集散控制系统在建筑弱电工程中的应用

集散控制系统在建筑弱电工程中的应用信息技术部朱淮林摘要随着自动化技术与计算机技术的融合发展．集散控制系统越来越广泛地应用于工业控制领域。本文旨在分析研究集散控制系统在智能建筑中的应用。根据对建筑弱电工程控制原理的认识和理解，分别分析了分级集中计算机控制系统和多级集散计算机控制系统的组成、功能和控制原理模型，并展望了集散控制系统在建筑弱电工程中的发展趋势。即向信息化、集成化、智能化方向发展。关键词集散控制系统建筑弱电通信在现代科学技术领域中，随着自动化技术与计算机技术的融合发展，计算机控制系统应运而生。与模拟控制系统相比，计算机控制系统具有灵活性及实时性好、综合处理及控制功能强、精度高等优点。集散控制系统，又叫分布式处理系统，指在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危险性分散，而将管理和显示功能集中的一种自动化技术。在建筑弱电工程中广泛采用集散控制和分布处理技术，如楼宇自控系统、消防报警及联动控制系统等。1、分级计算机控制系统的组成大型公共建筑工程中，由于建筑面积大、楼层多、监控点位多，现场设备及参数的控制计算机往往分布在建筑物的各处。从功能分层角度看，计算机分布在现场控制中心、装置控制中心、分控中心和总控中心。1．1分级计算机控制系统各级组成及功能由于现代建筑功能13益体现智能化的特点，不但需要对室内环境参数、安全状况等进行良好地控制，还希望提高控制和管理效率。为此，除了现场有微处理器和控制柜对各区点位进行控制外，还需要设置分控中心和最高级的总控中心对建筑设备和建筑弱电系统进行总的控制。这些计算机群之间进行相互数据通信，形成金字塔式的分级计算机控制系统。1．2分级计算机控制系统的模型分级计算机控制系统，即早期的集中计算机控制系统，如图1所示。总控中心对各区分控中心进行集中管理和控制，接受分控中心的数据汇总并向分控中心下达管理指令。分控中心接收来自各弱电控制柜的数据信息，对数据进行处理、存储、打印，根据工作人员的经验和数据处理结果对控制柜进行优化控制或监控，使其处于正常工作状态。最后由DDC(直接数字控制)对需控制的参数和现场环境进行实时控制，包括程序控制、PID(比例、积分、微分)控制、顺序控制和前馈控制等。图1分级计算机控制系统结构Fig．1Structureofclassifiedcomputercontrolsystem2、多级计算机分布控制系统组成在分级计算机控制系统中，只有直接相连的上下级计算机之间才能够进行通信。同级计算机之间的通信必须经过上级计算机才能进行。当同级计算机之间通信很频繁时，这种分级控制显得很不方便。另外，当建筑弱电系统比较复杂时，由于不同的弱电系统之间可能存在着联动关系．需要不同的系统之间的同级设备或不同级设备进行数据通信，也要求计算机系统有不同的结构形式满足各种不同的需要。2．1多级计算机控制系统的组成部分及功能多级计算机控制系统，即集散控制系统。计算机局域网络和数据库技术的发展，提供了实现分散风险的可能性。可构成多级计算机分布控制系统，如图2所示。集散控制系统根据分级设计的基本思想，实现功能上分离，位置上分散，达到以分散控制为主、集中管理为辅的分布式控制系统。图2集散控制系统Fig．2Distributedcontrolsystem微处理器进入现场变送器、传感器和执行器．以及现场总线的应用，形成现场控制级。根据现场总线的拓扑结构，现场控制级可组成星型、树型或总线型网络结构。现场控制级的功能是采集现场数据并对数据进行模／数转换，进行直接数字控制，完成与装置控制级的数据通信，对现场设备进行监测与诊断。大多数弱电系统采用装置控制柜和输入／输出部件组成装置控制级，通过通信网络把现场信息传送到上、下级。装置控制级是每个弱电系统集散控制的关键部分，这一级的功能好坏。直接影响到信息实时性、控制质量的好坏和管理决策的正确性。装置控制级的功能是采集现场数据并进行转换、处理与存储，实施计算和输出控制信号。数据通信以及数据和装置设备的自诊断。分控和总控中心管理级以区域总控操作站为中心，采用人机交互界面，屏幕显示现场数据信息，辅以打印机、存储器等外部设备。可直接对控制系统进行操作与管理。分控和总控中心管理级的功能是现场数据显示和记录，控制及管理操作(含组态操作和维护操作)，数据存储和压缩归档，报警、事件的诊断和处理，数据通信以及报表打印等。因建筑物各不相同，有的总控中心兼有控制机房附近区域分控中心的功能。2.2集散控制系统的基本结构集散控制系统的基本结构可分解为三大部分：现场控制单元、工作站和通信系统。现场控制单元是集散控制系统与现场设备所监控对象之间的界面，各种监控对象的变量或状态信息通过过程控制站监视和操作．这些数据通过操作站传送到执行机构。在现场控制单元内，进行模拟量与数字量的转换。完成各种算法的运算。工作站是操作人员与集散控制系统的人机界面，操作人员通过工作站了解现场设备的运行状况，并通过工作站发出控制指令信号。现场受控对象和现场监控设备的信息在显示屏上显示，便于操作人员监视和控制。通信系统是现场控制单元与工作站之间数据传递和交换的桥梁。有些集散控制系统在现场控制单元之后又增加了装置控制柜和现场总线的通信系统，而有些集散控制系统在工作站之前又增加了综合管理级的控制站和相应的通信系统。通信系统常采用总线型或环形等网络结构，不同的弱电系统有不同的要求。3、集散控制系统在建筑弱电工程中的发展趋势随着网络通信技术、计算机技术、嵌入式系统技术、现场总线技术和各种组态软件技术的发展，以及建设单位对控制功能及管理功能需求的增加，集散控制系统必将向信皂、化、集成化和智能化方向发展。A．现代建筑智能化程度越来越高，计算机技术在建筑中应用越来越普遍，越来越需要工业级控制计算机及工业级控制系统。建筑中弱电系统种类越来越复杂。大型公共建筑内各个独立弱电系统的总控中心数量不断增大，非常有必要建立更高一级的建筑联合设备机房，联合机房集中几乎所有设备系统的主机服务器和存储服务器，并设置相应管理人员席位。对所有设备系统进行系统管理，协调和优化各设备系统的关系以及相互间的接口关系。B．集散控制系统的信息化趋势体现在。各弱电系统的集散控制方式已经不再满足于以控制功能为主的控制系统，而应建立充分发挥信息管理功能的综合信息平台系统。集散控制系统须提供从建筑的每一个角落到控制设备，从控制设备到设备机房。再到联合机房整个信息通道的所有信息，这些信息必须充分体现全面性、准确性、实时性和系统性，并以合适的方式反馈给管理人员。C．集散控制系统的集成性体现在两个方面，即功能的集成和与其他弱电系统的集成。因建筑弱电系统趋向于复杂。建设单位更强调的是系统的集成性。除保留控制功能之外，还应集成PLC(可编程逻辑控制器)、RTU(采集发送器)、FCS(现场总线控制)、各种智能采集或控制单元等。另外。集散系统应趋向于各个组成部分采用第三方集成方式，例如采用通用组态软件平台。D．集散控制系统的智能化体现在：控制算法更先进、实现人工智能控制。将模糊控制、智能控制技术与集散控制理论结合起来，构造新型的智能控制系统，实现对建筑的多模态复合智能控制。将神经网络引入集散控制系统中，研究应用神经网络的自适应智能控制系统．并使智能控制系统的稳定性和鲁棒性得到提高。