智能楼宇设备自动化系统实训台设计

设计合理、运行可靠、功能完善的建筑设备自动化系统，可大大提高工程平时维护效率，减少工作量、节能、高效。

在建筑设备自动化的教学中，如何能够讲解好自动控制的基本原理，是重点和难点，为了让学生尽快熟悉这个环节，我们特设计制作了设备自动化系统实训台（以下简称实训台），以便于进行配套的实训教学。

1、实训台的设计原则

（1）采用模块化设计思想，应能够根据将来的需要进行功能扩展；

（2）与教学密切结合，能够包含BAS教学环节的一些基本控制原理；

（3）要采用分布式控制系统的基本架构，可以与计算机组成一个基本的分布式控制系统；

（4）同时配合设计多套实训科目，用于实施实训教学。

2、实训台的总体结构设计

基于以上设计原则，设计了以下实训台，如图1所示。
实训台是以PLC（可编程控制器）为硬件核心，PLC采用SIEMENS（西门子）的S7-200系列的CPU224，集成了14输入门10输出共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O 点或35路模拟量I/O点，16K字节程序和数据存储空间，6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器，1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

图1 控制实训台结构组成

图2 建筑设备自动化系统原理图

通过PLC内置的通讯接口，可以编制程序，也可以与触摸屏（TP178）连接，实现触摸屏的显示和控制；通过扩展模拟量监控模块EM235，可以实现对模拟量的采集和控制，这也是实现PID调节的硬件基础；通过通讯模块EM277，与计算机（PC）内置的CP5612通讯卡相连，可以实现对PLC的编程调试，也可以在这些硬件基础上构建一套基本的分布式控制系统，而这个系统正是建筑设备自动化系统的基础模型，如图2所示，实训台就是其中的上位机和一台下位机以及一些典型的检测设备和被控设备。

实训台的支持软件采用：

（1）STEP7 MicroWIN V4.0 sp6西门子S7-200系列PLC编程软件；

（2）WinCC V6.0 sp3 西门子组态软件。

3、实训台的检测和控制设备

根据建筑设备自动化系统的特点，本实训台设计的检测设备包括了温湿度传感器、二氧化碳传感器、液位传感器、压差传感器、湿度传感器、温度传感器，而检测的技术又包括模拟量直接检测、通过变送器转换检测、总线型检测技术等。

本实训台的控制设备采用最常用的风机（三相电机）、手电动密闭阀门（三相正反转）、电动风量调节阀（单相开关式、单相比例调节式）、变频器。配合控制原理图，可以让学员动手连接线路，给学员直观的通用设备控制的直观印象，加深对抽象控制原理的理解，锻炼动手能力。

4、实训台原理图

实训台原理图如图3所示，实训台正视图、侧视图如图4所示。

图3 实训台原理图

图4 实训台正视图、侧视图
5、实训台实训科目设计实训台建成以后，根据实际教学需要，配套设计实现以下实训科目：

（1）PLC基本原理，程序上传、下载；（2）设备自动化系统典型设备的控制原理；（3）设备自动化系统内部环境通用监测技术；（4）总线型内部环境检测技术；（5）模拟量控制技术；（6）PID调节（温度调节、风量调节、液位调节）；（7）建筑设备自动化系统集成原理；（8）建筑设备自动化系统的设计与扩展。

以上实训科目，从建筑设备自动化教学需求出发设计，同时兼顾工程实际需求。实训科目中，首先简要介绍基本原理，然后给出系统原理图和接线图，如有需要再给出参考的控制程序，经过讲解和示范以后，学生就可以根据所学知识和示范，自己动手设计原理图、接线、编制程序，并调试运行。通过实训科目的学习和训练，学生一般都能够很快的领会操作要领，最终完成实训目标。

这些实训科目的设计和实施，很好的辅助了建筑设备自动化课程的教学，实训教学，使得学生更深刻的领会建筑设备自动化系统的基本原理，锻炼了学生的实际动手能力，达到了很好的教学目的。
由于实训台采用模块化设计，在实训台的硬件和软件基础平台下，可以根据教学需要，设计更多的实训科目。

实训台是针对建筑设备自动化的教学，组建的一套教学实验平台，具有系统合理，结构简单，功能模块化，满足教学实际需要的特点。基于该实训台进行的实训科目教学，很好的弥补了课堂教学抽象、乏味的不足，不仅提高了教学效率，而且使学员们掌握基础知识更牢固，还提高学员的动手能力及思考能力。该实训台设计完成后，对建筑设备自动化的教学，起到很大的帮助作用。