基于直接數字控制器實現的低壓供配電系統設計

何晶

摘要：隨著社會的進步，人們生活水平的提高，各種智能化的電子產品、電氣設備、電氣設施已經逐漸走入了人們的生活，智能建筑就是在這個背景下為了提高人們生活品質、生活舒適度、生活安全性誕生的。樓宇智能化主要包括樓宇照明系統、給排水系統、空調系統、電梯運行系統及供配電遠程監控系統等，它是智能樓宇建筑不可或缺的重要組成部分。本文重點研究的是基于DED-BA-E7501直接數字控制器實現的遠程低壓供配電系統的監測控制，主要是通過對用戶或工廠加裝測量儀表和監控設備，來實現遠程檢測供配電運行狀況、運行參數檢測等內容，為正常運行管理提供保障和設備故障分析提供理論依據。

Abstract： With the progress of society and the improvement of living standards， intelligent building has gradually entered into people's life. Under this background， intelligent building was born in order to improve people's living quality. Intelligent building system is an important part of intelligent building. It mainly monitors the water supply and drainage， air conditioning， elevator， power supply and distribution system of the building. The research of this article is based on DED-BA-E7501 direct digital controller to realize remote monitoring control of low voltage power supply and distribution system， mainly through to the user or the factory equipped with measuring and monitoring equipment， to achieve remote detecting electrical equipment running status， running parameters， such as content， which guarantees normal operation management and provide theoretical basis for equipment failure analysis.

關鍵詞：直接數字控制器;低壓供配電系統;LonWorks總線

Key words： direct digital controller;low voltage power supply and distribution system;LonWorks fieldbus

中圖分類號：TM76 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）27-0211-03

0 ?引言

隨著科技的進步，智人工智能、大數據、互聯網+等高精尖科技已經逐漸走入了人們的工作和生活。在科技的推動下，智能樓宇正在向越來越智能化、自動化、安全化、可監控化方向發展。

智能樓宇是由中央控制室（BAS）、DDC直接數字控制器和現場末端設備三級網絡控制構成。頂層中央控制室（BAS）是整個智能樓宇控制的頂層管理部分，可以實現上位機與現場控制器DDC之間的實時通信控制，并能將測量數據存入計算機進行數據分析，可實現直機操作。直接數字控制器屬于嵌入式計算機，具有較強的運算和控制功能?，F場末端設備是由變送器、各種測量儀表和傳感器構成，可將采集到的實時數據傳送給DDC直接數字控制器，DDC再將傳送數據進行分析處理將結果輸出給執行機構實現樓宇控制的智能化。

現代化樓宇需要配智能化、高質量化的供配電系統，本供配電系統可以實現在樓宇內電氣設備正常運行情況或發生故障或、負荷運行時實時檢測配電系統中各種參數數據，并實現遠程啟、?？刂?，保證供電樓宇的正常運轉和電力節能運行。

1 ?DED-BA-E7501直接數字控制器介紹

直接數字控制器通常作為中央控制室與現場末端設備的橋梁，它是一種新型的嵌入式計算機，主要安裝于被控設備附近，能夠及時的采集和管理被控設備的信息和數據。本系統采用的是一種具有完整組合結構的DED-BA-E7501直接數字控制器，它具有網絡變量、I/O、算術邏輯運算、多輸入多輸出邏輯運算、PID運算、編碼及時間累積功能的19個模塊，用戶可以通過Plug-in程序在實現不同的監控測量功能時對這些模塊進行組合與配置。由于DED-BA-E7501直接數字控制器的I/O口都具有反接過壓保護和較強的輸出功能，所以在配線時具有很高的安全可靠性，另外在配線時具有布線簡易等特點。

電路的工作原理是DED-BA-E7501DDC 控制模塊以FT3150 神經元芯片為核心，擴展輸入采樣和輸出控制電路。在低壓供配電系統中直接數字控制器被安裝在電流表、電壓表、功率表等檢測儀表附近，DDC按系統設定時間進行數據采樣并與預設值進行比較，若出現較大偏差量則DDC根據預設編程算法和PID控制運算來直接調整執行器的動作。直接數字控制器采用LonWorks現場總線技術與中央控制室進行通訊，它可以實現對現場各種電壓、電流等模擬量的采集并實現各種執行機構的遠程控制及報警功能。DDC的運算速度快，可以替代多個模擬開關實現在短時間內控制多個回路的作用。

2 ?LonWorks現場總線技術

系統選用LonWorks現場總線技術的原因是支持多種通信介質并且和其他系統兼容性較好，網絡拓撲結構不受總線網絡拓撲單一形式的限制。Lon網絡編輯界面中可以從左側基本圖形庫中直接拖拉組態圖形拉到右側編輯區，對圖形進行組態設置，再運用連接器將各組態正確連接。程序調試可以方便的選擇軟件聯機調試或在DDC控制器中下好程序外部設備調試兩種方法。

3 ?低壓供配電系統硬件主電路設計

本樓宇智能化供配電系統設計以DED-BA-E7501直接數字控制器為核心，遠程實現以弱電控制強電的安全控電模式，系統設計如圖1所示。DED-BA-E7501直接數字控制的供電電壓為24伏，它和上位機BAS進行數據傳輸使用的是485總線傳輸模式，并借助Lonwork板卡實現直接數字控制和BAS遠程控制。

系統具有采集低壓供配電系統的電壓、電流、功率等功能，這些功能是由EDA9033E三相電參數采集模塊和GDB-I36112變流器共同作用實現的。EDA9033E智能三相電參數采集模塊是利用三表法準確測量出系統所需的三相電參數，在讀取實時電壓、電流、總有功功率、無功功率、功率因數等數據時，命令語句為： # （ADDR） A ， 響應語句為： > （DATA） 。數據（DATA）輸出參數共有9個，每個參數均為 7 字節 ASCII 碼值，每個參數的輸出格式為一位符號位+/-，5 位十進制數據和1位小數點，數據的輸出順序為：UU、IU、UV、IV、UW、IW、P、Q、COSФ。DDC的模擬量采集在設計時選用的是I/O中的UI口輸入的，其端口對模擬量的電壓輸入信號的要求是DC0V-DC10V，電流輸入信號要求是DC0mA-DC20mA。在進行設計采集三相電路中的電壓電流等交流參數時不能將三相采集模塊中的數據直接加在DDC端口上需要經過一個可以將交流信號變為合適直流電信號的GDB-I36112變流器才能實現。由于系統中選用的DDC只接受的直流電流信號較小，故在實際接線過程中注意要在DDC的UI點與其對應的GND之間并上500Ω的電阻可以起到分流的作用。

系統在硬件設計時具備檢測兩個變壓器（一臺為主變壓器、一臺為備用變壓器可以實現主變變壓故障時備用變壓器立即啟動的功能）溫度的功能。檢測溫度時選擇DDC的UI口作為輸入端，DDC的端口內部已經通過10k？贅電阻分壓后接到+5V的基準電壓上。熱敏傳感器選用鉑PT100，將其并接在UI接口上，軟件程序上將UI口輸入類型配置為0～5V模擬量輸入。在溫度檢測時需要首先查詢PT100熱敏電阻的分度表，再根據分壓公式U=（5×Rt）/（Rt+10）計算出熱敏電阻與端口內10k？贅電阻串聯加在5V電壓下所分的電壓值（其中Rt為熱敏電阻對應的阻值），找到熱敏電阻溫度與其所對應分得電壓的分度表。在Plug-in程序中正確配置溫度-電壓分段線性插值表即可實現檢測電壓就可知道變壓器當前溫度的目的。

4 ?低壓供配電系統硬件控制電路設計

系統中的控制電路部分主要是依靠繼電器K2、K3、K4、K5、K6、K7實現的遠程啟?？刂?，如圖2所示?？刂齐娐分蠸A為手自動控制切換開關，當SA閉合為遠程控制模式，遠程控制指示燈HL1點亮，繼電器K1動作遠程控制系統使能。運行在遠程控制模式下3路供電系統的遠程啟動可以通過上位機控制DDC控制系統給K2、K3、K4繼電器發送信號實現。當SA斷開為就地控制模式，3路供電系統可以依靠SB2、SB4、SB6實現就地啟動控制。系統具備通過K5、K6、K7實現遠程停止控制和通過SB1、SB3、SB5實現就地停止控制兩種控制停止模式，無論控制模式在遠程還是就地，都可以實現上位畫面對停止的優先控制。當3路供電系統運行電流過大時，RF1、RF2、RF3過熱保護器動作切斷電路。（圖2）

5 ?上位機組態設計

智能樓宇系統供配電系統上位機控制設計采用力控軟件制作，如圖3所示。在上位機上可以時時監測3相的相電壓、電流、有功功率及無功功率等參數。在上位機上還可以實現遠程啟?？刂?，并且可以通過上位機的指示燈觀測出3路供電系統的運行狀態。監控畫面可以監控兩路供電系統中變壓器的溫度狀態，當溫度過高發出報警信號時運用韓光雙電源自動切換開關實現兩個變壓器間的兩路電源的不斷電輸出切換。

當系統運行中出現報警指示時可以點擊監控畫面右下角的“報警畫面”按鈕進入報警信息查詢界面，如圖4所示，有助于及時了解報警設備狀況，了解報警故障原因。

6 ?結束語

智能樓宇供配電系統質量是深受業主關注的重要指標，通過合理調整用電負荷，可以實現供配電系統的安全運行和電力節能效果。在供配電系統出現故障時也可以自動切換備用電源，保證用戶電氣設備正常運行。智能樓宇是現代建筑的發展趨勢，也是居民生活品質提高的有效保障。

參考文獻：

[1]DED-BA-E7501 DDC 通用控制模塊安裝使用說明書.

[2]EDA9033E 智能三相電參數數據綜合采集模塊使用說明書.

[3]GDB-I3三相電流變送器使用說明書.

[4]趙運婷，賈文民.智能樓宇DDC照明控制系統設計[J].電腦知識與技術，2016（4）：266-271.

[5]張揚吉，趙智聰.直接數字控制器在樓宇自控系統教學實驗中的應用[J].中國電力教育，2012（32）：90-91.

[6]高桂根.高層建筑電氣工程供配電系統設計分析[J].價值工程，2014，33（36）：118-119.