PLC在建筑BAS中的應(yīng)用探討

周長根

【摘 要】論文在闡明建筑BAS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分析了BAS幾種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣和PLC的關(guān)系，凸顯了PLC的重要性，并進(jìn)行了PLC的規(guī)劃，以期在今后的工程實(shí)際中，提高BAS系統(tǒng)的可靠性，使其性能達(dá)到最優(yōu)，有較好的借鑒意義和研究價(jià)值。

【Abstract】 Based on the explanation of building BAS system， this paper analyzes the relationship between the advantages and disadvantages of several BAS system structures and PLC， and highlights the importance of PLC， and carries out the planning of PLC. In order to improve the reliability of BAS system and optimize its performance in the future engineering practice， it has good reference value and research value.

【關(guān)鍵詞】BAS；PLC；結(jié)構(gòu)；規(guī)劃

【Keywords】BAS； PLC； structure； planning

【中圖分類號】P628+.5 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0160-03

1 BAS系統(tǒng)

BAS（Building Automation System）為樓宇自動化系統(tǒng)。BAS從系統(tǒng)組成角度而言包括中心BAS系統(tǒng)、區(qū)域BAS系統(tǒng)和現(xiàn)場BAS系統(tǒng)。建筑內(nèi)完整的BAS系統(tǒng)或完整的BAS功能系統(tǒng)是一個(gè)以骨干網(wǎng)為基礎(chǔ)的、地理上分散的、分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的大型SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)），從邏輯上講，建筑BAS硬件系統(tǒng)縱向包括2個(gè)層次：中控室監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)場就地控制級設(shè)備。（圖1）

2 PLC（可編程序控制器）[1]

可編程序控制器是專門為建筑、工業(yè)過程控制而設(shè)計(jì)的控制計(jì)算機(jī)，其特點(diǎn)為：①可靠性高；②靈活性高；③編程簡單，使用方便；④安裝方便，易于維護(hù)。PLC主要由CPU（微處理器），存儲器，輸入/輸出單元電路，編程器，電源等部分組成。

3 建筑BAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)探討

3.1 扁平結(jié)構(gòu)

扁平結(jié)構(gòu)[2]是指PLC控制器和校園監(jiān)控平臺設(shè)備處于同種網(wǎng)絡(luò)層面上時(shí)，PLC與所監(jiān)控設(shè)備之間的通信是基于這個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺而實(shí)現(xiàn)的。如圖2所示：

圖2中SCR/OS（中控室監(jiān)控系統(tǒng)）采用了基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，并利用通信交換機(jī)，構(gòu)成環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，通信可靠性得到增強(qiáng)。由此，扁平結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)為系統(tǒng)層次少，數(shù)據(jù)簡單，通用性較強(qiáng)。同時(shí)缺點(diǎn)也很明顯，即TCP/IP協(xié)議本身并不支持環(huán)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然物理連接上構(gòu)成了環(huán)，但邏輯上仍然存在數(shù)據(jù)傳輸方向的切換問題，必須依靠特有交換機(jī)，這樣會使系統(tǒng)成本增加。當(dāng)采用雙環(huán)網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)間不易實(shí)現(xiàn)切換。當(dāng)冗余的PLC在冗余網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行通信時(shí)，它們在切換配合、時(shí)序配合等方面存在技術(shù)難度、復(fù)雜性和不確定性[3]，造成系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

3.2 層次化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

顧名思義，層次化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就是將建筑BAS分為三個(gè)層次：監(jiān)控信息層、實(shí)時(shí)控制/信息層和現(xiàn)場數(shù)據(jù)層。如圖3所示：

①監(jiān)控信息層：如圖所示，該層為校園監(jiān)控平臺層，采用快速TCP/IP協(xié)議通信，其數(shù)據(jù)一般為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。②實(shí)時(shí)控制信息層：該層可理解為建筑物內(nèi)中控室，用于監(jiān)視、接收、處理各PLC控制器的數(shù)據(jù)，通常傳輸、分配各控制器的實(shí)時(shí)監(jiān)視數(shù)據(jù)。③現(xiàn)場數(shù)據(jù)層：該層為設(shè)備末端，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑BAS系統(tǒng)的基礎(chǔ)，一般為接收、傳輸PLC控制器I/O口數(shù)據(jù)。

通常主控器M-PLC冗余配置，以保證系統(tǒng)可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。分區(qū)控制器L-PLC是連接實(shí)時(shí)控制層和現(xiàn)場數(shù)據(jù)層的網(wǎng)關(guān)控制器。由上述分析，層次化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)為系統(tǒng)不夠扁平，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與設(shè)備選型約束性較大，需同時(shí)維護(hù)多種網(wǎng)絡(luò)。

由以上兩圖清晰看出，PLC在控制端的作用是顯然的，它是BAS系統(tǒng)的核心，下面結(jié)合以上所述對PLC進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)[4]。

4 PLC控制器的選擇[5]

4.1 PLC數(shù)量規(guī)劃

①校園監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)接口下需要設(shè)置一套監(jiān)控級的主控PLC，同時(shí)作為建筑BAS實(shí)時(shí)信息層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，協(xié)調(diào)、處理分區(qū)控制器的控制數(shù)據(jù)，通常該控制器需要冗余配置[6]。②根據(jù)建筑物區(qū)域特點(diǎn)，以建筑物分為食堂、公寓兩種功能區(qū)為例，分設(shè)一套分區(qū)控制器，集中處理兩個(gè)區(qū)域設(shè)備通信數(shù)據(jù)，根據(jù)功能區(qū)級別，也可考慮冗余配置。③建筑物內(nèi)其他機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控一般由兩類現(xiàn)場控制器承擔(dān)。一類是建筑BAS內(nèi)以數(shù)據(jù)采集為主的機(jī)電設(shè)備，如防火門、自動扶梯、防排煙風(fēng)機(jī)、給水泵等，這些設(shè)備一般自成系統(tǒng)，另一類是控制工藝相對簡單，數(shù)量不多，沒有必要對其單獨(dú)設(shè)置控制器的設(shè)備，如排煙閥、照明、插座等。

4.2 PLC檔次確定

對于建筑BAS來說，PLC的檔次影響著樓宇自動化系統(tǒng)的造價(jià)：檔次定位過高，則投資增加和PLC冗余；過低則會增加PLC的數(shù)量，對系統(tǒng)的復(fù)雜性和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠、安全性有很大影響[7]。

建筑BAS對主控制器的要求是：須提供雙以太網(wǎng)口，處理器的內(nèi)存要大，文件操作功能要強(qiáng)，具有方便的組網(wǎng)能力，能處理多個(gè)并行任務(wù)。這些需求決定了該控制器應(yīng)采用高端PLC產(chǎn)品。高端PLC區(qū)別其他檔次PLC的特點(diǎn)是：處理I/O點(diǎn)數(shù)多，通信功能強(qiáng)，運(yùn)算速度快，處理器檔次高，內(nèi)存容量大，指令豐富，支持復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)。就地PLC的控制任務(wù)相對簡單，物理I/O點(diǎn)數(shù)有限（不會超過800點(diǎn)），只局限于設(shè)備的連鎖及保護(hù)控制，因此采用中端PLC產(chǎn)品即可[8]。根據(jù)以上闡述，PLC控制器的規(guī)劃如表1所示。

5 結(jié)語

本文闡明了建筑BAS系統(tǒng)，分析了BAS幾種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣和PLC的關(guān)系，提出了PLC在BAS中規(guī)劃的方法，以期在今后的工程實(shí)際中，提高BAS系統(tǒng)的可靠性，使其性能達(dá)到最優(yōu)，有較好的借鑒意義和研究價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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【5】劉建孔. 辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能與經(jīng)濟(jì)技術(shù)性分析[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2011.

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【7】方桂筍. 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2008.

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