自動化技術(shù)在消防工程中的應(yīng)用.ppt

1、電話Email:,2010年消防系列教材交流研討會,自動控制原理,一,傳感器及智能傳感器,二,先進(jìn)測控技術(shù)及其應(yīng)用,五,智能建筑,4,四,工業(yè)控制計算機(jī)及單片機(jī),3,三,中南大學(xué)土木建筑學(xué)院防災(zāi)科學(xué)與安全技術(shù)研究所,一、自動控制原理 1、自動控制定義：是指在無人參與的情況下，利用控制器操縱被控對象，使被控量按照預(yù)先規(guī)定的規(guī)律運行。 2、自動控制系統(tǒng)的組成： 1）控制器 2）被控對象 3）控制量,自動控制系統(tǒng)的基本原理,3 自動控制理論體系 （1）自動控制理論發(fā)展的三個階段 1）經(jīng)典控制（上世紀(jì)3060年代） 代表人物：維納 以反饋理論為基礎(chǔ) 以傳遞函數(shù)為工具 研究對象

2、：單輸入單輸出（SISO) 研究方法：時域法、頻域法、根軌跡法 應(yīng)用：工業(yè)被控對象 2）現(xiàn)代控制（6080年代） 代表人物：錢學(xué)森： 工程控制論 以空間狀態(tài)法為基礎(chǔ) 以空間矩陣為工具 對象：多輸入多輸出（MIMO) 應(yīng)用、航空、航天 3）先進(jìn)控制（80年代至今） 智能控制、復(fù)合控制、網(wǎng)絡(luò)控制、魯棒控制、 研究方法：人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 研究對象：各種對象 應(yīng)用： 各種各樣場合,（2）自動控制理論系列課程體系 1）自動控制原理 2）自動控制工程 3）現(xiàn)代控制理論 4）計算機(jī)控制系統(tǒng) 5）最優(yōu)控制 6）隨機(jī)控制,（3）自動控制學(xué)科體系 1）一級學(xué)科：控制科學(xué)與工程 2）二級學(xué)科： a）控制理論與控制

3、工程 b）檢測技術(shù)與自動化裝置 c）系統(tǒng)工程 d）模式識別與智能系統(tǒng) e) 飛行器導(dǎo)航與控制,（4）各學(xué)校自動控制專業(yè)發(fā)展特色 1）清華大學(xué)：電機(jī)、電力系統(tǒng)控制 2）浙江大學(xué)：化工控制 3）中南大學(xué)：冶金（有色、黑色） 4）北京航空航天大學(xué)：航空航天 5）國防科技大學(xué)：軍事 6）華中科技大學(xué)：控制與系統(tǒng)工程結(jié)合 7）西安交通大學(xué)：系統(tǒng)工程,（5）我們消防工程專業(yè)自動控制方向特色 1）課程： 自動控制原理 傳感器技術(shù) 單片機(jī)原理及應(yīng)用 智能建筑 通信指揮調(diào)度 2）特色： 針對消防工程火災(zāi)探測與控制 3）課時分配及學(xué)習(xí)要求： 32學(xué)時，相對較少，了解概貌，盡量講授關(guān)鍵知識點以及基本原理。,4 反饋

4、控制思想 電子技術(shù)：運算放大器、負(fù)反饋概念 其他可以通用。 關(guān)鍵思想：比較、模擬、仿真。 人物：郭雷中科院院士,二、傳感器及智能傳感器 1、什么是傳感器？ 在我們?nèi)粘Ｉ钪?，使用著各種各樣的傳感器， 電冰箱、電飯煲中的溫度傳感器; 空調(diào)中的溫度和濕度傳感器; 煤氣灶中的煤氣泄漏傳感器; 水表、電表、電視機(jī)和影碟機(jī)中的紅外遙控器; 照相機(jī)中的光傳感器; 汽車中燃料計和速度計等等，不勝枚舉。 傳感器給我們的生活帶來了多少便利和幫助呢？,1、什么是傳感器？,2、傳感器技術(shù)的作用和地位 構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱是： 傳感器技術(shù)（信息采集）； 通信技術(shù) （信息傳輸）； 計算機(jī)技術(shù)（信息處理）； 它們在

5、信息系統(tǒng)中分別起到 “感官”、“神經(jīng)”和“大腦” 的作用。 在利用信息的過程中首先要解決獲取準(zhǔn)確可靠的 信息，而傳感器是獲取信息的主要途徑和手段。,2、 傳感器技術(shù)的作用和地位 機(jī)器人 視覺: 平面、立體 非視覺:觸覺、滑覺、 熱覺、力覺、 接近覺、,2、 傳感器技術(shù)的作用和地位 醫(yī)療診斷,2 、傳感器技術(shù)的作用和地位 家用電器,2、 傳感器技術(shù)的作用和地位,2、 傳感器技術(shù)的作用和地位 智能建筑,2、 傳感器技術(shù)的作用和地位 傳感器具有以下作用和功能 （1） 測量與數(shù)據(jù)采集 （2） 檢測與控制 （3） 診斷與監(jiān)測 （4） 輔助觀測儀器 （5） 資源探測 （6） 環(huán)境保護(hù) （7） 醫(yī)療衛(wèi)生 （

6、8） 家用電器 ,3、傳感器現(xiàn)狀和國內(nèi)外發(fā)展趨勢 傳感器發(fā)展趨勢： 20世紀(jì)70年代以來以電量為輸出的傳感器得到飛 速發(fā)展，現(xiàn)代傳感器已是測量儀器、智能化儀表、 自動控制系統(tǒng)等裝置必不可少的感知元件。 幾十年來傳感技術(shù)的發(fā)展分為兩個方面： 1.提高與改善傳感器的技術(shù)指標(biāo)； 2.尋找新原理、新材料、新工藝。 為改善傳感器性能采用多種技術(shù)途徑： 差動技術(shù)；平均技術(shù)；補(bǔ)償修正技術(shù)； 隔離抗干擾抑制、穩(wěn)定性處理等等。,3、傳感器現(xiàn)狀和國內(nèi)外發(fā)展趨勢 目前傳感器總的發(fā)展趨勢是： （1） 發(fā)展、利用新效應(yīng)； （2） 開發(fā)新材料； （3） 提高傳感器性能和檢測范圍； （4） 微型化與微功耗； （5） 集成化

7、與多功能化； （6） 傳感器的智能化； （7） 傳感器的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。,傳感器的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化,3 、傳感器現(xiàn)狀和國內(nèi)外發(fā)展趨勢,傳感器在總體上呈現(xiàn)出多功能、微型化、數(shù)字化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢。,4 、檢測系統(tǒng)的組成原理,各種傳感器其輸出信號的形式因傳感器而異。檢測儀器的輸出 或送控制器用以調(diào)節(jié)控制，或送至計算機(jī)作進(jìn)一步處理。 現(xiàn)代傳感技術(shù)是自動檢測和自動控制系統(tǒng)以及機(jī)電一體化的第 一基礎(chǔ)。,自動控制系統(tǒng)框圖,5、傳感器的定義、組成和分類方法 （1）定義： Sensor/transducer （2）組成: 敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本電路 （3）分類: 1）按檢測范疇分類 : 物理

8、量傳感器 化學(xué)量傳感器 生物量傳感器 2） 按輸出信號分類 :模擬傳感器 數(shù)字傳感器 3） 按結(jié)構(gòu)分類 :結(jié)構(gòu)型傳感器 物性型傳感器 復(fù)合型傳感器 4） 按功能分類:單功能傳感器 多功能傳感器 智能傳感器 5） 按轉(zhuǎn)換原理分類: 機(jī)電傳感器 光電傳感器 熱電電傳感器 磁電傳感器 電化學(xué)傳感器 6）按傳感器的能源分類: 有源傳感器 無源傳感器,6、傳感器的基本特性 （1）靜態(tài)特性：當(dāng)輸入量（X）為靜態(tài)（常量）或變化緩慢的信 號時（如溫度、壓力），討論傳感器的靜態(tài)特性，輸入輸出關(guān)系稱靜態(tài)特性。主要指標(biāo)：線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度、穩(wěn)定性 （2）動態(tài)特性:動態(tài)特性是指傳感器輸出對時間變化的輸入量的

9、響應(yīng)特性。主要有加速度、振動等，被測量是時間的函數(shù)，或是頻率的函數(shù)，用時域法和頻域法來研究。自動控制里的傳遞函數(shù)。,7、智能傳感器 （1）智能傳感器（Intelligent Sensor/Smart Sensor) （2）DALLAS公司的DS1820智能溫度傳感器 （3）AD公司的ADXL210智能加速度傳感器 （4）HOLLEYWELL公司的ST-3000智能壓力傳感器,三、工業(yè)控制計算機(jī)及單片機(jī) （1） 工控機(jī)/工業(yè)控制計算機(jī)/IPC/Industrial Personal Computer 中央管理用計算機(jī) 臺灣研華公司“Advantech”； 研祥 “Evoc”。 結(jié)構(gòu)：主機(jī)及各種板

10、卡,通信卡、I/O卡 總線：ISA總線，PCI總線 選型時可了解IPC的配置，再選各種卡。 。,（2）可編程序控制器（PLC）（Programmable Logic Controller）,PC 主要用于開關(guān)控制。 數(shù)十至上百I/O接口，繼電器，接觸器，構(gòu)成順序控制 二進(jìn)制O/1關(guān)/開 擴(kuò)充模擬量模塊（成本昂貴），模擬量多時采用IPC。 （3）單片機(jī)MCU，DSP，F(xiàn)PGA。 自行開發(fā)現(xiàn)場控制計算機(jī)，可大可小。 （4） 工業(yè)控制相關(guān)技術(shù) 1）強(qiáng)弱電一體化 過去人們習(xí)慣于用AC做電源，各種傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu) 采用此方式。DDZ-（0-10mA)， DDZ-型儀表（4-20mA),80年代用于電氣，

11、信息計算機(jī)技術(shù) 采用弱電DC24V 計算機(jī)DC:+12V、-12V，5V、-5V 一般單片機(jī)： 5V 繼電器、執(zhí)行器：DC24V （2）機(jī)電一體化 機(jī)電儀一體化 融合計算機(jī)技術(shù)，信息技術(shù)，自動控制技術(shù)于一體，一般高校的機(jī)電學(xué)院甚至職業(yè)技術(shù)學(xué)院都設(shè)有機(jī)電一體化專業(yè)。,四、智能建筑,1、 智能建筑定義 什么是智能建筑？ 伴隨著計算機(jī)的普及和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在建筑業(yè)出現(xiàn)了智能建筑，而隨著人們生活水平的不斷提高，智能建筑得到了迅猛發(fā)展，并已成為21世紀(jì)建筑業(yè)的發(fā)展主流。所謂智能建筑，就是給傳統(tǒng)建筑加上“靈敏”的神經(jīng)系統(tǒng)和“聰明”的頭腦，以提高人們的居住質(zhì)量，給住戶帶來多元化信息和安全、舒適、便利的生活

12、環(huán)境。在建筑業(yè)界流傳著“3A”的說法，即指BA（樓宇自動化）、OA（辦公室自動化）和CA（通訊自動化）。,“A”代表自動化，“A”（自動化）智能建筑、智能住宅和智能社區(qū)，代表著人們對工業(yè)自動化、家庭信息化和社區(qū)網(wǎng)絡(luò)化三個需求的階段。智能建筑在20世紀(jì)80年代中期起源于美國，并在美國得到了迅猛發(fā)展，不久，智能建筑的發(fā)展在世界范圍內(nèi)一浪高過一浪，在歐洲、日本和東南亞等地區(qū)迅速刮起了建智能建筑之風(fēng)。上個世紀(jì)80年代初，大量采用電子技術(shù)的家用電器面市，當(dāng)時人們稱之為住宅電子化；80年代中期，將家用電器、通信設(shè)備與安保防災(zāi)設(shè)備各自獨立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動化概念；80年代末，由于通信與信息技

13、術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了對住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備通過總線技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國稱為智慧屋、在歐洲稱為時髦屋，日本建設(shè)省在推進(jìn)智能建筑概念時，提出了家庭總線系統(tǒng)概念。,總之，智能建筑必須具備以下四個條件：一是一套先進(jìn)的樓宇設(shè)備控制系統(tǒng);二是一套結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng);三是一個現(xiàn)代化的通訊系統(tǒng); 四是一個對大樓的強(qiáng)電設(shè)備和弱電系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視和管理的系統(tǒng)集成平臺。我國智能建筑的起步較晚，但近十余年來，在北京、上海、廣州等大城市，相繼建起了具有相當(dāng)水平的智能建筑。智能建筑是一個國家的綜合國力和科技水平的具體體現(xiàn)之一，目前世界各國都在加大力度發(fā)展智能建筑，中國也把智能建筑的建設(shè)納入了重要

14、的議程。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻技術(shù)、通信技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，使未來智能建筑正朝著集約化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，綠色、環(huán)保、節(jié)能是智能建筑發(fā)展的主流方向。,2、智能建筑優(yōu)點 同計算機(jī)技術(shù)得以高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用一樣，智能 建筑不是憑空杜撰出來，它是發(fā)展經(jīng)濟(jì)和改善生活條件 的必然產(chǎn)物。因此，智能建筑具有以下幾個突出的優(yōu)點： （1）創(chuàng)造了安全健康舒適宜人只能搜索工作環(huán)境和生活環(huán)境，智能小區(qū)不斷開發(fā)，使人們生活居住環(huán)境不斷向安全、舒適、方便方向提升。 （2）節(jié)能，利用自動控制技術(shù)使空調(diào)，照明等能耗很大的智能建筑在滿足使用者對環(huán)境要求的前提下最大限度的減少能耗消耗。最優(yōu)控制和參數(shù)滿意控制來保證使用者總體滿意度

15、。 （3）能滿足各種用戶對不同環(huán)境功能要求。支持3A功能，開放式，大跨度框架結(jié)構(gòu)，允許用戶迅速方便地改變建筑物使用功能。 （4）現(xiàn)代化的通訊手段與辦公條件,3、智能建筑的主要內(nèi)容 樓宇自動化系統(tǒng)（BAS) 辦公自動化系統(tǒng)（DAS) 通信自動化系統(tǒng)（CAS) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 綜合布線 系統(tǒng)集成 其他與智能卡相關(guān)技術(shù)：指紋識別系統(tǒng)，人臉識別系統(tǒng)，筆跡識別系統(tǒng)，虹膜識別系統(tǒng)，身份證卡（Identification Card)非接觸卡識別（列車車輛識別系統(tǒng)）三表（水，電，氣 ）收費系統(tǒng),4、智能建筑名詞術(shù)語 智能建筑：Intelligent Building (IB) 智能建筑的3A說： BAS(Buil

16、ding Automation System) 樓宇自動化系統(tǒng) OAS(Office Automation System) 辦公自動化系統(tǒng) CAS(Communication Automation System)通信自動化系統(tǒng) 5A說： FAS(Fire Automation System) 防火監(jiān)控系統(tǒng) SAS(Safety Automation System) 保安自動化系統(tǒng),A/D-Analog to Digital-摸數(shù)轉(zhuǎn)換 D/A-Digital to Analog-數(shù)摸轉(zhuǎn)換 DCS-Distributed Control System-分散控制系統(tǒng) FCS-Field Contro

17、l System-現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) BACnet-A Data Communication Protocol For Building Automation and control Networks-數(shù)據(jù)通信協(xié)議 EBI-Enterprise Building Integrator-企業(yè)建筑物集成 DDC-Direct Digital control-直接數(shù)字控制器,ODBC-Open Database Connectivity-開放數(shù)據(jù)庫互連 OPC-OLE for Process Control-用于過程控制的OLE OLE-Object Linking & Embedding-對象鏈接與嵌入 ISO-Internati