1、楼宇设备自动化技术第一节第一节 楼宇设备自动化系统楼宇设备自动化系统(BAS)的功能的功能一、BAS的对象环境二、BAS的功能要求三、BAS的软件功能四、BAS的技术基础三、BAS的软件功能系统软件系统软件系统软件包括以下功能:系统操作管理 。交互式系统界面 报警、故障的提示和打印 警报的处理 系统开发环境 多种控制方式 系统辅助功能设定 分站软件分站软件分站软件用于现场控制器。分站软件应包括以下系统功能模块:采样和数据处理功能 报警设定控制程序数学功能 通信控制 四、BAS的技术基础楼宇自动化系统(BAS)将各个控制子系统集成为一个综合系统，其核心技术是集散控制系统广义的BAS系统组成概念图
2、 高压变配电控制子系统低压配电控制子系统应急发电控制子系统正常照明控制子系统事故照明控制子系统装饰照明控制子系统照明控制与管理计算机环境控制与管理计算机自动监测与报警子系统消防报警与控制计算机保安监视与控制计算机交通运输监控计算机广播系统监控计算机楼宇管理计算机电力供应与管理计算机空调及冷热源控制系统通风环境监控子系统给水排水监控子系统卫生设备监控子系统污水处理监控子系统灭火排烟控制子系统消防联动控制子系统保安防盗报警子系统电视监控子系统出入查证监控子系统电子巡更监控子系统电梯运行监控子系统停车场监控子系统车船队运行管理子系统背景音乐多媒体系统紧急事故广播子系统楼宇机电设备、设施第二节第二节
3、集散控制集散控制一、集散控制系统的基本概念二、集散控制系统的基本组成与系统结构三、现场控制站的功能与结构四、操作员站的功能与结构五、集散控制系统的特点一、集散控制系统的基本概念集散型计算机控制系统的结构是一个分布式系统，从整体逻辑结构上讲，是一个分支树结构 多层树状结构 全系统分系统1子系统1分系统2分系统3子系统2子系统n过程控制级控制管理级生产管理级二、集散控制系统的基本组成与系统结构集散控制系统是由分散过程控制装置、操作管理装置、通信系统三大部分组成 操作、管理人员集中操作和管理数据通信分散过程控制装置生产过程(控制对象)集散系统过程界面人机界面分散过程控制装置分散过程控制装置分散过程控
4、制装置是集散控制系统与生产过程间的界面，生产过程的各种过程变量通过分散过程控制装置转化为操作监视的数据，而操作的各种信息也通过分散过程控制装置送到执行机构。操作管理装置操作管理装置操作管理装置是操作人员与集散控制系统间的界面，操作人员通过操作管理装置了解生产过程的运行状况，并通过它发出操作指令给生产过程。通信系统通信系统分散过程控制装置与操作管理装置之间需要有一个桥梁来完成数据之间的传递和交换,这就是通信系统集散控制系统结构特征集散控制系统结构特征递阶控制结构 分散控制结构 1)组织人事的分散 2)地域的分散 3)功能的分散 4)负荷的分散 冗余化结构 1)同步运转方式 2)待机运转方式 3)
5、后退运转方式 4)多级操作方式 集散控制系统的典型结构集散控制系统的典型结构模件化控制站+与MAP兼容的宽带、载带局域网+信息综合管理系统 宽带局域网（最多可连接64个载波带局域网）10Mbps 15Km宽带局域网接口载波带局域网 5Mbps 2Km节点1载波带局域网接口节点总线（最多连接32个站）AP 应用 处理器CP 控制 处理器WP 工作站处理器COMM 通信处理器PC 个人 计算机硬盘软盘磁带机现场总线模件CRTMOUSE工程师键盘操作员键盘打印机终端节点总线接口现场总线模件现场总线模件现场总线INI 信息 网接口其它计算机X.25DP 盘显示处理器盘显示站现场总线隔离节点N.节点2分
6、散过程控制站+局域网+信息管理系统HG 数据公路接口NIM 网络接口模件PLC接口NG 网间接口基本控制器扩展控制器多功能控制器高级多功能控制器过程接口单元操作员工作站逻辑控制器数据公路端口PC串行接口通用计算机接口HG 数据公路接口高速数据公路高速数据公路万能控制网络LM 逻辑管理器PM 过程管理器APM 高级过程管理器数字化集成仪表PLCPLC万能工作站万能操作站局部控制网应用模件历史模件计算机模件上位计算机其它计算机设备全局网络分散过程控制站+高速数据公路+操作站+上位机 可编程逻辑控制器PLC+通信系统+操作管理站 单回路控制器+通信系统+操作管理站 工业级微机+通信系统+操作管理机
7、FP3FP1RS-232C-NETAdapterFP3最多可接32PLC三、现场控制站的功能与结构现场控制站的功能现场控制站的功能在集散控制系统中，各种现场检测仪表(如各种传感器、变送器等)送来的过程信号均由现场控制站进行实时的数据采集、滤波、非线性校正及各种补偿运算、上下限报警及累积量计算等,在现场控制站还可完成各种闭环反馈控制、批量控制与顺序控制等功能.现场控制站的结构现场控制站的结构过程对象变送器传感器执行器AIDIAODO控制算法CPU通讯显示后备电源按键上位机用于现场控制站的智能调节器与用于现场控制站的智能调节器与PLC除上述标准结构的现场控制站外，DCS越来越多地采用了各种智能数字
8、调节器与可编程序控制器(PLC)PLC与DCS连接 通信控制器现场总线.PLCPLCPLC数字调节器智能仪表（上位计算机网络）分站四、操作员站的功能与结构中心计算机站的功能中心计算机站的功能集散型控制系统的中心计算机站提供了集中监示、对现场直接操作、系统生成以及诊断等功能。它是几个部分的统称，其主要部分是操作员站和工程师站。操作员站的功能操作员站的功能操作员站的显示管理功能 操作员站的打印功能 组态功能 操作员站的组成操作员站的组成 操作员站有以下几个组成部分：处理机系统、显示设备、操作键盘、打印设备、存储设备以及一个支撑和固定这些设备的操作台。五、集散控制系统的特点分级递阶控制分级递阶控制分
9、散控制分散控制自治性自治性协调性协调性友好性友好性适应性、灵活性和可扩充性适应性、灵活性和可扩充性开放系统开放系统可靠性可靠性第三节第三节 BAS的体系结构的体系结构一、BAS体系结构的优选二、集散型BAS的体系结构三、集散型BAS的几种方案四、BAS的发展趋势一、BAS体系结构的优选对于楼宇自动化（BAS）这一个规模庞大、功能综合、因素众多的大系统，要解决的不仅是各子系统的局部优化问题，而且是一个整体综合优化问题。若采用集中式计算控制，则所有现场信号都集中于同一地方，由一台计算机进行集中控制。这种控制方式虽然结构简单，但功能有限，且可靠性不高，故不能适应现代楼宇管理的需要。与集中式控制相反的
10、就是集散控制，集散控制以分布在现场被控设备附近的多台计算机控制装置，完成被控设备的实时监测、保护与控制任务，克服了集中式计算机控制带来的危险性高度集中和常规仪表控制功能单一的局限性；以安装于集中控制室并具有很强的数字通信、CRT显示、打印输出与丰富控制管理软件功能的管理计算机，完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制功能，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难与无法统一管理的缺点。管理计算机与现场控制计算机的数据传递由通信网络完成。集散控制充分体现了集中操作管理、分散控制的思想。因此集散控制系统是目前BAS广泛采用的体系结构。二、集散型BAS的体系结构集散型楼宇自动化系统的体系结构，如图所示,其
11、基本特征是功能层次化 D D CD D C供 配 电 系 统D D CD D C照 明 系 统运营管理层监督控制层现场控制层.中央处理装置(计算机)监督控制计算机监督控制计算机现场控制器三、集散型BAS的几种方案1.按楼宇设备功能组织的集散型按楼宇设备功能组织的集散型BAS系统系统灯光照明控制子系统空调及冷热源控制子系统网络服务器数据服务器系统监测中心通讯控制器DDC现场控制器区域控制计算机DDC现场控制器DDC现场控制器通讯控制器DDC现场控制器DDC现场控制器DDC现场控制器通讯控制器DDC现场控制器DDC现场控制器DDC现场控制器通讯控制器DDC现场控制器DDC现场控制器DDC现场控制器
12、.综合营运管理现场装置现场装置现场装置现场装置2.按楼宇建筑层面组织的集散型按楼宇建筑层面组织的集散型BAS系统系统现场通讯网络灯光照明空调及冷热源给水排水网络服务器监控、管理中心通讯控制器DDC现场控制器DDC现场控制器DDC现场控制器现场通讯网络灯光照明空调及冷热源给水排水通讯控制器DDC现场控制器DDC现场控制器DDC现场控制器现场通讯网络灯光照明空调及冷热源给水排水通讯控制器DDC现场控制器DDC现场控制器DDC现场控制器第一层楼面控制子系统(区域控制)第二层楼面控制子系统(区域控制)第n层楼面控制子系统(区域控制)区域控制计算机区域控制计算机区域控制计算机混合型的集散型混合型的集散型
13、BAS系统系统这是兼有上述二种结构特点的混合型,即某些子系统(如供电、给排水、消防、电梯)采用按整座楼宇设备功能组织的集中控制方式,另外一些子系统(如灯光照明、空调、等等)则按楼宇建筑层面组织的分区控制方式。这是一种灵活的结构系统,它兼有上述两种方案的特点,可以根据实际的需求而调整。四、四、BAS的发展趋势的发展趋势 1.现场总线简介现场总线简介20世纪90年代以来，随着网络技术的进步，现场中的第一级传感器执行器和第二级分站合并成为一级，即所谓测控合一的单层分布式控制网络，成为控制技术发展的主流方向。这就是现场总线控制系统Fieldbus Control System。现场总线控制系统充分反映
14、了控制网络的主要特点：控制现场高度分散；控制规模可大可小；控制节点成本低廉而功能单一，绝对稳定而不易失效；传输介质多种多样；共存于同一网络；数据通信安全可靠；控制信息短而精确；信息传递方式以控制为目的，分成不同方式实现，如单纯发出信息、发出信息要求反馈确认、接受信息要求发出信息出示密码等多种方式,以确保控制准确无误。在楼宇自动化领域，LonWorks现场总线技术得到世界上本行业大多数制造商的承认，其通信协议LonTalk被美国标准化学会批准的BACnet（楼宇自动控制的网络）所采纳，作为物理数据链路层5种基本通信方式之一，写在ABSI/ASHRAE135-1995中。通过通过BACnet路由器
15、实现异种楼宇自动化系统的联接路由器实现异种楼宇自动化系统的联接控制网络与管理信息网络的联接控制网络与管理信息网络的联接BACnet控制网络与局域网的互联第四节第四节 智能化楼宇的智能化楼宇的BAS系统设计系统设计一、BAS系统的检测技术与设备二、典型执行机构三、典型BA系统设计一、BAS系统的检测技术与设备电量检测技术与设备电量检测技术与设备(1)直流电压、电流的测量(2)正弦交流电压、电流的测量 被测直流电压放大器A/D转换器CPUDDC被测直流电流I/V转换放大器05V010V5V10VUI被测变流电压A/D转换器CPUDDC被测交流电流I/V转换05V010Vv(t)i(t)交-直流变换
16、器电流互感器交-直流变换器电压互感器 温度、湿度的检测技术与设备温度、湿度的检测技术与设备楼宇自动化中温度检测器的结构 热电阻测量电路原理图 室外型传感器外壳水管式风道式室内墙挂式电阻-电压变换调零、增益,低通滤波热电阻Pt100Pt100005V010V420mA 压力、液位的自动检测压力、液位的自动检测常用的压力的自动检测装置原理如下图 电容式差压传感器结构原理 通过弹性元件将(压)力变换成位移的变化位移检测器将位移变换成电量放大、调零滤波等信号调理电路被测压力压差P,P05V,010V420mA弹簧管,波纹管,膜片电容式,电感式测量膜片(动电极)固定电极隔离膜硅油电容引出线PP12PPP
17、xxx弹簧管波纹管膜片波纹管与弹簧组合流量、容积的自动检测流量、容积的自动检测流量计原理图 压差变送器管子中心处管壁附近1-涡轮,2-磁铁,3-支承,4-线圈,5-导流器,6-壳体二、典型执行机构执行器一般由执行机构、调节机构两部分组成。其中执行机构是执行器的推动部分，按照控制器输送的信号大小产生推力或位移，调节机构是执行器的调节部分。我们常见的是调节阀，它接受执行机构的操纵改变阀芯与阀座间的流通面积，达到调节工艺介质的流量。执行机构使用的能源种类可分为气动、电动、液动三种。在智能楼宇中常用电动执行器。电动执行器电动执行器a)直行程电动执行器 b)角行程电动执行器电动执行机构的组成一般采用随动
18、系统的方案，如图所示:(a)(b)伺服放大器电机减速器阀行程调节阀位置传感器输入信号 电磁阀电磁阀电磁阀是常用电动执行器之一，多用于两位控制 电磁阀结构原理 先导式电磁阀结构原理 活动铁芯阀盖线圈复位弹簧阀塞固定铁芯活动铁芯阀盖线圈复位弹簧固定铁芯平衡孔排出孔主阀塞上腔 电动阀电动阀电动调节阀是以电动机为动力元件，将控制器输出信号转换为阀门的开度，它是一种连续动作的执行器。电动执行机构根据配用的调节机构不同，输出方式有直行程、角行程和多转式三种类型，分别同直线移动的调节阀，旋转的蝶阀，多转的感应调节器等配合工作。电动阀结构原理 阀盖电动直行程执行机构阀杆阀芯阀座流量Q位移L调节阀的流量特性是指
19、流过阀门的相对流量值与阀门的相对开度值之间的关系：式中，是调节阀在某一开度时的流量 与阀全开时的流量 之比，称为相对流量,l/L是调节阀在某一开度时阀杆行程l与全开时的行程L之比，称为相对开度。当调节阀前后压差不变的情况下(P=常数)，得到的相对流量与相对开度的关系，称为理想流量特性，当调节阀前后压差变化的情况下，阀的相对开度与相对流量的关系，称为工作流量特性。工作流量特性可以用计算的方法求得。目前国内生产的调节阀，有直线、等百分比(对数)和快开(抛物线)三种特性。)/(/maxLlfQQQ Q/maxQQmax直线流量特性 它是指调节阀的相对开度与相对流量成直线关系。即：式中,C是常数，经积
20、分，并代边界条件，当l=0,(指阀在全闭时，仍有一定的泄漏量）；当l=L,，得出：式中R是调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比，又称可调比。d Q Qd l LC(/)(/)maxQQminQQmaxQ QRRl LRQQ/()/)/maxmaxmin111等百分比流量特性 它是指单位行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即：将此式积分，并代入相同的边界条界可得：从数学关系式可看出呈指数关系，故等百分比流量特性又称对数特性。d Q Qd l LC Q Q(/)(/)(/)maxmaxQ QRQQl LR/max(/)maxmin1快开流量特性 这种阀的特性是在阀行程比较小时
21、，流量比较大，随着行程的增大，流量很快就达最大(呈饱和)，故称快开特性。这种特性曲线的斜率随行程而减小，当行程达最大时，曲线斜率趋向于0，几乎与横轴平行，因此可以假定当l=L时斜率为O，是一个单调递减函数，即可表示:将此式积分，并代入相同的边界条界可得：快开特性的阀芯形状为平板式。这种阀门的有效行程应在D/4(D为阀的通径)以内，当行程再增大，阀的流通面积就不再增大，便不能起调节作用了。此阀适用于迅速开闭。d Q Qd l LKl L(/)(/)(/)max1Q QRl L/(/)max(/)11 121三种流量特性曲线如图所示。20406080100l/L(%)20406080100Qmin
22、QQmax(%)直线等百分比快开流量特性的选择一般从以下几方面考虑：1)对于双位调节和程序控制的应用，一般是选快开特性。2)根据调节对象的特性的原则:一般凡是具有自平衡能力的调节对象都可选择等百分比流量特性的调节阀，不具有自平衡能力的调节对象则选择直线流量特性的调节阀。3)根据管路系统中调节阀全开时压差与系统总压差的比值原则，当压差比大于0.7时，可选用直线特性的调节阀；当压差比在0.70.4之间时，可选用快开(抛物线)特性的调节阀，当压差比在0.40.1之间时,选用等百分比(对数)特性调节阀。4)根据可调范围的原则:一般要求调节范围大的，选用等百分比特性的调节阀具有较强的适应性。上述几方面在
23、具体的控制系统中还应根据情况考虑，首先应满足压差比的原则。同时在分析控制系统的特性时，应考虑调节阀的非线性因素（等百分比、快开特性调节阀）。风门风门风门用来精确控制风的流量,其结构原理如图所示。风门由若干叶片组成，当叶片转动时改变流道的等效截面积，即改变了风门的阻力系数，其流过的风量也就相应地改变，从而达到了调节风流量的目的。风道风道风道全开半开全关风门叶片叶片角=0叶片角=90叶片角=三、典型BA系统设计系统由四个主要部分组成：1)中央控制站 2)通信网络及DDC 3)现场支承硬件 4)控制软件 BAS系统结构 DDCDDCDDCDDCDDCDDCDDCDDCDDCDDC供配电空调照明通风冷热源应急发电消防保安出入控制紧急广播N2总线以太网工作站1打印机打印机工作站2网络控制器NCUN2总线网络控制器NCU谢谢
