基于DDC楼宇智能控制系统的设计

摘  要： 将楼宇中的电力、照明、空调、给排水、保安、通信和广播等多方面的设备通过现场总线联接进行控制与管理是楼宇智能化的一个主要的发展方向，本设计利用对上位机和下位机的软硬件系统的设计来实现楼宇智能化控制,达到预期的效果。
关键词： 通信技术； 智能技术； CPU； DDC
   　DDC系统的全称为直接数字控制器，是从PLC和FCS系统中派生出来的，它是用于监视和控制系统中有关机电设备的控制器，一个完整的控制器应具有相应的软硬件，才能够独立完成相关控制。因此，DDC系统构成应符合以下要求：
    (1)以16 bit或者32 bit微处理器为核心的可编程DDC；
    (2)具有可脱机控制的独立运行或联网运行能力；
    (3)具有独立的电源模块；
　(4)具有通信模块；
　(5)DDC具有LED显示模块，具备单独的后备电源，当外电断开时，能使RAM中的数据在60天内不丢失。
　(6)当外电重新供应时，在无需人工干预的情况下，DDC能自动恢复功能。
　为了达到上述要求，本设计采用依据IEC61131-3[1]标准定义的编程模块和IEC61131-5[2]定义通信模块及多种现场总线CAN的FCS来实现；引入模块化和开放设计理念，将整个系统分为上位机和下位机两大模块。其中上位机主要完成通信管理和控制功能，而下位机则实现功能模块的执行、系统管理、变量通信、用户程序的通信[3]并可根据用户的需要进行I/O扩展等内容。
1 系统总体设计方案
　该系统按功能可分为现场层、控制层、管理层3个部分，现场层由下位机完成，主要通过传感器实现相关数据的采集，各执行器、传感器、仪表与控制系统是通过CAN总线完成的相互之间的联接；而控制层和管理层两个功能是由上位机实现的，其中控制层由DDC控制器组成，完成整个系统的控制，管理层则由服务器、数据库、管理员和操作员站组成，主要实现人机对话、对相关数据管理等功能。系统方框图如图1所示。
1．1 上位机编程软件模块
　    上位机由工程师站、数据库及操作员站和远程管理站组成，能够实现用户自定义功能的C/C++编辑调试界面，支持扩展DDC支持的硬件单元，对I/O映射表单元进行修改等满足DDC需要的体系结构。其上位机的软件开发界面[6]有菜单、工程管理栏、编辑栏、状态信息栏等栏目，该界面具有直观，易操作的特点。
1．2 下位机模块硬件系统
　硬件系统由一系列模块组成，包括CPU模块（解题模块和PP通信程序）、MODBUS总线模块、智能模块、通信模块和I/O模块等等,各模块之间的关系如图2所示。模块中CPU处理数据量最大。传感器采集来的数据经过I/O接口，通过映射表映射到下位机CPU的内存表，CPU直接对内存数据进行处理，并经过总线告之上位机。
   
   
   1．2．1  CPU[4-5]模块功能要求
　(1)管理功能：对采集的状态数据进行处理、管理。
　(2)通信功能：利用CPU中的接口UBS、RS232、RS485、CAN等总线及相关的通信协议实现与上位机通信的功能。
　(3)执行功能：执行上位机经过编程、编译后的用户程序。
　(4)调试和监控功能：支持对上位机所编程序调试及监控功能。
　(5)外设管理功能：对I/O模块的管理及数据更新功能。
1．2．2 CPU模块[6]
　CPU模块是整个控制系统的核心部分，它是用来调试、处理、管理和执行用户程序，负责扫描和驱动I/O模块，如图3所示。该模块有中央处理单元、I/O扩展单元、状态使用权集单元、存贮单元和通信单元等。对CPU模块进行开发，首先构建硬件模块，即CPU的最小系统，再进行功能扩展；对下位机的采集、处理和通信程序等下位机系统程序的开发；最后进行系统集成三个步骤。