PLC在民用建筑电气中的应用

李 文(中南建筑设计院股份有限公司，武汉 430071)

PLC在民用建筑电气中的应用

李 文
(中南建筑设计院股份有限公司，武汉 430071)

介绍了PLC的定义及特点，同时与DDC之间进行了详细的对比，描述了PLC在两个工程案例中的应用，总结了PLC在民用建筑电气中的应用场合与发展趋势。

PLC 建筑电气 DDC

0 引言

在制造工业中存在大量以开关量为主的顺序控制、连锁保护动作控制以及大量越限报警等状态量的数据采集和监测。由于这些监测和控制要求，使PLC发展成为用于顺序控制及取代以继电器线路为主的产品。随着技术发展，PLC厂家在原有CPU模板的基础上逐渐增加了各种通讯接口，以太网技术和现场总线技术同步发展，使得PLC的通讯及组网功能越来越便捷。近些年来，随着现代建筑中机电设备的控制要求越来越复杂和精确，PLC在民用建筑电气中的应用也越来越广泛。

1 关于PLC

1.1 PLC的定义

可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)在IEC中定义为一类数字运算操作的电子系统，专门为了在工业环境下使用而设计。PLC可以执行顺序控制、逻辑运算、定时、算术操作与计数等面向用户的指令，采用可编程的存储器存储其内部程序，并通过模拟或数字型输入/输出设备控制各种类型的机械或生产过程。

1.2 PLC的主要特点

1)通用性和灵活性较强；

2)功能及扩展性能强；

3)抗干扰能力强，可靠性好；

4)编程语言简单、易上手；

5)与外部设备的连接便捷；

6)控制系统设计与调试周期短。

1.3 PLC的基本分类

PLC按I/O点数可分整体式(主要应用于小微型机)与组合式(主要应用于中大型机)两类。PLC分类见图1，整体式 PLC的基本组成框图如图2所示，组合式 PLC的基本组成框图如图3所示。

2 PLC与DDC的对比

2.1 DDC定义

DDC(Direct Digital Controller)：直接数字控制器，通常称为DDC控制器。

DDC系统的组成通常包括中央控制设备(集中控制主机、显示器、键盘、通讯接口、不间断电源、打印机等)、现场DDC控制器、通讯网络，以及相应的传感器、执行器等元器件。

图1 PLC分类图

DDC实质是从PLC发展演变而来的，是生产厂商针对楼宇自控这一细分市场开发出来的产品。厂家专门针对建筑设备的控制特点与内容，在其控制器内部固化了这些常用设备的控制程序。

2.2 PLC与DDC的对比

1)性能

PLC的扫描周期可以达到毫秒级，而大部分DDC只能在秒级，所以PLC反应速度更加迅速，运算能力和精度要好。

图2 整体式PLC组成框图

图3 组合式PLC组成框图

2)稳定性

PLC控制器最早是专门针对工业领域设计，所以可以在恶劣的环境中长期可靠且无故障运行，平均无故障时间间隔(MTBF)>15年，并且易维护、易接线、抗腐蚀能力强、隔离性好，能适应更大的温度变化范围。

3)灵活性

DDC控制器很多程序都是固化不变的，对于一些需要个性化定制的项目，程序修改起来比较麻烦。而PLC利用通用的梯形图编程，方便自行修改程序；上位机软件既可以是通用组态软件，又可以是专用配套软件，现在国内的通用组态软件都是纯中文界面，操作方便，组态功能强大。

4)软件成本

DDC系统的上位机软件基本都是专用软件，每个厂商软件的操作界面和功能都不太一样，而且大多数是英文界面，对技术员要求较高，这其实从侧面说明了各厂商系统之间的不兼容性，并且这些DDC的专用软件费用较高，均需计入项目成本中。

而PLC的软件资源非常丰富，软件成本相对要低很多。

5)人机界面

DDC控制器的人机界面更加友好，控制器上集成了液晶屏及操作按钮，可在现场进行简单的设置与修改，而PLC必须通过上位机进行设置和修改。

6)调试成本

由于楼控系统的承建方大多是弱电系统集成商，这个群体对自控技术接触较少，为了便于开展工程，厂商会预先在DDC中固定一部分控制程序，做一个相对容易的产品，方便弱电系统集成商现场调试，这样一来DDC的调试成本要更低，周期要更短。

7)网络结构及通讯

在网络结构上方面，PLC与DDC基本上没有区别，都支持单、多层网络结构，并支持多种通用通讯协议，网络扩展性都比较好。

8)应用模块

DDC厂家开发了很多针对不同建筑设备监控的软件应用模块，实施时可以直接调用，通常有：峰值负载控制、优化启/停控制、优化设备调度、节约能源周期控制、多种空调运行模式、临时计划更换、节假日时间表、基础日历时间表、事件时间表，趋势记录和报表等功能。而大多数PLC厂家都是没有开发这些模块的，需要工程商后期二次开发。

3 PLC在建筑电气中的应用

3.1发电机自启动

某大型项目设有1座110kV/10kV变电站，3间10kV配电房，1间柴油发电机室及控制室。为了保证供电可靠性，3间10kV配电房的进线电源出现故障时，必须及时可靠地自启动发电机组。这个项目个性化定制需求高，对稳定性要求严格，PLC非常适用。该项目供电系统图如图4所示。

图4 供电系统图

图5 PLC接线示意图

图6 PLC控制系统图

发电机自启动原理：3个10kV配电房中任一组的3路10kV电源中有一路主供电源中断供电时，柴油发电机应自动启动并处于热备份状态，当其他两路中任一路电源再失电时，发电机组立即投入运行；自启动柴油发电机组的启动信号取自市电的失电信号，1#、2#、3#10kV配电房的3个高压进线断路器和2个母联断路器的辅助触点信号发至2#10kV配电房的PLC控制器，经逻辑处理后的信号引至柴油发电机房控制室主控制器。PLC接线示意图见图5。

3.2污水处理厂

某大型项目有一配套污水处理厂，该项目属于工业场合，使用环境恶劣，安全稳定性要求高，工艺设备存在大量顺序控制及联锁，PLC非常适用该项目。

该项目控制系统如图6所示，系统控制方案：全厂设置1间中控室，在内设置系统监控主机、打印机、操作站等设备，对全厂各工艺装置运行进行集中监视与控制；分别在5个不同的装置区(粗格栅渠、反应池、絮凝沉淀池、送水泵房、二氧化氯间)各设置1个PLC控制子站，这5个子站独立控制各自装置区的工艺设备及流程。

系统网络采用以下三层网络结构。

管理层：采用工业以太网，TCP/IP通讯协议。

控制层：采用现场总线形式，双环网，interbus通讯协议。

现场设备层：传感器与执行机构采用硬接线形式与I/O模块连接。

4 结束语

总的来说，DDC的性能、稳定性、安全性要略逊于PLC，但其应用在普通民用建筑机电设备的监控上绰绰有余。对于大型民用项目，DDC的开发、调试周期要明显短于PLC系统，但灵活性和后期维护经济性却不及PLC系统。笔者认为：在本质上PLC与DDC差别不大，很多场合两者均可使用，但对于一些需要个性化定制、安全稳定性要求较高的场合或相对独立的第三方设备，PLC更加适合。随着PLC的成本越来越低，针对楼宇自控方面的开发越来越丰富，PLC的应用将更加广泛。

[1] 都治强，王佳斌，商勇.DDC与PLC在数据中心机械空调控制系统中的应用浅析[J].智能建筑电气技术，2014(4)：28-31.

[2] 李万明.DCS控制系统与PLC控制区别[J].山东煤炭科技，2009(2)：49.

[3] 苏朋.关于电气自动化在中央空调中应用的分析[J].河南科技，2014(6)：131.

[4] 王再英，韩养社，高虎贤.楼宇自动化系统原理与应用[M].北京：电子工业出版社，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