PLC在民用建筑電氣中的應用

李 文(中南建筑設計院股份有限公司，武漢 430071)

PLC在民用建筑電氣中的應用

李 文
(中南建筑設計院股份有限公司，武漢 430071)

介紹了PLC的定義及特點，同時與DDC之間進行了詳細的對比，描述了PLC在兩個工程案例中的應用，總結了PLC在民用建筑電氣中的應用場合與發展趨勢。

PLC 建筑電氣 DDC

0 引言

在制造工業中存在大量以開關量為主的順序控制、連鎖保護動作控制以及大量越限報警等狀態量的數據采集和監測。由于這些監測和控制要求，使PLC發展成為用于順序控制及取代以繼電器線路為主的產品。隨著技術發展，PLC廠家在原有CPU模板的基礎上逐漸增加了各種通訊接口，以太網技術和現場總線技術同步發展，使得PLC的通訊及組網功能越來越便捷。近些年來，隨著現代建筑中機電設備的控制要求越來越復雜和精確，PLC在民用建筑電氣中的應用也越來越廣泛。

1 關于PLC

1.1 PLC的定義

可編程邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller)在IEC中定義為一類數字運算操作的電子系統，專門為了在工業環境下使用而設計。PLC可以執行順序控制、邏輯運算、定時、算術操作與計數等面向用戶的指令，采用可編程的存儲器存儲其內部程序，并通過模擬或數字型輸入/輸出設備控制各種類型的機械或生產過程。

1.2 PLC的主要特點

1)通用性和靈活性較強；

2)功能及擴展性能強；

3)抗干擾能力強，可靠性好；

4)編程語言簡單、易上手；

5)與外部設備的連接便捷；

6)控制系統設計與調試周期短。

1.3 PLC的基本分類

PLC按I/O點數可分整體式(主要應用于小微型機)與組合式(主要應用于中大型機)兩類。PLC分類見圖1，整體式 PLC的基本組成框圖如圖2所示，組合式 PLC的基本組成框圖如圖3所示。

2 PLC與DDC的對比

2.1 DDC定義

DDC(Direct Digital Controller)：直接數字控制器，通常稱為DDC控制器。

DDC系統的組成通常包括中央控制設備(集中控制主機、顯示器、鍵盤、通訊接口、不間斷電源、打印機等)、現場DDC控制器、通訊網絡，以及相應的傳感器、執行器等元器件。

圖1 PLC分類圖

DDC實質是從PLC發展演變而來的，是生產廠商針對樓宇自控這一細分市場開發出來的產品。廠家專門針對建筑設備的控制特點與內容，在其控制器內部固化了這些常用設備的控制程序。

2.2 PLC與DDC的對比

1)性能

PLC的掃描周期可以達到毫秒級，而大部分DDC只能在秒級，所以PLC反應速度更加迅速，運算能力和精度要好。

圖2 整體式PLC組成框圖

圖3 組合式PLC組成框圖

2)穩定性

PLC控制器最早是專門針對工業領域設計，所以可以在惡劣的環境中長期可靠且無故障運行，平均無故障時間間隔(MTBF)>15年，并且易維護、易接線、抗腐蝕能力強、隔離性好，能適應更大的溫度變化范圍。

3)靈活性

DDC控制器很多程序都是固化不變的，對于一些需要個性化定制的項目，程序修改起來比較麻煩。而PLC利用通用的梯形圖編程，方便自行修改程序；上位機軟件既可以是通用組態軟件，又可以是專用配套軟件，現在國內的通用組態軟件都是純中文界面，操作方便，組態功能強大。

4)軟件成本

DDC系統的上位機軟件基本都是專用軟件，每個廠商軟件的操作界面和功能都不太一樣，而且大多數是英文界面，對技術員要求較高，這其實從側面說明了各廠商系統之間的不兼容性，并且這些DDC的專用軟件費用較高，均需計入項目成本中。

而PLC的軟件資源非常豐富，軟件成本相對要低很多。

5)人機界面

DDC控制器的人機界面更加友好，控制器上集成了液晶屏及操作按鈕，可在現場進行簡單的設置與修改，而PLC必須通過上位機進行設置和修改。

6)調試成本

由于樓控系統的承建方大多是弱電系統集成商，這個群體對自控技術接觸較少，為了便于開展工程，廠商會預先在DDC中固定一部分控制程序，做一個相對容易的產品，方便弱電系統集成商現場調試，這樣一來DDC的調試成本要更低，周期要更短。

7)網絡結構及通訊

在網絡結構上方面，PLC與DDC基本上沒有區別，都支持單、多層網絡結構，并支持多種通用通訊協議，網絡擴展性都比較好。

8)應用模塊

DDC廠家開發了很多針對不同建筑設備監控的軟件應用模塊，實施時可以直接調用，通常有：峰值負載控制、優化啟/停控制、優化設備調度、節約能源周期控制、多種空調運行模式、臨時計劃更換、節假日時間表、基礎日歷時間表、事件時間表，趨勢記錄和報表等功能。而大多數PLC廠家都是沒有開發這些模塊的，需要工程商后期二次開發。

3 PLC在建筑電氣中的應用

3.1發電機自啟動

某大型項目設有1座110kV/10kV變電站，3間10kV配電房，1間柴油發電機室及控制室。為了保證供電可靠性，3間10kV配電房的進線電源出現故障時，必須及時可靠地自啟動發電機組。這個項目個性化定制需求高，對穩定性要求嚴格，PLC非常適用。該項目供電系統圖如圖4所示。

圖4 供電系統圖

圖5 PLC接線示意圖

圖6 PLC控制系統圖

發電機自啟動原理：3個10kV配電房中任一組的3路10kV電源中有一路主供電源中斷供電時，柴油發電機應自動啟動并處于熱備份狀態，當其他兩路中任一路電源再失電時，發電機組立即投入運行；自啟動柴油發電機組的啟動信號取自市電的失電信號，1#、2#、3#10kV配電房的3個高壓進線斷路器和2個母聯斷路器的輔助觸點信號發至2#10kV配電房的PLC控制器，經邏輯處理后的信號引至柴油發電機房控制室主控制器。PLC接線示意圖見圖5。

3.2污水處理廠

某大型項目有一配套污水處理廠，該項目屬于工業場合，使用環境惡劣，安全穩定性要求高，工藝設備存在大量順序控制及聯鎖，PLC非常適用該項目。

該項目控制系統如圖6所示，系統控制方案：全廠設置1間中控室，在內設置系統監控主機、打印機、操作站等設備，對全廠各工藝裝置運行進行集中監視與控制；分別在5個不同的裝置區(粗格柵渠、反應池、絮凝沉淀池、送水泵房、二氧化氯間)各設置1個PLC控制子站，這5個子站獨立控制各自裝置區的工藝設備及流程。

系統網絡采用以下三層網絡結構。

管理層：采用工業以太網，TCP/IP通訊協議。

控制層：采用現場總線形式，雙環網，interbus通訊協議。

現場設備層：傳感器與執行機構采用硬接線形式與I/O模塊連接。

4 結束語

總的來說，DDC的性能、穩定性、安全性要略遜于PLC，但其應用在普通民用建筑機電設備的監控上綽綽有余。對于大型民用項目，DDC的開發、調試周期要明顯短于PLC系統，但靈活性和后期維護經濟性卻不及PLC系統。筆者認為：在本質上PLC與DDC差別不大，很多場合兩者均可使用，但對于一些需要個性化定制、安全穩定性要求較高的場合或相對獨立的第三方設備，PLC更加適合。隨著PLC的成本越來越低，針對樓宇自控方面的開發越來越豐富，PLC的應用將更加廣泛。

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[4] 王再英，韓養社，高虎賢.樓宇自動化系統原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2011.

ApplicationofPLCinCivilBuildingElectricalSystem

Li Wen

Through introducing the definition and characteristics of PLC, the comparison with DDC is analyzed in details and two engineering cases in practical application are present. Finally, the trends of PLC's application and development in building electricity is put forward.

PLC, building electricity, DDC