Введение

Прямое цифровое управление — это автоматическое управление состоянием или процессом с помощью цифрового устройства (компьютера). Прямое цифровое управление реализуется с использованием централизованного сетевого подхода. Все данные от измерительных приборов собираются различными аналоговыми и цифровыми преобразователями, которые передают эти сигналы по сети в центральный контроллер. Центральный компьютер затем выполняет все свои алгоритмы управления (которые могут учитывать показания датчиков в любой точке системы) и отправляет управляющие воздействия через ту же сеть на клапаны, исполнительные механизмы и другие компоненты систем отопления, вентиляции и кондиционирования, параметры которых могут быть изменены.

Обзор

Центральные контроллеры и большинство контроллеров терминальных устройств программируемы, что означает, что программный код прямого цифрового управления может быть адаптирован для конкретного применения. Программные функции включают в себя расписания, уставки, контроллеры, логические схемы, таймеры, журналы трендов и аварийные сигналы. Контроллеры терминальных устройств обычно оснащены аналоговыми и цифровыми входами для измерения контролируемой величины (температуры, влажности или давления) и аналоговыми и цифровыми выходами для управления рабочей средой (горячей/холодной водой и/или паром). Цифровые входы обычно представляют собой (сухие) контакты от управляющего устройства, а аналоговые входы – измерение напряжения или тока от датчика контролируемой величины (температуры, влажности, скорости или давления). Цифровые выходы обычно представляют собой релейные контакты для запуска и остановки оборудования, а аналоговые выходы – сигналы напряжения или тока для управления исполнительными механизмами рабочей среды (воздуха/воды/пара).

История

Ранний пример прямой цифровой системы управления был завершен австралийской компанией Midac в 1981–1982 годах с использованием аппаратного обеспечения, разработанного компанией R Tec Australia. Система, установленная в Мельбурнском университете, использовала последовательную сеть связи, соединяющую здания кампуса с системой "фронтального конца", расположенной в подвале здания Старой геологии. Каждый удаленный или спутниковый интеллектуальный блок (SIU) работал на 2 микропроцессорах Z80, в то время как фронтальный конец использовал одиннадцать Z80 в конфигурации параллельной обработки с использованием страничной общей памяти. Микропроцессоры Z80 распределяли нагрузку, передавая задачи друг другу через общую память и сеть связи. Это, возможно, была первая успешная реализация распределенной обработки в прямой цифровой системе управления.

Передача данных

Когда цифровые контроллеры объединяются в сеть, они могут обмениваться информацией через шину данных. Система управления может использовать "проприетарный" или "открытый протокол" для обмена данными по этой шине. Примерами открытых протоколов являются Building Automation Control Network (BACnet), LonWorks (Echelon), Modbus TCP и KNX.

Интеграция

Когда различные сети прямого цифрового управления объединяются, ими можно управлять с единой платформы. Эта платформа может обмениваться информацией между различными протоколами. Например, контроллер LON может передавать значение температуры контроллеру BACnet. Платформа интеграции не только обеспечивает возможность обмена информацией, но и взаимодействует со всеми устройствами. Большинство платформ интеграции представляют собой ПК или сетевые устройства. Часто в их состав входят HMI (человеко-машинный интерфейс) или SCADA (система диспетчерского управления и сбора данных). Примеры платформ интеграции, среди прочих, включают Tridium Niagara AX, Trend Controls, TAC Vista, CAN2GO и Unified Architecture, то есть серверную технологию OPC (Open Connectivity), используемую в случаях, когда прямое соединение невозможно.

В отоплении, вентиляции и кондиционировании воздуха

Прямое цифровое управление часто применяется для управления устройствами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, такими как клапаны, посредством микропроцессоров с использованием программного обеспечения для реализации алгоритмов управления. Эти системы принимают аналоговые и цифровые сигналы от датчиков и устройств и, в соответствии с алгоритмами управления, выдают аналоговые или цифровые сигналы.

Двигатель

Используя алгоритм, основанный на теории оптимального управления, можно управлять скоростью асинхронного двигателя с помощью микроконтроллера.