楼宇自控系统中,PLC与DDC哪个更有优势?
应用领域PLC最初的设计目标只是
替代复杂的继电器电路 ,DDC最初只用于工业自动化仪表 ;PLC强调通用性 ,DDC强调专用性 ;PLC应用在工业控制领域,DDC应用在专业楼宇系统。结构差别
DDC是一种“分散式控制系统”,组成的系统是分层的结构,可以实现点对点的通讯,而PLC只是一种控制“装置”,常用于生产线上某个部位的控制,组成的系统通过特有协议的现场总线连接,PLC通过上位机与其他PLC通讯;两者是“系统”与“装置”的区别。
协议差别
DDC系统一般支持多种协议标准,集成接口丰富,集成第三方设备的能力很强,系统自身的扩展性与开放性更好;而PLC因为基本上都为个体工作,其在与别的PLC或上位机进行通讯时,所采用的网络形式基本都是单网结构,网络协议一般是专有的现场总线标准,与第三方设备的集成能力相对较差。
软件特性
DDC系统的上位机软件多为专用软件 ;PLC系统的上位机软件多为通用组态软件 。具体到楼宇自控领域,使用专用的DDC比较方便,特别是上位机的工作量较小;使用PLC则无论是下位机编程还是上位机组态都比较麻烦,需要从基础作起,对设计编程人员和使用人员的技术水平和英语要求高。
专业性
PLC(如常用的西门子S7200和S7300)是通用的工控产品,没有内置经过严格实验的能源管理及节能程序,需要非常专业的设计人员做大量的现场调试工作,调试周期长。
DDC固化专业版软件,有标准应用程序和经过严格实验的PID算法及能源管理程序等特殊的功能,DDC通常有:峰值负载控制、优化启停控制、优化设备调度、节约能源周期控制、多种空调运行模式、临时计划更换、节假日时间表、基础日历时间表、事件时间表,趋势记录和报表等功能。
扩展性
DDC在整个设计上就留有大量的可扩展性接口,外接系统或扩展系统都十分方便,PLC所搭接的整个系统完成后,想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。
安全性
DDC出现故障时,可在线更换,不影响本网络上其他DDC的网络通讯,DDC自身可以**工作,中央操作站可以在不需要时停机,保证整个系统的安全可靠。PLC单元模块发生故障时,不得不将整个系统停下来,才能进行更换维护并需重新编程,PLC依靠上位机工作。所以DDC系统要比PLC系统在安全可靠性上高一个等级。
模块化
PLC还分大、中、小、微PLC,如S7-200属于西门子微型PLC,S7300属于西门子较低性能系列,可以带的点数很有限,组成的网络规模有限,不易扩展。DDC有多种模块化系列可以选择,适合不同的空调工艺,IO点数配比合理,有适当冗余。
调试繁简度
由于应用的控制领域不同,PLC系统调试比较麻烦,DDC系统调试起来容易。而对于PLC构成的系统来说,工作量极其庞大,首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC,然后要用与之对应的编译器进行程序编译,最后再用专用的机器(读写器)专门一对一的将程序传送给这个PLC,在系统调试期间,大量增加调试时间和调试成本,而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中(500点以上),基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。对日后维护人员的技术水平要求高。
DDC控制系统和PLC控制系统对比
空调控制系统的应用有多种方式。除了传统的单片(板)机系统以外,还可以选用DDC控制系统、PLC控制系统、DCS控制系统。早期很多用户在应用于空调控制领域时,选用了局部数字直接控制(DDC)。用户选用DDC控制系统的主要原因是:DDC控制器是针对HVAC暖通空调设备的控制而设计的,内部已经固化了较多的专家级的控制策略,能做到较好的性能价格比(和当时的PLC价格比较),还降低了对编程者和操作工的应用要求。对其软件和控制器的操作易学好懂,应用程序修改和维护相对PLC以及DCS等更方便。早期的PLC和DCS在暖通空调控制上应用不是很多,其主要原因除了价格较高的因素之外,早期的PLC和DCS在逻辑、计数和计时方面有优势,但在以模拟量为主要处理对象的空调系统中,缺乏足够的计算和分析能力。近年来,随着新型PLC以及DCS等工业级别控制器在存储容量和运算能力方面的迅速发展,这一缺陷已经得到弥补,许多生产厂家在硬件水平大幅提升的同时, 又开发出适于运算和分析的指令集系统, 并制造了一系列运算和通讯等专用模块来强化这方面的性能,从发展趋势来看,PLC控制器以及DCS控制器在运算能力上已经与PC控制系统没有多少差别,通讯能力也大为提高,加上其固有的可靠性、扩展性、开放性,已完全可以胜任以模拟量为主要处理对象的空调系统中的控制任务,并在其他性能上更体现出DDC无法实现的优越性。
性能比较:
CPU与扩展模块之间的通讯方式比较:
DDC控制器与扩展模块之间采用LON协议通讯或采用I/O连接:
◆DDC控制器自身不带实际物理点或带的实际物理点数量较少,扩展后最多只宜带128实际物理点,因为LON通讯需要LON授权点(需要收费),一个LON授权点只能扩展64个实际物理点,而ECHELON公司一般只免费提供1~2个LON授权点。
◆CPU与现场模块通过LON-BUS总线通信,速率78K bit/s,C-BUS总线最大通信速率为1M bit/s。
◆LONWORKS主要用于解决较小控制器之间的集成,优点在于方便现场仪器,如智能电表、传感器与执行器的联网,数据传输的实时性差,数据量大时容易造成系统死机等故障,因此将会给监控系统的正常运行带来极大的隐患。
◆LON通讯的设备都有一个全球唯一的LON ID,第一次使用时必须用LON通讯卡把LON ID读取到DDC控制器上,才能实现数据传输。当LON通讯设备出现故障需更换新设备时,必须把新设备的LON ID读取到DDC控制器上且需要重新下载程序,才能实现数据传输,否则DDC与新换LON设备无法实现正常的数据传输。业主的维护人员基本上不能完成以上工作,维护工作比较麻烦。
◆扩展模块不支持带电热插拔,需要断电插拔
PLC控制器与扩展模块之间的通讯:
◆PLC CPU控制器自身不带实际物理点或带的实际物理点数量较少,但扩展后可带2000点(中低档)。
◆CPU通过通讯模块与IO模块连接,通讯速率可以达到12M bit/s。
◆IO模块支持带电热插拔,如果IO模块故障,可以直接更换在程序上不需要任何改动。
上位组态软件比较:
◆国际主流工业级组态软件基本不能与DDC控制器组态,如IFIX、INTOUCH、WINCC等。DDC厂家的组态软件比较不开放,基本上只能集成LONWORKS、BACNET通讯协议的设备,而LONWORKS、BACNET通讯协议只适用于楼控(民用)设备,而工业控制设备基本上不支持这些协议。
◆数据采集及刷新能力较差,大多数DDC组态软件刷时间在1~5秒,如果模拟量数据较多,经常出现几个小时数据没有变化等现象。各控制点的刷新时间无法自由设定,只能设定整个系统的刷新时间。
◆DDC厂家的组态软件自身基本没有强大的数据报表功能,需开发第三方报表软件,但无法达到无缝连接且运行很不稳定。
◆DDC组态软件的二次开发能力较差。
◆DDC通讯总线(与上位机)如果是C-BUS协议通讯通讯速率一般9.6kbit/s,最大为1M bit/s。
◆语言通用性差,对中文不支持或者支持不好。
PLC组态软件:
◆国际主流组态软件支持PLC控制器组态,如IFIX、INTOUCH、WINCC等。这些组态软件的开放性较高,与第三主设备的集成很容易实现,且运行比较稳定;
◆数据采集及刷新能力较强,所有控制点的刷新时间可以根据实际需要自由设定(10ms~1s);
◆IFIX、INTOUCH 、WINCC等国际主流组态软件支持VB等汇编语言,具有很强的二次开发能力;
◆ IFIX、INTOUCH 、WINCC等国际主流组态软件具有强大的数据报表功能,可以通过二次开发来实现数据分析等功能。
5.1.4.现场操作屏(HMI)组态比较
◆由于LONWORKS、BACNET等协议比较不开放或使用范围较小,市场上的触摸屏基本都不支持与DDC直接组态。
◆PLC控制器在工业上应用比较广泛,富士、西门子、欧姆龙、三菱、LG、施耐德等的触摸屏都支持直接与PLC通讯,一台触摸屏可以同时和多个PLC控制器通讯。PLC与屏的间距在100米范围内,通讯速可以达到12M。
I/O模块性能比较:
DDC I/O模块:
◆AI(模拟量输入模块,各类温湿度传感器等)
a:只支持0-10V电压信号输入、NTC等,很少支持4-20mA信号输入;
b:分辨率:《=10位,信号采集精度较低误差较大,每隔1秒刷新1次;
c:AI模块不带信号隔离,抗干忧能力很差,导致数据波动很大;
d:不能给传感器提供电源,传感器供电需通过外部电源。
◆AO(模拟量输出模块,用于调节水阀等)
a:基本只支持0-10V电压信号输出,不支持4-20mA信号输出。
b:分辨率:《=8位,信号输出精度较低误差较大;
c:扩展模块不支持带电热插拔,需要断电插拔。
PLC I/O模块:
◆AI(模拟量输入模块,各类温湿度传感器等)
A:支持0-10V、4-20mA等各类热电阻信号输入;
b:分辨率:12/13/14/15/16位定货时可以选择, 刷新时间可以自由选择2.5ms/16ms/20ms/100ms;
c:AI模块带信号隔离,抗干忧能力强,采集精度高,可以带电热插拔。
d:能给传感器提供DC24电源;
◆AO(模拟量输出模块,用于调节水阀、蒸汽阀、凤阀等)
a:支持0-10V、4-20mA信号输出;
b:分辨率:》=12位,信号输出精度较高,输出误差±0.5%,,可以带电热插拔。
编程软件比较:
◆DDC控制器编程:编程简单,但是不支持自由编程,很多逻辑/功能无法实现;原程序不能上载,要修改程序必须要有原程序才能修改;不能进行二次开发,灵活性较差。
PLC控制器编程:编程比DDC稍难,支持自由编程,逻辑和运算能力较强;原程序能上载,可在线修改程序;可以进行二次开发,且灵活性较好。
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