng)性、可靠性的要求較高。

3.1 樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)的構(gòu)成

樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)主要包括過(guò)程輸入通道、過(guò)程控制計(jì)算機(jī)以及過(guò)程輸出通道三個(gè)部分。

樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)中過(guò)程輸入通道由兩個(gè)部分組成，一部分是模擬量輸出，主要負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)輸出的代碼數(shù)據(jù)控制信號(hào)轉(zhuǎn)化成能直接受控的電流信號(hào)或模擬電壓，再由放大器去驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥等控制機(jī)器進(jìn)行與數(shù)據(jù)匹配的實(shí)際操作。通常是由D/A轉(zhuǎn)換器，接口電路、執(zhí)行器和放大器組成。一部分是數(shù)字量輸出，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)輸出的受控開(kāi)關(guān)信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器去驅(qū)動(dòng)電磁閥閥等繼電器執(zhí)行器，它由光電耦合器、接口電器、執(zhí)行器和放大器組成。

樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)中的過(guò)程控制計(jì)算機(jī)承載著直接運(yùn)算和終端控制的任務(wù)，通過(guò)過(guò)程輸入通道集成采集受控對(duì)象的海量數(shù)據(jù)與參數(shù)，再按照已預(yù)設(shè)的程式規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算，得出計(jì)算過(guò)程或數(shù)據(jù)結(jié)論，然后又原通道向受控對(duì)象發(fā)送數(shù)據(jù)控制信息，再由輸出通道進(jìn)行控制調(diào)節(jié)閥等系列執(zhí)行命令。

樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)過(guò)程輸出通道主要由模擬量輸出與數(shù)字量輸出兩個(gè)部分。模擬量輸出主要是針對(duì)樓宇內(nèi)部原始數(shù)值對(duì)控制其進(jìn)行操控，模擬出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)改變?yōu)殡娏餍盘?hào)，再通過(guò)放大器驅(qū)動(dòng)樓宇內(nèi)部各機(jī)電設(shè)備的調(diào)節(jié)閥，使各機(jī)電設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樓宇的智能自動(dòng)化控制，這一部分由接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器、放大器以及執(zhí)行器構(gòu)成。數(shù)字量輸出是通過(guò)模擬量輸出的信號(hào)對(duì)樓宇各機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制，再由放大器對(duì)繼電器與電磁閥進(jìn)行渠道，其主要由接口電器、光電耦合器、放大器以及執(zhí)行器構(gòu)成。

3.2 樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)的基本算法

樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)按照比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制，中央控制器通過(guò)AI和BA采集樓宇間各機(jī)電設(shè)備的參數(shù)以及變化趨勢(shì)或歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)外界的環(huán)境改變而變化，自動(dòng)對(duì)樓宇內(nèi)部各項(xiàng)設(shè)施進(jìn)行調(diào)節(jié)，將PID控制規(guī)律的離散化，使其在樓宇智能自動(dòng)化系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)。而當(dāng)樓宇間各機(jī)電設(shè)備中出現(xiàn)數(shù)值不清楚情況下，也可以通過(guò)在線整定達(dá)到滿意的效果。因此，在樓宇間將樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)調(diào)節(jié)成規(guī)律離散化的數(shù)字PID算法，是樓宇建筑最為常用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)模擬量調(diào)節(jié)器最理想的PID算式為：（t）=Kp[e（t）+1/Ti∫e（t）dt+Td*de（t）/dt]。其中，e（t）為樓宇間各機(jī)電設(shè)備的數(shù)值偏差（設(shè)定為設(shè)定值與實(shí)際輸出值之差）；（t）為樓宇間各機(jī)電設(shè)備的控制量；Kp為比例放大系數(shù)；Ti為積分時(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)，由此傳遞函數(shù)形式。

為了可以將公式應(yīng)用在樓宇智能自動(dòng)化PID系統(tǒng)中，就需要將連續(xù)行駛的微分方程式基于離散形式的差分方程進(jìn)行表現(xiàn)。設(shè)定樓宇間各項(xiàng)機(jī)電設(shè)備的采樣周期，（與既定的系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)進(jìn)行對(duì)比，T足夠?。?，K為樓宇間各智能自動(dòng)化設(shè)備的采樣序號(hào)（K=0，1，2……n），可以采用矩陣法計(jì)算而積以差分代替微分。在（t）=Kp[e（t）+1/Ti∫e（t）dt+Td*de（t）/dt]的公式中，每次所采集的數(shù)值都需要與T值進(jìn)行對(duì)比，采樣周期時(shí)間越小，其與樓宇控制過(guò)程中連續(xù)性控制的過(guò)程就會(huì)越為接近，更加便捷的對(duì)樓宇內(nèi)的安全、交通、環(huán)境以及內(nèi)部能源的使用進(jìn)行檢測(cè)與控制，為樓宇內(nèi)部提供一個(gè)節(jié)能、安全、可靠地環(huán)境。

雖然在樓宇間很多在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下確定的PID參數(shù)都不是連續(xù)性的自身整定模式，在樓宇智能自動(dòng)化系統(tǒng)中若出現(xiàn)較為復(fù)雜的分析過(guò)程就會(huì)出現(xiàn)比較的差異性。但是如果PID控制器在樓宇智能自動(dòng)化系統(tǒng)中不能控制復(fù)雜的過(guò)程，那么不論參數(shù)進(jìn)行怎樣的調(diào)整，都沒(méi)有任何用處，因此，樓宇智能自動(dòng)化PID技術(shù)是最好的控制器。

4 結(jié) 論

樓宇智能自動(dòng)化PID控制技術(shù)在我國(guó)屬于全新的科技型技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域，隨著信息化科學(xué)的逐漸進(jìn)步與完善，該項(xiàng)技術(shù)在樓宇間的運(yùn)用也會(huì)更加成熟，也會(huì)有更多技術(shù)對(duì)其進(jìn)行完善，逐步走向巔峰。

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