基于DDC楼宇智能控制系统的设计

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。