楼宇自控系统中数据采集器的开发

　　引言

　　楼宇自控系统(Building Automation SystemBAS)作为智能建筑的标志之一,在建筑设计中愈来愈占有举足轻重的地位。BAS系用先进的计算机控制技术,并且含有丰富灵活的控制、管理软件和节能程序,使它能对各机电设备进行有条不紊的、科学的控制和管理。在保证正常、舒适的工作环境的前提下,各种设备既能处于合理高效的工作状态,又能合理地利用能源,控制能源使用和自动节约能源。BAS的基本功能:

　　(1)数据采集;

　　(2)各种设备启/停控制与监视;

　　(3)设备运行状况图象显示;

　　(4)各种参数的实时控制和监视;

　　(5)参数与设备非正常状态报警;

　　(6)动力设备节能控制及最优控制;

　　(7)能量和能源管理及报表打印;

　　(8)事故报警报告及设备维修事故报告打印输出。

　　在智能建筑中,多采用国外进口的各种DCS集散系统及其配套模块,如Honnywell、江森等品牌,虽然性能比较稳定,但价格十分昂贵。随着我国软硬件技术水平的不断成长,国内已具备开发各种DCS及其相关模块的能力,而且随着智能建筑、智能小区逐步走向普及,低价格高可靠性经济实用的国产建筑智能化产品必将大量涌现。笔者开发的数据采集器正是配合现有的DCS上位机和通用计算机系统使用的,它适用于扩展温度及电压测量,扩展范围为164点。该系统与上位计算机配合使用,可将原有输入端口得到极大扩展,在应用领域有广阔前景。

　　系统采用多路模拟开关通道同步技术设计的。并配合上位机完成对温度,电压等模拟信号采集任务,送至上位机分析、处理。其使用操作方便,采集实时性较好,数值稳定,抗干扰能力、纠错能力强,长期稳定性好。

　　1　多路采集器硬件原理

　　多路温度采集器将多路温度传感器(或电压)经4051模拟开关芯片连接到CONTINUUM系统的原有输入点,然后由系统AO口发出的脉冲与系统数据采集时刻保持同步,从而实现扩展采集点的目的,其具体原理如下。由系统AO口发出的脉冲通过PULSE接线端子输入到比较器LM311片,随之进入二进制计算器。计算器由两个74LS93片子组成6位二进制计数器,其高三位输出信号送到74LS38片进行译码后作为4051片的选片信号。而低三位输出信号经7407片驱动4051片A0 A2输入口切换到相应的温度传感器(或电压测量点)。在电路中有两个NE5550芯片,其中一个芯片在上电时发出计算器清除脉冲;而另一个芯片,在每次顺检周期间隔发出计数器清除脉冲,这样一来,即使计数器出现偏离同步现象,也能在顺检周期间隔脉冲作用下及时返回到同步计数状态。一般来讲,由上位机系统发出发脉冲间隔为2秒,当顺检周期结束时,间隔15秒后又重新发出下一周期的同步脉冲,在这10秒间隔内,7404的OC门处于开路状态,电容开始充电,使NE555芯片的6号管脚电平上升到高电平,其3号管脚变为0电平,于是,计数器发出下一个脉冲以保持同步状态。在整个的设计中,为保证通道的同步,采样时间的选择是一个关键的问题,经过反复调整器件、软件的参数,基本上消除了多种模拟开关CD4051的通路电阻和其离散性对系统的影响。这对采集器的采集精度和准确性的提高有着十分重要的意义。

　　2　多路采集器接口软件原理

　　接口软件根据用户采用的上位机方案不同而异。多路数据采集器,与上位监控计算机协调完成数据采集工作。上位机可以是专用的DCS系统,可以是工控机,采用组态软件或VB、VC等高级语言控制,只要pulse端发出脉冲即可。采用ANDOVER公司的CONTINUUM系统时,可以在上位机编制定时脉冲输出程序,用输入变量的LOG记录存储各个通道的采集值,靠输出变量的脉冲变化,半自动地发出触发记录的移位。这种方案可以方便地获得各个通道的数据,在高档的BAS系统中都有能够存放一定时期采集量量变化规律的LOG记录,也就是对不同时刻输入值的记录的值。数据堆数据下移有两种触发形式,一种是定时,称自动LOG记录;另一种是靠相关变量的变化触发,称半自动LOG记录。该方案正是利用半自动LOG记录完成对各个通道信号的读取,在程序中只要准确对应,便可以提取采集值,该方案的不足之处在于受数据堆大小制限,在有些情况下,各通道的历史记录被保存的量会成倍减少。采用CONTINUUM系统的中间变量,记录各个通道的采集值,也可以实现同样的功能,只是占有的点数较多,在低档的系统中,没用输入的LOG纪录时,可以使用。该方案如果上位机采用通用的工控机加组态软件方案,组态软件应选择内部变量不占价格点数的为好。在通用的系统中,可采用带有AI和DO的板卡,通过VB或其他的高级语言,能够方便编制出相应程序,并可在其中作误差的修正。

　　3　结论

　　开发低价位、实用可靠的楼宇智能化产品,可以节省大量外汇,加强民族产业的竞争力。数据采集器在智能建筑领域和适当的工业环境中,有较大的应用和推广价值,当然MDC64 1有它的一定适用范围(如联机速度),通用性较PLC、DCS系统I/O的性能要差,但只要满足工作条件,通过反复实验和试用,其性能非常可靠。

　　参考文献

　　1　张凯,单片机原理与应用.北京:北京理工大学出版社,1998.

　　2　于海生.微型计算机控制.北京:清华大学出版社,1998.