自控系统的常见形式及在冰蓄冷空调控制中的应用上海

自控系统的常见形式及在冰蓄冷空调控制中的应用

自控系统的常见形式及在冰蓄冷空调控制中的应用 2011年12月09日 来源： 很多情况下自控设备的提供厂家都希望对系统的结构形式作出规定，这是因为形式是为内容服务的，而结构的不同会在设备投资上有较大的区别，因此，从工艺要求和控制内容的角度出发对自控系统的结构形式提出要求就显得很有必要。冰蓄冷空调自控系统较常见的结构形式有直接数字控制系统（DDC）、集散型控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS），分述如下：直接数字控制系统（DDC）属于单级控制系统，由控制计算机取代传统的模拟调节仪表对空调系统进行控制，是计算机控制技术最初级的形式，多用于较为简单的控制场合，或作为高级控制系统的执行级。在直接数字控制系统中，受控部件所接受的控制信号是通过控制机的过程输入/输出通道中的数/模(D/A)转换器将计算机输出的数字控制量中转换成模拟量送往控制现场，而输入的模拟量也要经控制机的过程输入/输出通道的模/数(A/D)转换器转换成数字量进入计算机。其中的D/A转换器和A/D转换器具体表现为控制计算机中的板卡，而控制和信号电缆则直接送往计算机中。直接数字控制系统使用计算机的分时系统来实现多个点的控制功能，实际上属于用控制机离散采样、实现离散多点控制。直接数字控制系统已成为当前计算机控制系统中主要控制形式之一，其优点是结构紧凑、造价低廉、有较高的性价比，尤其适用于中小规模的中央空调机房的自动控制。如果不考虑自控系统的技术先进性和今后的扩展，一般在数十个回路的控制规模下，直接数字控制系统不失为理想的选择。集散型控制系统（DCS）又称分布式控制系统，是相对于计算机数字直接控制系统而言的一种新型计算机控制系统，是在数字直接控制的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，集散型控制系统和数字直接控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。中小型的DCS系统一般分为中央单元（又称“上位机”）和现地单元（又称下位机）两级。上位机提供友好直观的人机界面、供数据库管理、以及充当与更高级别计算机系统（如楼宇自控系统）信息交互的网关等管理功能，下位机主要是对控制现场的采样和现底层的控制功能。从信息流的角度说，下位机实现信息的采集，而上位机实现信息的处理和利用；从控制角度说，下位机构成底层的控制回路，上位机实现各控制回路间的交互。集散型控制系统的特点在于“集中管理分散控制”，以规避和释放故障风险。冰蓄中央冷空调的机房由于设备比较集中且数量不多，因此很多工程在实施时都采用了一台上位机对一台下位机的形式，而不象标准的DCS系统那样一对多的形式。更有不少工程的上位机已经弃置不用或形同虚设而直接在下位机上进行操作，失去了DCS的意义。针对冰蓄冷中央空调的机房设备控制的特点，在只设一台下位机时DCS的意义并不在于“集散”与“分布”，而在于让上位机和下位机各司其职，使系统的结构更为合理。比如由于管道温度控制特性上存在大滞后，这就使常规的PID控制模型并不能取得理想的效果，有时需要建立深度的负反馈，甚至还要引入预警和前馈算法。与此同时，由阀权度而造成的控制阀门的非线性，也需要有复杂的算法去补偿。实现这种具有一定复杂度的算法需要有运算速度和运算精度的支持，显然，这在由PLC或其它控制器构成的下位机上确实勉为其难，而在擅长数据处理的上位机器上就能轻松实现。此外，上位机还承担着数据库管理、计算机辅助决策等功能，并且在人机交互上，上位机能提供出更友好、更直观的界面。现场总线控制系统（FCS）是顺应数字传感器和智能现场仪表而发展起来的，它的本质就是用数字通讯代替以往的模拟传输技术。现场总线技术因其系统的开放性、可扩展性、以及现场设备的智能化与功能自治性和系统结构的高度分散性，使其在问世后得到迅速发展，并很快成为自控领域的后起之秀。对冰蓄冷中央空调的机房自控来说，FCS能真正实现控制的分散性，因为它把集散的层面下沉至I/O层而不是控制层，这就避免了采用DCS系统由于控制规模不大而只一台下位机从而失去了分散的意义，因此从释放故障风险的角度说，就冰蓄冷中央空调的机房自控而言，FCS真正实现了分散控制集中管理的技术目标，在释放故障风险和系统的扩展性上都能比采用DCS做得更好。实现现场总线的前提是现场设备的数字化、智能化，这在现阶段势必会提高系统造价。因此尽管这项新技术前景诱人，但在采用时还是要在成本和行能之间权衡考虑。此外，作为现场总线技术核心的数字通讯协议当前还没有统一的国际标准，这就使设备的投资具有一定的风险。因此在选用现场总线技术时应慎重，也可以局部选用。

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