第二章智能建筑的計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)

主要內(nèi)容(2學(xué)時(shí))第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類第三節(jié)BAS技術(shù)基礎(chǔ)基本要求：要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及體系結(jié)構(gòu),尤其深入理解適與智能建筑設(shè)備控制的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢。明確本課程主要研究方向及與本專業(yè)其他專業(yè)課程的關(guān)系。第二章智能建筑計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)智能建筑系統(tǒng)通常包括三個(gè)組成部分——樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OAS）和通信自動(dòng)化系統(tǒng)（CAS），即3A大廈；樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是智能建筑系統(tǒng)中一個(gè)重要基本組成部分，而智能建筑系統(tǒng)是建立在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的。數(shù)字計(jì)算機(jī)在樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為控制系統(tǒng)的重要組成部分完成控制任務(wù);計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱為數(shù)字控制系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)各種控制功能的自動(dòng)控制系統(tǒng)。第二章智能建筑計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成硬件部分:計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成硬件部分:計(jì)算機(jī)功能——按照預(yù)先編制好的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、控制量計(jì)算、報(bào)警等。同時(shí)，通過接口電路向系統(tǒng)的各個(gè)部分發(fā)出各種控制命令，指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。硬件部分:過程通道——過程通道是計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象之間交換數(shù)據(jù)信息的信道；按傳輸信號(hào)的形式可分為模擬量通道和開關(guān)量通道；按信號(hào)的傳輸方向可分為輸入通道和輸出通道。第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成模擬量輸入通道（AnalogInputs，AI）用來將被控對(duì)象的模擬量被控參數(shù)（被測參數(shù)），轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并送至計(jì)算機(jī)，它包括檢測元件（傳感器）、變送器、多路采樣器和模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器等。模擬量輸出通道（AnalogOutputs，AO）將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變換為模擬量后，去控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成開關(guān)量輸入通道（DigitalInputs，DI）用于將現(xiàn)場的各種限位開關(guān)或各種繼電器的狀態(tài)輸入計(jì)算機(jī)；開關(guān)量輸出通道（DigitalOutputs，DO）用來控制系統(tǒng)中的各種繼電器、接觸器、電磁閥門、指示燈、聲光報(bào)警器等只有開、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備。第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成硬件部分：控制操作臺(tái)——控制操作臺(tái)是人與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)系的設(shè)備，在控制操作臺(tái)上隨時(shí)顯示紀(jì)記錄系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和被控對(duì)象的參數(shù)，使操作人員及時(shí)地了解過程的狀態(tài)，進(jìn)行必要的干預(yù)，修改有關(guān)參數(shù)或緊急處理某些事件。當(dāng)系統(tǒng)某個(gè)局部出現(xiàn)意外或故障時(shí)，也在操作臺(tái)上產(chǎn)生報(bào)警信息。操作人員在操作臺(tái)上可修改程序和工藝參數(shù)，也可以按需要改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成硬件部分：控制操作臺(tái)操作臺(tái)包括以下設(shè)備：——CRT顯示器或LED數(shù)碼管顯示器、打印機(jī)、記錄儀等輸出設(shè)備；——鍵盤、功能控制按鈕和扳鍵（作用開關(guān)）等輸入裝置；——計(jì)算機(jī)外存器。如硬盤、磁盤機(jī)、磁帶機(jī)等，用來暫存系統(tǒng)數(shù)據(jù)和程序。第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成軟件部分：系統(tǒng)軟件——計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)自己的需要，執(zhí)行編制的控制程序、控制算法程序及一些服務(wù)程序；——控制軟件包括對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接檢測、控制的前沿程序，包括人-機(jī)聯(lián)系、對(duì)外圍設(shè)備管理的服務(wù)性程序，還有保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行的自檢程序等。軟件部分：應(yīng)用軟件——計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)自己的需要，執(zhí)行編制的控制程序、控制算法程序及一些服務(wù)程序；——控制軟件包括對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接檢測、控制的前沿程序，包括人-機(jī)聯(lián)系、對(duì)外圍設(shè)備管理的服務(wù)性程序，還有保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行的自檢程序等。第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分為以下幾種類型：——操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)；——直接數(shù)字控制系統(tǒng)；——集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線與分布控制系統(tǒng)。操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：——對(duì)現(xiàn)場隨時(shí)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)（如溫度、壓力、流量等）進(jìn)行巡回檢測、收集、記錄、統(tǒng)計(jì)、運(yùn)算、分析、判斷和處理；——若遇到某個(gè)參數(shù)超過限定值，操作人員可進(jìn)行處理——計(jì)算機(jī)并不直接控制生產(chǎn)過程。第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類直接數(shù)字控制系統(tǒng)——簡稱DDC系統(tǒng)（DirectDigitalControl）——計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測，并將監(jiān)測結(jié)果與給定值比較，按照控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，控制量通過接口直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制——這種方式在工業(yè)生產(chǎn)中使用較為普遍

第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類集散控制系統(tǒng)——集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）是采用集中管理、分散控制策略的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；——它以分布在現(xiàn)場的數(shù)字化控制器或計(jì)算機(jī)裝置完成對(duì)被控設(shè)備的實(shí)時(shí)控制、監(jiān)測和保護(hù)任務(wù)，具有數(shù)據(jù)處理、顯示、記錄及顯示報(bào)警等工作；——集散控制系統(tǒng)克服了集中控制帶來的危險(xiǎn)集中，系統(tǒng)可靠性差的問題，同時(shí)又避免了控制裝置分散在現(xiàn)場各處，人機(jī)聯(lián)系困難，無法統(tǒng)一管理的缺點(diǎn)，通過通信總線（現(xiàn)場總線或網(wǎng)絡(luò)）使整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)了信息和操作管理集中化、控制任務(wù)分散化的目標(biāo)。集散控制系統(tǒng)第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集散控制系統(tǒng)的功能分層

集散式建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)——隨著微電子學(xué)和通信技術(shù)的發(fā)展，過程控制的一些功能進(jìn)一步分散下移，出現(xiàn)了各種智能現(xiàn)場儀表。這些智能變送器、執(zhí)行器等簡化布線，減少模擬量在長距離輸送過程中的干擾和衰減的影響，便于共享數(shù)據(jù)以及在線自檢；——現(xiàn)場總線是適應(yīng)智能儀表發(fā)展的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均是智能儀表或設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)氖请p向的數(shù)字信號(hào)；——由于現(xiàn)場總線具有可靠性高，便于容錯(cuò)，全數(shù)字化，通信距離長，速率快，多節(jié)點(diǎn)，造價(jià)低廉，并且具有很強(qiáng)的抗干擾能力等一系列優(yōu)點(diǎn)，普遍用于智能建筑中。第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)第二節(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類典型的現(xiàn)場總線系統(tǒng)第三節(jié)BAS技術(shù)基礎(chǔ)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BuildingAutomationSystem）對(duì)樓宇內(nèi)各種機(jī)電設(shè)備進(jìn)行集中管理和監(jiān)控；主要包括空調(diào)及新風(fēng)系統(tǒng)、送排風(fēng)系統(tǒng)、冷凍站系統(tǒng)、熱交換站系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、垂直輸送系統(tǒng)等；對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、控制、信息記錄，實(shí)現(xiàn)分散節(jié)能控制和集中科學(xué)管理，為用戶提供良好的工作和生活環(huán)境，同時(shí)為管理者提供方便的管理手段，從而減少建筑物的能耗并降低管理成本。一、BAS自動(dòng)控制基本原理與系統(tǒng)組成

1、閉環(huán)控制/調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成常用的BAS控制系統(tǒng)根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)的不同可分為：單回路系統(tǒng)、多回路系統(tǒng)、比值系統(tǒng)、復(fù)合系統(tǒng)等。

1）單回路控制/調(diào)節(jié)系統(tǒng)

現(xiàn)代樓宇控制中，單回路控制／調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠滿足絕大部分的控制要求2)、多回路控制/調(diào)節(jié)系統(tǒng)

如果被控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性較為復(fù)雜，慣性比較大，采用單回路控制往往不能滿足要求。對(duì)這類控制對(duì)象，可中間變量或參數(shù)作為輔助控制變量，通過輔助回路對(duì)輔助變量的及時(shí)控制，共同完成對(duì)主要被控參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制，此為多回路系統(tǒng)。3）、比值控制/調(diào)節(jié)系統(tǒng)

凡是實(shí)現(xiàn)兩種或多種物料流量，控制參數(shù)保持嚴(yán)格比例關(guān)系的自動(dòng)控制系統(tǒng)稱為比值控制系統(tǒng)。

4）、復(fù)合控制/調(diào)節(jié)系統(tǒng)2、控制器調(diào)節(jié)特性及其選擇在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器，不管是開關(guān)式的位式控制器、模擬調(diào)節(jié)器還是數(shù)字化的DDC控制器，其控制規(guī)律絕大部分仍采用傳統(tǒng)的位置式、比例式、積分式、比例＋積分式和比例＋積分＋微分式五種。位置式調(diào)節(jié)所謂位置調(diào)節(jié)，也就是開關(guān)控制或開關(guān)調(diào)節(jié)。位置調(diào)節(jié)分雙位調(diào)節(jié)和三位調(diào)節(jié)兩種。1）雙位調(diào)節(jié)雙位調(diào)節(jié)的特性就是根據(jù)偏差值的正/負(fù)，輸出兩個(gè)不同的開關(guān)控制信號(hào)。

P：雙位調(diào)節(jié)器的輸出，取開（+1，on）、關(guān)（-1或0，off）兩種狀態(tài)；e：偏差值

實(shí)際使用雙位調(diào)節(jié)存在滯環(huán)區(qū)，所謂滯環(huán)區(qū)是指不至于引起調(diào)節(jié)器動(dòng)作的偏差的絕對(duì)

值。如果被調(diào)參數(shù)對(duì)給定值的偏差不超出這個(gè)絕對(duì)值區(qū)間，調(diào)節(jié)器的輸出將保持不變，這樣就避免了偏差在“0”（臨界點(diǎn)）附近，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)頻繁變化，引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)和相關(guān)設(shè)備頻繁啟停所帶來的不利影響。

雙位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)簡單，動(dòng)作可靠，所以在空調(diào)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用?？照{(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)盤管溫控器就是典型的雙位調(diào)節(jié)。室內(nèi)溫度由室內(nèi)溫度傳感器檢測，在冬天，溫控器工作在加熱模式下，當(dāng)室內(nèi)溫度超過設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器立即關(guān)閉電加熱器或熱水電動(dòng)兩通閥，停止熱水供應(yīng)，使室溫下降；相反，當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器立即啟動(dòng)電加熱器或打開電動(dòng)兩通閥，繼續(xù)熱水供應(yīng)，使室溫上升，實(shí)現(xiàn)室溫的自動(dòng)控制。在夏天，溫控器工作在制冷模式下，當(dāng)室內(nèi)溫度超過設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器立即開通冷凍水電動(dòng)兩通閥，使室溫下降；當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器立關(guān)閉電動(dòng)兩通閥，停止冷凍水供應(yīng)，使室溫上升，同樣達(dá)到室溫的自動(dòng)控制作用。電加熱器的開關(guān)、電動(dòng)兩通閥只有開／關(guān)兩種狀態(tài)，所以稱其為雙位調(diào)節(jié)。2）三位調(diào)節(jié)三位調(diào)節(jié)的特性就是根據(jù)偏差的大小，輸出三個(gè)不同的開關(guān)狀態(tài)控制信號(hào)。P：三位調(diào)節(jié)器的輸出，取+1、0、-1三種狀態(tài)，可認(rèn)為+1、0、-1三種狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)

電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、停、反轉(zhuǎn)三種工作狀態(tài)；或者對(duì)應(yīng)于某系統(tǒng)大、中、小三種工作方式等。實(shí)際的工程含義由具體的應(yīng)用確定。e：偏差值。?：輸出P取不同值時(shí)所對(duì)應(yīng)偏差值e的區(qū)間間隔，也可理解為調(diào)節(jié)器輸出對(duì)應(yīng)的偏差不靈敏區(qū)。二、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)常用傳感器1、溫度傳感器電阻測溫：根據(jù)銅、鉑、熱敏電阻的阻值來測溫半導(dǎo)體測溫：通過測量感溫元件（PN結(jié)）電壓來測溫?zé)犭娕紲y溫：通過測量熱電偶的電勢來測溫二、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)常用傳感器2、濕度傳感器阻抗式測濕電容式測濕3、流量傳感器節(jié)流式電磁式速度式容積式二、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)常用傳感器4、壓力傳感器電阻式壓差傳感器：將測壓彈性元件的輸出位移變換成滑動(dòng)電阻的觸點(diǎn)位移，通過測量電阻來測壓力電容式壓力傳感器：通過測量電容來測壓力壓電式壓力傳感器：利用壓電效應(yīng)原理測壓霍爾壓力傳感器：利用霍爾效應(yīng)原理測壓三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)

四、常用低壓電器接觸器是用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通與斷開交直流主電路及大容量控制電路的一種自動(dòng)切換電器。其主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可以用于控制其他電力負(fù)載、電熱器、電照明等。接觸器具有操作頻率高、使用壽命長、工作可靠、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。1．接觸器

2繼電器

繼電器是一種根據(jù)電氣量（電壓、電流等）或非電氣量（溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、時(shí)間等）的變化接通或斷開控制電路的自動(dòng)切換電器。

1）電磁式繼電器（1）電流繼電器電流繼電器是根據(jù)輸入電流大小而動(dòng)作的繼電器。欠電流繼電器的吸引線圈吸合電流為線圈額定電流的30%～

65%，釋放電流為額定電流的10%～20%，用于欠電流保護(hù)或控制。過電流繼電器在電路正常工作時(shí)不動(dòng)作，當(dāng)電流超過某一定值時(shí)才動(dòng)作，整定范圍為110%～400%額定電流。（2）電壓繼電器電壓繼電器是根據(jù)輸入電壓的大小而動(dòng)作的繼電器。過電壓繼電器的動(dòng)作電壓范圍為（105%～120%）UN；

欠電壓繼電器吸合電壓動(dòng)作范圍為（20%～50%）UN

（3）中間繼電器中間繼電器實(shí)際上是一種電壓繼電器，觸點(diǎn)對(duì)數(shù)多，觸點(diǎn)容量較大（額定電流為5～10A），其作用是將一個(gè)輸入信號(hào)變成多個(gè)輸出信號(hào)或?qū)⑿盘?hào)放大。時(shí)間繼電器是一種根據(jù)電磁原理或機(jī)械動(dòng)作原理來實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)系統(tǒng)延時(shí)接通或斷開的自動(dòng)切換電器。2）．時(shí)間繼電器熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理來切斷電路的保護(hù)電器。3）．熱繼電器

4）．速度繼電器速度繼電器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，主要用做籠型異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)，故又稱為反接制動(dòng)繼電器。

3、低壓斷路器低壓斷路器俗稱自動(dòng)開關(guān)，它相當(dāng)于刀開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合，集控制與多種保護(hù)于一身，并具有操作安全、使用方便、工作可靠、安裝簡單、分?jǐn)嗄芰?qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

4、主令電器主令電器是用來接通和分?jǐn)嗫刂齐娐芬园l(fā)號(hào)施令的電器。主令電器應(yīng)用廣泛，種類繁多，常見的有按鈕、行程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器等

按鈕是一種手動(dòng)且可以自動(dòng)復(fù)位的主令電器1）．按鈕
停止和急停按鈕顏色必須用紅色；

啟動(dòng)顏色