基于DDC樓宇智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

DDC系統(tǒng)的全稱(chēng)為直接數(shù)字控制器，是從PLC和FCS系統(tǒng)中派生出來(lái)的，它是用于監(jiān)視和控制系統(tǒng)中有關(guān)機(jī)電設(shè)備的控制器，一個(gè)完整的控制器應(yīng)具有相應(yīng)的軟硬件，才能夠獨(dú)立完成相關(guān)控制。因此，DDC系統(tǒng)構(gòu)成應(yīng)符合以下要求：
(1)以16 bit或者32 bit微處理器為核心的可編程DDC；
(2)具有可脫機(jī)控制的獨(dú)立運(yùn)行或聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行能力；
(3)具有獨(dú)立的電源模塊；
　(4)具有通信模塊；
　(5)DDC具有LED顯示模塊，具備單獨(dú)的后備電源，當(dāng)外電斷開(kāi)時(shí)，能使RAM中的數(shù)據(jù)在60天內(nèi)不丟失。
　(6)當(dāng)外電重新供應(yīng)時(shí)，在無(wú)需人工干預(yù)的情況下，DDC能自動(dòng)恢復(fù)功能。
　為了達(dá)到上述要求，本設(shè)計(jì)采用依據(jù)IEC61131-3[1]標(biāo)準(zhǔn)定義的編程模塊和IEC61131-5[2]定義通信模塊及多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)CAN的FCS來(lái)實(shí)現(xiàn)；引入模塊化和開(kāi)放設(shè)計(jì)理念，將整個(gè)系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩大模塊。其中上位機(jī)主要完成通信管理和控制功能，而下位機(jī)則實(shí)現(xiàn)功能模塊的執(zhí)行、系統(tǒng)管理、變量通信、用戶(hù)程序的通信[3]并可根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行I/O擴(kuò)展等內(nèi)容。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
　該系統(tǒng)按功能可分為現(xiàn)場(chǎng)層、控制層、管理層3個(gè)部分，現(xiàn)場(chǎng)層由下位機(jī)完成，主要通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，各執(zhí)行器、傳感器、儀表與控制系統(tǒng)是通過(guò)CAN總線(xiàn)完成的相互之間的聯(lián)接；而控制層和管理層兩個(gè)功能是由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的，其中控制層由DDC控制器組成，完成整個(gè)系統(tǒng)的控制，管理層則由服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、管理員和操作員站組成，主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)、對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)管理等功能。系統(tǒng)方框圖如圖1所示。
1．1 上位機(jī)編程軟件模塊
　 上位機(jī)由工程師站、數(shù)據(jù)庫(kù)及操作員站和遠(yuǎn)程管理站組成，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶(hù)自定義功能的C/C++編輯調(diào)試界面，支持?jǐn)U展DDC支持的硬件單元，對(duì)I/O映射表單元進(jìn)行修改等滿(mǎn)足DDC需要的體系結(jié)構(gòu)。其上位機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)界面[6]有菜單、工程管理欄、編輯欄、狀態(tài)信息欄等欄目，該界面具有直觀(guān)，易操作的特點(diǎn)。
1．2 下位機(jī)模塊硬件系統(tǒng)
　硬件系統(tǒng)由一系列模塊組成，包括CPU模塊（解題模塊和PP通信程序）、MODBUS總線(xiàn)模塊、智能模塊、通信模塊和I/O模塊等等,各模塊之間的關(guān)系如圖2所示。模塊中CPU處理數(shù)據(jù)量最大。傳感器采集來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)I/O接口，通過(guò)映射表映射到下位機(jī)CPU的內(nèi)存表，CPU直接對(duì)內(nèi)存數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并經(jīng)過(guò)總線(xiàn)告之上位機(jī)。

1．2．1 CPU[4-5]模塊功能要求
　(1)管理功能：對(duì)采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、管理。
　(2)通信功能：利用CPU中的接口UBS、RS232、RS485、CAN等總線(xiàn)及相關(guān)的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信的功能。
　(3)執(zhí)行功能：執(zhí)行上位機(jī)經(jīng)過(guò)編程、編譯后的用戶(hù)程序。
　(4)調(diào)試和監(jiān)控功能：支持對(duì)上位機(jī)所編程序調(diào)試及監(jiān)控功能。
　(5)外設(shè)管理功能：對(duì)I/O模塊的管理及數(shù)據(jù)更新功能。
1．2．2 CPU模塊[6]
　CPU模塊是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，它是用來(lái)調(diào)試、處理、管理和執(zhí)行用戶(hù)程序，負(fù)責(zé)掃描和驅(qū)動(dòng)I/O模塊，如圖3所示。該模塊有中央處理單元、I/O擴(kuò)展單元、狀態(tài)使用權(quán)集單元、存貯單元和通信單元等。對(duì)CPU模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)，首先構(gòu)建硬件模塊，即CPU的最小系統(tǒng)，再進(jìn)行功能擴(kuò)展；對(duì)下位機(jī)的采集、處理和通信程序等下位機(jī)系統(tǒng)程序的開(kāi)發(fā)；最后進(jìn)行系統(tǒng)集成三個(gè)步驟。