智能樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)集成(BAS)

第一章智能樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)集成（BAS）第一節(jié)概述第二節(jié)系統(tǒng)集成的步驟第三節(jié)樓宇自動化控制技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)Lonworks現(xiàn)場總線技術(shù)教學(xué)基本要求：掌握BAS的主要功能；了解BAS的體系結(jié)構(gòu)；了解現(xiàn)場總線技術(shù)。系統(tǒng)集成的概念來自于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)出現(xiàn)之初，網(wǎng)絡(luò)所需要連接的計(jì)算機(jī)設(shè)備多種多樣，無論是硬件結(jié)構(gòu)、通信接口，還是操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件，都是有很大區(qū)別，異種計(jì)算機(jī)和異種操作系統(tǒng)的互聯(lián)成為一個(gè)很重要、很復(fù)雜的課題，一般就稱為“系統(tǒng)集成”。計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展至今，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)都有很大發(fā)展，系統(tǒng)集成的要求也更加復(fù)雜，尤其在應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫的集成方面，不但要求信息可以共享，更有對信息交換和處理速度方面的要求。智能大廈各種智能化系統(tǒng)均是復(fù)雜的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，由于各類系統(tǒng)開發(fā)的日期、地點(diǎn)，采用的主流技術(shù)均有很大區(qū)別，因此智能大廈系統(tǒng)集成的復(fù)雜性是比較突出的。在國內(nèi)智能大廈的建設(shè)中，系統(tǒng)集成部分的設(shè)計(jì)和實(shí)施能力，系統(tǒng)集成的功能和水平普遍比較落后，存在著用戶需求難以明確、軟件開發(fā)周期長、軟硬件配合要求高、各子系統(tǒng)的軟件和數(shù)據(jù)庫技術(shù)不公開，以及專業(yè)技術(shù)人員缺乏等困難。目前，比較普遍的做法是以信息集成或者辦公自動化代替完整的系統(tǒng)集成。第一節(jié)概述完整的系統(tǒng)集成工程包括以下幾方面要求：收集各智能化系統(tǒng)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。根據(jù)預(yù)選設(shè)定的運(yùn)算邏輯，處理和分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)的處理決策。綜合應(yīng)用各智能化系統(tǒng)的功能，滿足用戶提出的復(fù)雜動作要求。在各種智能化設(shè)備之間建立網(wǎng)關(guān)或通信接口，提供所需的數(shù)據(jù)通道或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理。收集大廈內(nèi)外的各種信息，建立分類的綜合信息庫。完成大廈物業(yè)管理、設(shè)備管理、收費(fèi)、人員調(diào)度等各種操作。向大廈用戶提供Internet/Intranet/Extranet、E-mail等各種信息服務(wù)。為大廈管理機(jī)構(gòu)提供統(tǒng)一友好、高效直接的管理平臺和軟件界面。對各種信息進(jìn)行綜合分析，生成可供大廈管理人員、大廈用戶等各方面人員使用的有效信息。根據(jù)目前國內(nèi)智能大廈建設(shè)的現(xiàn)狀，采用信息集成的方法實(shí)現(xiàn)部分有效的系統(tǒng)集成功能也是一種行之有效的方法。因此，目前系統(tǒng)集成工作最重要的三項(xiàng)工作是集中收集各智能化系統(tǒng)的工作參數(shù)，建立綜合信息庫和建立大廈管理的統(tǒng)一操作界面。這三項(xiàng)工作最終將實(shí)現(xiàn)的功能包括：1、將大廈各智能化系統(tǒng)設(shè)備的工作參數(shù)收集并集中于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫內(nèi)；2、在統(tǒng)一的工作界面上對各智能化系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行“監(jiān)視”；3、提供完整自動的物業(yè)管理和行政管理服務(wù)；4、大廈內(nèi)用戶可以通過Internet/Intranet實(shí)現(xiàn)外部和內(nèi)部的信息共享；5、大廈自身的信息資料、統(tǒng)計(jì)資料集成于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并不斷自動更新，供所需時(shí)即時(shí)查詢。第二節(jié)系統(tǒng)集成的步驟概括地講，系統(tǒng)集成工作自始至終應(yīng)該貫徹六個(gè)基本原則：1、技術(shù)先進(jìn)性；2、系統(tǒng)開放性；3、操作安全性；4、經(jīng)濟(jì)合理性；5、可管理性；6、可擴(kuò)充性。在上述基本原則指導(dǎo)下，可以有效地完成系統(tǒng)集成地工程，整個(gè)系統(tǒng)集成工程總體上可以分為設(shè)計(jì)、實(shí)施和測試三個(gè)階段。目前，由于硬件通信標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，以及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，智能大廈的系統(tǒng)集成工程在很大程度上已經(jīng)變成軟件集成為主的工程。因此，如同所有軟件應(yīng)用工程，系統(tǒng)集成的設(shè)計(jì)階段是最重要的階段。系統(tǒng)集成的設(shè)計(jì)階段包括以下階段：應(yīng)用需求的調(diào)研、集成核心的選擇、集成系統(tǒng)的調(diào)研、數(shù)據(jù)流程的規(guī)劃、系統(tǒng)集成方案設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)方案設(shè)計(jì)、硬件開發(fā)方案設(shè)計(jì)、可行性研究和方案最終確定。設(shè)計(jì)流程如圖所示。在目前智能大廈的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)中，一般都需要挑選一個(gè)或數(shù)個(gè)集成的核心系統(tǒng)。這是因?yàn)槭紫?，系統(tǒng)集成總的軟件開發(fā)量非常大，目前國內(nèi)還缺少全面的軟件包，獨(dú)立開發(fā)的時(shí)間和資金投入是大廈建設(shè)不可承受的；其次，許多智能化系統(tǒng)的設(shè)備都比較封閉，了解其通信和控制協(xié)議的細(xì)節(jié)需要做許多工作，同時(shí)也設(shè)計(jì)集成對象的技術(shù)和信息專利權(quán)的問題；最后，有許多國外廠商在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，也已經(jīng)考慮到軟件部分的要求，在其系統(tǒng)內(nèi)部的管理軟件方面有完善的設(shè)計(jì)，并遵循國際流行的開放性軟件平臺要求。在選擇集成核心時(shí)，應(yīng)考慮的基本原則是：選擇在整個(gè)智能化系統(tǒng)中所占比重最大系統(tǒng)的軟件；選擇在各種控制系統(tǒng)中采用最先進(jìn)技術(shù)的軟件；選擇高層通信技術(shù)最開放的軟件。這樣可減少開發(fā)投入、保證系統(tǒng)的效率和完整性，更可以保障系統(tǒng)的安全性和可靠性。在很多情況下，可以選擇BA系統(tǒng)的管理軟件作為開發(fā)核心。因?yàn)樵谝话愕闹悄艽髲B中，BA系統(tǒng)所占工程的比重比較大，其低層的控制機(jī)制又比較封閉，而高層的通信機(jī)制卻常會選擇Ethernet等計(jì)算機(jī)通信協(xié)議，便于其他系統(tǒng)的接入。故選擇BA控制軟件為開發(fā)核心具有簡便和實(shí)用的顯著特點(diǎn)。另外，選擇OA系統(tǒng)的信息處理級軟件為開發(fā)核心的情況也越來越多，這是因?yàn)镺A系統(tǒng)的信息處理一般均會采用最先進(jìn)的軟件和通信技術(shù)，技術(shù)上的優(yōu)勢會提高整個(gè)智能化系統(tǒng)的效率和生命力，同時(shí)直接采用信息管理模型處理各種信息方便了用戶的調(diào)用和功能的升級。還有一種情況是引進(jìn)國外現(xiàn)成的系統(tǒng)集成軟件作為開發(fā)核心，在其基礎(chǔ)上集成所有其他系統(tǒng)，可以有效借鑒國外成功經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)的功能往往十分完善，缺點(diǎn)是開發(fā)和維護(hù)的投入會比較大。正確選擇系統(tǒng)集成的核心是非常重要的，最終可以令集成工作事半功倍。系統(tǒng)集成工程的設(shè)計(jì)流程用戶需求的調(diào)研工作對要求集成的各系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)細(xì)節(jié)分析選擇以何系統(tǒng)作為集成核心確定系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)流程和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)確定系統(tǒng)集成各平臺的技術(shù)方案制定系統(tǒng)集成軟件的開發(fā)計(jì)劃設(shè)計(jì)需要自行制作的通信硬件接口可行性論證和工程進(jìn)度規(guī)劃確定完整的總體和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)集成的平臺是一種基于開放系統(tǒng)的理論，指的是為進(jìn)行系統(tǒng)集成而需要的軟硬件可以按系統(tǒng)模型分成的幾個(gè)層次結(jié)構(gòu)，每個(gè)層次均完成特定的幾項(xiàng)工作，低層的功能均是為高層的需求服務(wù)的，因此可以認(rèn)為是特定的功能平臺。系統(tǒng)模型在不同的應(yīng)用下需求下會有不同的結(jié)構(gòu)，因此系統(tǒng)集成的平臺內(nèi)容也有較大區(qū)別，但是在硬件設(shè)備部分的層次基本相同，大致可以分為物理信道、網(wǎng)絡(luò)通信、系統(tǒng)操作、信息服務(wù)器等平臺，軟件平臺可能包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件、前臺操作軟件、電子郵件、網(wǎng)絡(luò)管理、WEB軟件、辦公自動化軟件等等，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該認(rèn)真加以挑選，并作出全面的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)集成平臺如圖所示。數(shù)據(jù)庫開發(fā)軟件前臺開發(fā)工具后臺開發(fā)工具其他軟件包數(shù)據(jù)庫軟件中間件軟件辦公自動化軟件網(wǎng)絡(luò)管理軟件應(yīng)用軟件網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理和其他通信接口軟件服務(wù)器操作系統(tǒng)前臺操作系統(tǒng)控制操作系統(tǒng)信息服務(wù)器平臺前臺計(jì)算機(jī)平臺操作計(jì)算機(jī)平臺安全機(jī)制路由管理虛擬網(wǎng)管理網(wǎng)絡(luò)通信平臺物理線路平臺系統(tǒng)集成平臺的設(shè)計(jì)內(nèi)容在確定了系統(tǒng)集成核心和各系統(tǒng)平臺后，就可以進(jìn)行軟硬件開發(fā)的計(jì)劃。軟件開發(fā)基于對用戶的調(diào)研和系統(tǒng)平臺的設(shè)計(jì)之上，其內(nèi)容因功能的多樣而各式各樣。開發(fā)計(jì)劃至少應(yīng)該包括系統(tǒng)功能的總體描述、實(shí)施各項(xiàng)功能的部件即功能模塊、數(shù)據(jù)流程和數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)、參量表格、操作界面表格、系統(tǒng)運(yùn)作的總體結(jié)構(gòu)、功能模塊的結(jié)構(gòu)、各模塊開發(fā)所需的人月數(shù)、以及開發(fā)周期等。硬件開發(fā)計(jì)劃建立在對各系統(tǒng)集成對象的分析基礎(chǔ)上，主要是對各對象的通信協(xié)議和控制機(jī)制進(jìn)行分析，而主要的開發(fā)內(nèi)容也是各種通信系統(tǒng)間的協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，以及中央的控制設(shè)備。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該確定硬件設(shè)備的功能、采用的開發(fā)技術(shù)、開發(fā)設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)、設(shè)備框圖、性能指標(biāo)、檢測方法、開發(fā)周期和開發(fā)費(fèi)用。設(shè)計(jì)階段工作完成后，應(yīng)該具有的系統(tǒng)集成文本包括：總體設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)集成平臺方案、軟件開發(fā)總體設(shè)計(jì)方案、數(shù)據(jù)和信息流程設(shè)計(jì)方案、功能子模塊開發(fā)方案、硬件開發(fā)設(shè)計(jì)方案、可行性研究報(bào)告、功能自檢和性能測試方案、系統(tǒng)預(yù)算方案，以及工程進(jìn)度和人員調(diào)度表。無論設(shè)計(jì)中構(gòu)想系統(tǒng)集成部分最終實(shí)施在哪個(gè)核心上，具體執(zhí)行時(shí)都必須建立完整、開放的系統(tǒng)平臺，例如當(dāng)最常見的以BA系統(tǒng)為核心，至少必須建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺、操作計(jì)算機(jī)硬件平臺、操作系統(tǒng)軟件平臺和數(shù)據(jù)庫平臺等部分。系統(tǒng)平臺是軟硬件開發(fā)的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)集成功能的具體載體。除此以外，處于安全性考慮，一般智能化系統(tǒng)自帶的管理軟件都比較封閉，有很多操作信息不希望被無授權(quán)的人員訪問，系統(tǒng)平臺在實(shí)際工作中還必須完成安全控制的功能。系統(tǒng)平臺如圖所示。軟件開發(fā)是實(shí)施系統(tǒng)集成的主要工作，最大的工作量就在各種應(yīng)用軟件的開發(fā)上。軟件開發(fā)的基本內(nèi)容包括三個(gè)大類：監(jiān)控及應(yīng)用程序的開發(fā)、信息及數(shù)據(jù)的錄入和用戶界面的制作。依照總體和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方案的計(jì)劃，系統(tǒng)集成的實(shí)施階段可以分為軟件開發(fā)、硬件開發(fā)和系統(tǒng)平臺的建設(shè)。信息數(shù)據(jù)庫平臺數(shù)據(jù)庫安全控制機(jī)制操作系統(tǒng)軟件平臺用戶管理控制機(jī)制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺虛擬網(wǎng)安全控制機(jī)制計(jì)算機(jī)操作平臺虛擬網(wǎng)安全控制機(jī)制系統(tǒng)集成軟件系統(tǒng)集成軟件系統(tǒng)集成的系統(tǒng)平臺監(jiān)控程序指系統(tǒng)的綜合控制軟件中心對各智能化系統(tǒng)的監(jiān)控，該部分程序大部分由智能化系統(tǒng)設(shè)備廠商一并提供，開發(fā)工作的主體是對這些程序包的安裝和移植，移植工作在這里的含義是將該程序包安裝到非原廠商提供的其他操作平臺上，并增加適當(dāng)?shù)牟寮椭虚g程序使之正常工作，最終形成統(tǒng)一的操作界面。應(yīng)用程序指那些提供綜合服務(wù)和高層功能的工作邏輯，包括信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶調(diào)用的前臺工作界面開發(fā)、不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸接口的開發(fā)、后臺智能運(yùn)作邏輯執(zhí)行程序的開發(fā)等等，以及常見的Internet/Intranet應(yīng)用、E-mail應(yīng)用、辦公自動化應(yīng)用等，這部分的內(nèi)容隨用戶所要求功能的增加而增加。信息在此指獨(dú)立于大廈智能化系統(tǒng)，并可以為其運(yùn)作和用戶工作提供幫助的各種信息，例如大廈建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備圖紙、出租設(shè)備的租借費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)大廈周邊信息等。而數(shù)據(jù)指由智能化系統(tǒng)運(yùn)作自動產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以及為系統(tǒng)運(yùn)行而預(yù)設(shè)置的初始數(shù)據(jù)。用戶界面制作包括綜合控制界面的制作、用戶前臺操作界面的制作和智能化系統(tǒng)設(shè)備狀況細(xì)化分析界面。硬件開發(fā)是系統(tǒng)集成中的難點(diǎn)，主要任務(wù)是在不同通信標(biāo)準(zhǔn)之間建立協(xié)議轉(zhuǎn)換的硬件，以及少量的控制硬件。目前最常見的協(xié)議轉(zhuǎn)換硬件開發(fā)方法是，首先分析協(xié)議轉(zhuǎn)換的邏輯和規(guī)則，其次根據(jù)分析結(jié)果開發(fā)協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件，最后將軟件固化于專用硬件中，成為軟件固化卡，在不同的通信接口設(shè)備之間進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換運(yùn)算。采用硬件轉(zhuǎn)換設(shè)備具有運(yùn)算時(shí)間短、設(shè)備穩(wěn)定性好、設(shè)備重啟動簡便等優(yōu)點(diǎn)。如圖所示。系統(tǒng)集成的測試包括兩方面內(nèi)容：首先是對系統(tǒng)集成功能的測試。即根據(jù)用戶最初提出的系統(tǒng)需求，分別檢查和試驗(yàn)各種需求的實(shí)現(xiàn)情況，并作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，直至完全滿足用戶需求為止；其次是對系統(tǒng)集成性能的測試。包括軟件的運(yùn)行速度，硬件和系統(tǒng)集成平臺的穩(wěn)定性等。系統(tǒng)集成的測試不同于其他智能化系統(tǒng)，其主要的參數(shù)是定性的參數(shù)，而較少有定量的參數(shù)，因此系統(tǒng)集成的測試應(yīng)該貫徹以用戶需求最終滿足為目標(biāo)的原則。協(xié)議甲通信接口卡協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件固化卡協(xié)議甲通信接口卡CPURAM計(jì)算機(jī)底板或?qū)Ｓ秒娐钒逋ㄐ艆f(xié)議轉(zhuǎn)換硬件第三節(jié)樓宇自動化控制技術(shù)基礎(chǔ)假設(shè)控制中心是大腦，布線系統(tǒng)是血液神經(jīng)系統(tǒng)，則建立在自動化控制技術(shù)基礎(chǔ)之上的各類傳感器和控制器就是手腳關(guān)節(jié)。通過這些自動化單元，可以獲得被測對象有關(guān)物理、化學(xué)性質(zhì)的信息，并根據(jù)這些信息對被測對象進(jìn)行控制。如傳感器、可編程序控制器(PLC)、變送器等。一、傳感器概述在測量的過程中將物理量、化學(xué)量轉(zhuǎn)變成電信號的裝置叫傳感器。而把傳感器得到的電信號再轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號的裝置叫變送器。傳感器、變送器是工業(yè)自動化控制及信息檢測技術(shù)中不可缺少的控制元件。它可以把諸如溫度、壓力、流量、液位、位置等模擬量或開關(guān)量轉(zhuǎn)變成電信號，再由自動化控制儀表或計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制處理和調(diào)節(jié)。借助于傳感器和變送器，可以對智能建筑的各類參數(shù)進(jìn)行測試和評定，并進(jìn)行過程控制和調(diào)節(jié)，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳送和信號處理。當(dāng)前，傳感器、變送器總的發(fā)展趨勢是朝著小型化、多功能化及智能化方向發(fā)展。特別是增加了數(shù)據(jù)處理功能、自診斷功能、軟硬件相組合功能、人機(jī)對話功能、接口功能、顯示和報(bào)警功能等。它們在樓宇自動化中得到了廣泛的應(yīng)用。二、樓宇自控中的傳感器與控制器1．樓宇自控中常用的傳感器樓宇自控中常用的傳感器有如下幾種：(1)溫度傳感器溫度傳感器用于測量水管或風(fēng)管中介質(zhì)的溫度，以此來控制相應(yīng)的水泵、風(fēng)機(jī)、閥門和風(fēng)門等執(zhí)行元件的開度。(2)濕度傳感器濕度傳感器用于測量風(fēng)道中介質(zhì)的濕度，以此來控制相應(yīng)的加濕閥的開度。(3)壓力或壓差傳感器壓力或壓差傳感器主要用來檢測水管或是風(fēng)管中的壓力和壓差，以此來控制相應(yīng)的變頻器以調(diào)整水泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，或是調(diào)節(jié)比例閥門的開度。(4)流量傳感器流量傳感器主要是檢測水系統(tǒng)中液體的流量，以此來控制相應(yīng)水泵閥的數(shù)量。因?yàn)樗鼈兌际莻鞲衅?，所以通常用來控制模擬量，其輸出模擬量是0～10V或4～20A。結(jié)構(gòu)是傳感器和變送器的組合。除了以上常用的傳感器之外，BAS中有時(shí)還會用到許多其他類型的特殊傳感變送器，如用來檢驗(yàn)空氣中二氧化碳、一氧化碳濃度等的傳感器，用來檢測電網(wǎng)中電流或電壓的電流電壓傳感器，用來檢測環(huán)境明暗程度的照度傳感器，還有一些是組合型的傳感器，如空氣品質(zhì)傳感器、功率因素變送器等等。2．樓宇自控中常用的控制器樓宇自控中常用的控制器有如下幾種，它們輸出的形式是開關(guān)量：(1)溫度控制器溫度控制器主要用來檢測現(xiàn)場的溫度，一般是由感溫元件、控制電路、信號輸出等三部分組成的。在樓宇自控中，溫度控制器主要用于測量室內(nèi)的溫度，以此控制風(fēng)機(jī)盤管冷、熱水閥的啟停。(2)濕度控制器濕度控制器主要用來檢測現(xiàn)場的濕度，一般是由感濕元件、控制電路、信號輸出等三部分組成的。在樓宇自控中，濕度控制器主要用于室內(nèi)的濕度檢測，以此來控制加濕閥的啟停。(3)防霜凍保護(hù)開關(guān)防霜凍保護(hù)開關(guān)主要用來檢測新風(fēng)機(jī)組或空氣處理機(jī)中的盤管溫度，當(dāng)溫度低于某一設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動關(guān)閉風(fēng)機(jī)和新風(fēng)閥門，同時(shí)打開熱水電動二通閥來防止盤管的凍結(jié)。(4)壓差開關(guān)壓差開關(guān)主要用來檢測新風(fēng)機(jī)組或空氣處理機(jī)中的濾網(wǎng)，當(dāng)濾網(wǎng)發(fā)生堵塞時(shí)，裝在濾網(wǎng)兩端的壓差開關(guān)會發(fā)出報(bào)警信號。(5)水流開關(guān)水流開關(guān)主要用來檢測管道內(nèi)是否有水的流動，通常應(yīng)用于制冷站、熱站、給排水等帶有泵類的系統(tǒng)中。(6)液位開關(guān)液位開關(guān)主要用來檢測液體的液位，如清水池和污水池的液位。三、閥門與電動執(zhí)行器在氣體和液體的流動控制中，常常用閥門來作為介質(zhì)流動的控制手段。要想實(shí)現(xiàn)自動化控制就得對一些閥門、風(fēng)門等元件實(shí)現(xiàn)自動控制。這就需要用到閥門和電動執(zhí)行器。1．閥門常見的閥門有如下幾種：

(1)風(fēng)機(jī)盤管電動閥這是一種平衡式冷熱水閥，主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)盤管的控制中，這類閥所需的功率最小，是通電開啟的一種閥門。閥門的開啟時(shí)間僅為7s，具有很好的密閉性，流體允許溫度為0～95℃。(2)二通螺紋線性閥這種閥門主要應(yīng)用于供熱通風(fēng)和空調(diào)，也可以用于飽和水蒸氣。它的連接方式是采用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，閥體是純銅材料。它與電動執(zhí)行器一起可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的開度調(diào)節(jié)，是進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的主要元件。(3)法蘭式三通閥這種閥門主要應(yīng)用于供熱與空調(diào)，也可以用于飽和水蒸氣。它的連接方式是采用法蘭結(jié)構(gòu)，閥體與閥座為一體化結(jié)構(gòu)，泄露率極低，適應(yīng)的溫度為2～170℃。它與電動執(zhí)行器一起可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的開度調(diào)節(jié)，是進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的主要元件。2．電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器有如下幾種：(1)電動閥門執(zhí)行器這種執(zhí)行器適用于HVAC閥門(HVAC：采暖、通風(fēng)和空調(diào))，內(nèi)帶一個(gè)選擇正反作用插頭，用于提供模擬輸出DC0～10V的調(diào)制控制。它具有安裝快捷、閥門定位準(zhǔn)確、低功耗、高的關(guān)斷壓力、終端推力限位開關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。電動線性閥門執(zhí)行器還帶有手動調(diào)節(jié)和精確的同步電動機(jī)控制。閥的自身還帶有位置反饋的輸出信號，可以和閥門組合在一起進(jìn)行PID(比例積分微分，一種閉環(huán)回路算法)調(diào)節(jié)。通常被用來對液體、氣體等介質(zhì)進(jìn)行變量的開度控制，它也是自動化控制中的主要元件。(2)風(fēng)門執(zhí)行器這種執(zhí)行器用于控制風(fēng)門、通風(fēng)百葉窗和VAV裝置的調(diào)節(jié)、浮點(diǎn)控制，可以和標(biāo)準(zhǔn)的圓形和方形的風(fēng)門連桿進(jìn)行連接，被廣泛地應(yīng)用在風(fēng)門的開度控制，特別是在空氣處理機(jī)和新風(fēng)機(jī)組的回風(fēng)閥、排風(fēng)閥、新風(fēng)閥中實(shí)行PID的控制，使之形成一定的比例連鎖控制。實(shí)際的控制回路中，直接數(shù)字控制器(DDC)常常不能直接控制相關(guān)設(shè)備，中間還要用到其他各種類型的輔助控制器以完成動作，如變頻器、繼電器等。三、集散控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng)(DCS—DistributedControlSystem)，它的特征是“集中管理，分散控制”，即以分布在現(xiàn)場被控設(shè)備處的各種功能性微機(jī)(下位機(jī))完成被控設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測、保護(hù)與控制。該系統(tǒng)克服了計(jì)算機(jī)集中控制帶來的危險(xiǎn)性高度集中和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性；以安裝于中央監(jiān)控室并具有很強(qiáng)的數(shù)字通信、CRT顯示、打印輸出與豐富的控制管理軟件功能的中央管理計(jì)算機(jī)(上位機(jī))完成集中操作、顯示與優(yōu)化控制功能，避免了因常規(guī)儀表分散控制而造成的人機(jī)聯(lián)系困難，且便于統(tǒng)一管理。傳感器/控制器群針對水、電、氣、報(bào)警、消防等終端設(shè)施進(jìn)行檢測與控制，一般根據(jù)監(jiān)控需求按類或按組控制。對大型DCS，中間還有區(qū)域控制中心。分布式系統(tǒng)將許多臺計(jì)算機(jī)聯(lián)合起來，共同承擔(dān)監(jiān)測與控制管理的工作，所連接的每臺計(jì)算機(jī)既可以獨(dú)立進(jìn)行監(jiān)測和控制工作，又可以在中央控制機(jī)指導(dǎo)下工作，還可以與其他計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)交換信息，共同完成某項(xiàng)控制任務(wù)。其靈活性、可靠性要遠(yuǎn)高于單臺控制器。如圖所示，集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成。1．中央管理計(jì)算機(jī)(或稱上位機(jī)、中央監(jiān)控計(jì)算機(jī))

中央管理計(jì)算機(jī)設(shè)置在中央監(jiān)控室內(nèi)，它將來自現(xiàn)場設(shè)備的所有信息數(shù)據(jù)集中提供給監(jiān)控人員，并接至室內(nèi)的顯示設(shè)備、記錄設(shè)備和報(bào)警裝置等。由于中央管理計(jì)算機(jī)是整個(gè)BAS的核心，相當(dāng)于人的大腦，其重要性是不言而喻的。普通商用個(gè)人計(jì)算機(jī)用作中央控制機(jī)顯然是不合理的。一般為了提高計(jì)算機(jī)的可靠性通常采用兩種方法：一種是直接采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；另一種就是采用容錯(cuò)計(jì)算機(jī)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(也稱IPC)由于采用了特殊的生產(chǎn)工藝和手段,其穩(wěn)定性是普通商用PC所無法比擬的。而所謂容錯(cuò)計(jì)算機(jī)就是采用兩臺普通PC通過互為冗余備份的方法來充當(dāng)中央控制主機(jī)，一旦其中一臺PC出現(xiàn)故障，作為備份的另一臺主機(jī)可立刻被專用的總線控制電路啟動，從而不會導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。2．DDC(直接數(shù)字控制器，亦稱下位機(jī))DDC作為系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備的接口，它通過分散設(shè)置在被控設(shè)備的附近收集來自現(xiàn)場設(shè)備的信息，并能獨(dú)立監(jiān)控有關(guān)現(xiàn)場設(shè)備。它通過數(shù)據(jù)傳輸線路與中央監(jiān)控室的中央管理監(jiān)控計(jì)算機(jī)保持通信聯(lián)系，接受其統(tǒng)一控制與優(yōu)化管理。3．通信網(wǎng)絡(luò)中央管理計(jì)算機(jī)與DDC之間的信息傳送，由數(shù)據(jù)傳輸線路(通信網(wǎng)絡(luò))實(shí)現(xiàn)，較小規(guī)模的BAS系統(tǒng)可以簡單地使用屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)。4．傳感器與執(zhí)行器

BAS系統(tǒng)的末端為傳感器和執(zhí)行器，它被裝置在被控設(shè)備的傳感(檢測)元件和執(zhí)行元件上。這些傳感元件如溫度傳感器、相對濕度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、電流電壓轉(zhuǎn)換器、液位檢測器、壓差器和水流開關(guān)等，將現(xiàn)場檢測到的模擬量信號或數(shù)字量信號輸入至DDC，DDC則輸出控制信號傳送給繼電器、調(diào)節(jié)器等執(zhí)行元件，對現(xiàn)場被控設(shè)備進(jìn)行控制。四、現(xiàn)場總線技術(shù)集散型控制系統(tǒng)還沒有從根本上解決系統(tǒng)內(nèi)部的通信問題和分布式問題，只是自成封閉系統(tǒng)，以固定集散模式和通信約定構(gòu)成。因此，這種控制系統(tǒng)還很難適應(yīng)智能大廈種類繁多的設(shè)備檢測和控制要求。近年來，專門為實(shí)時(shí)控制而設(shè)計(jì)的、能在控制層提供互操作的現(xiàn)場總線技術(shù)逐漸成熟，如著名的LonWorks技術(shù)?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)是局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制領(lǐng)域的延伸和應(yīng)用，它是將控制系統(tǒng)按局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)的方式進(jìn)行構(gòu)造，用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)代替LAN中的工作站，并將其安裝于監(jiān)控現(xiàn)場，直接與各種監(jiān)控傳感器和控制器相連?，F(xiàn)場總線網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)間可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的信息傳送，具有極其良好的互操作性，這樣便使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了無中心的真正的分布式控制模式。這種網(wǎng)絡(luò)集數(shù)據(jù)采集、分析、控制和網(wǎng)絡(luò)通信為一體，十分適合于智能建筑進(jìn)行分布式網(wǎng)絡(luò)管理和控制。近年來，樓宇自動化正在向著開放系統(tǒng)迅速發(fā)展。在實(shí)時(shí)控制方面，實(shí)現(xiàn)可互相操作的現(xiàn)場總線技術(shù)的通信協(xié)議如LonTalk等也應(yīng)運(yùn)而生，為樓宇自動化中的傳感器、執(zhí)行器和控制器之間的網(wǎng)絡(luò)化操作奠定了基礎(chǔ)。 圖為一典型現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中，NCU是網(wǎng)絡(luò)控制器，NCU與中央管理計(jì)算機(jī)間以N1總線連接，而NCU與下位機(jī)(DDC)之間則以N2總線(現(xiàn)場總線網(wǎng))相連接。五、直接數(shù)字控制器直接數(shù)字控制器(DDC—DirectDigitalController)，又稱下位機(jī)，從某種意義上講，它是整個(gè)樓宇自控系統(tǒng)的關(guān)鍵。“控制器”指完成被控設(shè)備特征參數(shù)與過程參數(shù)的測量并達(dá)到控制目標(biāo)的控制裝置。“數(shù)字”的含義是指該控制器利用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)其功能要求。“直接”意味著該裝置在被控設(shè)備的附近，無需再通過其他裝置即可實(shí)現(xiàn)上述全部測控功能。因此,DDC實(shí)際上也是一個(gè)計(jì)算機(jī)，它應(yīng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)、可編寫程序等特點(diǎn)，既能獨(dú)立監(jiān)控有關(guān)設(shè)備，又可通過通信網(wǎng)絡(luò)接受來自中央管理計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制與優(yōu)化管理。1．DDC支持的監(jiān)控點(diǎn)

DDC能夠支持以下不同性質(zhì)的監(jiān)控點(diǎn)：

(1)模擬量輸入(AI)； (2)開關(guān)量輸入(DI)；

(3)模擬量輸出(AO)； (4)開關(guān)量輸出(DO)。2．DDC的主要功能

DDC的主要功能包括以下幾個(gè)方面：

(1)對第三層的數(shù)據(jù)采樣設(shè)備進(jìn)行周期性的數(shù)據(jù)采集。

(2)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整和處理(濾波、放大、轉(zhuǎn)換)。

(3)對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。(4)對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查對比，并對異常狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警處理。

(5)根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)定的控制算法(連續(xù)調(diào)節(jié)和順序邏輯控制的運(yùn)算)而獲得控制數(shù)據(jù)。(6)通過預(yù)定控制程序完成各種控制功能，包括比例控制、比例加積分控制、比例加積分加微分控制、開關(guān)控制、平均值控制、最大/最小值控制、焓值計(jì)算控制、邏輯運(yùn)算控制和連鎖控制。(7)向第三層的數(shù)據(jù)控制和執(zhí)行設(shè)備輸出控制和執(zhí)行命令(執(zhí)行時(shí)間、事件響應(yīng)程序、優(yōu)化控制程序等)。

(8)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)(DG)或網(wǎng)絡(luò)控制器(NCU)連接第一層的設(shè)備，與各上級管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，向上傳送各項(xiàng)采集數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，同時(shí)接收各上級計(jì)算機(jī)下達(dá)的實(shí)時(shí)控制指令或參數(shù)的設(shè)定與修改指令。DDC擁有BAS所要求的幾乎所有功能，基本上已經(jīng)可以完成所有運(yùn)作，只是在監(jiān)控的范圍和信息存儲及處理能力上有一定限制。因此，直接式數(shù)字控制器可以看作是小型的、封閉的、模塊化的中央控制計(jì)算機(jī)。在很小規(guī)模、功能單一的BAS中可以僅僅使用一到多臺控制器完成控制任務(wù)；在一定規(guī)模、功能復(fù)雜的系統(tǒng)中可以根據(jù)不同區(qū)域、不同應(yīng)用的要求采用一組控制器完成控制任務(wù)，并依靠中央管理系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)視控制和調(diào)整控制器運(yùn)行狀態(tài)，完成復(fù)雜周密的控制操作。3．常見的專用控制器類型常見的專用控制器主要包括下述幾類：

(1)空氣處理機(jī)組控制器；

(2)空調(diào)控制器；

(3)照明控制器；

(4)變風(fēng)量控制器；

(5)消防報(bào)警控制器。更常用的是模塊化控制器。模塊化控制器是可編程的、以計(jì)算機(jī)模塊為基礎(chǔ)的直接數(shù)字式控制器。其基本結(jié)構(gòu)包括一個(gè)可內(nèi)插多個(gè)模塊的機(jī)架，一個(gè)計(jì)算機(jī)模塊和一個(gè)電源供應(yīng)模塊。根據(jù)不同的具體應(yīng)用，還可以內(nèi)插各種不同用途的通信模塊、輔助控制模塊和輸入/輸出(Analogy/Digital)模塊。第四節(jié)Lonworks現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線控制技術(shù)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的最新技術(shù)，是一種開放式、全分布式的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。控制過程直接面向現(xiàn)場，各現(xiàn)場智能節(jié)點(diǎn)相互獨(dú)立，又可相互組態(tài)，構(gòu)成一個(gè)開放式、全分布式、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。目前，主要有Can、Lonworks、Ff等現(xiàn)場總線技術(shù)，而Lonworks技術(shù)是我國工業(yè)自動化、樓宇自動化等行業(yè)領(lǐng)域備受看重的一種現(xiàn)場總線技術(shù)。Lonworks技術(shù)是由Eehelon公司開發(fā)研制的，Lonworks技術(shù)的通信協(xié)議稱為LonTalk通訊協(xié)議，LonTalk通訊協(xié)議包含ISO/OSI中所有七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并固化在Lonworks產(chǎn)品中，即SmartI/O模塊中的神經(jīng)元芯片中。Lonworks技術(shù)使互操作性變成即插即用的具體手段。Lonworks技術(shù)被設(shè)計(jì)用于實(shí)時(shí)控制應(yīng)用，涉及領(lǐng)域很廣，包括工業(yè)過程控制、工廠自動化交通運(yùn)輸及建筑自動化等。采用Lonworks技術(shù)，使得未來的控制進(jìn)一步分散化，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線的聯(lián)網(wǎng)控制。一、集中式控制和集散式控制方式對比這里以PC機(jī)為上位機(jī)的數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場控制系統(tǒng)為例，比較一下分布式控制和集中控制的優(yōu)缺點(diǎn)。從圖所示的集中控制系統(tǒng)可以看到，每個(gè)控制對象都是獨(dú)立地連接到機(jī)房地中央控制機(jī)上，需要大量的連接電纜，占用了大量的資金和施工時(shí)間，給系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)增加了難度。因此控制系統(tǒng)的現(xiàn)場結(jié)構(gòu)正在向全分布式的無主系統(tǒng)過渡，并向神經(jīng)元控制系統(tǒng)發(fā)展。運(yùn)用Lonworks技術(shù)的節(jié)點(diǎn)控制器可組成真正的分布式控制系統(tǒng)，如圖所示。A/DD/A數(shù)字I/D變換及驅(qū)動電路空調(diào)照明電梯給排水防盜防火??????現(xiàn)場典型的集中控制系統(tǒng)示意圖節(jié)點(diǎn)控制器2節(jié)點(diǎn)控制器NLON網(wǎng)絡(luò)適配器空調(diào)照明電梯給排水防盜防火??????現(xiàn)場分布式控制系統(tǒng)示意圖節(jié)點(diǎn)控制器1智能節(jié)點(diǎn)控制器位于傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所在的現(xiàn)場之間，不僅擔(dān)負(fù)I/O任務(wù)，還具有很強(qiáng)的信息處理能力，能單獨(dú)構(gòu)成小型的控制系統(tǒng)，即單機(jī)控制器。另外，這些智能節(jié)點(diǎn)通過LON（局部操作網(wǎng)絡(luò)）和監(jiān)測節(jié)點(diǎn)（PC機(jī)）進(jìn)行通信。該網(wǎng)絡(luò)僅需通過雙絞線或直接利用電源線完成網(wǎng)絡(luò)通信，并且任何的智能節(jié)點(diǎn)控制器之間可以相互傳遞信息。可見這種分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可大量節(jié)省傳輸線纜的敷設(shè)量，大大加強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的可擴(kuò)充性、可維護(hù)性，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中全部以數(shù)字量進(jìn)行傳輸，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議本身又具有強(qiáng)大的糾錯(cuò)功能，具有較長的傳輸距離和較強(qiáng)的抗干擾能力，可以實(shí)現(xiàn)無上位機(jī)的全分布式無主工作。

LON網(wǎng)絡(luò)與LAN（Local

Area

Network）局域網(wǎng)絡(luò)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上很相似，同樣具有嚴(yán)格的、標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，但二者在應(yīng)用模式方面有著本質(zhì)的區(qū)別，主要有：1、LAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（即工作站）是PC機(jī)等系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)總線是高速通信電纜（如同軸電纜或光纜等）；而LON網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是一些象火柴盒一樣大小的“智能控制節(jié)點(diǎn)”（即Node），網(wǎng)絡(luò)總線可以是低速的、普通的雙絞線，或建筑物內(nèi)現(xiàn)有的電源線等。

LON技術(shù)可以理解為局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制領(lǐng)域的延伸和應(yīng)用。它的基本思想是將控制系統(tǒng)按局域網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行構(gòu)造，用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)代替局域網(wǎng)絡(luò)中的工作站，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安裝于監(jiān)控現(xiàn)場，直接與各種監(jiān)控傳感器和控制器相連。這種網(wǎng)絡(luò)集數(shù)據(jù)采集（檢測）、分析、控制（執(zhí)行）和網(wǎng)絡(luò)通訊為一體，十分適合大型場館、廠礦車間、酒店以及現(xiàn)代化家庭乃至現(xiàn)代化大型設(shè)備進(jìn)行分布式網(wǎng)絡(luò)管理和控制。二、LON節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和LAN局域網(wǎng)絡(luò)比較2、LAN網(wǎng)絡(luò)傳輸速度較高，主要用于傳輸大塊的文件數(shù)據(jù)；LON網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣容^低，主要應(yīng)用于控制系統(tǒng)傳輸一些狀態(tài)和控制信息。3、LAN網(wǎng)絡(luò)必須有一個(gè)中央服務(wù)器，而LON網(wǎng)絡(luò)無需中央服務(wù)器，各節(jié)點(diǎn)通過編輯即可自動協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)無中央控制機(jī)的自動控制系統(tǒng)（這一特點(diǎn)十分適合各種閉環(huán)自動控制系統(tǒng)的要求）。三、LonworksOEM產(chǎn)品——SmartNodeI/O智能節(jié)點(diǎn)

SmartNodeI/O節(jié)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)面向控制過程的核心部件，是體現(xiàn)現(xiàn)成總線技術(shù)的關(guān)鍵部件。每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須具有通信和運(yùn)算控制功能。SmartNodeI/O智能節(jié)點(diǎn)是應(yīng)用美國Echelon公司Lonworks技術(shù)開發(fā)的可編程神經(jīng)元控制器系列產(chǎn)品，它們用于組成新型的智能型分布式控制網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)筑現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。

SmartNodeI/O節(jié)點(diǎn)作為一種智能控制節(jié)點(diǎn)，能進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理，并具有可靠的網(wǎng)絡(luò)通訊，方便的功能組態(tài)，采用單一雙絞線組網(wǎng)等一系列特點(diǎn)，便于實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能價(jià)格比的完全分布式控制網(wǎng)絡(luò)。

Smart