建筑设备自动化.ppt
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1、,1.2.2 建筑智能化系统的组成与集成 智能建筑的“智能”是由建筑物内的三大智能子系统实现的。 建筑管理系统BMS 建筑设备自动化系统BAS 它将建筑物或建筑群内的电力、照明、空调、电梯、给排水以集中监视、控制和管理为目的,构成的综合系统。 安全防范系统SAS 火灾自动报警与消防联动系统FAS,1.2 智能建筑的组成及核心技术, 通讯网络系统CNS 包括通讯系统、计算机网络、接入系统三大部分,是以数字程控交换机和网络中央集控器为核心,通过网络布线将相关的设备和介质组成一体化的系统,并连接无线通讯系统、卫星通讯系统、有线广播系统、电视会议系统、Internet系统、多媒体通讯等,通讯网络系统也
2、通常称为通讯自动化系统。,1.2 智能建筑的组成及核心技术, 信息网络系统INS 信息网络系统集成了事务型办公自动化系统OAS与物业管理系统。 办公自动化系统主要由办公作业设备与电子商务、管理信息系统、决策支持系统等部分组成。 物业管理系统包括楼宇物业及三表抄送等内容,是应用计算机技术、通讯技术等先进技术,使人们的部分办公业务借助于各种办公设备与办公人员构成服务于某种办公目标的人机信息系统。,1.2 智能建筑的组成及核心技术, 综合布线系统GCS 综合布线系统是建筑物或建筑群内部之间的传输网络。利用它在各系统间建立起有机的联系,把原来相对独立的资源、功能等集合到一个相互关联、协调和统一的完整系
3、统之中,通过建筑物内所设的综合计算机管理系统建筑管理系统BMS对各子系统进行科学高效的综合管理,以实现信息综合、资源共享,实现智能建筑的系统集成,所以一体化集成是智能建筑的核心。,1.2 智能建筑的组成及核心技术,1.3.1 建筑设备自动化系统(BAS)的功能 设备监控与管理 能够对建筑物内的各种建筑设备实现运行状态监视、启停、运行控制,并提供设备运行管理,包括维护保养及事故诊断分析,调度及费用管理等。 节能控制 包括空调、供配电、照明、给排水等设备的控制。它是在保障室内空气品质和舒适性的前提下实现节能、降低运行费用的节能控制。,1.3 建筑设备自动化系统,1.3.2 建筑设备自动化系统的范围
4、及内容 电力系统 安全可靠的供电是智能建筑正常运行的先决条件。对电力系统除具有继电保护与备用电源自动投入等功能要求外,还必须对开关和变压器的状态,系统的电流、电压、有功功率与无功功率、电能等参数的自动监测,进而实现全面的能量管理。 照明系统 对于公共建筑,照明系统的能耗仅次于供热通风空调系统。照明的用电量大,会导致冷气负荷的增加,因此照明控制要重视节能。,1.3 建筑设备自动化系统, 电梯系统 高层建筑大多为电梯群组,需要利用电梯附带的计算机实现群控,以达到优化传送、控制平均设备使用率和节能等目的。系统还对电梯楼层的状况、电气参数等进行监测,并可联网实现优化管理。 暖通空调系统 该系统在建筑物
5、中能耗最大,故在保证提供舒适环境的条件下,应尽量降低能耗。暖通空调系统的设备监控是BAS的重点内容。 给排水系统 实现智能建筑给排水设备的可靠、节能运行。,1.3 建筑设备自动化系统,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,2.1.1 计算机控制技术 1. 计算机控制系统的基本原理,计算机,D/A转换器,执行器,被控对象,被控参数,干扰,给定值,传感器/变送器,A/D转换器,+,-,自动控制的任务是控制某些参数按照指定的规律变化,满足设计要求。控制过程包括数据采集和控制两个环节。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,2.1.2 计算机控制系统的组成,生 产 过 程,测量变送,A/D转换,接口,
6、总 线,CPU,CPU,CPU,RAM,CPU,ROM,主机,系统软件,应用软件,软件,信号驱动,D/A转换,接口,开关输入,接口,开关输出,接口,接口,键盘终端,接口,打印机,接口,磁盘,接口,人机联系,接口,通讯设备,外围设备,计算机控制系统的组成框图,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 硬件部分 1)主机 2)外围设备 3)过程输入输出通道 模拟量输入通道(AI) 将测量变送器输出的,反映生产过程的被控参数(如温度、压力、流量、物位、湿度等)的标准电流信号DC010mA或DC420mA转变为二进制数字信号,经接口送与计算机。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,模拟量输入通道的组成
7、如图所示。,测量变送器,过程参数,I/V 变 换 器,多路开关,采样保持器,A/D 转 换 器,接口电路,PC 总 线,模拟量输入通道组成框图,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 数字量输入通道(DI) 将反映生产过程或设备的、具有二进制逻辑“1”和“0”特征的状态参数信号(如电气开关的闭合/断开、指示灯的亮/灭、继电器或接触器的吸合/释放、电机的起动/停止等)采集并输送给计算机。 二进制逻辑“1”和“0” 数字信号代表生产过程或设备的一个状态,这些状态作为控制的依据。主要由输入调理电路、输入缓冲器和输入地址译码器等组成。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 模拟量输出通道(AO) 将
8、计算机输出的控制指令(数字量形式)转换成模拟电流信号,驱动相应的执行器;同时产生调节作用克服各种干扰对被控参数的影响,保证被控参数按照指定的规律变化,满足设计要求。,接口电路,多路开关,D/A 转 换 器,PC 总 线,保持器,保持器,保持器,V/I,保持器,执行器,保持器,保持器,保持器,V/I,保持器,执行器,保持器,保持器,保持器,V/I,保持器,执行器,模拟量输出通道组成框图,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,4)人机联系设备 软件部分 软件是指能够完成各项功能的计算机程序的综合。分为系统软件与应用软件两大部分。 系统软件通常由计算机厂家提供,专门用于使用和管理计算机的程序,仅作为
9、开发应用软件的工具,不需用户自行设计。 应用软件是面向生产过程或其他活动、满足一定功能要求的程序,应用软件大多由用户根据自己需要进行研发和使用。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,3. 计算机控制系统的分类 操作指导控制系统 指计算机的输出只是对系统的过程参数进行采集、处理,然后输出反映生产过程的数据信息,并不直接用来控制生产对象。操作人员根据这些数据进行必要的操作。 系统属于开环控制系统,即自动检测人工调节。结构简单、控制灵活、安全,尤其适用于被控对象的数学模型不明确或确定新的控制系统。但需人工参与操作,效率不高,不能同时控制多个对象。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,计 算 机,
10、生 产 过 程,模拟量输入通道,数字量输入通道,显示记录打印,操作人员,操作器,执行器,操作指导控制系统原理图,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 直接数字控制系统(DDC) 用一台计算机对多个参数进行实时数据采集,按照一定的控制算法进行运算,然后输出调节指令到执行机构,直接对生产过程施加连续调节作用,使被控参数按照工艺要求的规律变化。,计 算 机,生 产 过 程,CRT,打印机,报警,操作台,输入通道 (AI,DI),输出通道 (AO,DO),DDC控制系统原理图,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 计算机监控系统(SCC) 计算机监控系统采用两级计算机模式。SCC用计算机按照描述生
11、产过程的数学模型和反映生产过程的参数信息,实时计算出最佳设定值送与DDC计算机或模拟控制器,由DDC计算机或模拟控制器根据实时采集的数据信息,按照一定的控制算法进行运算,然后输出调节指令到执行机构,执行机构对被控参数按照工艺要求的规律变化,确保生产工况处于最优状态。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,SCC系统较DDC系统更接近生产实际的变化情况,是操作指导系统和DDC系统的综合与发展,不但能进行定值调节,而且也能进行顺序控制、最优控制和自适应控制。,生 产 过 程,SCC 计 算 机,DDC 计算机,调节,测量,最佳设定值,工艺参数,记录显示打印,SCC+DDC控制系统原理图,2.1 建
12、筑设备自动化系统的技术基础, 分布式控制系统(DCS) 又称集散控制系统。采用分散控制、集中操作、分级管理、综合协调的设计原则,从上到下将系统分为现场控制层、监控层和管理层。在同一层次中,各计算机的功能和地位是相同的,分别承担整个控制系统的相应任务,而它们之间的协调主要依赖上一层计算机的管理,部分依靠与同层中的其他计算机数据通信实现。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,管理计算机,网关,操作站,工程师站,I/O或1,I/O或2,I/O或n,RS-485,以太网,DCS控制系统原理图,管理层,监控层,现场控制层,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 现场I/O控制站 将复杂的被控对象分解为
13、n个简单子对象分别实施相应的控制。主要功能有三项: 实时采集表征生产过程的各种参数和状态信号,经数字化处理后送入存储器储存,形成一个反映生产现场实际工况,而且对所采集的数据信息进行实时更新的动态数据库。 将所采集的实时数据信息通过通讯网络送至操作员站、工程师站及其他现场I/O控制站,实现全系统范围内的控制、监督和管理;同时,现场I/O站,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,还可以接受来自操作员站、工程师站下的指令,实现对现场I/O控制站工艺参数设定值的变更,以及现场工况的人工调控。 担任现场的闭环负反馈控制、顺序控制等任务。 操作员站 由工业微机、键盘、鼠标、CRT和操作控制台组成,是实现人
14、机界面功能的网络节点,起着汇总报表及图形显示的作用。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 工程师站 系统工程师通过它可以及时调整系统的配置、参数设定,从而使DCS处于最佳工作状态之下;同时还可对各个现场I/O控制站、各个操作员站的运行状态和网络的通信情况等进行实时监控,及时维护网络节点。 DCS的通信网络 DCS的基本结构是计算机网络,现场I/O控制站、操作员站和工程师站都是连接在这个网络上的三类节点,均包括CPU和网络接口等,也都有自己特定的网,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,络地址,可通过网络发送和接受数据信息。 目前应用最广的网络结构是总线型网和环形网。在这两种网络结构中,各个
15、节点地位平等,它们之间的通信均可通过网络直接进行。 为了实现网络节点之间的通信,介质访问控制采用令牌控制方式。令牌是一组特定的二进制码,作为有权占有传输介质的标志。 令牌在网络节点之间按顺序轮流传递,形成循环。某个节点在接到令牌的某时段内有权占有传输介质,,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,进行通信,时段结束转交下一个节点,循环反复,各个节点均可定时占有传输介质,发送信息。 令牌控制方式不但可以对各个节点占用传输介质的时段加以确定,而且对各个节点占用传输介质的顺序也可进行设定和调整,因此信息传送的实时性好。 DCS虽然称为分布式控制系统,但其现场测控层并未彻底实现分布。现场I/O站的控制器
16、与现场自动化仪表(如传感器、执行器)的测控信号联系仍为DC420mA的模拟信号,因此为半数字化系统。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 现场总线控制系统(FCS) 现场总线是连接现场智能仪表和自动控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络,即现场总线是控制系统中最底层的通信网络,它以串行通信方式取代传统的DC420mA模拟信号,能为众多现场智能仪表实现多点连接。它支持处于底层的现场智能仪表,利用公共传输介质与上层系统互相交流信息,具备双向数字通信功能。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 现场总线控制系统的基本组成,FCS控制系统原理图,管理计算机,网关,现场智能设备,网关,现
17、场智能设备,网关,现场智能设备,以太网,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 现场总线控制系统的特点 现场通信网络 现场总线将通信线一直延伸到生产现场的生产设备,构成现场智能仪表互连的通信网络,信号传输全数字化,抗干扰能力强,精度高。 现场设备互连 由于现场智能节点之间通过一对信号互连,一对信号传输线使得N个现场智能节点能够双向传输信号。 互操作性 由于现场总线设备实现了功能模块及其参数的标准化,因此设备间有很好的互操作性。来自不同厂家的现场设备可以异构,组成统一的系统。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,分散的系统结构 每个现场仪表作为一个智能节点,能够完成数据信息的采集、运算、执行控
18、制指令和通信等功能,任何节点发生故障仅影响局部而不会危及全局,从而实现彻底的分散。 开放式互连网络 现场总线为开放式互连网络,用户根据需求可以自由地集成不同制造商的通信网络,极大方便用户共享网络数据库的信息资源。 通信线供电 该方式允许现场智能节点直接从通信线摄取能量,节省电源,低功耗。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,2.1.2 计算机通信网络技术 1. 计算机通信技术,信源,信宿,噪声,信道,通信的目的是传递信息。产生和发送信息的设备称为信源,接受信息的设备称为信宿。它们之间的通信线路称作信道。信号在传递过程中可能受到的各种干扰叫噪声。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,根据数据
19、信息在信道上的传输方向和时间的关系,数据通信(串行传输)可分为: 单工 数据信息在信道上只能一个方向传送,信源只能发送,信宿只能接受,如电视广播等。 半双工 数据信息在信道上能在两个方向上传送,信源和信宿可交替发送和接受数据信息,但不能同时发送和接受,如对讲机通信。 全双工 信源和信宿可同时在信道上双向发送和接受数据信息,但要求信道具备满足双向通信的双倍带宽,如电话通信。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,2. 计算机网络拓扑结构 指网络中各站点(或节点)和链路相互连接的方法和形式。 星形拓扑 网络中任何一个站点 向另一个站点发送数据信 息,必须先向中央节点发 出申请,由中央节点在两站点
20、之间建立通路,方可进行通信。,HUB,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,优点:网络配置灵活方便,增加、移动或删除站点仅影响中央节点与站点的链接;单个节点发生故障不会影响全网。 缺点:该拓扑形式对中央节点的依赖极大,对其可靠性要求高,否则若中央节点发生故障,则造成全网瘫痪。在网络节点数量相同的情况下,由于网络中各站点都需要链接到中央节点,所以使用线缆数量大。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 总线型拓扑,总线型拓扑采用单根传输媒体作为主干(称为总线),所有的站点均通过相应的输入/输出接口直接链接在总线上,属于多点连接式。网络中所有的站点平等地共享总线;但是一次仅能一个站点发送信息,需要
21、一种传输媒体访问控制策略,以便决定下次由哪个站点发送信息,一般采用分布式控制策略。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 环形拓扑,环形拓扑的站点之间采用点对点的链接,信号在环中由一个站点单向地传输到另一个站点,直到到达目标站点为止。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 树形拓扑,网络中任何一个站点向另一个站点发送信息时,首先由根节点接受该信息,然后经其广播发送到全网的各个站点。其优缺点与星形拓扑基本相同。,SERVER,HUB,HUB,HUB,HUB,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 星环形拓扑 由一些连接在环形上的集线器再连接星形结构接到每个用户站,兼备星形和环形拓扑的优点。,
22、HUB,HUB,HUB,HUB,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,3. 计算机网络的传输媒体 传输媒体是将发送端(信源)和接受端(信宿)的计算机或其他数字化设备链接起来,实现通信的物理通路。 双绞线,非屏蔽型双绞线电缆的结构,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,双绞线是一种广泛使用而且价廉的传输媒体。由两根互相绝缘的、有规则的导线按照螺旋状绞合在一起,该种结构能一定程度地减少线对之间的电磁干扰和外部噪声干扰,更重要的是降低自身信号的对外干扰。其中一对线对起到一条通信链路的作用。 双绞线可以用来传输模拟信号和数字信号。对于模拟信号,大约每56km就需要使用放大器;对于数字信号,大约每23k
23、m就需要使用转发器。 双绞线经常用于建筑物内的局域网中,数据传输速率可达1000Mbit/s,比同轴电缆、光纤便宜。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 同轴电缆,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础,同轴电缆可以传输模拟信号和数字信号。分为50电缆和75两类。50电缆又称基带同轴电缆或细缆,专用于数字信号的传输,传输速率可达10Mbit/s,主要用于以太网,能够支持网段185m。 75电缆又称宽带同轴电缆或粗缆,可以传送数字信号和模拟信号,能够支持网段500m。 同轴电缆可用于点对点或多点配置,抗干扰能力优于双绞线(对于较高频率而言)。,2.1 建筑设备自动化系统的技术基础, 光纤,2.
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