空调自动控制系统中的PLC与DDC控制器介绍

空调自控中用到的控制器有两种

可编程控制器PLC与直接数字控制器DDC，两者都由CPU模块、I/O模块、显示模块、电源模块、通信模块等组成。

在工程中，两者都被称为计算机控制，由于它们通常被设置在被控设备附近，也被称为现场控制器。

装有控制器的控制箱与设备的配电箱一般并列布置在空调机房内，以利于布线。

控制器的工作原理

控制器通过模拟量输入通道（AI）和数字量输入通道（DI）采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接收的数字信号（A/D转换），然后按照一定的控制规律进行运，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号（D/A转换），并通过模拟量输出通道（AO）和数字量输出通道（DO）直接控制设备的运行。

同时，控制器能接收中央管理计算机（上位机）发来的各种直接操作命令，对监控设备和控制参数进行直接控制。

可编程控制器(Programmabale Logic Controller，简称PLC)

PLC控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

由于工业控制级的PLC具有较高的可靠性，可以带有热备份芯片，常常被用于冰蓄冷冷冻站的控制、区域供冷冷冻站的控制以及数据机房冷站等重要场所的控制。同时由于PLC的软件编写程序灵活多变，可自由编程，目前已有替代DDC应用在中大型规模楼宇自控系统中。

直接数字控制器(Direct Digital Control，简称DDC)

中央空调系统以直接数字控制器(DDC)应用最普遍。DDC控制器的软件通常包括基础软件、自检软件和应用软件三大块。

其中基础软件是作为固定程序固化在模块中的通用软件，通常由DDC生产厂家直接写在微处理芯片上，不需要也不能由其他人员进行修改，各个厂家的基础软件基本上没有多少差别。自检软件用来保证DDC控制器的正常运行，检测其运行故障，同时也可便于管理人员维修。

而应用软件是针对各个空调设备的控制内容而编写的，因此这部分软件可根据管理人员的需要进行一定程度的修改。

如果要从头写代码编程，那就太难了，所以好的DDC都是对话框或者图形化的形式来编程的。举例来说：电动阀必须在风机已经开启的情况下进入调节状态，那就要编一个简单的逻辑：先设置一个调节回路：测量通道AI是哪一个，例如AI5，输出通道AO是哪一个，例如AO3，再选择哪种控制策略，例如PI比例积分控制，还要选择设定值是多少等等，最后和风机的状态信号例如DI3进行联锁，整个编程就完成了，然后用电脑通过数据线下载到DDC里面。

DDC固化了大量的控制程序，例如焓值控制、新风补偿控制等，常见的空调控制要求几乎都有现成的程序，这些现成的程序一般都是成熟的专家级的控制策略，相对可靠，大大减少了编程调试工作量。

一般通用控制器的编程功能中都能提供比例、比例+积分、比例+积分+微分、开/关、时间、顺序、算术、逻辑比较、计数器等基本软件功能以及由基本软件功能组合成的高级控制算法。

DDC缺点是这部分软件程序模式相对固定，好多程序都化在DDC面，因此选择DDC时有相对的局限性。

由于暖通空调新技术不断通现，空调设备功能来复杂，对节能要求也越高DDC并不能根据每个项目的自身特点量身设计开发，因此不可能达到很好的控效果，目前国内有些项目开始采用PLC代替DDC进楼宇自控系统的设计。

DDC控制器原理及结构

DDC控制器的容量是以其所包含的控制点的数量来衡量的，即其可接收的输入信号或可发出输出信号的功能和数量。

也就是说其有几个模量输入、输出点，几个开关量能力及时间输入、输出点。点数多少是评价一个DDC控制器的重要指标，一般来讲点数越多说明其能越强，可控制和管理的范围越大、当然其价格也就越高。

另外，具有端口变量相互转功能的DDC，如：AI和DI可以互转,可以提高DDC的适用能力。DDC需要连接的AI型传感器多种多样，例如有010VDC电压型的、420mA电流型的、还有Pt1000铂电阻的、NTC10K半导体电阻的等，最好都能连接、而每个端口都能灵活定义。这样的DDC使用起来就较方便，任何传感器都能连接上来。

DDC控制器的输入输出信号根据物理性质通常分为：

模拟输入量（Analbgy Input，缩写为AI）；

模拟输出量（Analbgy output，缩写为AO）;

数字输入量（Digital Input，缩写为DI）；

数字输出量（Digital Output，缩写DI）；

DDC与PLC的比较

DDC是由PLC发展而来的，PLC是专门应用在工业自动化方面的，在国内几乎全部的工业控制系统都是应用了PLC系统，因此PLC更通用，控制精度更高。但PLC应用水平取决于编程者对工艺或设备的熟悉程度，同时需要深入的通专业知识和现场调试能力及时间。

而楼宇自控DDC则是生产厂家根据楼宇自控特点从PLC发展而来的，与PLC的区别是在其内部固化了一部分程序，但同时也缺少的PLC的灵活性和应对复杂电磁干扰环境的能力。

协议差别：DDC系统一般支持多种协议标准，集成接口丰富，集成第三方设备的能力较强，系统自身的扩展性与开放性要好一些；而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议一般是专有的现场总线标准，与第三方设备的集成能力相对较差。

软件特性：DDC系统的上位机软件多为专用软件，其实从另一个侧面说明其不兼容，每个厂家的软件都有不一样，而且很多是英文的，这对技术人员来说门槛较高。而PLC系统上位机软件既可是专用软件，又可是通用组态软件，现在国内通用组态软件都是纯中文的，组态灵活方便。通用组态软件能应对复杂的工业控制系统，对楼控更是不在话下。

但无论是PLC系统还是DDC系统的调试都是由专业调试人员完成组态，再培训业主操作管理，对业主来讲其实是一样的，反观通组态软件既能实现专业软件的所有功能，又能实现专业软件很多不能实现的功能（如高仿真界面、人声报警、用户定制功能等）。

扩展性：PLC系统是通用性、开放性系统，现阶段大多数PLC系统与大多数DDC系统操作员站之间用的都是TCP/IP协议，都可以做到有网络就可接入。而目前DDC系统软件按用户数收取昂贵费用，令大部分已完工的楼控系统对分控操作站想要而不敢要，PLC系统正好有此优势。

专业性：PLC是通用的工控产品，没有内置经过严格实验的能源管理及节能程序；需要非常专业的设计人员做大量的现场调试工作，调试周期长。DDC固化专业版软件，有标准应用程序和经过严格实验的PID算法及能源管理程序等特殊的功能，DDC通常有：峰值负载控制、优化启停控制、优化设备调度、节约能源周期控制、多种空调运行模式、临时计划更换、节假日时间表、基础日历时间表、事件时间表，趋势记录和报表等功能。

安全性：DDC出现故障时，可在线更换，不影响本网络上其他DDC的网络通讯，DDC自身可以独立工作，中央操作站可以在不需要时停机，保证整个系统的安全可靠。PLC单元模块发生故障时，一般需要将整个系统停下来，才能进行更换维护并需重新编程。

调试难易程度：由于应用的控制领域不同，PLC系统调试比较麻烦，DDC系统调试起来容易。而对于PLC构成的系统来说，工作量庞大，首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，最后再用专用的机器（读写器）专门一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本。

由于应用的领域不同，DDC和PLC在工作方式、网络通讯、系统功能、专业性、扩展性、安全性上都有很大的差别。成功的BA系统都是由经验丰富的调试工程师参与完成。

暖通空调控制系统中信号的种类

模拟量输入的物理量有温度、湿度、压力、流量等，这些物理量由相应的传感器测得，往往经过变送器转变为电信号送入DDC的模拟输入口(AI)。此电信号可以是电流信号(010mA,也可以是电压信号(05V或0~10V)。一般一个DDC控制器可有多个AI输入口，若变送器输出为电流信号，通常由接在输人端口的电阻转变为电压信号。

DDC控制器能够直接判断DI通道上的电平高低(电信号在正常工作状态下的两种状态，相当于开/关)两种状态，并将其转换为数字量(1或0),进而对其进行逻辑分析和计算。

对于以开关状态为输出的传感器，如水流开关、风速开关、压差开关等，可以直接接到DDC的DI通道上。除了测量开关状态外，DI通道还可以直接对脉冲信号进行测量，如测量脉冲频率及高电平或低电平的脉冲宽度，或对脉冲个数进行计数。

DDC的模拟量输出(AO)信号是05V、010v的电压或010mA、420mA 的电流，其输出电压或电流的大小由控制软件决定。由于DDC控制器内部处理的信号都是数字信号，所以这种可连续变化的模拟量信号是通过内部数字/模拟转换器(D/ A)产生的。通常，模拟量输出(AO)信号控制具有调节功能的风阀、水阀等执行器动作。

数字量输出D0也称开关量输出，开关量输出信号可用来控制开关、交流接触器。交流接触器是启停风机、水泵及压缩机等设备的执行器。出于对DDC的保护控制时，可以通过DDC的D0输出信号带动中间继电器，再由中间继电器的触头带动交流接触器线圈，实现对设备的启/停控制，为了使DDC了解接触器是否真正吸合，一般要将接触器的一个辅助触点接至DDC的输入通道，使DDC能随时测出接触器的实际工作状况。

DDC控制器设置在冷冻站、热交换站、空调机房、新风机房等控制参数较为集中的地方，箱体一般挂墙明装。每台DDC的输入输出接口数量和种类应与所控制的设备要求相适应，并留有10%~15%的余量。

现状

目前，建筑BA系统用DDC和PLC的都有，商业综合体，宾馆酒店，办公楼用DDC的较多，工业厂房、医药厂、数据中心、区域能源站等用PLC的较多。

审核编辑：汤梓红