설정값 연산 및 리셋 스케줄 로직

실행 중인 와이어시트를 열고 설정값을 찾아보세요. 비교기나 PID 블록이 프로세스를 유지하려는 값입니다. SP 핀에 들어가는 와이어를 따라가 보면 대부분 직접 입력한 상수에서 오지 않고 작은 연산 블록 체인에서 나옵니다. 이 페이지에서는 그 체인을 다룹니다. 처음부터 끝까지 한 가지 질문에 답합니다. 와이어시트는 어떻게 설정값을 계산하며, 네 개의 연산 블록으로 어떻게 외기 리셋 스케줄을 만들까요? 핀, 와이어, 스캔 같은 블록 용어는 함수 블록 기초에서 설명합니다. 여기서는 연산 및 선택 계열을 실제로 사용합니다.

설정값은 입력하는 것이 아니라 계산합니다

와이어시트가 설정값을 직접 입력하는 대신 계산하는 이유는 유지보수 관점의 산술입니다. 하나의 숫자가 여러 판단을 구동해야 합니다. 존 와이어시트는 “ 74 °F에서 냉방, 70 °F에서 정지”를 서로 무관한 두 상수로 저장하지 않습니다. 설정값 하나를 저장하고 경계값을 계산합니다. 72 °F 설정값 상수와 불감대 상수 2 °F를 사용하면 ADD가 상한을, SUB가 하한을 만듭니다( 72 + 2 = 74 및 72 − 2 = 70). 기능 블록 편집기의 두 온도조절기 예제도 정확히 이렇게 배선되어 있습니다. SP 상수 하나와 불감대 상수 하나로 경계를 계산합니다. 설정값을 바꾸면 두 경계가 함께 바뀌므로 수정할 숫자가 두 개였다는 사실을 기억할 필요가 없습니다. 경계에서의 동작, 즉 히스테리시스와 채터링, 불감대가 필요한 이유는 이 장의 별도 수업인 비교기 및 불감대의 불감대 절에서 설명합니다.

같은 두 블록으로 재실/비재실 설정값도 처리합니다. 비재실 난방 설정값은 별개의 기준이 아니라 재실 값에서 셋백을 뺀 값입니다. 재실 70 °F에서 5 °F 셋백을 빼면 운영 시간 외에는 70 − 5 = 65 °F가 됩니다. 이를 SUB로 배선하면 건물 관리자의 “한 도 더 따뜻하게 해 주세요”라는 요청도 상수 하나만 수정하여 모든 모드에 동시에 반영할 수 있습니다.

MIN과 MAX는 이미 존재하는 값 중 하나를 선택하는 다른 방식으로 설정값을 계산합니다. MAX는 최댓값 선택입니다. 여러 존의 난방 요구가 35%, 62%, 18%라면 가장 요구가 큰 존의 62%를 통과시킵니다. 플랜트가 최악 조건을 충족하면 다른 존도 자연스럽게 충족됩니다. MIN은 최솟값 선택이며 대표 용도는 상한 제한입니다. 계산된 설정값을 한 입력에, 고정 상한 상수를 다른 입력에 연결하면 설비로 가는 계산값은 절대 상한을 넘지 못합니다. 무엇이 이기는지 물어 두 블록을 구분하세요. MAX에서는 가장 큰 요구가, MIN에서는 제한값이 이깁니다.

선형 리셋 — 직선과 클램프

이제 이 수업의 핵심이자 대표적인 응용인 외기 리셋 스케줄을 살펴봅니다. 시스템 관점의 원리는 다음과 같습니다. 설계 외기온이 낮은 날에는 난방 루프에 가장 뜨거운 물이 필요하지만 온화한 날에는 같은 수온이 과도합니다. 따라서 외기가 따뜻해질수록 BMS가 온수 설정값을 낮춥니다. 이것이 왜 에너지를 절약하는지, 끝점 값을 어떻게 정하는지는 시스템 페이지의 범위입니다. 같은 원리를 적용한 펌프 제어의 차압 설정값 리셋과 덕트 정압의 트림 앤 리스폰드가 이 연산의 시스템 측면을 설명합니다. 이 페이지는 나머지 절반인 와이어시트에서 리셋 스케줄이 무엇인지를 다룹니다. 와이어시트에서 리셋 스케줄은 y = mx + b에 클램프를 더한 것입니다.

설계 엔지니어가 시작하는 두 끝점부터 보겠습니다. 이 스케줄에서 루프는 180 °F 온수를 외기가 0 °F일 때, 140 °F 온수를 외기가 60 °F일 때 요구합니다. 두 끝점 사이는 직선입니다. 두 점으로 직선을 만들려면 배운 그대로 세로 변화량을 가로 변화량으로 나누어 기울기를 계산합니다. m = (140 − 180) ÷ (60 − 0) = −40 ÷ 60 ≈ −0.667. 부호로 계산이 타당한지 확인할 수 있습니다. 외기 온도가 상승할수록 설정값은 하강해야 하므로 리셋 기울기는 음수입니다. 다음으로 어느 끝점이든 사용하여 절편을 구해 직선을 고정합니다. b = 180 − (−0.667 × 0) = 180. 이 스케줄의 저온측 끝점은 우연히 0 °F에 놓이므로 절편이 곧 설계 끝점입니다. 리셋 스케줄을 영도 설계일 기준으로 자주 제시하는 이유도 바로 이것입니다. b를 별도로 계산할 필요가 없습니다. 전체 스케줄은 하나의 식입니다. SP = −0.667 × OAT + 180. 중간값으로 확인해 보겠습니다. 외기가 30 °F인 날에는 SP = −0.667 × 30 + 180 = −20.0 + 180 = 160.0 °F 가 됩니다. 외기 범위의 중간에서 수온 범위도 절반만큼 내려갑니다. 아래 그림은 이 스케줄과 계산 예시 지점을 함께 나타냅니다.

이제 블록으로 구성해 보겠습니다. 이 부분이 이 페이지의 질문에 나온 “네 개의 연산 블록”입니다. 아날로그 입력이 외기 센서를 읽고, MUL이 기울기 상수를 곱합니다. ADD가 절편 상수를 더하고, LIMIT가 결과를 설계 밴드 안으로 제한합니다. 제한된 값은 루프의 설정값인 아날로그 출력으로 전달됩니다. 전체 스케줄은 AI → MUL → ADD → LIMIT → AO이며 m과 b가 상수로 함께 연결됩니다. 기능 블록 편집기에는 이 와이어시트가 온수 리셋 예제로 제공됩니다. 기울기 상수는 −40/60을 반올림한 −0.667이고 절편은 180입니다. 편집기의 기본 외기값인 30 °F에서는 와이어에 MUL 입력 30, 출력 −20.0, ADD 출력 160, LIMIT를 거쳐 출력되는 160이 표시됩니다. 정확히 말하면 반올림한 −0.667을 사용한 원시 합계는 159.99이며 편집기의 값 표시줄이 이를 160으로 반올림합니다. 정확한 −40/60 분수를 사용하면 중간점은 정확히 160입니다. 실제 와이어시트에서도 반올림한 기울기 상수가 정확한 분수에서 약간 벗어나는 것은 일반적입니다.

LIMIT는 왜 필요할까요? 직선은 설계 범위가 어디서 끝나는지 모르고 계속 이어지기 때문입니다. 외기 온도가 −10 °F까지 떨어지면 클램프되지 않은 직선은 −0.667 × (−10) + 180 = 6.7 + 180 = 186.7 °F 온수를 요구합니다. 설계자가 루프를 산정한 온도보다 높으며 한파가 심할수록 요구값은 설계 범위를 더 멀리 벗어납니다. 보일러 선정, 배관 등급, 루프 자체의 상한은 시스템이 사용하도록 설계된 수온을 기준으로 정해집니다. 단지 날씨가 설계 범위를 벗어났다는 이유로 설정값 체인이 이 모든 한계를 넘어서는 수온을 지시해서는 안 됩니다. LIMIT는 연산을 공학적 범위 안에 두는 안전 난간입니다. 140–180 °F 사이 값은 그대로 통과하고 밴드 밖에서는 더 가까운 끝점으로 제한합니다. 같은 클램프가 반대쪽 끝도 처리합니다. 외기가 70 °F인 오후에는 직선이 설계 최저값보다 낮은 수온을 요구하지만 하한이 140 °F로 유지하여 루프가 제 역할을 할 만큼 충분히 뜨겁게 유지됩니다.

“리셋 스케줄”을 새로운 내용으로 정리하기 전에 한 가지를 더 짚어 보겠습니다. 이 사이트에서 이미 같은 연산을 사용했습니다. 두 점, 기울기, 절편, 그 사이의 직선은 두 설계일 대신 트랜스미터 범위의 두 끝점을 사용하는 정확히 신호 스케일링과 같은 산술입니다. 신호 스케일링 도구의 2점 → 기울기/오프셋 탭은 리셋 스케줄도 그대로 계산할 수 있습니다. (x₁ = 0, y₁ = 180)과 (x₂ = 60, y₂ = 140)을 입력하면 와이어시트 상수가 담는 것과 같은 m과 b가 나옵니다. 하나의 연산이 두 가지 작업에 쓰이며, 둘 다 이 분야 곳곳에 존재합니다.

미터법 독자를 위한 단위 참고 사항입니다. 편집기의 기본 와이어시트는 IP 단위계 상수(−0.667, 180, 140–180 클램프)를 사용하여 °F로 계산합니다. 이 페이지의 °C 값은 같은 스케줄을 미터법으로 다시 나타낸 것(기울기 −0.665, 절편 70.4, 클램프 60.0–82.2)이며 시뮬레이터 와이어에 표시되는 값은 아닙니다.

설정값 전환 — SELECT 블록

와이어시트가 설정값을 계산하는 세 번째 방법은 참/거짓 신호에 따라 두 값 중 하나를 선택하는 것입니다. SELECT 블록은 아날로그 입력 두 개, 불리언 선택 입력 하나, 출력 하나로 구성됩니다. 재실 냉방 설정값 (72 °F)을 한 입력에, 비재실 셋백 값 (65 °F)을 다른 입력에 연결하고 재실 스케줄 비트를 선택 입력에 연결합니다. 건물이 재실 상태이면 블록은 72를 통과시키고, 스케줄이 해제되는 순간 출력은 65로 바뀝니다. 하류에서 존을 제어하는 비교기나 PID는 전환 사실을 알 필요가 없습니다. 한 스캔에서 설정값 와이어의 값이 바뀐 것만 봅니다. SELECT의 입력은 일반 아날로그 와이어이므로 반드시 상수일 필요도 없습니다. 예를 들어 한 입력에는 리셋 스케줄 같은 계산값을, 다른 입력에는 고정 셋백 값을 연결할 수 있습니다.

두 가지보다 많은 모드가 필요하면 SELECT를 직렬로 연결합니다. 첫 번째 블록은 비재실과 아침 예열 값을 고르고, 두 번째 블록은 그 결과와 재실 설정값 중 하나를 고릅니다. 두 불리언 와이어로 출력이 세 모드를 오갑니다. 이 페이지가 답하는 범위와 그렇지 않은 범위를 구분해야 합니다. 연산 블록이 설정값을 만들고 SELECT가 그중 하나를 고르지만, 스케줄, 재실 우선제어, 예열 로직, 건물 모드를 결정하는 상태 머신 등 불리언 와이어를 구동하는 방법은 완전히 다른 주제입니다. 여기서 다루는 산술보다 달력 시간과 시퀀스 설계에 가깝습니다. 모드 와이어는 이미 주어졌다고 보세요. 무엇이 그 와이어를 계산하든 이 페이지의 선택 연산은 같은 방식으로 동작합니다.

불러온 뒤 클램프의 제한 동작을 확인하세요

이 모든 구성은 기능 블록 편집기에 이미 배선되어 있습니다. 편집기를 열고 온수 리셋 예제를 선택하세요. OAT 입력을 선택하고 검사기에서 값을 바꿔 보세요. 30에서는 위에서 계산한 지점과 같은 160이 실시간으로 출력됩니다. 값을 0 아래로 내리면 ADD 와이어 값은 계속 올라가지만 출력은 180에 고정됩니다. LIMIT가 저온측 끝을 제한하는 모습입니다. 60 위로 올리면 출력은 하한인 140에 고정됩니다. 이 한 가지 동작에 수업 전체가 담겨 있습니다. 직선이 계산하고 클램프가 계산값을 설계 범위 안에 유지합니다.

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