一种数字控制器

摘要

本发明公开了一种数字控制器，包括：本地控制器、前端控制器和前端测控点，其中本地控制器采用PID算法，内建语言解析器和代码执行器，实现对系统的闭环控制。本发明的数字控制器结构简单、控制精确、可靠性高。

权利要求

1.一种数字控制器，其特征在于，包括：

本地控制器，采用母板+子板的方式，结合配电柜构成，上通过以太网连接中央控制计算机，下连接前端控制器和前端测控点；本地控制器最多连接4个前端控制器，8个前端测控点；采用PID算法，内建语言解析器和代码执行器，实现对系统的闭环控制；本地控制器有内置的语言解析器，负责把字符码翻译成执行的机器码；代码执行器负责执行由语言解析器完成的机器码，按照单步运行的过程，完成代码任务；代码执行器包括：例程执行模块，执行具体的单步代码；

例程挂起模块，负责把暂时不需要运行的任务例程挂起，给其他例程的运行留出空间；

例程恢复模块，根据系统需要，恢复被挂起的例程运行；

例程关联模块，处理例程之间的调用与被调用关系；

例程超时模块，放弃超过时间限制的例程；

历程间通讯模块，处理各个例程之间的通讯协作；

前端控制器，经CAN网络与本地控制器相连接；前端控制器包括通用控制器和专用控制器，通用控制器每个均为16个输入输出点，与本地控制板端口方式保持一致；专用控制器包括16点端口或者8点端口；

前端测控点，经485网络与本地控制器连接，前端测控点为传感器或执行器；每个前端测控点最多支持4个物理端口。

说明书

一种数字控制器

技术领域

[0001] 本发明涉及楼宇控制技术领域，特别是涉及一种数字控制器。

背景技术

[0002] 目前，在楼宇控制领域中，数字控制器是主要针对楼宇自控系统的现场DDC控制器，适用于中央空调，制冷站，换热，给排水，送排风，照明等系统的控制。但目前的数字控制器，存在结构复杂、可靠性低等缺陷。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种结构简单、控制精确、可靠性高的数字控制器。

[0004] 为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种数字控制器，包括：

[0005] 本地控制器、前端控制器和前端测控点，其中本地控制器采用PID算法，内建语言解析器和代码执行器，实现对系统的闭环控制。

[0006] 进一步，本地控制器采用母板+子板的方式，结合配电柜构成，上通过以太网连接中央控制计算机，下连接前端控制器和前端测控点。

[0007] 进一步，前端控制器经CAN网络与本地控制器相连接。

[0008] 进一步，前端控制器包括通用控制器和专用控制器。

[0009] 进一步，通用控制器每个均为16个输入输出点，与本地控制板端口方式保持一致；专用控制器包括16点端口或者8点端口。

[0010] 进一步，前端测控点经485网络与本地控制器连接。

[0011] 进一步，前端测控点主要设计为传感器或执行器；每个前端测控点最多支持4个物理端口。

[0012] 进一步，本地控制器最多连接4个前端控制器，8个前端测控点。

[0013] 进一步，本地控制器有内置的语言解析器，负责把字符码翻译成执行的机器码；代码执行器负责执行由语言解析器完成的机器码，按照单步运行的过程，完成代码任务。

[0014] 进一步，代码执行器包括：

[0015] 例程执行模块，执行具体的单步代码；

[0016] 例程挂起模块，负责把暂时不需要运行的任务例程挂起，给其他例程的运行留出空间；

[0017] 例程恢复模块，根据系统需要，恢复被挂起的例程运行；

[0018] 例程关联模块，处理例程之间的调用与被调用关系；

[0019] 例程超时模块，放弃超过时间限制的例程；

[0020] 历程间通讯模块，处理各个例程之间的通讯协作。

[0021] 上述技术方案具有如下优点：

[0022] 本发明的数字控制器结构简单、控制精确、可靠性高。

附图说明

[0023] 图1是本发明实施例的一种数字控制器的结构示意图。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0025] 如图1所示，本发明实施例涉及一种数字控制器，包括三个部分：本地控制器、前端控制器和前端测控点，其中本地控制器采用PID（Proportion Integration Differentiation，比例积分微分）算法，内建语言解析器和代码执行器，实现对系统的闭环控制。

[0026] 1、本地控制器

[0027] 通过以太网连接中央控制计算机，以致通过远程网络与区域运行中心连接，可以通过CAN网络连接最多4个前端控制器；可以通过485网络连接8个前端测控点。每块本地控制器均支持16个输入输出点（端口的输入输出可以有多重组合模式），本地控制器逻辑上最大支持128个物理点（本地控制器+前端控制器+前端测控点）。本地控制器是系统的主控制器，采用母板+子板的方式，结合配电柜构成，上连接以太网，下连接前端控制器和前端测控点。

[0028] 2、前端控制器

[0029] 经CAN（Controller Area Network，控制器局域网）网络与本地控制器相连接。前端控制器包括通用控制器和专用控制器；通用控制器（传统的现场控制器）着眼于对本地控制器的端口扩充的便捷性，通用控制器每个均为16个输入输出点，与本地控制板端口方式保持一致。专用控制器着眼于对系统更专业的控制，从而进一步降低控制成本，加强控制的推广性。专用控制器可包括16点端口或者8点端口，根据具体需求决定。前端控制器是本地控制器的补充，功能相当于本地控制器中的子板，但可以根据需要经CAN 网络拉到远处，从而实现就近布线的需要。

[0030] 3、前端测控点

[0031] 经485网络与本地控制器连接。前端测控点主要设计为传感器或执行器；比如温湿度传感器，开关控制点，阀门执行器等。每个前端测控点最多支持4个物理端口。从而支持系统实现低成本的便捷扩充。前端控制点是本地控制器的补充，经485总线连接，一是可以实现就近布线，二是成本低廉。

[0032] 本地控制器有内置的语言解析器，负责把字符码翻译成可以执行的机器码（其过程雷同于JAVE服务器对字符码的翻译解析过程），机器码可交由代码执行器来执行，从而完成组态程序预期的控制目标。

[0033] 代码执行器负责执行由语言解析器完成的解析代码，按照单步运行的过程，完成代码任务。

[0034] 代码执行器包括：例程执行模块、例程挂起模块、例程恢复模块、例程关联模块、例程超时处理模块、例程间通讯模块。

[0035] 本地控制器最大可支持1024个任务例程。

[0036] 例程执行模块执行具体的单步代码；

[0037] 例程挂起模块负责把暂时不需要运行的任务例程挂起，给其他例程的运行留出空间；

[0038] 例程恢复模块根据系统需要，恢复被挂起的例程运行；

[0039] 例程关联模块处理例程之间的调用与被调用关系；

[0040] 例程超时模块放弃超过时间限制的例程；

[0041] 历程间通讯模块处理各个例程之间的通讯协作。

[0042] 代码执行器具体包括以下内容：

[0043] 一、基础类型：

[0044] 1）、二进制监控点DI、DO端口、虚拟布尔：Boolean；

[0045] 00..01: 1字节。00为off，False，关机，停止等；01为on，True，开机，启动等；

[0046] 2）、模拟量监控点AI、AO端口、虚拟浮点：Single，浮点数4字节，有符号；

[0047] 3）、数字量：Integer，整型，1字节Byte无符号，2字节WORD无符号，4字节Integer有符号（本系统采用4字节整形）；

[0048] 4）、日程时间：时钟类型+日期时间；系统调用例程中使用，最小单位时间1秒；

[0049] 日期时间：8字节，其中第1..2字节为年，后续字节分别为月、日、周、时、分、秒；

[0050] 时钟类型：1字节。00:无效，01:一次定时（准确时间），02:分钟周期（指定秒）；

[0051] 03:时周期（指定分秒），04:日周期（指定时分秒），05:周周期（指定周时分秒）；

[0052] 06:月周期（指定日时分秒），07:年周期（指定月日时分秒），08:用户自定义循环周期，未指定的数字无效；

[0053] 当时钟类型为08时，用户自定义控制周期，以秒为单位，日期时间最后4字节有符号整型值为周期数，低位在前。

[0054] 二、概念分类：

[0055] 1、系统类型

[0056] 0 ）: 未知；

[0057] 1 ）: 冷冻站系统；

[0058] 2 ）: 热交换站系统；

[0059] 3 ）: 定风量空调机组；

[0060] 4 ）: 变风量空调机组；

[0061] 5 ）: 新风机组；

[0062] 6 ）: 送排风机组；

[0063] 7 ）: 给水系统；

[0064] 8 ）: 排水系统；

[0065] 9 ）: 公共照明系统；

[0066] 2、产品类型

[0067] 0 ）: 未知；

[0068] 1 ）: 控制器；

[0069] 2 ）: 传感器；

[0070] 3 ）: 执行器；

[0071] 3、参数类型

[0072] 0 ）: 未知；

[0073] 1 ）: 布尔型；

[0074] 2 ）: 整型；

[0075] 3 ）: 浮点型；

[0076] 4、图形类型

[0077] 0 ）: 静态图形（.bmp）；

[0078] 1 ）: 动画图形（.gif）；

[0079] 2 ）: 双态图形（.gif前两帧）；

[0080] 5：端口类型

[0081] 0 ）: XX（未知）；

[0082] 1 ）: DI（数字输入）；

[0083] 2 ）: DO（数字输出）；

[0084] 3 ）: AI（模拟输入）；

[0085] 4 ）: AO（模拟输出）；

[0086] 5 ）: VD（虚拟布尔）；

[0087] 6 ）: VA（虚拟浮点）；

[0088] 7 ）: DD（双DO端口）；

[0089] 8 ）: VN（整型端口）；

[0090] 6；数值单位

[0091] 0 ）: 未知；

[0092] 1 ）: 温度:℃；

[0093] 2 ）: 比例:%；

[0094] 3 ）: 压力:Pa；

[0095] 4 ）: 流量:M/h；

[0096] 5 ）: 频率:Hz；

[0097] 6 ）: 照度:lm；

[0098] 7 ）: 焦尔:J；

[0099] 8 ）: 电压:V；

[0100] 9 ）: 电流:A；

[0101] 10 ）: 电度:KW/h；

[0102] 11 ）: 时间:H；

[0103] 12 ）: 次数:T；

[0104] 7：端口信号类型

[0105] DI： 0未知，1直接输入，2继电器，3光耦，4三极管；

[0106] DO：0未知，2继电器，3可控硅，4三极管；

[0107] AI： 0未知，1电压0-10V，2电压0-5V，3电流0-20mA，4电阻PT1000；

[0108] AO：0未知，1电压0-10V，2电流0-20mA；

[0109] 8：例程类型

[0110] 0 ）: 未知；

[0111] 1 ）: 常规例程；

[0112] 2 ）: 普通例程；

[0113] 3 ）: 日程例程；

[0114] 9：报警等级

[0115] 0 ）: 无须上报；

[0116] 1 ）: 正常通报；

[0117] 2 ）: 普通报警；

[0118] 3 ）: 严重报警；

[0119] 三、代码语法：

[0120] 逻辑运算符：逻辑与（&&），逻辑或（||）；

[0121] 算术运算符：加（+），减（-），乘（*），除（/）；

[0122] 比较运算符：等于（==），不等于（!=），小于（<），大于（>），小于等于（<=），大于等于（>=）；以上都为双目运算符。

[0123] 优先运算符：小括号（），中括号[]。优先级有四级：（），*/，+-，[]。

[0124] 逻辑非用恒等于00代替。如：非a，用a==00代替。a等于非b，用a=（b==00）代替。

[0125] 控制对象类型指示符：

[0126] 形式相当于数组变量，指示符为大写。如下：

[0127] 1：端口参数：4字节。

[0128] 格式：PT[X]。

[0129] PT表示端口类型指示符，端口类型：

[0130] 1:DI/2:DO/3:AI/4:AO/5:VD虚拟布尔/6:VA虚拟浮点/7:DD双DO虚拟为AO/8:VN虚拟整型端口。

[0131] X为下标（1..255），端口序号，整型值。整个的意思是端口当前状态或数值。

[0132] 如：执行代码VA[13]=12345.60[0]#，表示给序号为13的虚拟浮点端口赋值为12345.60；

[0133] 执行代码AO[3]=VA[13][50]#，将AO[3]的当前数值改写为VA[13]的当前数值12345.60，延时50单位时间；

[0134] 执行代码DO[10]=DI[5]&&DI[8][30]#，将DI[5]&&DI[8]运算结果赋给DO[10]，延时30单位时间。

[0135] 如果直接用PT指示字，比如PT[12]，则特指为第12端口的设定值或目标值，常用于随动设置。

[0136] 如：执行代码PT[15]=21.00[0]#，表示给第15端口的设定值赋值为21.00。

[0137] 赋值前，DDC应自行查询端口类型再转换相应类型进行赋值。

[0138] 而对于物理[PT]的读，相当于读当前端口的运行时间或者运行次数（开关量是运行时间，模拟量是运行时间）。

[0139] 比如：VA[129]=PT[12]，如果此端口是开关量，读到的就是运行时间（秒），是模拟量则是运行次数。

[0140] 2：工况参数：1字节。Byte型

[0141] 格式：HP[X]。

[0142] 机组工况（00正常01供冷02供热03过渡）；X为下标，表示系统或机组序号，范围是一个DDC所辖机组数量（1..4）；

[0143] 3：用户参数：4字节。

[0144] 格式：UP[X，T]。

[0145] X为下标，整型值，用户参数序号范围（1..128）。

[0146] T表示数值类型（1..3）：1布尔型，2整型，3浮点型。4字节，整型和浮点型有符号。

[0147] 布尔值取最低位（第1字节）1字节。

[0148] 如：执行代码UP[12，2]=12032[20]#，将第12个用户参数的4个字节赋值为12032的整型数值。

[0149] 执行代码AO[12]=UP[100，3][20]#，将AO[12]当前数值赋值为第100个用户参数的4字节浮点数。

[0150] 4：例程参数：1字节。Bool型

[0151] 格式：EP[X]，FP[X]，PP[X]。X为例程序号（1..1023），是整型表达式；

[0152] EP：激活命令，如EP[X]=00[0]#，取消激活；EP[X]=01[0]#，将第X个例程激活。

[0153] FP，PP：执行命令。区别是，FP为有返回断点的执行（相当于调用函数）的执行，相当于抛出一个执行线程。

[0154] 如 FP[X]=DI[5]&&DI[6][0]#， 或 PP[X]=DI[5]&&DI[6][0]#， 若 表 达 式DI[5]&&DI[6]结果为00则不执行，为01则执行。

[0155] 如: 执行代码EP[12]=00[10]#，将12号例程激活状态设置为off；

[0156] 执行代码EP[12]=01[20]#，将12号例程激活状态设置为on，将此例程激活；

[0157] 执行代码FP[12]=DI[5][20]#，若DI[5]为真则执行第12号例程，并在执行完后才开始执行后续代码；

[0158] 执行代码PP[12]=DO[4][60]#，若DO[4]为真则执行12号例程。

[0159] 注：这四种对象，既可以作为表达式中的一个元素值，也可以为对象本身赋值。可视为一个变量。

[0160] 下标X不允许层层嵌套。比如端口表达式AO[AI[3]]等不合法。

[0161] 5：算法过程：4字节。

[0162] 格式：PID（PT[X]，X1，X2）[T]。

[0163] 所有算法都用此格式。共可支持5种算法，第1种为PID算法。

[0164] 式中PT[X]为输入端口，可能是AI或VA端口，算法的目标设定值为输入端口的目标设定值。

[0165] X1，X2是整型值，X1为算法序号（1..5），X2为该算法参数组号（1..12）。[T]为延时，算法过程中T恒为0无效。

[0166] 算法过程一般放在常规例程中执行，可视为给输出端口策略性数值调节的带参过程。

[0167] 如：执行代码AO[10]=PID（AI[5]，1，5）[0]#，表示对输出端口AO[10]执行PID算法，引用第5组PID参数。

[0168] 6：预定义函数：4字节。

[0169] 格式：FUNC（T，X1..Xn）。

[0170] 预定义运算函数：T为函数代号（0..255，系统理论上最多支持255个内建函数，在于控制器内的支持），X1—XN是具体参数，参数个数不超过8个。

[0171] T=1，计算平均值（AVE），X1..Xn都为4字节浮点数值，最多5个数值，返回4字节浮点值。

[0172] 如：FUNC（1，AI[5]，AI[6]+3.25），计算AI[5]和AI[6]+3.25的平均值，返回浮点数。以下 T=2..4表达式参数类型相同。

[0173] T=2，计算和值（SUM）；

[0174] T=3，计算最小值（MIN）；

[0175] T=4，计算最大值（MAX）；

[0176] T=5，计算绝对值（ABS），带1个浮点表达式参数，返回浮点数。如：FUNC（5，AI[3]+20.50），表示将AI[3]+20.50取绝对值。

[0177] 赋值/执行表达式：

[0178] 格式：Y= 运算表达式+[T]#。Y为输出端口或可赋值参数，T为延时。

[0179] 赋值/执行表达式例子。

[0180] 1、DO/VD/用户参数：

[0181] 直接赋值例子：DO[X]=01[20]#；

[0182] 赋表达式例子：VD[X]=（DI[X1]!=DI[X2]）||（DI[X3]==01）[50]#；

[0183] 2、AO/VA/DD/用户参数：

[0184] 直接赋值例子：AO[X]=12.65[100]#；

[0185] 赋表达式例子：VA[X]=AI[X1]+AI[X2]-AI[X3]/AI[X5]+FUNC（2，AI[X3]，AI[X4]，VA[X5]）+6.35[20]#；

[0186] 赋表达式例子：DD[X]=AI[X1]+AI[X2]+UP[X3，3]+3.56[60]#；

[0187] 算法代码例子：AO[X]=PID[AI[X1]，X2，X3][0]#，执行算法，一般时间无效。算法过程的代码必占一行。

[0188] 例程激活例子：EP[X]=HP[X1]&&VD[X2]||DI[X3][0]#，激活例程，一般时间无效。

[0189] 用户参数赋表达式例子：UP[5，3]=（AI[X1]+AI[X2]）/2[0]#。

[0190] 执行表达式，是指对输出端口的赋值或控制输出，输出端口包括物理输出端口和虚拟端口。

[0191] 按表达式结果进行控制输出。

[0192] 因为其操作过程可能需要一段时间，所以一行执行代码行末有指定延时时间的格式[T]，单位时间秒。

[0193] 比如将阀门开度调到某个百分比需要一段时间。每行代码尾部以'#'号分隔。一个算法过程视为一行执行代码。

[0194] 一些常用代码例子：

[0195] 供冷工况时第2个机组激活第3个例程：EP[3]=HP[2]==01[0]#；

[0196] 供冷工况时第2个机组将第4个例程消除激活状态：EP[4]=HP[2]!=01[0]#；

[0197] 供热工况时第1个机组激活第20个例程：EP[20]=HP[1]==02[0]#；

[0198] 按条件有返回执行第3个例程：FP[3]=DI[2]&&DI[4]&&（AI[25]>32.00）[0]#；

[0199] 按条件无返回执行第3个例程：PP[3]=DI[2]&&DI[4]&&（AI[25]>32.00）[0]#；

[0200] 给第35个用户参数赋浮点值：UP[35，3]=AI[50]+AI[63][0]#；

[0201] 给第45个AO端口赋浮点值：AO[45]=AI[32]+UP[35，3][50]#；

[0202] 四、端口触发事件

[0203] DI/DO/VD： 由off变为on时（执行例程序号01），

[0204] 由on变为off时（执行例程序号02），

[0205] 恒为off时（执行例程序号03），

[0206] 恒为on时（执行例程序号04）；

[0207] AI/AO/VA/DD：精度敏感变化（执行例程序号01），

[0208] 跃出报警上限（执行例程序号02），

[0209] 回归报警上限（执行例程序号03），

[0210] 跃出约束（偏差）上限（执行例程序号04），

[0211] 回归约束（偏差）上限（执行例程序号05），

[0212] 回归约束（偏差）下限（执行例程序号06），

[0213] 跃出约束（偏差）下限（执行例程序号07），

[0214] 回归报警下限（执行例程序号08），

[0215] 跃出报警下限（执行例程序号09）；

[0216] VN：数值变化时 （执行例程序号01），

[0217] 变为数值1时 （执行例程序号02），

[0218] 变为数值2时 （执行例程序号03），

[0219] 变为数值3时 （执行例程序号04），

[0220] 变为数值4时 （执行例程序号05），

[0221] 变为数值5时 （执行例程序号06），

[0222] 变为数值6时 （执行例程序号07），

[0223] 变为数值7时 （执行例程序号08），

[0224] 序数为0表示无执行例程。

[0225] 由上述实施例可以看出，本发明的数字控制器结构简单、控制精确、可靠性高。

[0226] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。