論樓宇智能自動化PID控制

李巖 王天陽

摘 要：傳統的PID控制具備復雜性與局限性，在樓宇建筑發展應用中存在一定的不足，而融合了智能自動化PID控制的技術則具備良好的特性，有效地提高樓宇智能自動化PID控制的全面性與完善性。

關鍵詞：樓宇；PID；智能；自動化

樓宇智能自動化PID控制是當代科技運用到建筑設備自動化的主要模式，其目的在于針對樓宇內不得安全、交通、環境以及內部能源的使用進行檢測與控制，為樓宇內部提供一個節能、安全、可靠地環境。

1 樓宇智能自動化PID系統的功能

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

（1）針對樓宇內部各類機電設備進行當前運作狀態進行自動打印。

（2）針對樓宇內部各類機電設備的參數與變化趨勢進行自動檢測與打印。

（3）及時調整外界環境與內部空間的最佳設備狀態。

（4）針對各類突發事件進行自動檢測與處理。

（5）針對樓宇內部水、電、氣進行統一自動化管理與計量收費。

（6）針對樓宇內部機電設備協調控制，統一管理。

（7）針對樓宇內部各機電設備的數據信息統籌管理。

2 樓宇智能自動化PID系統的原理

樓宇智能自動化PID系統是當前樓宇建設最為常用的控制方式，并且主要對各類機電設備反饋的數據進行測量、執行與比較，針對反饋數據與期待值進行對比，通過數值的誤差糾正樓宇調節控制系統的運作。

這種現代化的智能自動化操作系統特征為集中式的管理、分散式的控制，也就是通過在樓宇內部設置的DDC完成被控制系統的實時監測與操控，這種PID控制系統不僅可以避免了傳統操作模式帶來的危險性，更是使單一的常規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算機，能夠勝任顯示、集中操作、優化控制、報警和打印等任務，有效將普通儀表操控分離后的人機鏈接困難、不便于集中管理的缺點加以避免，確保了設施設備能處在最優化的狀態運行。

3 樓宇智能自動化PID系統的運用

樓宇智能自動化PID系統在樓宇建設中按照統一的規定進行計算，中央控制器通過AI和BA采集樓宇間各機電設備的參數以及變化趨勢或歷史數據，根據外界的環境改變而變化，自動對樓宇內部各項設施進行調節，使樓宇內的安全防范、電梯、照明、供電系統、空調、給排水的子系統保持穩定，當其中某項數據沒有按照預定的數值進行改變，那么則會發出控制信號，通過AO和DO直接對相應的機電設備進行控制。因此，樓宇智能自動化PID系統屬于閉環控制系統，在現代樓宇建設過程中最常用的一種應用系統。樓宇智能自動化PID系統由于直接承擔樓宇內部控制任務，因此對于其時效性、適應性、可靠性的要求較高。

3.1 樓宇智能自動化PID系統的構成

樓宇智能自動化PID系統主要包括過程輸入通道、過程控制計算機以及過程輸出通道三個部分。

樓宇智能自動化PID系統中過程輸入通道由兩個部分組成，一部分是模擬量輸出，主要負責將計算機輸出的代碼數據控制信號轉化成能直接受控的電流信號或模擬電壓，再由放大器去驅動調節閥等控制機器進行與數據匹配的實際操作。通常是由D/A轉換器，接口電路、執行器和放大器組成。一部分是數字量輸出，經過計算機輸出的受控開關信號，經過放大器去驅動電磁閥閥等繼電器執行器，它由光電耦合器、接口電器、執行器和放大器組成。

樓宇智能自動化PID系統中的過程控制計算機承載著直接運算和終端控制的任務，通過過程輸入通道集成采集受控對象的海量數據與參數，再按照已預設的程式規律進行系統計算，得出計算過程或數據結論，然后又原通道向受控對象發送數據控制信息，再由輸出通道進行控制調節閥等系列執行命令。

樓宇智能自動化PID系統過程輸出通道主要由模擬量輸出與數字量輸出兩個部分。模擬量輸出主要是針對樓宇內部原始數值對控制其進行操控，模擬出相應的數字信號改變為電流信號，再通過放大器驅動樓宇內部各機電設備的調節閥，使各機電設備可以實現對樓宇的智能自動化控制，這一部分由接口電路、D/A轉換器、放大器以及執行器構成。數字量輸出是通過模擬量輸出的信號對樓宇各機電設備進行控制，再由放大器對繼電器與電磁閥進行渠道，其主要由接口電器、光電耦合器、放大器以及執行器構成。

3.2 樓宇智能自動化PID系統的基本算法

樓宇智能自動化PID系統按照比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制，中央控制器通過AI和BA采集樓宇間各機電設備的參數以及變化趨勢或歷史數據，根據外界的環境改變而變化，自動對樓宇內部各項設施進行調節，將PID控制規律的離散化，使其在樓宇智能自動化系統中可以實現。而當樓宇間各機電設備中出現數值不清楚情況下，也可以通過在線整定達到滿意的效果。因此，在樓宇間將樓宇智能自動化PID系統調節成規律離散化的數字PID算法，是樓宇建筑最為常用的計算機控制系統。

樓宇智能自動化PID系統模擬量調節器最理想的PID算式為：（t）=Kp[e（t）+1/Ti∫e（t）dt+Td*de（t）/dt]。其中，e（t）為樓宇間各機電設備的數值偏差（設定為設定值與實際輸出值之差）；（t）為樓宇間各機電設備的控制量；Kp為比例放大系數；Ti為積分時間常數；Td為微分時間常數，由此傳遞函數形式。

為了可以將公式應用在樓宇智能自動化PID系統中，就需要將連續行駛的微分方程式基于離散形式的差分方程進行表現。設定樓宇間各項機電設備的采樣周期，（與既定的系統時間常數進行對比，T足夠小），K為樓宇間各智能自動化設備的采樣序號（K=0，1，2……n），可以采用矩陣法計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，每次所采集的數值都需要與T值進行對比，采樣周期時間越小，其與樓宇控制過程中連續性控制的過程就會越為接近，更加便捷的對樓宇內的安全、交通、環境以及內部能源的使用進行檢測與控制，為樓宇內部提供一個節能、安全、可靠地環境。

雖然在樓宇間很多在開環狀態下確定的PID參數都不是連續性的自身整定模式，在樓宇智能自動化系統中若出現較為復雜的分析過程就會出現比較的差異性。但是如果PID控制器在樓宇智能自動化系統中不能控制復雜的過程，那么不論參數進行怎樣的調整，都沒有任何用處，因此，樓宇智能自動化PID技術是最好的控制器。

4 結 論

樓宇智能自動化PID控制技術在我國屬于全新的科技型技術發展領域，隨著信息化科學的逐漸進步與完善，該項技術在樓宇間的運用也會更加成熟，也會有更多技術對其進行完善，逐步走向巔峰。

參考文獻

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