采用DDC的智能建筑排水监控系统

2017/6/13 0:00:00

鉴于传统建筑排水系统排水泵速率调节缓慢、节能效果差、故障处理困难等缺陷,本文设计了一种基于DDC的智能建筑排水监控系统方案,系统底层控制网络基于HW-BA5201 DDC控制器搭建,上位管理平台基于力控Force Control 7.0组态软件建立。通过设置的高、中、低水位传感器实时监测集水坑水位变化,配置调节器控制相关参数,实现控制系统要求的双泵自动切换、故障报警与处理等相关功能。

1、直接数字控制器(DDC)

直接数字控制器(Direct Digital Controller,DDC)是指在建筑自动化系统中,基于计算机技术和数字信号处理技术,用以采集与测量被控设备的过程参数与特征参数,再通过预先设计的程序计算与处理实现控制系统功能的一种常用的底层现场控制设备。DDC具有较强的独立性,当控制程序加载到内置存储器当中后,便可脱离上层管理计算机独立运行,从而实现管理的集中化与控制的分散化。

  在DDC控制系统中,一般通过传感器采集设备信号,由于控制器本身支持多种信号形式的输入输出,诸如DI(开关量输入)、DO(开关量输出)、AI(模拟量输入)、AO(模拟量输出)等,因此系统的输入、输出及控制功能的实现较为方便。

  2、排水监控系统控制功能与结构设计

  2.1 控制功能要点

  排水监控系统主要控制对象为集水坑,主要设备由排水水泵(2台,互为备用)、DDC控制器、开关电源、继电器等组成,针对系统中水泵的运行状态进行检测和启停控制,亦可对水泵进行故障报警,对水坑水位的高低进行显示报警。其控制功能设计包括以下3个方面:

  (1)集水坑水位监测与报警:集水坑水位高、低检测及超限报警。

  (2)排水泵控制:根据集水坑的水位,控制排水泵的启/停,即当水位低于停泵水位(低位)时自动停泵,高于启泵水位(中位)时单泵启动,高于报警水位(高位)时双泵启动。

  (3)排水泵故障监测:排水泵运行状态的检测以及发生故障时报警,当使用水泵出现故障时,备用水泵会自动投入工作。

  2.2 排水系统结构框图设计

  排水系统结构如图1所示,系统采用DDC控制器作为智能控制节点,通过液位传感器实时监测集水坑高、中、低水位,通过对DDC内置控制逻辑的设置,可以完成对1#排水泵和2#排水泵的启停控制;同时,系统具有故障报警输入处理功能,当检测到其中一台水泵出现故障时,可以自动启动另一台水泵投入使用。借助USB~Lon-Works转换模块,可以实现上位PC机与DDC控制器的相互通讯,完成一体化监控平台的搭建。

DDC控制器I/O端口对照表如表1所示,表中UI1、UI2分别对应1#排水泵、2#排水泵故障报警,UI3~UI5分别对应集水坑高、中、低水位,UO1、UO2分别对应1#排水泵、2#排水泵启停控制,UO3对应集水坑水位,用以实时显示水位高低。

  3、底层监控网络搭建

  底层控制模块选用HW-BA5201 DDC为控制器,再运用Lon Maker软件搭建整个监控网络。图2为排水监控系统底层控制网络,其中调用了5201DDC内部的3个开关量输入模块DI3~DI5,用以监视集水坑高、中、低水位,2个开关量输出模块DO1、DO2,用以控制1#、2#排水泵启停,PID调节器模块主要用于快速调节水泵工作状态,通过配置PID调节器相关参数,能够实现对2台水泵的定时、手/自动切换、休眠、节假日、高峰/低谷等状态控制,模拟量输出模块AO1主要用以实时显示集水坑当前水位位置。


4、上层监控平台搭建

       组态界面创建

  当底层监控网络组建完成后,便可进行上层监控组态界面的搭建,这里借助了力控组态软件Force Control 7.0,首先建立I/O设备组态、数据库组态,其次建立I/O数据链接对象,最后完成窗口周期动作控制程序设计。排水监控系统组态界面如图3所示,主要由排水泵运行监控、故障报警指示、设备运行动画模拟3个部分组成。其中,在排水泵运行监控部分,可以通过设置PID手/自动切换选择,从而实现对排水泵的手动、自动运行控制。此外,当两台水泵当中一台出现故障报警时,另外一台可以自动投入运行,图3为最终完成的上层监控组态平台。依据设计功能,整个调试过程可以分成两步进行。

首先,进行排水控制功能调试。当集水坑低水位检测传感器检测到水位偏低时,此时两台排水泵均不工作;当集水坑中水位检测传感器检测到水位达中位时,此时监控系统启动1#排水泵,2#排水泵不动作;当集水坑高水位检测传感器检测到水位偏高位时,此时监控系统驱动1#排水泵、2#排水泵同时工作,上层监控界面上对应模块指示灯点亮;两台水泵均通过PID调节器驱动运行。其次,进行排水泵故障报警调试。当集水坑水位位于中水位以上时,1#排水泵突然停动,这时2#排水泵迅速自动投入运行,反之亦然。

与传统的建筑排水系统不同,基于DDC设计的智能建筑排水系统方案,具有水位越线报警、双水泵自动切换运行,系统运行监控直观、方便等诸多优点。利用工业总线和设备组态技术,能够实现对集水坑水位、排水泵工作状态的实时监控与控制,借助控制器内部的PID调节功能模块,能够快速调整两台排水泵的转速,排水性能高效。测试表明,该系统运行稳定、节能效果良好。


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