빌딩자동제어장치와 DDC

빌딩자동제어장치란

빌딩자동제어장치는 건물 설비를 감시하고 자동으로 운전하는 통합 제어 시스템이다.

그중 DDC는 현장에 설치되어 설비를 직접 제어하는 디지털 제어기다.

사람이 장비를 일일이 켜고 끄지 않아도 시간과 조건에 따라 자동으로 운전된다.

현장 루프와 되먹임

빌딩자동제어장치의 현장 루프는 센서, 제어기, 액추에이터가 이어진 구조다.

센서가 측정한 값을 DDC가 받아 판단하고, 액추에이터가 설비를 조작한다.

조작 결과는 다시 센서가 측정한다. 이 되돌림을 되먹임이라고 한다.

이것이 폐루프 제어다. 측정값을 계속 되돌려 받아 설정값과의 차이를 줄인다.

DDC의 PID 연산

DDC는 설정값과 측정값의 차이인 오차를 구해 조작량을 계산한다.

PID 제어는 비례, 적분, 미분 세 항을 더해 출력을 만든다.

적분항은 잔류 오차를 제거하고, 미분항은 과도 응답을 안정시킨다.

식에서 e(t)는 오차, u(t)는 조작량이며, 두 기호의 뜻을 구분해야 한다.

아날로그와 디지털 변환

DDC는 센서의 아날로그 신호를 디지털 값으로 받아야 처리할 수 있다.

A/D 변환은 먼저 일정한 시간 간격으로 샘플링하고, 그다음 양자화한다.

양자화된 값은 이진수로 바꿔 DDC가 연산할 수 있게 한다.

변환 분해능은 비트 수로 정해지며, 비트가 많을수록 더 정밀하게 표현한다.

헷갈리는 점과 시험 포인트

앞 문제의 정답은 샘플링이다. 샘플링 뒤에 양자화가 이어진다.

DDC와 아날로그 제어를 비교하면 알고리즘을 소프트웨어로 바꿀 수 있는지가 핵심이다.

아날로그 방식은 회로가 고정되어 설정 변경이 어렵고, DDC는 원격 설정이 가능하다.

시험에서는 DDC의 현장 독립 운전 기능을 빠뜨리지 않는지 본다.

피드백 제어는 개루프와 달리 출력을 감지해 제어량을 보정하는 구조다.

정리

정리하면 빌딩자동제어장치는 센서, 제어기, 액추에이터가 이루는 폐루프 제어의 집합이다.

DDC는 A/D 변환으로 입력을 받고 PID 같은 제어 알고리즘을 직접 실행한다.

상위 관제는 감시와 최적화를, 현장 DDC는 실시간 제어와 독립 운전을 맡는다.