DDC地基处理（精选7篇）
DDC地基处理 篇1
1 工程概况
本工程采用孔内深层强夯法 ( DDC桩) 进行地基处理, 成孔方式采用挤土成孔工艺, 桩孔中心偏差不应超过桩径设计的1 /4, 垂直度不应大于1. 5% , 桩孔直径600 mm, 梅花形布置, 桩间距为1. 0 m; 挤密法成孔直径均为600 mm, 夯扩后桩直径800 mm, 向孔内填料时孔底必须夯实, 桩顶夯填高度应大于设计桩顶标高500 mm; 填料采用水泥或素土, 水泥土桩中水泥与土比例为1∶5, 土料中有机质含量不得超过5% , 不得含有冻土或膨胀土, 使用时应过10 mm ~ 20 mm筛, 混合料含水量应满足土料最优含水量, 偏差不得大于±1% , 填料的压实系数不小于0. 95, 桩间土平均压实系数不小于0. 95; ±0. 000相当于绝对标高865. 000 m, 水泥土桩试桩桩顶标高为867. 900 m, 桩长为12 m, 试桩工程量为87根, 工程桩工程量为2 338根, 试桩区DDC施工顺序: 成孔挤密应遵循从边缘开始、均匀分布、逐步加密、及时夯填的施工顺序和施工工艺; 从外向里, 间隔1孔 ~ 2孔依次进行; 填料夯实时夯锤重量应不小于3 t。施工机具根据周围地质条件、周围环境和复杂的地下管线、毗连的建筑物等影响, 决定施工机械为机械洛阳铲一台、夯实机一台、铲车一台, 根据施工进度及现场施工条件调整进场设备数量及时间。
2 孔内深层强夯桩法桩施工及工期安排
2. 1 施工准备
1) 切实了解建筑场地的工程地质和环境条件, 建筑场地的岩土工程勘察报告、地基处理平面图、建筑场地和邻近区域的地下管线、地下构筑物、相邻建筑物情况。
2) 拟定施工技术措施, 绘制施工平面图、确定成孔机械和质量检查机具、制订施工质量、安全施工措施。
3) 施工工艺应按设计要求, 在注浆施工时, 根据现场实际情况合理调整施工顺序, 设计现场指导, DDC桩施工工艺为施工机具就位→成孔, 机械洛阳铲成孔直径600 mm→孔内填料, 用运料车将准备好的填料分阶段填入桩内且桩孔夯填应高出桩顶设计标高500 mm、成桩→施工机具移位。
2. 2 工期安排
工期安排应该根据事先编制的项目实施总进度计划、施工组织设计、业主要求等安排, DDC桩成孔由挤土成孔, 由于部分施工场所位于室内和 绿化带, 考虑到施 工场地限 制, 计划每天 成15个孔, 成50孔 ~ 60孔后开始注浆, 计划每天注浆15个孔, 所有机械设备及人员组织均按此施工进行安排组织。计划施工总工期40 d。以上计划均为现场条件满足我方施工工序情况下生成, 由于室内储存有杂物, 外侧绿化带有脚手架, 南侧室内回填土未夯实等非我方单独所能解决的因素以及由不可抗力产生的影响则工期顺延。
3 工程质量管理
工程质量是建筑工程的命脉, 建设工程项目的质量管理必须贯穿工程项目的整个过程, 从建筑工程质量计划管理、材料质量管理、工程施工质量检查与检验到建筑工程质量问题与处理。坚持“计划、实施、检查、处理”的循环模式, 做到过程中的动态控制。项目质量管理还应该遵循一定的程序, 首先应该明确整体的质量目标, 策划出适合本工程的质量计划, 然后按照计划和施工规范进行施工, 在施工过程中专业人员进行过程监督, 并汇报质量计划的执行情况, 最后分析收到的质量信息, 组织人员进行预防和改进。1) 项目质量事先控制, 了解项目质量控制所依据的内容包括: 工程承包合同、图纸和设计说明、企业和甲方部门的质量管理体系、工程的质量指标及验收标准、组织设计交底和图纸会审; 认真编审施工方案或施工组织设计; 施工环境、管理环境改善的措施, 组织及建立项目质量管理体系和领导机构; 国家规定的不符合规范及条例的施工器具严禁在工程施工中使用。在施工前, 对参与施工人员进行上岗前技术培训, 对技术要求高的工序或操作, 应选择技术熟练、经验丰富的工作人员来完成。2) 质量的中间检查, 针对本工程具体情况选定关键点、管理点, 随时检查执行情况, 及时发现问题提出相应的质量预控措施和改进方案; 建立完善和执行工序质量管理: 工序质量管理分为计划、实施、检查、总结四个阶段、关键阶段和关键工序应设置管理点, 选定挖孔深度、投入材料计量及复搅为关键工序质量管理点。技术责任制:要求每个台班都有一名技术人员负责, 保证桩原始记录资料完整。审核设计变更和图纸修改, 质检人员行使质量监督权、下达停工令。3) 项目质量的事后控制: 根据国家规范, 将实际施工质量与标准计划施工质量进行对比, 如果发生偏差先分析其原因, 然后在了解原因的基础上提出改正措施, 调整相应的施工计划, 并组织协调保障措施, 制定出保证工程的对策措施、制定出针对质量问题的补救措施。
4 安全施工管理
建筑施工企业在整个项目施工过程中应该坚持“预防为主, 防治结合, 安全第一, 质量至上”的安全质量方针, 从项目安全生产管理、项目安全生产检查、项目安全生产隐患防范、建筑工程常见安全事故类型与原因的普及等多方面入手, 全面控制和解决工程施工中的安全问题。1) 首先项目安全政策的制定, 施工单位应根据法律规范的规定、业主的要求、自身的责任制定出有效的, 明确的安全政策, 而且必须加强企业自身的制度来保证安全政策的顺利实施。从资源和信息的选择方面, 桩基的设计和施工方面, 人力物力的有效利用以及日后要承担的风险必须在制定安全政策中考虑周全。其次是安全管理组织体系的建立健全、安全管理计划的实施及业绩考核等。2) 基础工程施工时, 由于地质及周围环境的影响容易发生安全事故, DDC桩作为一种重要的地基处理形式, 工程施工中会存在一些隐患, 主要表现形式有: 基坑底部进行掏挖时边坡的安全隐患、人工挖孔时有毒气体的检测, 桩成孔以后的成品保护和洞口的安全隐患、基坑挖土堆放位置高度、成桩时地下水对成桩质量的影响、临近建筑物及地下管线的施工土体不稳定等安全隐患。3) 施工过程中安全检查也是必要的环节, 应听取管理人员及现场施工员的情况汇报, 可以通过询问现场的管理人员和操作工人, 了解现场情况, 也从侧面反映出施工人员的安全意识和素质, 巡查施工单位安全管理资料和现场负责人、专职安全员、特种作业人员的上岗证; 使用专业的仪器对施工现场的一些设施、装置及特定对象关键技术等参数的测试, 重要的仪器应该试运行来保证正常工作。
5 结语
结合某工程应用孔内深层强夯桩法桩地基处理的实际案例分析了DDC桩的施工工艺, 并总结桩基工程在地基处理过程中需要注意的事项, 结合工程经验得出桩基施工中在质量控制环节、安全保障环节的细节和关键, 可以作为日后类似工程的参考。
摘要：结合某孔内深层强夯法 (DDC桩) 地基处理的工程实例, 介绍了DDC桩的施工准备及施工安排, 主要对工程DDC桩的质量管理与安全施工管理措施进行了分析, 总结了地基处理过程中的注意事项, 以供参考。
关键词：孔内深层强夯法,地基处理,质量,安全,管理
参考文献
[1]GBJ 50007—2002, 建筑地基基础设计规范[S].
[2]JGJ 79—2002, 建筑地基处理技术规范[S].
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[6]GB 50202—2002, 建筑地基基础工程施工质量验收规程[S].
[7]地基处理手册编写委员会.地基处理手册[M].北京:中国建筑出版社, 2000.
[8]徐军政.浅谈察尔汗盐湖地区地基处理及基础选型[J].山西建筑, 2011, 37 (13) :78-79.
DDC地基处理 篇2
关键词：DDC自控系统暖通空调应用
0引言
DDC(Okectdigitalcontr01)直接数字化控制，是一项构造简单操作容易的控制设备，它可借由接口转接设备随负荷变化作系统控制，如空调冷水循环系统、空调箱变频自动风量调整及冷却水塔散热风扇的变频操控等，可以让空调系统更有效率的运转，这样，不仅为物业管理带来很大的经济效益，而且还可使系统在较佳的工况下运行，从而延长设备的使用寿命以及达到提供舒适的空调环境和节能之目的。本文结合某项目工程的实践，谈谈DDC自控系统在暖通空调领域的实际应用。
1工程概况
本项目工程包括地下车库、商业、餐饮、办公室、酒店等多功能区域，共56层，高度为285m，总建筑面积共约157000m2。其中，办公区域为37050m2，商业区域为8340m2，酒店区域为21863m2，高级行政人员办公楼共49154m2，车库及设备房间共33938m2。
本建筑内设楼宇DDC自控系统。所谓的DDC系统，就是对建筑内的空调系统、通风系统、给排水系统、电气系统采用集散式直接数字控制系统。
本工程DDC控制系统的组成：控制系统由网络控制器、直接数字控制器(DDC)及与DDC相配套的传感器和执行器组成，并配有手提式监测终端，软件具备操作指导程序并设密码保护。直接数字控制器(DDC)具备可编程功能，并可在不与主机通讯的情况下独立监控有关设备的设定点参数，并可在该DDC盘上就地显示所监控设备的温度、湿度及工作状态。
2DDC自控系统在该项目工程的实际设计应用
2.1初级冷冻水泵的入水端和次级冷冻水泵的出水端之间装设有一组旁通管，旁通管上设有双向水流指示开关。以监测流经旁通管冷冻水的流向及流量。中央制冷控制系统中装设热能量度电子计算装置，按流经旁通管的水流向及流量，以配合实际系统的需要，从而控制冷冻机组的启停台数，监控整个冷冻系统的操作状况。
2.2中央制冷控制系统可设定和控制制冷设备的开关顺序。控制器应具备“自动跳控”功能，即当被召唤联动的制冷机组或水泵不能如常联动时，控制器须自动联动另一台制冷机组或水泵。所有中央制冷系统设备须互为联锁，并按以下操作过程控制一当任何一台制冷机组需投入服务时，首先联动一组冷冻水泵，并开启设在该制冷机冷冻出水管上的电动开关控制阀，当装设在冷冻管上的水流感应器感应到水流经蒸发器水流确立后，控制器才可发出指令联动冷却水泵、冷却水塔及设在该制冷机冷却出水管电动开关控制阀。当装设在冷却管道上的水流感应器感应到水流经冷凝器的水流确立后，控制器将发出指令联动制冷机组。
2.3在冷却水系统管道上设有一常闭式电动调节旁通阀，用以调节进入制冷机组冷凝器的冷却水水温，使其不会低于16℃。相应的温度探测器将装设在冷却水的回水管上。
2.4当经冷却塔出水水温低于设定值时，冷却塔变频风机可按顺序逐步降低转速直至关闭。
2.5在锅炉机组及其分水干管路上装设必要的仪表，以便于对锅炉安全运行状况、经济运行状况进行监测。并将必要的监测和控制信号传输至中央控制室内的楼宇设备监察系统，从而实现远程和集中的监控。
2.6在每个热交换器的采暖热水的供水管上将设置水温感应器，以控制及调节设在热媒系统的控制阀，以保证供水水温。如供水水温超过设定温度时，一超温装置将会关闭控制阀，而同时在中央控制屏发出声光警报信号。
2.7热媒系统的控制阀须为常闭式并与采暖热水系统的操作联锁，当设在采暖热水系统供水管上的水流感应器探测到系统的水流后，将会同时启动控制阀操作。
2.8在采暖热水供，回主管上安装压差感应控制装置，当采暖系统负荷变化而令供回水系统的水压变动，感应器将会操控设在系统上的常闭式电动两通调节阀，以旁通系统水流从而控制供回水系统压力平衡。
2.9变风量空气处理机的风机由变频器驱动，变频器由安装在送风管内的静压力传感器控制，从而使空气处理机的送风量将随室内负荷变化而增加或减少。
2.10变风量末端为压力无关型，送风量变化由房间温控器经变风量风阀及风量传感器控制。此外，若风阀达到最少开度而外区房间温度仍然继续降低，采暖盘管将开始工作以提升房间温度至设定温度。
2.11酒店客房新风处理机具有冷冻、采暖两个盘管，送风管设置温度感应器，按系统的操作工况控制和调节冷冻，采暖盘管的两通调节阀，以达至预定之送风温度。两通调节阀应为常闭式并须与新风处理机的电动机的操作互相联锁。所有新风处理机须配备本机控制屏，控制屏上须设有遥控开关选择掣，使有关机组可由楼宇中央管理系统作遥远操控开关，同时有关机组的操作状态亦需在楼宇中央管理系统显示。
2.12定风量空气处理机的回风管内设置温度感应器，以测度室温及按系统的操作状况，控制和调节冷冻盘管的两通阀，以保证达至要求的室内温度。两通调节阀应为常闭式并须与空气处理机的电动机的操作互相联锁。于空调处理机的新风进风口将设有常闭式电动调节风阀，风阀的开关应与空气处理机的电动机的操作互相联锁。所有空调处理机须配备本机控制屏，控制屏上须设有遥控开关选择掣，使有关机组可由楼宇中央管理系统作遥远操控开关，同时有关机组的操作状态亦需在楼宇中央管理系统显示。
2.13风机盘管温度控制器设置在回风口附近，按所选择的工况及室内温度控制常闭式两通开关控制阀以保持所要求的空间温度，温度控制器须配有温度设定开关、风机开关、三速快慢选择掣及冬夏转换开关(仅限四管制系统)。若温度控制器为管道式时，则可以接入楼宇自动控制系统进行集中控制。
2.14酒店客房无人时，可利用楼宇自动控制系统控制风机盘管以低速运行，以保证客房的空气质量。
3空调系统DDC控制要求
空调系统包括下列控制内容：
3.1空调机组自动控制：①风机运行状态、故障报警显示：②温度、湿度等参数显示，超限报警：③温度、湿度控制：④过滤堵塞报警控制。
3.2新风空调机组自动控制：①风机运行状态、故障报警显示；②温度、湿度等参数显示，超限报警；③温度、湿度控制；④过滤堵塞报警控制。
3.3各通风系统自动控制：①各通风系统的行程启停控制：②风机状态显示、事故报警。
3.4冷冻机房及锅炉房自动控制：①自动监测所有运行设备运行状态故障报警显示：②冷热水供回水温度、压力、流量等参数显示，超越设定时报警；③自动控制热水出水温度。
4结束语
DDC地基处理 篇3
关键词：两阶段成孔工艺,DDC法,复合地基,湿陷性黄土
1 简介
孔内深层强夯法(简称DDC法)是一种深层地基处理方法。该方法先成孔至预定深度,然后自下而上分层填料强夯或边填料边强夯,形成高承载力的密实桩体和强力挤密的桩间土。DDC法处理地基的深度一般不宜大于30 m,承载力可达到600 kPa;并且具有很大的适用性,可用于素填土、杂填土、砂土、粉土、粘性土、湿陷性黄土、淤泥质土等地基处理。
在实际施工过程中单一成孔工艺在深厚湿陷性黄土中处理效果不佳。当采用重锤夯扩成孔工艺时受夯击能局限处理深度有限;而采用机械掏孔成孔时虽然处理深度较深,但浅层桩间土挤密效果不好。本文结合两种工艺优点合二为一,用于同一工程地基处理中,取得了较好的效果。
2 工程概况
太原市东山某小区住宅地上24层,地下1层,结构总高度73.65 m,剪力墙结构,基础为筏板基础。根据地质勘察报告:本工程场地地势东高西低,具Ⅲ级湿陷。湿陷土层为第②层,③层,湿陷土层深度约为3.3 m～22 m。
3 地基处理方案及参数设计
初步设计:孔内深层强夯桩桩径400,正三角形布桩,桩距1.05 m,有效桩长18 m,桩端持力层为第④层粉土层,要求有效的桩长深度内场地土湿陷全部消除,单桩承载力特征值不小于310 kN。
4 复合地基试桩实验
4.1 试桩布置
为验证地基处理方案的合理性和可靠性,检验复合地基设计和施工参数,为工程桩设计提供科学依据,在初步设计的基础上进行了两组试桩实验。实验目的:1)评价桩间土湿陷性;2)测定桩间土挤密系数;3)量测桩体直径。
第一组试桩,桩长19.5 m,桩间距1.05 m;第二组试桩,桩长19.5 m,桩间距1.20 m,每组试桩均10根。采用机械洛阳铲掏孔,孔径400 mm,孔内填料为1∶3水泥土,每填入一定量的水泥土后,用重量为2.5 t的夯锤夯击6次,夯锤落距为3.0 m。
对第一、二组试桩进行了检测,布置探井2个:T1(第一组试桩区),T2(第二组试桩区)。 探井采用人工挖掘,人工刻取桩间土不扰动样,取样位置位于3根桩围成的三角形形心,自打桩地表下1.1 m开始,取样间隔1.0 m,另在T1探井3.0 m,10.0 m,17.0 m取桩间土扰动样,所有不扰动土样均进行了常规试验,另进行了双线法压缩试验,基底标高下10.0 m以内最大加载压力为400 kPa,10.0 m以下最大加载压力为600 kPa;扰动样进行了轻型击实试验。
4.2 检测数据分析评价
根据探井描述并结合土工试验成果,将试桩处地基分为如下3层:第①层湿陷性粉土:黄褐色,含菌丝、姜结石等,含水率介于8.9%～17.4%,层底埋深6.4 m～9.3 m。第②层湿陷性粉质粘土:红褐色,含菌丝、姜结石等,含水率介于16.1%～19.3%,层底埋深8.6 m～11.2 m。第③层湿陷性粉土:黄褐色,含菌丝、姜结石等,含水率介于13.3%～17.9%,该底本次检测未穿透。根据土工试验成果,桩间土的湿陷程度:第①层为中等～强烈;第②层为中等;第③层为轻微～中等。
4.2.1 桩间土湿陷性评价
T1探井第①层湿陷量的计算值为492 mm,占总湿陷量计算值的55.1%,T2探井第①层湿陷量的计算值为480 mm,占总湿陷量计算值的73.1%。根据计算结果,桩间土湿陷类型为非自重,湿陷等级为Ⅱ(中等)。
4.2.2 桩间土挤密系数
根据实测,T1探井的平均挤密系数随深度不同为0.8～0.87,T2探井的平均挤密系数随深度不同为0.79～0.87。
4.2.3 桩体直径
根据实测,桩直径随深度不同自上而下为470 mm～560 mm。
4.2.4 T1,T2探井桩间土含水率
根据实测,T1探井的含水率为13.6～16.6,T2探井的含水率为15.0～17.9。
根据以上数据分析:第①层地基土湿陷性强,应作为重点处理对象;T2探井处处理深度内含水率普遍大于T1探井处,使虽然T2探井处桩间距大但湿陷量的计算值反而小得以合理解释。桩间土湿陷类型为非自重,湿陷等级为Ⅱ(中等)。为消除湿陷性将桩间距调整为0.9 m,加大夯锤锤击数及夯锤落距。
5 工程桩设计与复合地基检测
5.1 工程桩设计
根据试桩实验的数据结果将地基处理方案更改为:孔内深层强夯桩桩径400,正三角形布桩,桩距0.9 m,有效桩长18 m,桩端持力层为第④层粉土层;孔内填料为水泥土:7.0 m以上水泥:土为1∶3,以下为1∶5;要求8.0 m以上为重锤夯扩成孔,8.0 m以下方可采用机械掏孔。要求复合地基承载力不小于360 kPa,桩身水泥土强度不小于4.0 MPa。
5.2 复合地基检测
工程桩施工完毕后,为检测经DDC法处理后的复合地基是否满足设计要求,进行了复合地基承载力特征值、桩间土湿陷性评价和桩身水泥土强度的检测。
经检测:1)复合地基承载力特征值为446 kPa,达到设计要求。2)桩间土湿陷性已消除。3)第①层粉土桩间土的最小挤密系数介于0.91～0.97之间,第②层粉质粘土桩间土的最小挤密系数介于0.90～0.94之间,第③层粉土桩间土的最小挤密系数0.88,达到GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范第6.4.4条要求。4)水泥土桩芯试件抗压强度为4.6 MPa～10.0 MPa之间,达到设计要求。
5.3 沉降观测
本工程从2010年10月15日开始观测至2011年5月11日施工至23层(主体24层),总沉降量最大值为8.9 mm,最小值为7.7 mm,满足规范要求。沉降观测记录见表1。
6 结语
本工程成功实施,为我国黄土地区中在深厚湿陷性黄土层上施工高层建筑及类似重载项目提供了很好的借鉴作用。采用两阶段成孔工艺DDC法有以下优点:1)处理深度不受限制。常见高层建筑多为甲类建筑,规范要求全部消除地基湿陷性,两阶段成孔工艺DDC法中深层成孔采用机械掏孔,突破了重锤夯扩工艺对处理深度的限制。对设备能力要求不高(机械洛阳铲即可),可穿透全部湿陷土层,不留隐患。2)沿桩长范围内消除湿陷效果明显。两阶段成孔工艺DDC法中浅层成孔采用重锤夯扩后,利用成孔的挤密性和成桩的挤密性,很好的消除了浅层土体的湿陷性(当采用全长均为机械掏孔施工工艺时,由于浅层部分夯锤行程短,夯击能小,加之表层土体含水率低,很难完全消除浅层土体的湿陷性)。3)复合地基承载力提高明显。浅层成孔采用重锤夯扩后由于不取土进行填料强夯,成桩后桩体直径较小,深层成孔采用机械掏孔先取土后进行填料强夯,成桩后桩体直径较大。结合上述特点,通过调整填料水泥土配合比:浅层采用1∶3配合比水泥土,深层采用1∶5配合比水泥土,保证桩体变径处及桩长范围内桩身强度与桩承载力匹配,沿桩全长均能很好传力,从而保证了复合地基承载力提高。4)复合地基压缩模量小,建筑物沉降变形较小。使得在湿陷性黄土上利用复合地基盖更高的高层建筑成为可能。5)经济社会效益明显。相比在湿陷性黄土地区高层建筑中常用的钢筋混凝土灌注桩,本文所用两阶段成孔工艺DDC法作用机理不同:DDC法通过挤密消除土体湿陷性和增设竖向加筋体,改良土体,变废为宝,桩长较短,复合地基承载力提高明显;而灌注桩由于必须要有一定长度桩长平衡湿陷土层段负摩阻力,桩长会很长,桩基部分造价远高于DDC法。同时DDC法设备简便,成桩速度快,可缩短施工周期。6)结合本工程经验,建议类似场地中采用两阶段成孔工艺DDC法试桩时,宜采用正三角形布桩,桩距根据湿陷等级取0.9 m～1.1 m之间,水泥土配合比:浅层采用1∶3,深层采用1∶5。
参考文献
[1]GB 50025-2004,湿陷性黄土地区建筑规范[S].
[2]JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].
[3]CECS 197∶2006,孔内深层强夯法技术规程[S].
基于DDC的恒温恒湿系统设计 篇4
在工业上有很多领域对温度和湿度有很高的要求;随着电子工业的发展, 对于生产车间的洁净程度、温湿度要求也越来越高, 恒温恒湿环境已经成为了必备要求之一。因此, 必须设计出能准确地控制温湿度的恒温恒湿系统。
1 基于DDC的二级控制结构
在一些大型的工程项目, 一个房间的温湿度用一个DDC可以控制, 几个房间的温湿度仍然可以用一个DDC来控制, 这样可以降低成本;但是如果控制的房间数过多, 那么还是采用多个DDC来控制, 虽然成本有所提高, 但是整体的性能提高了, 故障率也降低了。如果超大型的系统, 可以采用DDC的二级结构, 或更多极结构。图1是用DDC的二级结构控制温湿度。
单个DDC恒温恒湿设计:
(1) 总体设计
该系统来源于某大型电子厂房的项目, 系统中共有几个房间要求常年恒温恒湿, 温度控制精度为22℃±1℃, 湿度要求精度为50%±5%。以房间A为例。
通过DDC控制某个房间的温湿度可通过风管、风口及空调机组由DDC控制;其原理图如图2所示, 采用两个风口, 风量均为5940CMH, 圆形散流器24个设计参数为Φ350mm, L=830 CMH, 回风口采用双层百叶活动风口, 共4个, 设计参数为600×600, L=2010CMH, 空调需2台可用20HP单冷机。
从图2可以看出, 控制系统有两个机组都采用同一个DDC来控制, DDC可采用Honeywell的Excel50型号。Excel50具有非常高的稳定性, 其对应的C-Bus总线可以与其他DDC连接组成BAS系统。
(2) DDC控制单机组的具体设计
图2中DDC控制两个机组, 对于每一个机组的控制原理是相类似的。对于其中的一个机组的设计思想如图3。由DDC来控制表冷、加热、加湿、过滤这四个过程, 通过两个输入口和两个输出口实现控制。
图3中表冷段采用风管式单冷空调机, 为了能够随时控制制冷量, 必须取得空调的压缩机的控制权和风机的控制权, 风机的控制可以直接从空调机的三相接触器获得。此时存在的联锁问题是压缩机的启动必须有风机启动作为前提条件, 因此必须在DDC控制器内做软件连锁保护。
加热段采用蒸汽, 进入空气处理机组的盘管内加热空气, 蒸汽的流量由DDC的电动二通阀V5011N2055控制, 模拟量信号控制开度, 对温度进行控制。
加湿段考虑到洁净度的要求, 因此在加湿段采用加热软化水进行二次加湿的方法给空气处理机组加湿, 即再设计一个二次控制器如图4所示。
DDC采集到房间A的湿度信号, 经过运算后把加湿量传送给二次控制器, 二次控制器接收信号之后打开一次蒸汽的加热软化水, 同时控制生成蒸汽量。加热软化水的电动二通阀是DDC的V5011N2071比例控制阀, 接收2~10V信号。
过滤段主要是去除新风、回风中的杂物。可在过滤段设置DPS传感器, 测量过滤段前后的压力值, 当二者的压力差大于50Pa的时候报警提示更换过滤芯。
2 控制策略
温度、相对湿度的控制因为具有耦合作用, 其控制是通过制冷、加热、加湿、调节风量来完成, 制冷能够降低温度同时也能除湿, 但却提高了相对湿度, 加热既能够升温也能降低相对湿度, 风量的大小也是一个重要的因素, 因此DDC控制器的软件设计必须符合一定的关系, 当风量一定时, 各个变量的关系如表1所示。
其中制冷为开关量的控制, 即对于压缩机的控制, 加热、加湿的控制为模拟量控制方式。
在一般的工业控制中, 简单的单回路闭环控制系统能够满足工艺生产的要求, 但对于某些要求较高场合, 其控制品质却难以令人满意。因此在设计系统时, 温度、湿度的控制采用串级控制思想。可在出风口和房间内分别设置传感器, 在DDC控制器中做串级控制编程。
3 结论
利用DDC的强大功能, 设计了恒温恒湿控制系统。
温度、湿度的串级控制对于房间内的扰动变化具有很强的克服能力, 对于系统的负荷及操作条件的变化有一定的自适应能力。系统运行后, 温湿度一直保持在要求的精度范围之内, 根据DDC控制器内部设置的数据实时记录, 控制效果相当好。采用DDC的二级结构, 虽然成本有所提高, 但是整体的性能提高了, 故障率也降低了。
摘要：阐述了基于DDC的恒温恒湿系统的总体设计及单组机组控制的具体设计;同时, 也给出了整个系统的控制策略、串级控制方法。本控制系统已投入运行, 并达到了预期的设计效果。
关键词：恒温恒湿,直接数字控制器,串级控制,二次控制
参考文献
[1]周鸣, 曲凌.基于OPC技术的楼宇自动化系统集成[J].现代电子技术, 2006, 224 (9) :99-101.
DDC自动控制的空调系统分析 篇5
节能可以说是现代设计中的必然趋势。
众所周知, 在现代建筑设计中, HVAC (暖通空调) 系统所消耗的能量越来越呈现出上升的趋势, 在整体能耗中所占的比例越来越大, 就目前而言民用建筑中空调系统的能耗占总能耗的50%～60%左右。所以有必要发展一种有效的空调系统节能方法, 尤其应用在改善现有空调系统自动化程度方面。
在工业化设计中许多地方对环境有着极为严格的要求, 对于一些放置精密设备的地方 (DCS控制室的机柜间、控制室、电子生产厂房等) 对温、湿度都有着非常高的控制要求, 同时现代工厂管理也对空调系统提出了较高的要求, 一种可以远程集中管理的空调控制系统也因此孕育而生。
DDC (DirectDigitalController) 直接数字化控制, 是一项构造简单操作容易的控制设备, 它可借由接口转接设备随负荷变化作系统控制, 如空调冷水循环系统、空调箱变频自动风量调整及冷却水塔散热风扇的变频操控等, 可以让空调系统更有效率的运转, 这样, 不仅节省了大量能耗和人力, 而且还可使系统在设计要求的的工况下稳定运行, 从而延长设备的使用寿命以及达到工艺系统对环境的要求和节能目的。
2 DDC自动控制系统的简介
DDC直接数字化控制是一种简易的微电脑设备, 它须与其它组件, 如变频器、温度传感器、湿度传感器、焓差控制器、压力传感器、两通阀等组件整合搭配才能发挥功效这些组件的输入输出以模拟信号DC 0～10V或低电流4～20mA作信号传送, 送至DDC控制器。经DDC内置软件作判别后反向输出信号来控制各种阀部件或变频器, 以达到调节空调系统目的。DDC自动控制系统起到了对周边设备的监测及控制功能。
DDC自动控制系统是一种由电脑直接操作程序予以自动控制的方式。所配用的电脑, 可以采用小型微机, 也可配用至中央电脑 (DCS系统) 上的连线控制。空调系统常用的控制元件, 例如风阀开关、水阀开关、继电器等的操作, 无论这些阀体的控制器是气动式还是电动式的, 无论其这些阀体的作用为调整大小还是仅为开关动作, 均可采用DDC控制的方式自动操作。
DDC系统利用硬件和软件来调整控制变量或依据操作人员的需要来控制过程程序。其中控制变数包括温度、压力、相对湿度、流量等。控制程序和设定点可利用软件输入电脑内, 并能够在操作人员的键盘上进行修正, 如此可以取代过去对硬件控制器的校正。DDC系统亦可将检测到的温度、压力等控制变数, 与预先储存在电脑内的希望数值相比较, 如果测试的数值小于或大于所希望的数值, 系统将会送出一系列的数字脉冲, 这些脉冲则借助电动对气动的转换器或电动对电动的转换器转变成控制装置的调整信号, 然后通过电脑的调整, 其所输出的信号, 再操作其转换器, 使原来系气动或电动的组件按指示信号操作。若空调的控制器件, 原来是气动式, 则需要另加一套将气动动作变为电器信号的装置, 将电器信号输入电脑操作。原来是电动操作元件者也相同。至于输入DDC系统后, 则不需另加任何硬件设备即可作任何性能控制的操作
3 常规的空调系统
1) 一般常用的空调系统有CAV、VAV、VWV等, 各有不同操控方式。
2) 常规的定风量系统 (ConstantAirVolume简称CAV) 。
定风量系统为空调机吹出的风量一定, 以提供空调区域所需要的冷 (热) 风。当空调区域负荷变动时, 则以改变送风温度应付室内负荷, 并达到维持室内温度的要求。常用的中央空调系统为AHU (空调机) 与冷水管系统 (FCU系统) 。这两者一般均采用定风量方式来运行, 为了适应室内负荷的变动, 在AHU定风量系统中采用空调机的变温送风来处理, 在一般FCU系统则以冷、热水阀ON/OFF控制来调节送风温度, 然而这两者在送风系统上浪费了大量能源。因为在长期低负荷时送风机亦均执行全风量运转而耗电, 这不但不易维持稳定的室内温湿条件, 也浪费大量的送风运转能源。
3) 常规的变风量系统 (VarlableAirVolume简称VAV) 。
变风量系统即是空调机 (AHU或FCU) 可以调变风量。变风量系统可分为两种:一种为AHU风管系统中的空调机变风量系统 (AHU—VAV系统) ;一种为FCU系统中的室内风机变风量系统 (FCU-VAV系统) 。AHU-VAV系统是在全风管系统中将送风温度固定, 而以调节送风机送风量的方式来应付室内空调负荷的变动。FCU-VAV系统则是将冷水供应量固定, 而在室内FCU加装无段变功率控制器改变送风量, 亦即改变FCU的热交换率来调节室内负荷变动。这两种方式透过风量的调整来减少送风机的耗电量, 同时也可增加热源机器的运转效率而节约热源耗电, 因此可在送风及热源两方面同时获得节能效果。
4) 常规的变流量系统 (VariableWaterVolume简称VWV) 。
所谓变流量系统, 是以一定的水温供应空调机以提高热源机器的效率, 而以特殊的水泵来改变送水量, 顺便达成节约水泵用电的功效。变水量系统对水泵系统的节能效率依水泵的控制方式和变流量系统使用比例而异, 一般变流量系统的控制方式有无段变速 (SP) 与双向阀控制方式。
以上三种空调系统是目前空调系统中最常被设计采用的。中央空调控制也就是把管路、管件、阀体或阀门集中设定控制流体提供冷气所以有效组合中央空调控制即能有效控制耗能, 设计合乎节能的空调系统。
4 采用DDC自动控制的空调系统
1) 目前所采用的空调系统都可以采用DDC控制。
2) 采用DDC自动控制的空调系统
在所有的空调系统中我们都可以采用DDC控制系统自动将空调环境温、湿度与设计要求设定值相比较, 用比较后的判断, 发出信号自动控制冷、热水系统上的电动两通阀以及送风、回风、新风管道上的电动风量调节阀。
当室温变化, 室内感温器送出信号给控制器, 控制器接到信号与设定的温度比较, 输出信号给冷、热水管上的两通阀。控制两通阀调整通水量, 使循环风变温送入室内, 维持室温在设定值变化范围内, 同时, 也可以输出信号给送风、回风、新风管道上的电动风量调节阀, 调整电动风量调节阀的开启度, 变动回风和新风的混合比, 以达到调整送风温度的效果。
5 DDC自动控制系统在空调系统中的控制和管理
1) DDC自动控制系统设计采用先进的"分散控制、集中管理"控制思想, 系统各部分采用直接数字控制器进行现场控制, DDC既能脱离系统独立运行, 又能通过系统总线与控制中心交换信息。控制中心由网络服务器及控制主机组成, 与各DDC之间由网络接口及RS485总线联接。
2) DDC控制系统一般由以下部分组成:
小型微型计算机或网络服务器, 网络接口、直接式输入、输出接口、控制程序、现场电动执行器。
3) 一般可以对空调系统的以下部分进行控制。
(1) 送风系统
(2) 回风系统
(3) 新风系统
(4) 冷、热源系统
(5) 冷、热水的水系统
4) 在空调系统中DDC自动控制系统的主要功能是对设备进行实时控制和监视。调整设备的最佳启停控制和节能运行;监测设备的运行状态;事故报警及维修报警;空调系统的参数监测和显示;异常状态报警;能量管理功能;事件记录及显示;火灾报警联锁停机;系统运行状态显示功能、打印等。DDC自动控制系统的管理和控制功能可以概括如下
标准控制焓值控制
控制时间启动控制
最佳启动事件启动的控制
最佳停止DDC控制
工作循环比例 (P)
零能带比例, 积分 (PI)
负荷再设比例, 积分, 微分 (PID)
夜间循环自适应控制
夜间清洁顺序控制
6 空调系统的DDC自动控制系统设计
6.1 冷冻机、冷冻水控制系统设计
1) 冷冻机投入方式
冷冻机的冷冻水电动蝶阀开启-延时-冷水泵开启、冷却水泵开启-延时-冷冻机开启, 停止顺序与上述程序相反。
2) 根据冷冻水供回水温差及冷冻水量之积计算冷负荷并作为冷冻机运行台数的控制依据。
3) 根据冷水供回水管压差控制相应旁通阀的开度。
4) 监测冷冻机, 水泵状态与故障, 运行时间记录及测量旁通管流量, 自动均衡各台设备的运行时间。
6.2 冷却水控制系统设计
1) 冷却塔与冷却塔水管上的电动阀, 冷却水泵对应开启和停止。
2) 根据冷冻机运行台数及供回水温度控制冷却塔的运行台数。
3) 监测冷却水泵、冷却塔风机运行状态与故障, 运行时间记录, 自动均衡各台设备的运行时间。
6.3 热水控制系统设计
1) 根据热水供回水温度及流量计算热负荷, 按热负荷确定水泵的运行台数及热水器的运行台数。
2) 根据旁通管两端压差控制旁通调节阀。
3) 监控热水器、循环泵运行状态及故障、运行时间记录, 均衡各台设备的运行时间。
4) 热水器的开启顺序:打开电动蝶阀-运行热水泵-热水器运行。
6.4 补水控制系统设计
1) 根据膨胀水箱水位, 控制补水泵启停。
2) 监控动力站补水泵的运行状态及故障, 运行时间记录, 均衡各台设备的运行时间。
6.5 新风机控制系统设计
1) 根据新风送风温度控制各新风机冷热水电动阀的开度, 夏季温度升高, 阀开大, 冬季温度升高阀关小, 控制采用DDC内PID循环程序。
2) 新风机关时相应电动阀关闭。
3) 冬季、夏季转换。
4) 新风机空气过滤器超压差报警以请求清洗维修。
5) 监测新风机运行状态与故障, 运行时间记录。
6.6 其它控制系统设计
1) 建筑各层各系统的送、回水温度和流量监测。
2) 对各主要设备运行状态进行监测和报警、记录运行时间。
3) 对要求较高的空调房间 (工业设计中的DCS机柜间和控制室等重要房间) 温、湿度进行监测并报警。
4) 对有严防进水的房间 (工业设计中的DCS机柜间、控制室和配电室等房间) 地板内的漏水进行监测并报警。
7 结语
现代空调系统的设计中采用的DDC数字式自动控制系统在许多方面还有待于完善, 但可以肯定对于未来空调系统设计采用这种控制系统是必然的趋势, 自动控制系统可以有效地保证工况的稳定、可靠, 便于维护, 且性能价格比高。同时采用DDC自动控制系统为监控核心实现了对空调设备、空调系统的控制及对现场的实时监测, 其所具备的基本逻辑控制功能, 可以有效地减少能耗及减少因空调系统所消耗的人力, 其先进性、可靠性、可扩展性在工程实践中将得以充分体现
摘要：在现代工业设计中, 许多地方对空调系统的要求越来越高, 许多重要房间 (电子生产厂房、工厂中的DCS控制室、DCS机柜间等) 在全年运行中对温、湿度精度的要求都较高, 而现场操作、维护人员相对减少, 因此, 空调系统的集中精密控制也就体现的更为重要。就此提出了对于空调设计中DDC自动控制系统的设计思路, 即可以提高空调系统的有效运转, 达到空调系统的设计要求, 同时可以节省空调系统的能源消耗。
关键词：空调系统,DDC,自动控制系统
参考文献
[1]陈沛霖, 岳孝芳.空调与制冷技术手册[M].上海:同济大学出版社, 1990.
DDC地基处理 篇6
直接数字控制 (Direct Digit Control) , 简称为DDC系统, 是用一台计算机对被控参数进行检测, 再根据设定值和控制算法进行运算, 然后输出到执行机构对生产进行控制, 使被控参数稳定在给定值上。利用计算机的分时处理功能直接对多个控制回路实现多种形式控制的多功能数字控制系统。在这类系统中, 计算机的输出直接作用于控制对象, 故称直接数字控制, 英文缩写DDC。
直接数字控制系统在企业设备的使用、管理上, 是通过计算机技术、通信技术、自动控制技术, 对分散于企业各处的机电设备 (空调、照明、电力、给排水等) 进行分散控制、统一管理, 实现对各设备的实时控制、逻辑控制、状态显示、数据统计等。控制功能由分散的直接数字控制机实现, 数据资料由中央控制机集中管理的分层控制形式。可大大加强各子系统的独立性和可靠性, 减少中央机的工作量, 实现风险分散, 提高性能, 降低价格等功能 (如图1) 。
2 系统四大特点
2.1 实时控制
主要用于实时性较强, 人工无法控制的设备, 可以实现系统的最佳控制, 使之工作于最优工况。如空调系统的温/湿度控制、焓值控制、压差旁通等, 其特点为:人工无法控制、输入输出一般皆为模拟量 (AI/AO) 。
2.2 逻辑控制
主要用于实时性不强, 人工可以控制但工作较繁重的设备, 实现设备的自动最优管理, 避免人工操作的失误。如:空调/照明/通风系统的定时开关、制冷站设备的顺序起动等。其特点为:人工可控但工作繁重, 输入输出一般皆为数字量 (DI/DO) 。
2.3 状态监视
主要用于对各种设备运行状态的监视, 以便于及时了解设备的故障状态, 方便维修。如:空调机、风机、照明开/关、滤网状态等, 其特点为:人员可通过巡视来了解其状态但工作繁重, 皆为数字量输入 (DI) 。
2.4 数据统计
主要用于对各种设备运行参数进行采集、记录、存档及生成各种数据库、报表等, 提供给决策者作为管理、维修、决策的依据。如:设备运行次数、运行时间、用电量统计等。
3 企业系统构成
3.1 系统构成
DDC控制系统采用OMRON公司的PLC控制模块。CPU型号为CS1G, 通讯模块为CLK21。
上位机采用工业用计算机, 通过CX-P软件编程和修改程序功能, 并使用IFIX软件对整个系统进行图形化管理。
IFIX软件是一款工业自动化图形控制软件, 能给设备管理人员提供直观的图形界面, 显示所有受控点、检测值、设备运行状态, 并能直接在图形界面上对设备进行操作, 极大地提高了设备自动化控制水平。
各现场控制点上, 操作人员可以通过触摸屏, 利用多层菜单, 对各设备的运行状态、设定参数、检测结果进行查询、设置。
3.2 系统功能
直接数字控制系统中的计算机起着多回路数字调节器的作用, 具有很大很灵活的多功能控制能力。DDC控制系统可以分为四部分, 分别以DDC1、DDC2、DDC3、DDC4命名。各DDC单元通过CONTROL LINK模块与上位机连接 (如图2) 。
系统计算机通过各单元与模块的连接, 能够组织和编排各种应用程序, 可以实现企业产生设备的任意控制算法和各种控制功能。直接数字控制系统所能完成的各种功能最后都集中到应用软件里。如对排风机、循环水泵、潜水泵、制冷机组、锅炉、空压机、干燥机等的直控、报警、操作指导、人机联系、数据记录等程序。这些控制程序平时存储在数据库中, 使用时再从库里调出。
3.2.1 各AHU (空气处理单元) 的控制
DDC系统检测暖通风机的运转状况, 及时反映其停车、运转和过载;通过检测风压差监测过滤网的情况;通过检测进风口和排风口温度自动调节冷冻水或热水的阀开度, 从而进行温度调节。其中温度调节系统采用PID算法进行控制, 使得空气温度不至于变化过大。
一般设计步骤和具体方法:设置春季室内温度范围, 当新风温度高于春季室内温度范围时, 系统设定自动进入为夏季状态。电动三通阀调节冷冻水流量来控制通风温度, 此时设定新风进风阀开度为10%, 回风和送风阀开度为100%;当新风低于是室内温度时为过渡状态, 通过调节新风阀来控制室内温度, 回风阀开度调为10%;当新风温度低于室内温度且新风阀开度为100%时, 系统设定为冬季状态, 电动三通阀调节热水流量来控制通风温度, 新风阀开度再次调为10%, 回风阀开度为100%。
整个系统有不断变化的升温、保温、降温过程, 为了满足上述要求, 了解被控系统的特性, 建立系统的数学模型, 就可以对控制系统进行设计。另外, AHU系统还通过DDC系统与消防系统连接, 当有火警发生时, DDC系统自动停止供风电机, 并关闭消火阀。
3.2.2 冷冻机组和锅炉补水系统的控制
(1) 制冷系统监控功能。启停程序:为了保证制冷系统安全运行, 只有当润滑系统启动, 冷却水、冷冻水流动后, 压缩机才能最后启动。制冷系统启动顺序为:冷却塔风机-冷却水阀门-冷却水泵-冷冻水阀门-冷冻水泵-冷水机组。停止顺序则相反。
运行程序控制:为使设备容量与负荷相匹配, 节省运行能耗, 通过供水管网分水缸和集水缸上设置的温度传感器 (T1、T2) 检测冷冻水供回水温度 (AI信号) , 通过回水总管的流量传感器F检测冷冻水流量, 再送入DDC后计算出实际的空调冷负荷, 然后根据实际冷负荷的大小控制冷水组运行台数及各台机组的运行工况。
压差旁通控制:为了保证冷水机组蒸发器有稳定的水流量通过, 在供回水干管间设置压差传感器Δρ。测出的压差值由1路AI信号送入DDC, 与设定值比较。当实际的压差大于设定值时, DDC送出1路AO控制信号, 旁通电动调节阀开度加大, 旁通流量增加, 从而保持蒸发器水流量稳定。当实际的压差值小于设定值时, 旁通阀动作相反。
(2) 冷冻机控制:冷冻机系统有两组, 一组是风冷机组, 用于生产用的工艺冷冻水系统, 另外一组是水冷机组, 用于中央空调, 也可提供生产用工艺冷冻水。夏天只启用水冷机组, 其他季节启用风冷机组。因此, 需要为冷冻机组的循环水提供补水。DDC系统首先判断是哪一组冷冻机组运行, 然后通过检测管道压力, 由电接点压力开关控制两组补水泵的启动和关闭。每组补水泵有主泵和辅泵。当主补水泵补水五分钟仍未到设定压力, 则判断该水泵有故障, 即启动备用水泵。启动备用水泵五分钟后仍达不到设定压力, 则停止补水, 并报警。
(3) 锅炉的控制:电锅炉的启动和停止的时间可以设置为4次/天, 并有两重温度和管道压力保护。当锅炉的启动和停止信号以及各保护信号被接入DDC系统后, 系统可以即时监控锅炉的运行情况。系统还可以事先设定水温, 根据水温自动调节容积式换热器的阀开度, 使得生活用水保持在要求的温度范围内。并能够保持锅炉停止运行后管路内的水温还能够处在较高点上, 通过循环水泵的运转, 使热水能够在锅炉停止运行半小时后仍得到了充分的利用。
4 提升与展望
DDC控制系统作为一个独立的运行管理系统, 可以将系统所有外围设备都处在它的十分严密的监控状态中, 但不是说整个系统就完全自动化了, 还是有一些反映设备状态的数据仍然不能摆脱人工的记录和整理, 所以DDC控制系统还是有提升的空间。如果, DDC控制系统中的上位机能够与企业的局域网进行连接, 通过编程使DDC系统的各项数据也存入公司的服务器中, 便于长期保存和调用。
另外, 这套系统在安全方面还有待于加强, 特别是对于各现场控制单元, 由于没有设定密码保护, 设备的参数设定值有可能被修改或破坏。在设计初期, 就是因为担心操作面板可能被误操作, 所以所有可能影响设备运行状态的操作都设定了手动和自动两种状态, 一旦DDC系统的参数被修改造成设备运行不正常则可立即改为手动操作。
总之, 采用DDC系统对企业产生设备进行控制管理, 可以有效改善系统的运行品质, 节省运行能耗, 提高管理水平, 并减少运行管理劳动强度, 值得大家借鉴、使用。
参考文献
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[2]孙德政.青岛电厂#1机组WDPF系统移植到OVATION改造项目实施[J].山东电力技术, 2006 (03) .
[3]谢习华.基于上下位机结构的隧道凿岩机器人控制系统[J].中国工程机械学报, 2004 (04) .
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[5]李金城.免疫PID在温控系统中的应用研究[J].机械工程与自动化, 2011 (04) .
DDC地基处理 篇7
1 DDC/DUC+DSP结构及其SR系统整体架构
相比传统无线电系统, SR系统的A/D、D/A变换移到了中频并尽可能地靠近射频端, 对更为广泛的系统频带进行采样并经过软件化处理, 即从中频 (理想的SR技术甚至从射频) 开始就进行数字化处理。为实现这部分功能, 本文主张采用“D D C/DUC+DSP”结构。以下就其方案选择和系统整体架构予以初探。
1.1“DDC/DUC+DSP”结构的相对优势
据文献, 目前理论上主要有以下思路实现SR系统的中频和基带信息处理: (1) “参数化ASIC+DSP”组合;把主要处理量交给有限可编程性的参数化ASIC。DSP仅做较低速信息处理。 (2) “FPGA器件”实现数字上/下变频和基带处理一体化;把数字变频、滤波、调制/解调、扩频/解扩、载波以及各种比特流的处理等全部功能交给编程性强大的FPGA器件。 (3) “DDC (数字下变频器) /DUC (数字上变频器) +高速DSP”组合结构。不难推出以上各理论思路优缺点和可行性主要取决于目前参数化ASIC、FPGA和高速DSP三种器件的性能参数。在研究了它们的成本、体积功耗和可编程性几个参数后将不难获知如下信息:各方面性能指标表现最好的是FPGA;综合表现相对最差的是参数化ASIC;高速DSP各项性能表现介于两者之间。虽然FPGA从单个器件的综合参数性能是最好的, 但基于目前FPGA器件发展水平在处理功能和运算速度上的表现还难以达到完全支持从数字中频到基带处理一体化的需要。所以笔者认为方案3是相对最优的选择。对于方案3, 其思路是:模拟中频信号通过模/数 (A/D) 转换器件变换为数字中频信号, 再进入可编程DDC进行下变频运算, 使数字中频信号的载波频率进一步降低 (完成二次频率变换) , 变到基带信号。此外它还对输入的数字信号进行采样数据处理, 进一步降低之后高速DSP (一般采用多个DSP构成并行处理系统) 所需处理的数据量从而能有效地完成实时处理数据的任务。至于“DSP+DUC”组合结构, 其流程与上述过程相反。
1.2“DDC/DUC+高速DSP”结构的SR系统
架构图基于以上方案, 笔者构建了其S R系统结构图
注:1、多波束宽带天线;2、宽带、多频段智能天线;3、低噪放大 (接收) ;4、功率放大 (发送) ;5、模拟下变频 (接收) ;6、模拟上变频 (发送) ;7、中频数字信号输入/输出;8、宽带A/D、D/A转换;9、模拟中频输入/输出;10、中频 (IF) 数字滤波;11、数字下变频DDC (接收) ;12、数字上变频DUC (接收) ;13、基带 (BB) 信号输入/输出;14、基带解调 (接收) ;15、基带调制 (接收) ;16、比特流处理;17、通信网络;18、低速DSP处理;19、用户的最终数据;20、环境分析管理;21、总体控制;22、各层软件集合; (一) 、天线及射频前端; (二) 、射频RF处理; (三) 、中频IF处理; (四) 、基带BB处理。
如图1所示, 基于该结构的SR通信系统其几个关键核心技术包括宽带多波束智能天线技术、宽带射频 (RF) 前端技术、宽带A/D、D/A转换、数字中频 (IF) 处理、高速DSP技术。基于本文的主体和篇幅, 在此暂不予以进一步讨论。
2 SR系统可编程性和软件层次化模型分析
以上讨论了软件无线电通信系统的整体逻辑架构和硬件平台的构造方法的基本思路, 但在其可编程性和软件可重用性才是SR技术的核心优势。理想的SR通信系统不仅要求“空中接口功能由软件重构”, 同时还要求整个“系统各层面功能也能软件重构”。其硬件可编程性、软件可重用性以及其软件的跨硬件平台性, 已经成为其开放性评价的重要因素。为此我们需要引入SR层次化模型这一概念。最早提出这一概念的是Motorola公司的研究人员。笔者其基础上进行了补充并重构了这一层次化模型并对其每一层加以说明。见图2。Application Layer:该层用程序完成SR系统的功能、体制的描述, 并规定相应的指标、参数等。API Layer:此层, 应用程序接口支持应用软件层程序的再利用, 即采用相同的API层接口标准的应用程序可以应用在不同的SR系统中。这层也可以叫高层API层。Programmable Protocols Layer:这里所指的无线接口协议栈是由与上层应用无关、用来完成各种无线接口功能的一系列协议模块集合所组成。它也包含与提供API相关软件的模块, 如信源编码、调制解调算法、多址、DDC算法等。同时这些模块可以根据无限接口功能的变化灵活编程。Virtual Machine Layer:硬件抽象层。它使无线接口协议栈层与硬件平台无关。其作用就是“软连接”无线接口协议栈和通用硬件层。其向下的接口为低层API (通过它实现硬件跨平台通用性) 。但通常, 相应硬件对应其相应虚拟机。通用硬件平台层 (General Hardware Platform Layer) :该层次化模型中最后一层。此处本文推荐采用VEM主机板结构。其优点是通用性。基于VME总线结构的SR的硬件平台采用模块化设计。这点与PC的硬件系统结构很相似。它摒弃传统纵向集成和专用的系统结构而转向开放和模块化的系统结构。目前该层的另一个优秀结构是清华大学微波与数字通信国家重点实验室提出的基于交换网络的硬件平台结构。
3 结语
未来无线通信设备可通过软件升级来改变无线参数和信道接入的灵活性, 从而改变通信功能与服务质量。这样, 无线通信新系统新产品的开发及其价值将越来越多体现在软件上。此外, 采用这种层次模型, 将使不同的系统和设备更易兼容和互联。
摘要：本文分析和构建了一种实现软件无线电台的“DDC/DUC+DSP”方案、其SR系统整体架构和该架构的软件层次化模型。
关键词：软件无线电,软件层次化,软件可重用
参考文献
[1]冷爱国, 钱光弟.软件无线电的关键技术及实现[J].中国测试技术, 2005 (3) .