智能樓宇設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可靠、功能完善的建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)，可大大提高工程平時(shí)維護(hù)效率，減少工作量、節(jié)能、高效。

在建筑設(shè)備自動(dòng)化的教學(xué)中，如何能夠講解好自動(dòng)控制的基本原理，是重點(diǎn)和難點(diǎn)，為了讓學(xué)生盡快熟悉這個(gè)環(huán)節(jié)，我們特設(shè)計(jì)制作了設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱實(shí)訓(xùn)臺(tái)），以便于進(jìn)行配套的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

1、實(shí)訓(xùn)臺(tái)的設(shè)計(jì)原則

（1）采用模塊化設(shè)計(jì)思想，應(yīng)能夠根據(jù)將來的需要進(jìn)行功能擴(kuò)展；

（2）與教學(xué)密切結(jié)合，能夠包含BAS教學(xué)環(huán)節(jié)的一些基本控制原理；

（3）要采用分布式控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)，可以與計(jì)算機(jī)組成一個(gè)基本的分布式控制系統(tǒng)；

（4）同時(shí)配合設(shè)計(jì)多套實(shí)訓(xùn)科目，用于實(shí)施實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

2、實(shí)訓(xùn)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于以上設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了以下實(shí)訓(xùn)臺(tái)，如圖1所示。
實(shí)訓(xùn)臺(tái)是以PLC（可編程控制器）為硬件核心，PLC采用SIEMENS（西門子）的S7-200系列的CPU224，集成了14輸入門10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，zui大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)，16K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。

圖1 控制實(shí)訓(xùn)臺(tái)結(jié)構(gòu)組成

圖2 建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)原理圖

通過PLC內(nèi)置的通訊接口，可以編制程序，也可以與觸摸屏（TP178）連接，實(shí)現(xiàn)觸摸屏的顯示和控制；通過擴(kuò)展模擬量監(jiān)控模塊EM235，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的采集和控制，這也是實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)的硬件基礎(chǔ)；通過通訊模塊EM277，與計(jì)算機(jī)（PC）內(nèi)置的CP5612通訊卡相連，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的編程調(diào)試，也可以在這些硬件基礎(chǔ)上構(gòu)建一套基本的分布式控制系統(tǒng)，而這個(gè)系統(tǒng)正是建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)模型，如圖2所示，實(shí)訓(xùn)臺(tái)就是其中的上位機(jī)和一臺(tái)下位機(jī)以及一些典型的檢測(cè)設(shè)備和被控設(shè)備。

實(shí)訓(xùn)臺(tái)的支持軟件采用：

（1）STEP7 MicroWIN V4.0 sp6西門子S7-200系列PLC編程軟件；

（2）WinCC V6.0 sp3 西門子組態(tài)軟件。

3、實(shí)訓(xùn)臺(tái)的檢測(cè)和控制設(shè)備

根據(jù)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)，本實(shí)訓(xùn)臺(tái)設(shè)計(jì)的檢測(cè)設(shè)備包括了溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、液位傳感器、壓差傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器，而檢測(cè)的技術(shù)又包括模擬量直接檢測(cè)、通過變送器轉(zhuǎn)換檢測(cè)、總線型檢測(cè)技術(shù)等。

本實(shí)訓(xùn)臺(tái)的控制設(shè)備采用zui常用的風(fēng)機(jī)（三相電機(jī)）、手電動(dòng)密閉閥門（三相正反轉(zhuǎn)）、電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥（單相開關(guān)式、單相比例調(diào)節(jié)式）、變頻器。配合控制原理圖，可以讓學(xué)員動(dòng)手連接線路，給學(xué)員直觀的通用設(shè)備控制的直觀印象，加深對(duì)抽象控制原理的理解，鍛煉動(dòng)手能力。

4、實(shí)訓(xùn)臺(tái)原理圖

實(shí)訓(xùn)臺(tái)原理圖如圖3所示，實(shí)訓(xùn)臺(tái)正視圖、側(cè)視圖如圖4所示。

圖3 實(shí)訓(xùn)臺(tái)原理圖

圖4 實(shí)訓(xùn)臺(tái)正視圖、側(cè)視圖
5、實(shí)訓(xùn)臺(tái)實(shí)訓(xùn)科目設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)臺(tái)建成以后，根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要，配套設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)以下實(shí)訓(xùn)科目：

（1）PLC基本原理，程序上傳、下載；（2）設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)典型設(shè)備的控制原理；（3）設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境通用監(jiān)測(cè)技術(shù)；（4）總線型內(nèi)部環(huán)境檢測(cè)技術(shù)；（5）模擬量控制技術(shù)；（6）PID調(diào)節(jié)（溫度調(diào)節(jié)、風(fēng)量調(diào)節(jié)、液位調(diào)節(jié)）；（7）建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)集成原理；（8）建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與擴(kuò)展。

以上實(shí)訓(xùn)科目，從建筑設(shè)備自動(dòng)化教學(xué)需求出發(fā)設(shè)計(jì)，同時(shí)兼顧工程實(shí)際需求。實(shí)訓(xùn)科目中，首先簡(jiǎn)要介紹基本原理，然后給出系統(tǒng)原理圖和接線圖，如有需要再給出參考的控制程序，經(jīng)過講解和示范以后，學(xué)生就可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)和示范，自己動(dòng)手設(shè)計(jì)原理圖、接線、編制程序，并調(diào)試運(yùn)行。通過實(shí)訓(xùn)科目的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，學(xué)生一般都能夠很快的領(lǐng)會(huì)操作要領(lǐng)，zui終完成實(shí)訓(xùn)目標(biāo)。

這些實(shí)訓(xùn)科目的設(shè)計(jì)和實(shí)施，很好的輔助了建筑設(shè)備自動(dòng)化課程的教學(xué)，實(shí)訓(xùn)教學(xué)，使得學(xué)生更深刻的領(lǐng)會(huì)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的基本原理，鍛煉了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，達(dá)到了很好的教學(xué)目的。
由于實(shí)訓(xùn)臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，在實(shí)訓(xùn)臺(tái)的硬件和軟件基礎(chǔ)平臺(tái)下，可以根據(jù)教學(xué)需要，設(shè)計(jì)更多的實(shí)訓(xùn)科目。

實(shí)訓(xùn)臺(tái)是針對(duì)建筑設(shè)備自動(dòng)化的教學(xué)，組建的一套教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具有系統(tǒng)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能模塊化，滿足教學(xué)實(shí)際需要的特點(diǎn)?；谠搶?shí)訓(xùn)臺(tái)進(jìn)行的實(shí)訓(xùn)科目教學(xué)，很好的彌補(bǔ)了課堂教學(xué)抽象、乏味的不足，不僅提高了教學(xué)效率，而且使學(xué)員們掌握基礎(chǔ)知識(shí)更牢固，還提高學(xué)員的動(dòng)手能力及思考能力。該實(shí)訓(xùn)臺(tái)設(shè)計(jì)完成后，對(duì)建筑設(shè)備自動(dòng)化的教學(xué)，起到很大的幫助作用。