1、智能建筑设备自动化系统工程智能建筑设备自动化系统工程情境一：楼宇设备自动化系统工程认知任务任务3 建筑设备自动化建筑设备自动化系统的结构系统的结构内容提要内容提要BAS的网络结构1集散控制系统2现场总线控制系统3集散控制与现场总线的异构系统4复习回顾复习回顾vDDC的硬件组成？的硬件组成？vDDC的输入输出通道的类型？的输入输出通道的类型？v传感器与传感器与DDC的连接要求？的连接要求？v执行器与执行器与DDC的连接要求？的连接要求？1.3.5 BAS的硬件架构的硬件架构v 1. 概述概述v BAS通常由四部分组成：通常由四部分组成： 中央站、现场控制器、仪表、通信网络中央站、现场控制器、仪表
2、、通信网络v BAS网络结构网络结构 一般采用分布式系统和多层次的网络结构一般采用分布式系统和多层次的网络结构 典型的典型的BAS网络结构由管理、控制、现场设备三个网络层构成网络结构由管理、控制、现场设备三个网络层构成 网络结构形式网络结构形式 对于大型对于大型BAS系统，一般采用三层网络结构系统，一般采用三层网络结构 由管理、控制、现场设备三个网络层构成由管理、控制、现场设备三个网络层构成 中型中型BAS系统一般采用两层或三层的网络结构系统一般采用两层或三层的网络结构 其中两层网络结构宜由管理层和现场设备层构成。其中两层网络结构宜由管理层和现场设备层构成。 小型小型BAS系统一般采用单层网络
3、结构或两层网络结构系统一般采用单层网络结构或两层网络结构 以现场设备层为骨干构成以现场设备层为骨干构成1.3.5 BAS的硬件架构的硬件架构v 2. BAS三层网络三层网络1.3.5 BAS的硬件架构的硬件架构v 1) 管理网络层管理网络层(中央管理工作站中央管理工作站) 管理网络层的设备组成管理网络层的设备组成 服务器、工作站和通信接口服务器、工作站和通信接口 通常基于通常基于TCP/IP通信协议通信协议 采用符合采用符合IEEE802.3的以太网，可以提供非常高的的以太网，可以提供非常高的通信速度。通信速度。 功能有：功能有： 监控系统的运行参数监控系统的运行参数 检测可控的子系统对控制命
4、令的响应情况检测可控的子系统对控制命令的响应情况 显示和记录各种测量数据、运行状态、故障报警等显示和记录各种测量数据、运行状态、故障报警等信息信息 数据报表和打印数据报表和打印1.3.5 BAS的硬件架构的硬件架构v 2) 控制网络层（分站）控制网络层（分站）v 由通信总线和控制器组成。由通信总线和控制器组成。 BAS通过通信网络系统将不同数目的现场控制器，与中央管理计通过通信网络系统将不同数目的现场控制器，与中央管理计算机连接起来，共同完成各种采集、控制、显示、操作和管理功算机连接起来，共同完成各种采集、控制、显示、操作和管理功能。能。v 通信总线通信总线 可包括并行工作的多条通信总线可包括
5、并行工作的多条通信总线 每条总线可通过网络通信接口与管理网络层连接每条总线可通过网络通信接口与管理网络层连接 通信总线协议有：通信总线协议有： TCP/IP、BACnet、LonTalk、MeterBus和和ModBus等等 当控制器采用以太网通信接口而与管理网络层处于同一通信级别当控制器采用以太网通信接口而与管理网络层处于同一通信级别时，可采用时，可采用交换式集线器交换式集线器连接，与中央管理工作站进行通信。连接，与中央管理工作站进行通信。1.3.5 BAS的硬件架构的硬件架构v 控制器控制器(分站分站) 可与现场网络层的通信总线连接，并与可与现场网络层的通信总线连接，并与现场设备通信。现场
6、设备通信。 控制器控制器(分站分站)可采用：可采用： 直接数字控制器直接数字控制器 DDC 可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器 PLC 或兼有或兼有DDC、PLC特性的混合型控制特性的混合型控制器器 Hybrid Controller ，HC 控制器控制器(分站分站)之间采用：之间采用： 对等式对等式(peer to peer)的直接数据通信的直接数据通信DDC控制器1.3.5 BAS的硬件架构的硬件架构v 3) 现场设备网络层现场设备网络层 组成组成 执行器执行器电动调节阀、电动碟阀、电磁阀、电动风门等电动调节阀、电动碟阀、电磁阀、电动风门等 传感器传感器温度、湿度、压力、压差、流量、水位、一
7、氧化温度、湿度、压力、压差、流量、水位、一氧化碳、二氧化碳、照度、电量等检测仪表碳、二氧化碳、照度、电量等检测仪表 等现场设备等现场设备1.3.5 BAS的硬件架构的硬件架构v 3) 现场设备网络层现场设备网络层 作用作用 用来完成末端设备的控制和现场仪表设备的信息采集和处理用来完成末端设备的控制和现场仪表设备的信息采集和处理 中型及以上系统的现场网络层中型及以上系统的现场网络层 通过通过通信总线通信总线连接微控制器、分布式智能输入输出模块、智能连接微控制器、分布式智能输入输出模块、智能传感器和智能执行器等智能现场仪表传感器和智能执行器等智能现场仪表 也可以使用常规现场仪表和一对一连线也可以使
8、用常规现场仪表和一对一连线 采用的总线有：采用的总线有： TCP/IP、BACnet、LonTalk、MeterBus和和ModBus 微控制器应具有对末端设备进行控制的功能微控制器应具有对末端设备进行控制的功能 并能独立于控制器并能独立于控制器(分站分站)和中央管理工作站完成控制操作和中央管理工作站完成控制操作1.3.5 BAS的硬件架构的硬件架构v 3. 实际产品举例实际产品举例APOGEE楼宇自控系统系统楼宇自控系统系统 国外品牌厂商如：国外品牌厂商如： 霍尼韦尔霍尼韦尔(Honeywell)、江森自控、江森自控(Johnson Controls)、西门、西门子楼宇科技子楼宇科技(Sie
9、mens)、施耐德、施耐德TAC、奥莱斯、奥莱斯(ALC)等等 国内的厂商有：国内的厂商有： 浙大中控、清华同方、海湾公司等。浙大中控、清华同方、海湾公司等。v 西门子楼宇科技西门子楼宇科技(Siemens)公司的公司的APOGEE顶峰系统顶峰系统 是基于现代控制论中分布式控制理论而设计的集散型系统是基于现代控制论中分布式控制理论而设计的集散型系统 是具有集中操作、管理和分散控制功能的综合监控系统是具有集中操作、管理和分散控制功能的综合监控系统 系统的目标是系统的目标是 实现建筑物内的暖通空调、变配电、给排水、冷热源、照明、实现建筑物内的暖通空调、变配电、给排水、冷热源、照明、电梯、扶梯及其他
10、各类系统机电设备管理自动化、智能化、安电梯、扶梯及其他各类系统机电设备管理自动化、智能化、安全化、节能化，同时提供最为舒适、便利和高效的环境。全化、节能化，同时提供最为舒适、便利和高效的环境。1.3.5 BAS的硬件架构的硬件架构v APOGEE系统的组成系统的组成 Insight管理软件、管理软件、DDC控制器、传感器、执行机构等控制器、传感器、执行机构等v APOGEE系统的网络结构系统的网络结构 由三层网络组成：由三层网络组成： 管理级网络管理级网络(MLN) 自控层网络自控层网络(ALN) 现场总线现场总线 其中现场层网络包括：其中现场层网络包括： 现场总线现场总线(FLN)和点扩展总
11、线和点扩展总线(EXP)v 两种网络结构形式两种网络结构形式 传统的基于传统的基于RS485总线网络结构总线网络结构 基于基于TCP/IP以太网的网络结构以太网的网络结构1.3.5 BAS的硬件架构的硬件架构APOGEE系统传统型网络结构1.3.5 BAS的硬件架构的硬件架构TCP/IP以太网型网络结构以太网型网络结构 1.3.6 BAS的软件平台的软件平台v 1. BAS的软件平台的组成的软件平台的组成 在在BAS的三个网络层有不同的软件，分别是管理网络层的客户机和服的三个网络层有不同的软件，分别是管理网络层的客户机和服务器软件、控制网络层的控制器软件、现场网络层的微控制器软件。务器软件、控
12、制网络层的控制器软件、现场网络层的微控制器软件。v 2. BAS监测平台监测平台 各大厂商的各大厂商的BAS产品都提供强大的软件平台，可以通过良好的用户界产品都提供强大的软件平台，可以通过良好的用户界面或人机界面，相当方便地实现面或人机界面，相当方便地实现BAS的网络、数据库、控制器的配置，的网络、数据库、控制器的配置，以及系统监测与管理。以及系统监测与管理。 现在许多厂商更趋向于把配置和监测两个系统区分开来。现在许多厂商更趋向于把配置和监测两个系统区分开来。 仅通过系统显示功能就可以实现建筑设备运行过程的监测。仅通过系统显示功能就可以实现建筑设备运行过程的监测。1.3.6 BAS的软件平台的
13、软件平台v 3. BAS的编程方法与编程环境的编程方法与编程环境v 1) BAS的编程方法的编程方法 对控制器编程通常包括两种主要任务：对控制器编程通常包括两种主要任务： 一个是配置控制器一个是配置控制器 典型的配置任务包括：典型的配置任务包括： 定义一个工作站作为服务器定义一个工作站作为服务器 定义信道和控制器定义信道和控制器 定义点定义点 下载配置数据库到服务器上下载配置数据库到服务器上 另一个是开发和下载应用程序到控制器中。另一个是开发和下载应用程序到控制器中。 对控制器的编程通常有三种方式：对控制器的编程通常有三种方式： 利用安装在中央管理工作站的编程软件编写、调试程序，利用安装在中央
14、管理工作站的编程软件编写、调试程序，通过网络配置控制器和下载程序到控制器上通过网络配置控制器和下载程序到控制器上 通过通过PC机或笔记本经串口或机或笔记本经串口或USB端口连接到控制器，调端口连接到控制器，调用装在控制器里的编程工具对控制器进行配置、编程调试用装在控制器里的编程工具对控制器进行配置、编程调试 通过与控制器配套的手操器对控制器直接操作和编程通过与控制器配套的手操器对控制器直接操作和编程1.3.6 BAS的软件平台的软件平台v 2) BAS的编程环境的编程环境 BAS编程环境大体上可以被分成三类：编程环境大体上可以被分成三类： 1)图形或符号格式编程图形或符号格式编程 2)模板或表
15、格格式编程模板或表格格式编程 3)文档格式高级语言编程文档格式高级语言编程 采用过程控制语言，可利用文本编辑器编写程序采用过程控制语言，可利用文本编辑器编写程序 当控制逻辑非常精细复杂时，用这种格式的控制器编程的当控制逻辑非常精细复杂时，用这种格式的控制器编程的优点很明显优点很明显 例如，西门子楼宇科技公司例如，西门子楼宇科技公司APOGEE楼宇自控系统的楼宇自控系统的PPCL(Powers Process Control Language) 就是一种类似于就是一种类似于BASIC的编程语言，专门用于楼宇控制和能的编程语言，专门用于楼宇控制和能源管理的现场控制器的编程。源管理的现场控制器的编程
16、。1.3.6 BAS的软件平台的软件平台v 4. 实际产品举例实际产品举例Insight监控软件监控软件 Insight监控软件监控软件 是西门子是西门子APOGEE楼宇自控系统的运行管理软件平台楼宇自控系统的运行管理软件平台 Insight基于基于Windows操作系统，采用操作系统，采用Client/Server（客户端（客户端/服务器）架构，是以动态图形为界面，向用户提供楼宇管理和服务器）架构，是以动态图形为界面，向用户提供楼宇管理和监控的集成管理软件。监控的集成管理软件。 Insight可以通过一台运行可以通过一台运行Windows的的PC机管理和控制机管理和控制APOGEE楼宇设备。
17、楼宇设备。 Insight具有三大功能：具有三大功能： 监视功能：监视功能： 控制功能：控制功能： 管理功能：管理功能：1.3.6 BAS的软件平台的软件平台v Insight监控软件功能窗口示例监控软件功能窗口示例1.3.6 BAS的软件平台的软件平台v Insight监控软件功能窗口示例监控软件功能窗口示例1.3.6 BAS的软件平台的软件平台vInsight监控软件功能窗口示例监控软件功能窗口示例集散控制系统DCSDistributed Control System集散控制系统示意图第四代 DCS 技术特点l 四层结构：现场级、车间级、工厂级和企业级四层结构：现场级、车间级、工厂级和企业
18、级（通过提供开放的数据库接口，连接第三方的（通过提供开放的数据库接口，连接第三方的管理软件平台）。管理软件平台）。l 包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，实包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，实现混合控制。现混合控制。 l 全部采用全部采用IEC61131-3IEC61131-3标准进行组态软件设计。标准进行组态软件设计。l 都包含了各种形式的现场总线接口，可以支持都包含了各种形式的现场总线接口，可以支持多种标准的现场总线仪表、执行机构等。多种标准的现场总线仪表、执行机构等。 第四代 DCSl Honeywell Honeywell 公司的公司的Experion PKSExperion P
19、KSl Emerson Emerson 公司的公司的PlantWebPlantWebl FoxboroFoxboro公司的公司的A2A2l 横河公司的横河公司的R3R3l ABBABB公司的公司的 Industrial ITIndustrial ITl 和利时和利时 MACSMACSSmartproSmartprol 浙大中控浙大中控 WebfieldWebfield（ECSECS）系统）系统l 新华新华 XDPFXDPF400400系统系统现场总线系统 FCSFCS 应用在生产现场、在测量控制设备之间实现应用在生产现场、在测量控制设备之间实现双向串行多节点双向串行多节点数字通信的开放型控制网
20、络技术。数字通信的开放型控制网络技术。FCS与DCS相比之优势l 节省电缆和电缆桥架约节省电缆和电缆桥架约60%60%，节约厂房面积；，节约厂房面积；l 减少布线、安装调试费用减少布线、安装调试费用50%50%以上；以上；l 节省二次开发费用，缩短开发周期，一次性节省二次开发费用，缩短开发周期，一次性投资可降低投资可降低30%30%；l 备品备件种类明显减少，维修更加方便；备品备件种类明显减少，维修更加方便；l 有利于企业实施综合自动化策略。有利于企业实施综合自动化策略。 世界上流行的几种现场总线lFF ( Fieldbus Foundation) 基金会现场总线基金会现场总线 其前身是以美国
21、其前身是以美国Fisher-RousemountFisher-Rousemount公司为首，联合公司为首，联合FoxboroFoxboro、横河、横河、ABBABB、西门子等、西门子等8080家公司制订的家公司制订的ISPISP协议协议和以和以HoneywellHoneywell公司为首，联合欧洲等地的公司为首，联合欧洲等地的150150家公司制订家公司制订的的WordFIPWordFIP协议。协议。 屈于用户的压力，这两大集团于屈于用户的压力，这两大集团于19941994年年9 9月合并，成月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一
22、的现场总线协议。线协议。 基金会现场总线分低速基金会现场总线分低速H1H1和高速和高速H2H2两种通信速率。两种通信速率。 世界上流行的几种现场总线lLONWORKS 由美国由美国EcelonEcelon公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于共同倡导，于19901990年正式公布而形成的。年正式公布而形成的。 LonWorksLonWorks技术所采用的技术所采用的LonTalkLonTalk协议被封装在称之为协议被封装在称之为NeuronNeuron的芯片中并得以实现。的芯片中并得以实现。 LonWorksLonWorks公司的技术策略是鼓励各公
23、司的技术策略是鼓励各OEMOEM开发商运用开发商运用LonWorksLonWorks技术和神经元芯片，开发自己的应用产品技术和神经元芯片，开发自己的应用产品. .世界上流行的几种现场总线l Profibus 以德国以德国SiemensSiemens公司为主的十几家德国公司、研究所于公司为主的十几家德国公司、研究所于19841984年共同推出。年共同推出。 由由Profibus -DpProfibus -Dp、Profibus -FMSProfibus -FMS、Profibus-PAProfibus-PA组成。组成。 Profibus-DpProfibus-Dp 是一种高速低成本通信，用于设备
24、级控制系是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式统与分散式I/OI/O的通信。的通信。 Profibus-PAProfibus-PA专为过程自动化设计，可使传感器和执行机专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上构联在一根总线上 Profibus-FMSProfibus-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。实时多主网络。l Profibus 世界上流行的几种现场总线lCAN ( Control Area Network ) 最早由德国最早由德国BOSCHBOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行公司推出，用于汽车内部
25、测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISOISO国际标准组织国际标准组织制订为国际标准，得到了制订为国际标准，得到了MotorolaMotorola、IntelIntel、PhilipsPhilips、SiemensSiemens、NECNEC等公司的支持，已广泛应用在离散控制领域。等公司的支持，已广泛应用在离散控制领域。 世界上流行的几种现场总线lHART ( HighwayAddressableRemoteTransduer ) 由美国由美国RosemoutRosemout公司于公司于19851985年推出的一种用于现场智能年推出的一种用于现场
26、智能仪表和控制室设备之间的通信协议，得到仪表和控制室设备之间的通信协议，得到8080多家著名仪表公多家著名仪表公司的支持，于司的支持，于19931993年成立了年成立了HARTHART通信基金会。其特点是现有通信基金会。其特点是现有模拟信号传输线上实现数字通信，属于模拟系统向数字系统模拟信号传输线上实现数字通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中工业过程控制的过渡性产品，因而在当前的过渡转变过程中工业过程控制的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较好的发展。时期具有较强的市场竞争能力，得到了较好的发展。 异构控制网络互连现场总线集成于现场总线集成于DCSDCS系统系统是
27、现阶段控制网络的发展趋势是现阶段控制网络的发展趋势 脑筋急转弯l偷吃苹果需要几步？l苹果什么时候可以摘？1 1、发现苹果；、发现苹果；2 2、信息传给大脑，产生想偷吃的念头；、信息传给大脑，产生想偷吃的念头；3 3、决定偷吃，伸手拿来，一口咬下去；、决定偷吃，伸手拿来，一口咬下去；4 4、不幸被主人看到、不幸被主人看到 挨扁！挨扁！概念延伸u眼睛眼睛检测单元检测单元u手、嘴手、嘴执行单元执行单元u大脑大脑控制单元控制单元u神经神经传输单元传输单元u主人主人管理单元管理单元 案例中包含了哪些智能单元？它们各是什么？思考执行单元执行单元控制单元控制单元检测单元检测单元管理管理单元单元传输单元传输单
28、元你讲 我讲 大家讲BAS的的“霍氏家族霍氏家族”以太网以太网TCP/IP服务器服务器工作站工作站BNA控制总线控制总线C-BusXL500XL500XL500Lon-BusLon模块模块管理单元管理单元( (上位机上位机+ +网络接口网络接口) )管理软件管理软件 EBIEBI SymmetrE SymmetrE控制单元控制单元（DDC + I/ODDC + I/O模块）模块）* * 编程软件编程软件 CARECARE监测单元监测单元（温度传感器、压力传感器、（温度传感器、压力传感器、压差开关、水流开关等）压差开关、水流开关等）传输单元传输单元（网线、总线、信号线）（网线、总线、信号线）执行单元执行单元（水阀、风阀等）（水阀、风阀等）以太网以太网TCP/IP服务器服务器工作站工作站BNA控制总线控制总线C-BusXL500XL500XL500Lon-BusLon模块模块XXXXXXX情境1小结：1 BAS的网络结构2 BAS的硬件设备作业：工作页2恭喜完成情境1的学习任务！
