智能樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)實訓(xùn)臺設(shè)計

設(shè)計合理、運行可靠、功能完善的建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)，可大大提高工程平時維護效率，減少工作量、節(jié)能、高效。

在建筑設(shè)備自動化的教學(xué)中，如何能夠講解好自動控制的基本原理，是重點和難點，為了讓學(xué)生盡快熟悉這個環(huán)節(jié)，我們特設(shè)計制作了設(shè)備自動化系統(tǒng)實訓(xùn)臺（以下簡稱實訓(xùn)臺），以便于進行配套的實訓(xùn)教學(xué)。

1、實訓(xùn)臺的設(shè)計原則

（1）采用模塊化設(shè)計思想，應(yīng)能夠根據(jù)將來的需要進行功能擴展；

（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)，可以與計算機組成一個基本的分布式控制系統(tǒng)；

（4）同時配合設(shè)計多套實訓(xùn)科目，用于實施實訓(xùn)教學(xué)。

2、實訓(xùn)臺的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于以上設(shè)計原則，設(shè)計了以下實訓(xùn)臺，如圖1所示。
實訓(xùn)臺是以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個數(shù)字量I/O點，可連接7個擴展模塊，zui大擴展至168路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O點，16K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，1個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 控制實訓(xùn)臺結(jié)構(gòu)組成

圖2 建筑設(shè)備自動化系統(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，實現(xiàn)觸摸屏的顯示和控制；通過擴展模擬量監(jiān)控模塊EM235，可以實現(xiàn)對模擬量的采集和控制，這也是實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)的硬件基礎(chǔ)；通過通訊模塊EM277，與計算機（PC）內(nèi)置的CP5612通訊卡相連，可以實現(xiàn)對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)，而這個系統(tǒng)正是建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)模型，如圖2所示，實訓(xùn)臺就是其中的上位機和一臺下位機以及一些典型的檢測設(shè)備和被控設(shè)備。

實訓(xùn)臺的支持軟件采用：

（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、實訓(xùn)臺的檢測和控制設(shè)備

根據(jù)建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)的特點，本實訓(xùn)臺設(shè)計的檢測設(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，而檢測的技術(shù)又包括模擬量直接檢測、通過變送器轉(zhuǎn)換檢測、總線型檢測技術(shù)等。

本實訓(xùn)臺的控制設(shè)備采用zui常用的風(fēng)機（三相電機）、手電動密閉閥門（三相正反轉(zhuǎn)）、電動風(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，加深對抽象控制原理的理解，鍛煉動手能力。

4、實訓(xùn)臺原理圖

實訓(xùn)臺原理圖如圖3所示，實訓(xùn)臺正視圖、側(cè)視圖如圖4所示。

圖3 實訓(xùn)臺原理圖

圖4 實訓(xùn)臺正視圖、側(cè)視圖
5、實訓(xùn)臺實訓(xùn)科目設(shè)計實訓(xùn)臺建成以后，根據(jù)實際教學(xué)需要，配套設(shè)計實現(xiàn)以下實訓(xùn)科目：

（1）PLC基本原理，程序上傳、下載；（2）設(shè)備自動化系統(tǒng)典型設(shè)備的控制原理；（3）設(shè)備自動化系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境通用監(jiān)測技術(shù)；（4）總線型內(nèi)部環(huán)境檢測技術(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)備自動化系統(tǒng)集成原理；（8）建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)的設(shè)計與擴展。

以上實訓(xùn)科目，從建筑設(shè)備自動化教學(xué)需求出發(fā)設(shè)計，同時兼顧工程實際需求。實訓(xùn)科目中，首先簡要介紹基本原理，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)知識和示范，自己動手設(shè)計原理圖、接線、編制程序，并調(diào)試運行。通過實訓(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)會操作要領(lǐng)，zui終完成實訓(xùn)目標。

這些實訓(xùn)科目的設(shè)計和實施，很好的輔助了建筑設(shè)備自動化課程的教學(xué)，實訓(xùn)教學(xué)，使得學(xué)生更深刻的領(lǐng)會建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)的基本原理，鍛煉了學(xué)生的實際動手能力，達到了很好的教學(xué)目的。
由于實訓(xùn)臺采用模塊化設(shè)計，在實訓(xùn)臺的硬件和軟件基礎(chǔ)平臺下，可以根據(jù)教學(xué)需要，設(shè)計更多的實訓(xùn)科目。

實訓(xùn)臺是針對建筑設(shè)備自動化的教學(xué)，組建的一套教學(xué)實驗平臺，具有系統(tǒng)合理，結(jié)構(gòu)簡單，功能模塊化，滿足教學(xué)實際需要的特點。基于該實訓(xùn)臺進行的實訓(xùn)科目教學(xué)，很好的彌補了課堂教學(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)知識更牢固，還提高學(xué)員的動手能力及思考能力。該實訓(xùn)臺設(shè)計完成后，對建筑設(shè)備自動化的教學(xué)，起到很大的幫助作用。