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1、 楼宇智能化技术楼宇智能化技术广东工业大学自动化学院广东工业大学自动化学院第五章第五章 楼宇设备自动化技术楼宇设备自动化技术第一节 楼宇设备自动化系统(BAS)的功能第二节 集散控制第三节 BAS的体系结构第四节 智能化楼宇的BAS系统设计第一节第一节 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的技术基础一、BAS的对象环境智能化建筑中的建筑机电设备和设施就是楼宇自动化系统的对象和环境,通常可将建筑机电设备和设施按功能划分为七个子系统:1)电力供应系统(高压配电、变电、低压配电、应急发电);2)照明系统(工作
2、照明、事故照明、艺术照明、障碍灯等特殊照明);3)环境控制系统(空调及冷热源、通风环境监测与控制、给水、排水、卫生设备、污水处理);4)消防系统(自动监测与报警、灭火、排烟、联动控制、紧急广播);5)保安系统(防盗报警、电视监控、出入口控制、电子巡更);6)交通运输系统(电梯、电动扶梯、停车场、车队);7)广播系统(背景音乐、事故广播、紧急广播)。二、BAS的功能要求BAS的整体功能可概括为四个方面：设备控制自动化设备控制自动化 (1)变配电设备及应急发电设备测控 (2)照明设备测控 (3)通风空调设备测控 (4)给排水设备测控 (5)电梯设备测控 (6)停车场管理与控制防灾自动化防灾自动化
3、(1)防火系统 (2)防盗系统 (3)防灾系统 设备管理自动化设备管理自动化 (1)水、电、煤气等使用计量和收费管理。(2)设备运转状态记录及维护、检修的预告。(3)定期通知设备维护及开列设备保养工作单。(4)设备的档案管理。(5)会议室、停车场等场所使用的预约申请、管理 能源管理自动化能源管理自动化三、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
4、 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 第二节第二节 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 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 分散过程控制装置分散过程控制装置分散过程控制装置是集散控制系统与生产过程间
5、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)后退运转方式 4)多级操作方式
6、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 分散过程控制站+局域网+信息管理系统分散过程控制站+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 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
7、制站的结构现场控制站的结构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调节器与可编程序控制器(PLC)PLC与DCS连接 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
8、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，
9、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
10、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,其基本特征是功能层次化 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系统系统混合型的集散型混合型的集散型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
11、发展趋势 1.现场总线简介现场总线简介通过通过BACnet路由器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 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 压力、液位的自动检测压力、液
12、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 流量、容积的自动检测流量、容积的自动检测流量计原理图 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系统的方案，如图所示:电磁阀电磁阀电磁阀是常用电动执
13、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 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 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。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