1、第二章第二章 智能建筑信息技术基础智能建筑信息技术基础2.1 计算机控制技术2.1.1 计算机控制基本原理电子技术电子技术计算机应用技术计算机应用技术自动控制技术自动控制技术计算机计算机控制技术控制技术计算机控制系统基本框图2.1.1 计算机控制基本原理A/D转换器：转换器：将模拟信号转换为数字信号的模数（Analog to Digital，A/D）转换器D/A转换器：转换器：将数字信号转换为模拟信号的数模（Digital to Analog，D/A）转换器计算机控制系统的控制过程2.1.1 计算机控制基本原理数据数据采集采集决策决策控制控制对连续量的变化过程进行控制，要求控制系统能够满足实时
2、性要求，即在确定的时间内对输入量进行处理并做出反应。计算机控制系统的硬件组成框图2.1.1 计算机控制基本原理计算机控制系统的软件组成2.1.1 计算机控制基本原理软件软件系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统汇编语言汇编语言高级算法语言高级算法语言过程控制语言过程控制语言数据库数据库通信软件通信软件诊断程序诊断程序 过程输入程序过程输入程序打印程序打印程序过程控制程序过程控制程序 过程输出程序过程输出程序人机接口程序人机接口程序控制系统组态控制系统组态公共服务程序公共服务程序画面生成画面生成报表曲线生成报表曲线生成2.1.2 计算机控制系统典型形式 数据采集和操作指导控制系统数据采
3、集和操作指导控制系统，含计算机信息采集系统计算机信息采集系统（Data Acquisition System，DAS）和操作控制系统操作控制系统（Data Process System，DPS）。l开环系统l结构简单l安全可靠l需要引入人工操作，以致速度不快、被控对象数量受限 直接数字控制系统2.1.2 计算机控制系统典型形式直接数字控制系统直接数字控制系统（Direct Digital Control，DDC）是目前国内外应用较为广泛的计算机控制系统。l闭环控制系统l没有操作人员的直接参与l实时性好l可靠性和适应性较强l在自控系统中得到了普遍应用 监督控制系统2.1.2 计算机控制系统典型形
4、式监督控制系统监督控制系统（Supervisory Computer Control，SCC）有两种结构形式：1）SCC+模拟调节器的控制系统 监督控制系统2.1.2 计算机控制系统典型形式2）SCC+DDC分级控制系统 集散控制系统（第三章详细介绍）2.1.2 计算机控制系统典型形式集散控制系统集散控制系统（Distributed Control System，DCS）又称分布控制系统或分散控制系统。第一级：现场控制级第二级：监控级第三级：企业管理级其是分散控制分散控制 集中操作集中操作分级管理 配置灵活组态方便 现场总线控制系统（第三章详细介绍）2.1.2 计算机控制系统典型形式现场总线控
5、制系统（Fieldbus Control System，FCS）是在集散控制系统的基础上发展起来的，是新一代分布式控制系统。现场总线的含义及优越点主要表现在以下方面：（1）现场通信网络（2）互操作性（3）分散功能模块（4）通信线供电（5）开放式互连网络（6）“傻瓜”性2.1.3 工业控制计算机工业控制计算机工业控制计算机（Industrial Personal Computer，）是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的设备总称。是用于实现工业生产过程控制和管理的计算机，又称过程计算机，它是自动化技术工具中最重要的设备。2.1.3 工业控制计算机 工控机分类工业控制
6、计算机总线型工业控制计算机总线型工业控制计算机可编程控制器可编程控制器单片机单片机IPCPLCMCU2.1.3 工业控制计算机 IPC的主要特点可靠性可靠性 实时性实时性 扩充性扩充性 兼容性兼容性 IPC的发展历程第一代第二代第三代l 80年代-90年代末 开创低成本工业自动化技术先河l STD总线工控机l 90年代初-PC-based时代l PC/104总线工控机 仍占一席之地l 90年代末-迅速发展和普及的第三代技术l CompactPCI2.1.3 工业控制计算机 IPC的组成结构2.1.4 可编程控制器可编程控制器可编程控制器（Programmable Logic Controlle
7、r，PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计，适应多品种，小批量生产的需求。2.1.4 可编程控制器 PLC的组成结构存储器通信接口输入/输出接口（I/O模块）中央处理单元CPU电源可编程控制器结构图2.1.4 可编程控制器 PLC主要厂商及型号三菱:FX系列，Q系列西门子：S7-200，S7-300，S7-400，S7-1200欧姆龙：CQM1系列，C200H系列，CS1系列，CJ1系列 施耐德：Modicon M340，M218，M238，M258ABB:AC31，AC500，AC800F，AC800M松下：FP-e，FP0，FP，FP1，FP-M，FP2，FP2S
8、H，FP3，FP10SH，FP-x和利时：LM,LK海为：E系列，S系列台达：DVP-EX，EX2，ES2，ES，EH2，SS富士：Flex NS/NJ/NB NWO系列，MICREX-SX SPB系列永宏;B1，B1Z罗克韦尔：CompactLogix PLC-5，SLC 5002.1.4 可编程控制器 PLC工作原理l 分时工作l 循环扫描循环扫描流程：（1）输入处理（2）程序处理（3）输出处理2.1.4 可编程控制器l 可靠性高l 适用性强l 易学易用l 维护方便，容易改造l 体积小，重量轻，能耗低 PLC的主要特点2.1.4 可编程控制器在可编程控制器中有多种程序设计语言：l 梯形图语
9、言l 布尔助记符语言（语句表）l 功能表图语言l 功能模块图语言l 结构化语句描述语言 PLC编译语言梯形图2.1.4 可编程控制器 PLC编译语言语句表（布尔助记符程序设计语言）2.1.4 可编程控制器 PLC编译语言2.1.5 单片机单片微型计算机简称单片机（Single Chip Microcomputer），又称微控制器（Micro Computer Unit）。目前国外已普遍称之为微控制器微控制器 MCU（Micro Controller Unit）。2.1.5 单片机 MCU的构成 MCU的主要特点l 系统结构简单，使用方便，实现模块化l 可靠性高l 处理功能强，速度快l 低电压，
10、低功耗，便于生产便携式产品l 控制功能强l 环境适应能力强2.1.5 单片机 单片机开发系统2.1.5 单片机仿真器仿真器keil Ckeil C编译器窗口编译器窗口2.2 传感器及执行器2.2.1 传感器概述传感器传感器 Transducer/Sensor被测量信息物理量化学量生物量电信号（或其他形式信息）传输处理存储显示控制记录（1）传感器的定义2.2 传感器及执行器2.2.1 传感器概述（1）传感器的定义传感器构成框图：2.2 传感器及执行器传感器力/压力敏传感器能耗传感器液位传感器热敏传感器射线辐射传感器加速度传感器位置传感器速度传感器（2）传感器分类按用途分类2.2 传感器及执行器按
11、原理分类传感器振动传感器气敏传感器磁敏传感器生物传感器湿敏传感器真空度传感器（2）传感器分类2.2 传感器及执行器按输出信号分类传感器模拟传感器开关传感器数字传感器数字传感器（2）传感器分类2.2 传感器及执行器按制作工艺分类传感器集成传感器陶瓷传感器厚膜传感器薄膜传感器（2）传感器分类2.2 传感器及执行器按测量方法的学科领域分类传感器物理型传感器化学型传感器生物型传感器（2）传感器分类2.2 传感器及执行器按其构成分类传感器基本型传感器组合型传感器应用型传感器（2）传感器分类2.2 传感器及执行器按作用形式分类传感器主动型传感器被动型传感器（2）传感器分类2.2 传感器及执行器测量对象与测
12、量环境线性范围频率响应特性灵敏度精度稳定性传感器选型传感器选型考虑因素考虑因素（3）传感器的选型原则2.2 传感器及执行器静态特性静态特性动态特性动态特性2.2.2 传感器的特性与指标传感器的特性分为两类：2.2 传感器及执行器线性度漂移灵敏度分辨力迟滞稳定性静态误差阈值重复性2.2.2 传感器的特性与指标静态特性表示传感器在被测输入量输入量各个值处于稳定状态稳定状态时的输出-输入关系。静态特性静态特性2.2 传感器及执行器瞬态响应特性频率响应特性2.2.2 传感器的特性与指标动态特性动态特性动态特性是反映传感器对随时间变化随时间变化的输入输入量量的响应特性。2.2 传感器及执行器(5)不同种
13、类传感器工作原理电阻式传感器电阻式液位传感器2.2 传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理电感式传感器2.2 传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理电容式传感器2.2 传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理压电式加速度传感器压电式传感器2.2 传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理磁电式传感器磁电式(无源)转速传感器恒磁通式磁电传感器结构图2.2 传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理霍尔传感器2.2 传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理热电式传感器2.2 传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理光电式传感器2.2 传感器及执行器(6)智能传感器本身消除异常值和例外
14、值1具有信号处理功能2随机整定和自适应3具有一定程度的存储、识别和自诊断功能4内含特定算法并可根据需要改变5智能传感器具备以下条件2.2 传感器及执行器(6)智能传感器智能传感器的主要特征是敏感技术和信息处理技术的结合2.2 传感器及执行器(6)智能传感器智能传感器的商用产品执行器（Final Controlling Element）自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。2.2 传感器及执行器(7)执行器2.3 计算机测控系统接口技术(1)控制器控制器（Controller）是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的
15、主令装置。2.3 计算机测控系统接口技术(2)数字量和模拟量接口I/O 接口2.3 计算机测控系统接口技术(2)数字量和模拟量接口D/A 转换器数字量模拟量R2R梯形电阻解码网络原理图2.3 计算机测控系统接口技术(2)数字量和模拟量接口A/D 转换器数字量模拟量逐次逼近式A/D转换2.3 计算机测控系统接口技术(2)数字量和模拟量接口D/A 转换器主要参数分辨率工作温度输入编码输出电平稳定时间A/D 转换器主要参数分辨率工作温度转换时间转换精度量程2.3 计算机测控系统接口技术(3)通信总线接口技术计算机和外部交换信息，称为通信通信（Communication）。通信并行通信并行通信串行通信
16、串行通信全双工方式全双工方式半双工方式半双工方式同步通信同步通信异步通信异步通信2.3 计算机测控系统接口技术(3)通信总线接口技术标准的异步通信数据格式2.4 自动控制相关技术机械技术电子电工技术微电子技术信息技术传感器技术接口技术信号变换技术(1)机电一体化机电一体化机电一体化智能化智能化模块化模块化网络化网络化微型化微型化绿色化绿色化系统化系统化2.4 自动控制相关技术(2)计算机容错技术容错容错（Fault-tolerance）容忍故障，考虑故障一旦发生时能够自动检测出来并使系统能够自动恢复正常运行。容错软件实现容错技术，主要依靠冗余冗余结构冗余信息冗余时间冗余冗余附加技术故障限制故障限制故障检测故障检测故障屏蔽故障屏蔽重试重试诊断诊断重组重组恢复恢复修复修复重构重构2.4 自动控制相关技术(2)计算机容错技术容错系统的一般阶段
