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摘 要：本文选用DDC作为变风量（VAV）末端控制器，通过控制逻辑和工程试验运行，其控制效果能够满足工程应用，深化了建筑电气设计，为工程设计提供了参考。
关键词：VAV 末端控制器 DDC
中图分类号：TU2文献标识码： A
变风量空调是解决空调系统能耗的有效途径之一，作为变风量空调系统的關键设备，VAV BOX（变风量末端）的控制效果直接影响整个空调系统的运行效果。
在目前工程项目设计中，空调系统的设备选型和系统设计由暖通专业完成，由于专业所限，对于空调系统的控制要求不明确，不能够从自动控制角度提出要求。尤其是采用变风量空调系统的项目，在VAVBOX的选择上仅能够满足通风要求，对于VAVBOX最为重要的控制器，乃至控制算法，传感器的选用等方面都不能够做到精细化设计。
而建筑电气专业在设计过程中只解决空调系统的供配电，对于空调系统的控制和运行往往只设计到DDC环节，具体如何使用DDC以及采用何种控制方式则更多的是由后续空调自控厂商完成。这样就造成空调系统的设计和控制脱节，不能够从设计环节上实现空调系统的运行高效运行。
因此本文将结合建筑电气和暖通空调两个专业，探讨DDC在变风量空调系统中的应用,依托西安建筑科技大学变风量空调实验室，实现在设计环节上完善中央空调的运行控制，深化建筑电气设计。
1 直接数字控制法（DDC）
DDC控制也称直接数字控制法，就是计算机在参加闭环的控制过程中，不需要中间环节，由传感器或变送器采集信号，控制算法由计算机完成，直接控制执行机构。若控制器集成了CPU和存储单元，配置AI/AO/DI/DO通道，具有通信接口，能够与中央控制站联络，则统称为DDC控制器。此类DDC多用于工业现场控制。
本文选用的为某品牌DDC控制器，具有AI/AO/DI/DO通道，提供一个Ethernet网络接口和一个基于RS-485的通信端口，其中Ethernet接口用于上位机与DDC的通信连接。而485接口用于扩展第三方硬件设备，满足基于RS-485协议的传感器或者电量变送器的数据传送。通过配套软件，可以实现模块化控制逻辑设计。
2 VAV末端控制器控制原理
VAV BOX从控制原理上可以分为压力有关型和压力无关型。压力有关型受风管静压影响，干扰大，已基本退出市场。本文采用的是压力无关型末端控制器，其控制原理如图1所示
图 1 压力无关型末端控制回路
压力无关型由双闭环控制，内环为温度控制，副环为风量控制。通过对进风口风量变化的测量，可以对送风量实现微量调整。这样VAV BOX输出的风量将与风管系统静压无关，从而消除压力有关型末端带来房间温度超调和过调的问题。
由于此次选用的DDC，其内部硬件结构已经设计完毕，故只需完成信号采集，控制逻辑设计，上位机通讯以及试验分析这四个方面内容。其结构如下图2所示
图 2 压力无关型末端控制回路
在VAV BOX工作时，需要采集的信号主要有：
风量反馈：风量反馈是由安装VAV BOX箱体上的风量传感器检测，其为标准的0~10V电压信号。
房间温度反馈：房间温度是由房间的温度传感器输出为标准4~20ma电流信号。
阀门开度反馈：阀门开度是通过末端电阻值来反映VAV风阀当前所处的位置，其输出为标准的0~10V电压信号。并接至DDC的AI口上。
在本文中，模拟量AO主要是末端风阀开度给定，其通过DDC控制逻辑计算后，由AO端口直接输出至风阀。
3 VAV末端控制器控制逻辑设计
压力无关型末端控制的控制逻辑设计实现是通过其配套的设计软件实现，其内部提供众多基本控制功能模块，可以灵活的在工程中进行应用。在VAV末端控制器的外环（温度控制）控制器和内环（压差控制）控制器均采用的是PID参数寻优模块，这样可以省去对末端风阀和房间温度的建模环节。其最终控制逻辑图如图4所示：
图4 基于DDC的末端控制逻辑图
在上面控制逻辑图中，各端子功能如下：
PV作为两个控制模块的AI输入端子。其中BAS-UI_10为房间温度的实时采集，由于线路传输信号损失，故增加信号整定环节。
RSP和LSP分别为温度设定端子，如果R/L端子为1，则为远程工作模式，否则为本地工作模式。
其中，如果 PV > PV的最大限度值或者 PV < PV的最小限定值, 此时输出将锁定特定值。VAV BOX仅输出最小送风量以保证房间空气品质，因此在本设计中其温度控制器的OUT输出最小值为20%。。
A/M为两个模块的工作模式转换端子。当A/M=1时，模块处于工作状态，并输出经算法运算结果，否则输出手动给定，即mop端子的值。
Autotune：寻优搜索设置。设置Autotune=1，程序调用参数寻优程序，实现PID参数的自动整定，经过多次0-100的OUT输出之后，PID被搜索到，并赋值给功能块。
如果 Action 值为 1, 则系统反向进行PID调节。即 Err = (SP- PV)/(PvH-PvL)；如果 PV < SP, 输出端子OUT的趋势值逐渐减小。如果 Action 的值为 0, 则 PID 处于正常调节状态，即 Err = (PV-SP)/(PvH-PvL)；如果 PV < SP, 输出端子OUT的趋势值逐渐增大。此设计可以实现对于VAV BOX在不同季节的制冷和制热工作模式的切换。
4 变风量末端控制器的在暖通空调系统中应用
在完成对DDC控制器的的控制逻辑的设计，利用DDC所带的MODBUS接口同BA系统连接，将其DDC变风量末端控制器加载到空调末端中，组成压力无关型变风量末端，对运行数据进行采集并分析，得到如图6所示。
图6DC控制器实际运行效果图
由于本文采集数据是在冬季，因此进行的是制热模式实验。由上图可得，同样经过1000秒的调节过程，房间温度从初始的24.3℃上升至25摄氏度，相比较传统的PID控制器，房间温度的过渡时间，风量反馈与设定风量的跟随性，控制效果基本能够满足要求。由于本文所采用的温度传感器和压差传感器的安装位置多为手动布置，不能够准确的反应房间的状态，相信如果有暖通专业配合，选取合适的测量点，相信控制效果还能做到更好，。
5 结论
本文通过DDC完成对VAV末端控制器的设计，从设计环节上对楼宇自动化在大型公共建筑暖通空调上的应用进行探讨，通过试验，DDC控制器具有过渡时间快，超调量小，易于实现上位机管理的优点。能够满足工程项目需要，如能同暖通专业配合，发挥DDC在建筑电气设计中的优势，从而深化建筑电气专业设计。
参考文献：
[1] 叶大法, 杨国荣编著．变风量空调系统设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，2007
[2] 变风量空调控制方法比较.http://www.vav.com.cn/.2008年6月27日.来源:美国皇家集团
[3] BAS-DDC技术手册. http://www.advantech.com.cn.研华科技
[4 ]BAS编程指南及用户手册. http://www.advantech.com.cn.研华科技
关键词：VAV 末端控制器 DDC
中图分类号：TU2文献标识码： A
变风量空调是解决空调系统能耗的有效途径之一，作为变风量空调系统的關键设备，VAV BOX（变风量末端）的控制效果直接影响整个空调系统的运行效果。
在目前工程项目设计中，空调系统的设备选型和系统设计由暖通专业完成，由于专业所限，对于空调系统的控制要求不明确，不能够从自动控制角度提出要求。尤其是采用变风量空调系统的项目，在VAVBOX的选择上仅能够满足通风要求，对于VAVBOX最为重要的控制器，乃至控制算法，传感器的选用等方面都不能够做到精细化设计。
而建筑电气专业在设计过程中只解决空调系统的供配电，对于空调系统的控制和运行往往只设计到DDC环节，具体如何使用DDC以及采用何种控制方式则更多的是由后续空调自控厂商完成。这样就造成空调系统的设计和控制脱节，不能够从设计环节上实现空调系统的运行高效运行。
因此本文将结合建筑电气和暖通空调两个专业，探讨DDC在变风量空调系统中的应用,依托西安建筑科技大学变风量空调实验室，实现在设计环节上完善中央空调的运行控制，深化建筑电气设计。
1 直接数字控制法（DDC）
DDC控制也称直接数字控制法，就是计算机在参加闭环的控制过程中，不需要中间环节，由传感器或变送器采集信号，控制算法由计算机完成，直接控制执行机构。若控制器集成了CPU和存储单元，配置AI/AO/DI/DO通道，具有通信接口，能够与中央控制站联络，则统称为DDC控制器。此类DDC多用于工业现场控制。
本文选用的为某品牌DDC控制器，具有AI/AO/DI/DO通道，提供一个Ethernet网络接口和一个基于RS-485的通信端口，其中Ethernet接口用于上位机与DDC的通信连接。而485接口用于扩展第三方硬件设备，满足基于RS-485协议的传感器或者电量变送器的数据传送。通过配套软件，可以实现模块化控制逻辑设计。
2 VAV末端控制器控制原理
VAV BOX从控制原理上可以分为压力有关型和压力无关型。压力有关型受风管静压影响，干扰大，已基本退出市场。本文采用的是压力无关型末端控制器，其控制原理如图1所示
图 1 压力无关型末端控制回路
压力无关型由双闭环控制，内环为温度控制，副环为风量控制。通过对进风口风量变化的测量，可以对送风量实现微量调整。这样VAV BOX输出的风量将与风管系统静压无关，从而消除压力有关型末端带来房间温度超调和过调的问题。
由于此次选用的DDC，其内部硬件结构已经设计完毕，故只需完成信号采集，控制逻辑设计，上位机通讯以及试验分析这四个方面内容。其结构如下图2所示
图 2 压力无关型末端控制回路
在VAV BOX工作时，需要采集的信号主要有：
风量反馈：风量反馈是由安装VAV BOX箱体上的风量传感器检测，其为标准的0~10V电压信号。
房间温度反馈：房间温度是由房间的温度传感器输出为标准4~20ma电流信号。
阀门开度反馈：阀门开度是通过末端电阻值来反映VAV风阀当前所处的位置，其输出为标准的0~10V电压信号。并接至DDC的AI口上。
在本文中，模拟量AO主要是末端风阀开度给定，其通过DDC控制逻辑计算后，由AO端口直接输出至风阀。
3 VAV末端控制器控制逻辑设计
压力无关型末端控制的控制逻辑设计实现是通过其配套的设计软件实现，其内部提供众多基本控制功能模块，可以灵活的在工程中进行应用。在VAV末端控制器的外环（温度控制）控制器和内环（压差控制）控制器均采用的是PID参数寻优模块，这样可以省去对末端风阀和房间温度的建模环节。其最终控制逻辑图如图4所示：
图4 基于DDC的末端控制逻辑图
在上面控制逻辑图中，各端子功能如下：
PV作为两个控制模块的AI输入端子。其中BAS-UI_10为房间温度的实时采集，由于线路传输信号损失，故增加信号整定环节。
RSP和LSP分别为温度设定端子，如果R/L端子为1，则为远程工作模式，否则为本地工作模式。
其中，如果 PV > PV的最大限度值或者 PV < PV的最小限定值, 此时输出将锁定特定值。VAV BOX仅输出最小送风量以保证房间空气品质，因此在本设计中其温度控制器的OUT输出最小值为20%。。
A/M为两个模块的工作模式转换端子。当A/M=1时，模块处于工作状态，并输出经算法运算结果，否则输出手动给定，即mop端子的值。
Autotune：寻优搜索设置。设置Autotune=1，程序调用参数寻优程序，实现PID参数的自动整定，经过多次0-100的OUT输出之后，PID被搜索到，并赋值给功能块。
如果 Action 值为 1, 则系统反向进行PID调节。即 Err = (SP- PV)/(PvH-PvL)；如果 PV < SP, 输出端子OUT的趋势值逐渐减小。如果 Action 的值为 0, 则 PID 处于正常调节状态，即 Err = (PV-SP)/(PvH-PvL)；如果 PV < SP, 输出端子OUT的趋势值逐渐增大。此设计可以实现对于VAV BOX在不同季节的制冷和制热工作模式的切换。
4 变风量末端控制器的在暖通空调系统中应用
在完成对DDC控制器的的控制逻辑的设计，利用DDC所带的MODBUS接口同BA系统连接，将其DDC变风量末端控制器加载到空调末端中，组成压力无关型变风量末端，对运行数据进行采集并分析，得到如图6所示。
图6DC控制器实际运行效果图
由于本文采集数据是在冬季，因此进行的是制热模式实验。由上图可得，同样经过1000秒的调节过程，房间温度从初始的24.3℃上升至25摄氏度，相比较传统的PID控制器，房间温度的过渡时间，风量反馈与设定风量的跟随性，控制效果基本能够满足要求。由于本文所采用的温度传感器和压差传感器的安装位置多为手动布置，不能够准确的反应房间的状态，相信如果有暖通专业配合，选取合适的测量点，相信控制效果还能做到更好，。
5 结论
本文通过DDC完成对VAV末端控制器的设计，从设计环节上对楼宇自动化在大型公共建筑暖通空调上的应用进行探讨，通过试验，DDC控制器具有过渡时间快，超调量小，易于实现上位机管理的优点。能够满足工程项目需要，如能同暖通专业配合，发挥DDC在建筑电气设计中的优势，从而深化建筑电气专业设计。
参考文献：
[1] 叶大法, 杨国荣编著．变风量空调系统设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，2007
[2] 变风量空调控制方法比较.http://www.vav.com.cn/.2008年6月27日.来源:美国皇家集团
[3] BAS-DDC技术手册. http://www.advantech.com.cn.研华科技
[4 ]BAS编程指南及用户手册. http://www.advantech.com.cn.研华科技