樓宇智能化技術(shù)第5章

樓宇智能化技術(shù)廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院第五章樓宇設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)第一節(jié)樓宇設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)的功能第二節(jié)集散控制第三節(jié)BAS的體系結(jié)構(gòu)第四節(jié)智能化樓宇的BAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié)樓宇設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)的功能一、BAS的對(duì)象環(huán)境二、BAS的功能要求三、BAS的軟件功能四、BAS的技術(shù)基礎(chǔ)一、BAS的對(duì)象環(huán)境智能化建筑中的建筑機(jī)電設(shè)備和設(shè)施就是樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的對(duì)象和環(huán)境,

通?？蓪⒔ㄖC(jī)電設(shè)備和設(shè)施按功能劃分為七個(gè)子系統(tǒng):1)電力供應(yīng)系統(tǒng)(高壓配電、變電、低壓配電、應(yīng)急發(fā)電);2)照明系統(tǒng)(工作照明、事故照明、藝術(shù)照明、障礙燈等特殊照明);3)環(huán)境控制系統(tǒng)(空調(diào)及冷熱源、通風(fēng)環(huán)境監(jiān)測與控制、給水、排水、衛(wèi)生設(shè)備、污水處理);4)消防系統(tǒng)(自動(dòng)監(jiān)測與報(bào)警、滅火、排煙、聯(lián)動(dòng)控制、緊急廣播);5)保安系統(tǒng)(防盜報(bào)警、電視監(jiān)控、出入口控制、電子巡更);6)交通運(yùn)輸系統(tǒng)(電梯、電動(dòng)扶梯、停車場、車隊(duì));7)廣播系統(tǒng)(背景音樂、事故廣播、緊急廣播)。二、BAS的功能要求BAS的整體功能可概括為四個(gè)方面：⒈設(shè)備控制自動(dòng)化

(1)變配電設(shè)備及應(yīng)急發(fā)電設(shè)備測控

(2)照明設(shè)備測控

(3)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備測控

(4)給排水設(shè)備測控

(5)電梯設(shè)備測控

(6)停車場管理與控制⒊防災(zāi)自動(dòng)化

(1)防火系統(tǒng)

(2)防盜系統(tǒng)

(3)防災(zāi)系統(tǒng)⒉設(shè)備管理自動(dòng)化

(1)水、電、煤氣等使用計(jì)量和收費(fèi)管理。

(2)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)記錄及維護(hù)、檢修的預(yù)告。

(3)定期通知設(shè)備維護(hù)及開列設(shè)備保養(yǎng)工作單。

(4)設(shè)備的檔案管理。

(5)會(huì)議室、停車場等場所使用的預(yù)約申請(qǐng)、管理⒋能源管理自動(dòng)化三、BAS的軟件功能⒈系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件包括以下功能: ⑴系統(tǒng)操作管理。

⑵交互式系統(tǒng)界面

⑶報(bào)警、故障的提示和打印

⑷警報(bào)的處理

⑸系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

⑹多種控制方式

⑺系統(tǒng)輔助功能設(shè)定⒉分站軟件 分站軟件用于現(xiàn)場控制器。分站軟件應(yīng)包括以下系統(tǒng)功能模塊: ⑴采樣和數(shù)據(jù)處理功能

⑵報(bào)警設(shè)定

⑶控制程序

⑷數(shù)學(xué)功能

⑸通信控制四、BAS的技術(shù)基礎(chǔ)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)將各個(gè)控制子系統(tǒng)集成為一個(gè)綜合系統(tǒng)，其核心技術(shù)是集散控制系統(tǒng)廣義的BAS系統(tǒng)組成概念圖

第二節(jié)集散控制一、集散控制系統(tǒng)的基本概念二、集散控制系統(tǒng)的基本組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、現(xiàn)場控制站的功能與結(jié)構(gòu)四、操作員站的功能與結(jié)構(gòu)五、集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)一、集散控制系統(tǒng)的基本概念集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是一個(gè)分布式系統(tǒng)，從整體邏輯結(jié)構(gòu)上講，是一個(gè)分支樹結(jié)構(gòu)多層樹狀結(jié)構(gòu)二、集散控制系統(tǒng)的基本組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)是由分散過程控制裝置、操作管理裝置、通信系統(tǒng)三大部分組成

⒈分散過程控制裝置 分散過程控制裝置是集散控制系統(tǒng)與生產(chǎn)過程間的界面，生產(chǎn)過程的各種過程變量通過分散過程控制裝置轉(zhuǎn)化為操作監(jiān)視的數(shù)據(jù)，而操作的各種信息也通過分散過程控制裝置送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。⒉操作管理裝置 操作管理裝置是操作人員與集散控制系統(tǒng)間的界面，操作人員通過操作管理裝置了解生產(chǎn)過程的運(yùn)行狀況，并通過它發(fā)出操作指令給生產(chǎn)過程。⒊通信系統(tǒng) 分散過程控制裝置與操作管理裝置之間需要有一個(gè)橋梁來完成數(shù)據(jù)之間的傳遞和交換,這就是通信系統(tǒng)⒋集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征⑴遞階控制結(jié)構(gòu)

⑵分散控制結(jié)構(gòu)

1)組織人事的分散

2)地域的分散

3)功能的分散

4)負(fù)荷的分散

⑶冗余化結(jié)構(gòu)

1)同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式

2)待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式

3)后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式

4)多級(jí)操作方式

⒌集散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)⑴模件化控制站+與MAP兼容的寬帶、載帶局域網(wǎng)+信息綜合管理系統(tǒng)

⑵分散過程控制站+局域網(wǎng)+信息管理系統(tǒng)

⑶分散過程控制站+高速數(shù)據(jù)公路+操作站+上位機(jī)

⑷可編程邏輯控制器PLC+通信系統(tǒng)+操作管理站

⑸單回路控制器+通信系統(tǒng)+操作管理站

⑹工業(yè)級(jí)微機(jī)+通信系統(tǒng)+操作管理機(jī)三、現(xiàn)場控制站的功能與結(jié)構(gòu)⒈現(xiàn)場控制站的功能 在集散控制系統(tǒng)中，各種現(xiàn)場檢測儀表(如各種傳感器、變送器等)送來的過程信號(hào)均由現(xiàn)場控制站進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、濾波、非線性校正及各種補(bǔ)償運(yùn)算、上下限報(bào)警及累積量計(jì)算等,在現(xiàn)場控制站還可完成各種閉環(huán)反饋控制、批量控制與順序控制等功能.⒉現(xiàn)場控制站的結(jié)構(gòu)⒊用于現(xiàn)場控制站的智能調(diào)節(jié)器與PLC除上述標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場控制站外，DCS越來越多地采用了各種智能數(shù)字調(diào)節(jié)器與可編程序控制器(PLC)PLC與DCS連接

四、操作員站的功能與結(jié)構(gòu)⒈中心計(jì)算機(jī)站的功能

集散型控制系統(tǒng)的中心計(jì)算機(jī)站提供了集中監(jiān)示、對(duì)現(xiàn)場直接操作、系統(tǒng)生成以及診斷等功能。它是幾個(gè)部分的統(tǒng)稱，其主要部分是操作員站和工程師站。⒉操作員站的功能

⑴操作員站的顯示管理功能

⑵操作員站的打印功能

⑶組態(tài)功能

⒊操作員站的組成操作員站有以下幾個(gè)組成部分：處理機(jī)系統(tǒng)、顯示設(shè)備、操作鍵盤、打印設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備以及一個(gè)支撐和固定這些設(shè)備的操作臺(tái)。五、集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)⒈分級(jí)遞階控制⒉分散控制⒊自治性⒋協(xié)調(diào)性⒌友好性⒍適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性⒎開放系統(tǒng)⒏可靠性第三節(jié)BAS的體系結(jié)構(gòu)一、BAS體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)選二、集散型BAS的體系結(jié)構(gòu)三、集散型BAS的幾種方案四、BAS的發(fā)展趨勢一、BAS體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)選對(duì)于樓宇自動(dòng)化（BAS）這一個(gè)規(guī)模龐大、功能綜合、因素眾多的大系 統(tǒng)，要解決的不僅是各子系統(tǒng)的局部優(yōu)化問題，而且是一個(gè)整體綜合優(yōu) 化問題。若采用集中式計(jì)算控制，則所有現(xiàn)場信號(hào)都集中于同一地方， 由一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中控制。這種控制方式雖然結(jié)構(gòu)簡單，但功能有 限，且可靠性不高，故不能適應(yīng)現(xiàn)代樓宇管理的需要。與集中式控制相 反的就是集散控制，集散控制以分布在現(xiàn)場被控設(shè)備附近的多臺(tái)計(jì)算機(jī) 控制裝置，完成被控設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測、保護(hù)與控制任務(wù)，克服了集中式 計(jì)算機(jī)控制帶來的危險(xiǎn)性高度集中和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性； 以安裝于集中控制室并具有很強(qiáng)的數(shù)字通信、CRT顯示、打印輸出與豐 富控制管理軟件功能的管理計(jì)算機(jī)，完成集中操作、顯示、報(bào)警、打印 與優(yōu)化控制功能，避免了常規(guī)儀表控制分散后人機(jī)聯(lián)系困難與無法統(tǒng)一 管理的缺點(diǎn)。管理計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳遞由通信網(wǎng)絡(luò)完 成。集散控制充分體現(xiàn)了集中操作管理、分散控制的思想。因此集散控 制系統(tǒng)是目前BAS廣泛采用的體系結(jié)構(gòu)。二、集散型BAS的體系結(jié)構(gòu)集散型樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，如圖所示,其基本特征是功能層次化

三、集散型BAS的幾種方案1.按樓宇設(shè)備功能組織的集散型BAS系統(tǒng)

2.按樓宇建筑層面組織的集散型BAS系統(tǒng)⒊混合型的集散型BAS系統(tǒng)這是兼有上述二種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的混合型,即某些子系統(tǒng)(如供電、給排水、消防、電梯)采用按整座樓宇設(shè)備功能組織的集中控制方式,另外一些子系統(tǒng)(如燈光照明、空調(diào)、等等)則按樓宇建筑層面組織的分區(qū)控制方式。這是一種靈活的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),它兼有上述兩種方案的特點(diǎn),可以根據(jù)實(shí)際的需求而調(diào)整。四、BAS的發(fā)展趨勢

1.現(xiàn)場總線簡介⒉通過BACnet路由器實(shí)現(xiàn)異種樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)接⒊控制網(wǎng)絡(luò)與管理信息網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接BACnet控制網(wǎng)絡(luò)與局域網(wǎng)的互聯(lián)

第四節(jié)智能化樓宇的BAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、BAS系統(tǒng)的檢測技術(shù)與設(shè)備二、典型執(zhí)行機(jī)構(gòu)三、典型BA系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、BAS系統(tǒng)的檢測技術(shù)與設(shè)備⒈電量檢測技術(shù)與設(shè)備(1)直流電壓、電流的測量(2)正弦交流電壓、電流的測量

⒉溫度、濕度的檢測技術(shù)與設(shè)備樓宇自動(dòng)化中溫度檢測器的結(jié)構(gòu)

熱電阻測量電路原理圖

⒊壓力、液位的自動(dòng)檢測常用的壓力的自動(dòng)檢測裝置原理如下圖

電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)原理

⒋流量、容積的自動(dòng)檢測流量計(jì)原理圖

二、典型執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行器一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)部分，按照控制器輸送的信號(hào)大小產(chǎn)生推力或位移，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分。我們常見的是調(diào)節(jié)閥，它接受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操縱改變閥芯與閥座間的流通面積，達(dá)到調(diào)節(jié)工藝介質(zhì)的流量。執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的能源種類可分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三種。在智能樓宇中常用電動(dòng)執(zhí)行器。⒈電動(dòng)執(zhí)行器a)直行程電動(dòng)執(zhí)行器b)角行程電動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成一般采用隨動(dòng)系統(tǒng)的方案，如圖所示:

⒉電磁閥電磁閥是常用電動(dòng)執(zhí)行器之一，多用于兩位控制

電磁閥結(jié)構(gòu)原理先導(dǎo)式電磁閥結(jié)構(gòu)原理

⒊電動(dòng)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力元件，將控制器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為閥門的開度，它是一種連續(xù)動(dòng)作的執(zhí)行器。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)配用的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不同，輸出方式有直行程、角行程和多轉(zhuǎn)式三種類型，分別同直線移動(dòng)的調(diào)節(jié)閥，旋轉(zhuǎn)的蝶閥，多轉(zhuǎn)的感應(yīng)調(diào)節(jié)器等配合工作。電動(dòng)閥結(jié)構(gòu)原理

⒋風(fēng)門風(fēng)門用來精確控制風(fēng)的流量,其結(jié)構(gòu)原理如圖所示。風(fēng)門由若干葉片組成，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)改變流道的等效截面積，即改變了風(fēng)門的阻力系數(shù)，其流過的風(fēng)量也就相應(yīng)地改變，從而達(dá)到了調(diào)節(jié)風(fēng)流量的目的