基于直接數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)的低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何晶

摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們生活水平的提高，各種智能化的電子產(chǎn)品、電氣設(shè)備、電氣設(shè)施已經(jīng)逐漸走入了人們的生活，智能建筑就是在這個(gè)背景下為了提高人們生活品質(zhì)、生活舒適度、生活安全性誕生的。樓宇智能化主要包括樓宇照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、電梯運(yùn)行系統(tǒng)及供配電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等，它是智能樓宇建筑不可或缺的重要組成部分。本文重點(diǎn)研究的是基于DED-BA-E7501直接數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程低壓供配電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制，主要是通過對(duì)用戶或工廠加裝測(cè)量?jī)x表和監(jiān)控設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)供配電運(yùn)行狀況、運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)等內(nèi)容，為正常運(yùn)行管理提供保障和設(shè)備故障分析提供理論依據(jù)。

Abstract： With the progress of society and the improvement of living standards， intelligent building has gradually entered into people's life. Under this background， intelligent building was born in order to improve people's living quality. Intelligent building system is an important part of intelligent building. It mainly monitors the water supply and drainage， air conditioning， elevator， power supply and distribution system of the building. The research of this article is based on DED-BA-E7501 direct digital controller to realize remote monitoring control of low voltage power supply and distribution system， mainly through to the user or the factory equipped with measuring and monitoring equipment， to achieve remote detecting electrical equipment running status， running parameters， such as content， which guarantees normal operation management and provide theoretical basis for equipment failure analysis.

關(guān)鍵詞：直接數(shù)字控制器;低壓供配電系統(tǒng);LonWorks總線

Key words： direct digital controller;low voltage power supply and distribution system;LonWorks fieldbus

中圖分類號(hào)：TM76 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）27-0211-03

0 ?引言

隨著科技的進(jìn)步，智人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+等高精尖科技已經(jīng)逐漸走入了人們的工作和生活。在科技的推動(dòng)下，智能樓宇正在向越來越智能化、自動(dòng)化、安全化、可監(jiān)控化方向發(fā)展。

智能樓宇是由中央控制室（BAS）、DDC直接數(shù)字控制器和現(xiàn)場(chǎng)末端設(shè)備三級(jí)網(wǎng)絡(luò)控制構(gòu)成。頂層中央控制室（BAS）是整個(gè)智能樓宇控制的頂層管理部分，可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)控制器DDC之間的實(shí)時(shí)通信控制，并能將測(cè)量數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可實(shí)現(xiàn)直機(jī)操作。直接數(shù)字控制器屬于嵌入式計(jì)算機(jī)，具有較強(qiáng)的運(yùn)算和控制功能。現(xiàn)場(chǎng)末端設(shè)備是由變送器、各種測(cè)量?jī)x表和傳感器構(gòu)成，可將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送給DDC直接數(shù)字控制器，DDC再將傳送數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理將結(jié)果輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)樓宇控制的智能化。

現(xiàn)代化樓宇需要配智能化、高質(zhì)量化的供配電系統(tǒng)，本供配電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在樓宇內(nèi)電氣設(shè)備正常運(yùn)行情況或發(fā)生故障或、負(fù)荷運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)配電系統(tǒng)中各種參數(shù)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟、停控制，保證供電樓宇的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和電力節(jié)能運(yùn)行。

1 ?DED-BA-E7501直接數(shù)字控制器介紹

直接數(shù)字控制器通常作為中央控制室與現(xiàn)場(chǎng)末端設(shè)備的橋梁，它是一種新型的嵌入式計(jì)算機(jī)，主要安裝于被控設(shè)備附近，能夠及時(shí)的采集和管理被控設(shè)備的信息和數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用的是一種具有完整組合結(jié)構(gòu)的DED-BA-E7501直接數(shù)字控制器，它具有網(wǎng)絡(luò)變量、I/O、算術(shù)邏輯運(yùn)算、多輸入多輸出邏輯運(yùn)算、PID運(yùn)算、編碼及時(shí)間累積功能的19個(gè)模塊，用戶可以通過Plug-in程序在實(shí)現(xiàn)不同的監(jiān)控測(cè)量功能時(shí)對(duì)這些模塊進(jìn)行組合與配置。由于DED-BA-E7501直接數(shù)字控制器的I/O口都具有反接過壓保護(hù)和較強(qiáng)的輸出功能，所以在配線時(shí)具有很高的安全可靠性，另外在配線時(shí)具有布線簡(jiǎn)易等特點(diǎn)。

電路的工作原理是DED-BA-E7501DDC 控制模塊以FT3150 神經(jīng)元芯片為核心，擴(kuò)展輸入采樣和輸出控制電路。在低壓供配電系統(tǒng)中直接數(shù)字控制器被安裝在電流表、電壓表、功率表等檢測(cè)儀表附近，DDC按系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣并與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，若出現(xiàn)較大偏差量則DDC根據(jù)預(yù)設(shè)編程算法和PID控制運(yùn)算來直接調(diào)整執(zhí)行器的動(dòng)作。直接數(shù)字控制器采用LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與中央控制室進(jìn)行通訊，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種電壓、電流等模擬量的采集并實(shí)現(xiàn)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程控制及報(bào)警功能。DDC的運(yùn)算速度快，可以替代多個(gè)模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)控制多個(gè)回路的作用。

2 ?LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

系統(tǒng)選用LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的原因是支持多種通信介質(zhì)并且和其他系統(tǒng)兼容性較好，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不受總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋯我恍问降南拗啤on網(wǎng)絡(luò)編輯界面中可以從左側(cè)基本圖形庫中直接拖拉組態(tài)圖形拉到右側(cè)編輯區(qū)，對(duì)圖形進(jìn)行組態(tài)設(shè)置，再運(yùn)用連接器將各組態(tài)正確連接。程序調(diào)試可以方便的選擇軟件聯(lián)機(jī)調(diào)試或在DDC控制器中下好程序外部設(shè)備調(diào)試兩種方法。

3 ?低壓供配電系統(tǒng)硬件主電路設(shè)計(jì)

本樓宇智能化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)以DED-BA-E7501直接數(shù)字控制器為核心，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)以弱電控制強(qiáng)電的安全控電模式，系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。DED-BA-E7501直接數(shù)字控制的供電電壓為24伏，它和上位機(jī)BAS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸使用的是485總線傳輸模式，并借助Lonwork板卡實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制和BAS遠(yuǎn)程控制。

系統(tǒng)具有采集低壓供配電系統(tǒng)的電壓、電流、功率等功能，這些功能是由EDA9033E三相電參數(shù)采集模塊和GDB-I36112變流器共同作用實(shí)現(xiàn)的。EDA9033E智能三相電參數(shù)采集模塊是利用三表法準(zhǔn)確測(cè)量出系統(tǒng)所需的三相電參數(shù)，在讀取實(shí)時(shí)電壓、電流、總有功功率、無功功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)時(shí)，命令語句為： # （ADDR） A ， 響應(yīng)語句為： > （DATA） 。數(shù)據(jù)（DATA）輸出參數(shù)共有9個(gè)，每個(gè)參數(shù)均為 7 字節(jié) ASCII 碼值，每個(gè)參數(shù)的輸出格式為一位符號(hào)位+/-，5 位十進(jìn)制數(shù)據(jù)和1位小數(shù)點(diǎn)，數(shù)據(jù)的輸出順序?yàn)椋篣U、IU、UV、IV、UW、IW、P、Q、COSФ。DDC的模擬量采集在設(shè)計(jì)時(shí)選用的是I/O中的UI口輸入的，其端口對(duì)模擬量的電壓輸入信號(hào)的要求是DC0V-DC10V，電流輸入信號(hào)要求是DC0mA-DC20mA。在進(jìn)行設(shè)計(jì)采集三相電路中的電壓電流等交流參數(shù)時(shí)不能將三相采集模塊中的數(shù)據(jù)直接加在DDC端口上需要經(jīng)過一個(gè)可以將交流信號(hào)變?yōu)楹线m直流電信號(hào)的GDB-I36112變流器才能實(shí)現(xiàn)。由于系統(tǒng)中選用的DDC只接受的直流電流信號(hào)較小，故在實(shí)際接線過程中注意要在DDC的UI點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的GND之間并上500Ω的電阻可以起到分流的作用。

系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)時(shí)具備檢測(cè)兩個(gè)變壓器（一臺(tái)為主變壓器、一臺(tái)為備用變壓器可以實(shí)現(xiàn)主變變壓故障時(shí)備用變壓器立即啟動(dòng)的功能）溫度的功能。檢測(cè)溫度時(shí)選擇DDC的UI口作為輸入端，DDC的端口內(nèi)部已經(jīng)通過10k？贅電阻分壓后接到+5V的基準(zhǔn)電壓上。熱敏傳感器選用鉑PT100，將其并接在UI接口上，軟件程序上將UI口輸入類型配置為0～5V模擬量輸入。在溫度檢測(cè)時(shí)需要首先查詢PT100熱敏電阻的分度表，再根據(jù)分壓公式U=（5×Rt）/（Rt+10）計(jì)算出熱敏電阻與端口內(nèi)10k？贅電阻串聯(lián)加在5V電壓下所分的電壓值（其中Rt為熱敏電阻對(duì)應(yīng)的阻值），找到熱敏電阻溫度與其所對(duì)應(yīng)分得電壓的分度表。在Plug-in程序中正確配置溫度-電壓分段線性插值表即可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)電壓就可知道變壓器當(dāng)前溫度的目的。

4 ?低壓供配電系統(tǒng)硬件控制電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中的控制電路部分主要是依靠繼電器K2、K3、K4、K5、K6、K7實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程啟停控制，如圖2所示。控制電路中SA為手自動(dòng)控制切換開關(guān)，當(dāng)SA閉合為遠(yuǎn)程控制模式，遠(yuǎn)程控制指示燈HL1點(diǎn)亮，繼電器K1動(dòng)作遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)使能。運(yùn)行在遠(yuǎn)程控制模式下3路供電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程啟動(dòng)可以通過上位機(jī)控制DDC控制系統(tǒng)給K2、K3、K4繼電器發(fā)送信號(hào)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)SA斷開為就地控制模式，3路供電系統(tǒng)可以依靠SB2、SB4、SB6實(shí)現(xiàn)就地啟動(dòng)控制。系統(tǒng)具備通過K5、K6、K7實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程停止控制和通過SB1、SB3、SB5實(shí)現(xiàn)就地停止控制兩種控制停止模式，無論控制模式在遠(yuǎn)程還是就地，都可以實(shí)現(xiàn)上位畫面對(duì)停止的優(yōu)先控制。當(dāng)3路供電系統(tǒng)運(yùn)行電流過大時(shí)，RF1、RF2、RF3過熱保護(hù)器動(dòng)作切斷電路。（圖2）

5 ?上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)

智能樓宇系統(tǒng)供配電系統(tǒng)上位機(jī)控制設(shè)計(jì)采用力控軟件制作，如圖3所示。在上位機(jī)上可以時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)3相的相電壓、電流、有功功率及無功功率等參數(shù)。在上位機(jī)上還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停控制，并且可以通過上位機(jī)的指示燈觀測(cè)出3路供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。監(jiān)控畫面可以監(jiān)控兩路供電系統(tǒng)中變壓器的溫度狀態(tài)，當(dāng)溫度過高發(fā)出報(bào)警信號(hào)時(shí)運(yùn)用韓光雙電源自動(dòng)切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變壓器間的兩路電源的不斷電輸出切換。

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)報(bào)警指示時(shí)可以點(diǎn)擊監(jiān)控畫面右下角的“報(bào)警畫面”按鈕進(jìn)入報(bào)警信息查詢界面，如圖4所示，有助于及時(shí)了解報(bào)警設(shè)備狀況，了解報(bào)警故障原因。

6 ?結(jié)束語

智能樓宇供配電系統(tǒng)質(zhì)量是深受業(yè)主關(guān)注的重要指標(biāo)，通過合理調(diào)整用電負(fù)荷，可以實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行和電力節(jié)能效果。在供配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)也可以自動(dòng)切換備用電源，保證用戶電氣設(shè)備正常運(yùn)行。智能樓宇是現(xiàn)代建筑的發(fā)展趨勢(shì)，也是居民生活品質(zhì)提高的有效保障。

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