0引言
直接數字控制系統（DDC系統）是一個整合的線上控制系統，用於監控各類不同區域、不同屬性的能源供應媒介物件，如水、電力、空調、潔淨廠房執行狀況等。DDC系統由於具有快速的反饋響應和很強的資料處理能力，因此廣泛應用於工業自動化控制領域，發揮著節能和減少二氧化碳排放的重要作用。
1 DDC系統的網路架構
DDC系統的網路架構可分為現場裝置控制層、PLC單元層、管理控制層。現場裝置控制層是最底層，PLC單元直接連線各類現場檢測感測器和控制閥門，在收集了現場檢測感測器送來的模擬量和數字量訊號後，按照事先編寫好的程式進行資料處理，然後通過模擬量和數字量輸出模組控制相應的控制物件。
PLC單元層是中間層，每個PLC工作站控制了一定數量的裝置，這些PLC單元效能穩定並能按照事先編寫好的程式進行資料處理，各PLC工作站通過公司內部區域網互連後連線到最上一層管理控制層。管理控制層提供了使用者介面操作平臺，使使用者工程師和技術員可以實時瞭解到現場裝置的執行狀況並可調整控制引數；也可通過調變解調器將系統報警訊號實時傳輸到值班人員手機上，或連線到DDC系統伺服器，由伺服器負責收集系統執行引數和報警記錄等歷史資料。圖1是DDC系統網路架構圖。
2 DDC系統監控物件
DDC系統的控制物件可以是溫度、溼度、生活用水、冷卻水、冷凍水系統壓力、動力裝置的開/停控制等物理量引數。現以潔淨廠房的恆溫和恆溼控制為例介紹DDC系統是如何控制溫溼度的，其中溫度和溼度的控制要求分別是（22+2）℃和40%~60%.該廠房不同區域內安裝了溫溼度感測器，可線上測量不同區域的溫度和溼度引數，這些引數經訊號傳輸電纜送入PLC控制單元；PLC的CPU單元在計算測量值與設定值之間的偏差後，通過預先編寫好的控制演算法程式計算出相應的模擬量輸出訊號，來調節空氣處理箱冷熱送水管道上電動閥門的開度，進而調節空氣處理箱送風的溫度和溼度。
該例中DDC系統的控制物件是廠房內的溫度和溼度，系統通過模擬量訊號輸入環節、PLC單元計算控制環節、模擬量輸出環節，最後實現潔淨廠房內恆溫和恆溼的控制。由於潔淨廠房的溫溼度控制還有很多別的影響因素，例如室外環境溫溼度的變化、空氣處理箱新風閥的開度、空氣處理箱排風閥的開度、潔淨廠房生產裝置執行的數量、潔淨廠房大門開啟次數等，因此需要系統在除錯和執行階段不斷觀察和調整控制引數，達到系統執行的最優化並較好地實現潔淨廠房的恆溫和恆溼控制。
3 DDC系統的主要元器件
DDC系統的核心控制器採用力士樂IndraControl L40PLC,它配置了Intel 266~400MHz的CPU,32MB的SDRAM同步動態儲存器，128kB的非易失隨機存取儲存器，128MB的緊湊式快閃記憶體和顯示器，100MB/s的乙太網介面，最高可達12Mbaud通訊速率的Profibus-DP現場匯流排介面，以及最高可達115kbaud通訊速率的RS-232通訊串列埠，如圖2所示。
力士樂PLC通過不同的顏色標記來區別不同用途的I/O模組。現場溫溼度感測器、壓力感測器等模擬量訊號接入AI2/SF模擬量輸入模組，該模組將模擬量輸入訊號轉換成數字訊號後送入PLC CPU模組進行資料計算，CPU模組上不同的閃燈顏色代表了不同的執行狀態。現場按鈕的'開/停訊號、裝置執行的狀態訊號、故障報警訊號可以接入DI16或DI32數字量輸入模組。現場電動閥門和變頻器模擬量輸出介面可以接入AO1/SF或AO2/U/BP模擬量輸出模組，PLC CPU經過程式計算輸出的數值通過模擬量輸出模組轉換成0~10V或4~20mA的電訊號，驅動控制電動閥門的開度或變頻器的轉速輸出。現場電控箱內的交流接觸器或指示燈可以接入DO16或DO32數字量輸出模組，DDC系統通過數字量輸出模組將程式計算輸出的On/Off訊號轉換成裝置開/停或指示燈點亮/關閉的輸出指令。圖3是In-draControl L40PLC的I/O單元模組。
4 DDC系統的主要功能
（1）報警功能：系統可以監視底層裝置的執行狀態（如空壓機、水泵、排風機的開/停狀態），可對執行資料設定報警限值（如溫溼度、壓力、電流等設定報警的下限值和上限值），可接收裝置的故障報警訊號等。這些報警訊號可實時通過短訊息形式傳送到值班人員手機上，也可通過乙太網實時送到監控電腦的操作介面上。
（2）裝置開/停時間計劃表：系統可對每臺執行裝置設定開啟/關閉的時間，由圖4的裝置控制時刻表可以發現，系統能對空氣處理箱、排風機、風機盤管等裝置設定週一到週日開啟和關閉的時間。裝置執行時刻表滿足了裝置執行的時間控制需求，減少了系統執行能耗，減輕了值班人員的工作量。
（3）歷史記錄曲線：系統有BDE記錄器功能，能記錄執行資料和機器裝置的歷史執行狀態，執行資料可通過Excel實現視覺化。監視物件可以是建築物內部和外部的溫度和溼度、系統工作壓力、電流大小等物理引數。圖5是潔淨廠房溫度和溼度的歷史記錄曲線，在定義了監視物件名稱、採集階段（採集開始和結束的時間）、解析度（記錄資料的時間間隔）、儲存期限等引數後，系統會顯示24小時潔淨廠房溫溼度變化的歷史曲線，便於值班人員進行控制物件的資料分析。在這個曲線中也可以加入設定點值，便於比較實際執行資料和設定點之間的偏差；也可以加入閥門位置和執行的狀態，便於分析導致執行資料偏差的原因。
（4）能源統計和能效管理功能：系統通過現場各類感測器測量電力、壓縮空氣、水、熱力、天然氣等媒介的能源消耗，並通過伺服器和作業系統進行資料處理分析後生成能源統計消耗表。圖6為工廠冷凍水能源消耗統計表，可以瞭解到冷凍水系統各流量計測得的當天和當月冷凍水的累計消耗冷量。該表是執行人員進行能源管理的重要依據，是計算系統能效和能耗損失的重要資料參考，是進行能耗再分配的重要參考資料，也是管理人員進行各類能源費用預估的重要參考。
（5）其它系統擴充套件接入功能：DDC系統還可以擴充應用於別的系統。
DDC系統可以監視重要生產線裝置的執行狀態，便於執行人員在得到故障或報警通知後及時恢復生產線裝置正常生產；可以輔助管理一些特殊系統，例如將安裝於伺服器資料中心機房的檢測漏水感測器接入系統後，當伺服器機房發生漏水情況時可以及時報警通知相關人員進行處理；可以聯動控制重要試驗室裝置，例如車輛振動試驗室內的感煙探測器檢測到發生火災異常時，可與DDC系統聯動切斷試驗室的電力供應，確保試驗室裝置和試驗車輛的安全。
5結束語
本文介紹了DDC系統的網路架構、監控物件和控制過程、主要功能元器件的產品效能、主要功能等。本系統在完成除錯後一年時間內執行穩定，無故障發生，各項功能都達到了原設計要求。
參考文獻：
[1]何煥山.工廠電氣控制裝置[M].北京：高等教育出版社，2004[2]唐志平.供配電技術[M].北京：電子工業出版社，2006.