智能建筑第二篇-智能建筑設(shè)備自動控制技術(shù)-05樓宇設(shè)備自動化技術(shù)

1、 樓宇智能化技術(shù)(jsh)共五十五頁第五章 樓宇設(shè)備(shbi)自動化技術(shù)第一節(jié) 樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)(xtng)(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)計共五十五頁第一節(jié) 樓宇設(shè)備(shbi)自動化系統(tǒng)(BAS)的功能一、 BAS的對象環(huán)境二、 BAS的功能要求(yoqi)三、 BAS的軟件功能四、 BAS的技術(shù)基礎(chǔ)共五十五頁一、 BAS的對象(duxing)環(huán)境智能化建筑中的建筑機(jī)電設(shè)備和設(shè)施就是樓宇自動化系統(tǒng)的對象和環(huán)境(hunjng), 通?？蓪⒔ㄖC(jī)電設(shè)備和設(shè)施按功能劃分為七個子系統(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、);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)(自動監(jiān)測與報警、滅火、排煙、聯(lián)動控制、緊急廣播);5)保安系統(tǒng)(防盜報警、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、電動扶梯、停車場、車隊);7)廣播系統(tǒng)(背景音樂、事故廣播、緊急廣播) 。共五十五頁二、 BAS的功能(gngnng)要求BAS的整體功能可概括為四個方面：設(shè)備控制自動化 (1)變配電設(shè)備及應(yīng)急(yng j)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)

3、備測控 (6)停車場管理與控制防災(zāi)自動化 (1)防火系統(tǒng) (2)防盜系統(tǒng) (3)防災(zāi)系統(tǒng) 設(shè)備管理自動化 (1)水、電、煤氣等使用計量和收費(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)會議室、停車場等場所使用的預(yù)約申請、管理 能源管理自動化共五十五頁三、 BAS的軟件(run jin)功能系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包括以下功能:系統(tǒng)操作管理 。交互式系統(tǒng)界面(jimin) 報警、故障的提示和打印 警報的處理 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 多種控制方式 系統(tǒng)輔助功能設(shè)定 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:采樣

4、和數(shù)據(jù)處理功能 報警設(shè)定控制程序數(shù)學(xué)功能 通信控制 共五十五頁四、 BAS的技術(shù)(jsh)基礎(chǔ)樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)將各個控制子系統(tǒng)集成為(chngwi)一個綜合系統(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 共五十五頁第二節(jié) 集散控制(kngzh)一、 集散控制系統(tǒng)(kn zh x tn)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)共五十五頁一、 集散控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的基本概念集散型計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是一個(y )分布式系統(tǒng)，從整體邏輯結(jié)構(gòu)上講，是一個(y )分支樹結(jié)構(gòu) 多層樹狀結(jié)

5、構(gòu) 共五十五頁二、 集散控制系統(tǒng)的基本(jbn)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)(xtng)是由分散過程控制裝置、操作管理裝置、通信系統(tǒng)(xtng)三大部分組成 共五十五頁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)。 操作管理(gunl)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。 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)

6、共五十五頁集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征遞階控制結(jié)構(gòu) 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 冗余化結(jié)構(gòu) 1)同步運(yùn)轉(zhuǎn)(ynzhun)方式 2)待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式 3)后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式 4)多級操作方式 共五十五頁集散控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的典型結(jié)構(gòu)模件化控制站+與MAP兼容(jin rn)的寬帶、載帶局域網(wǎng)+信息綜合管理系統(tǒng) 共五十五頁分散(fnsn)過程控制站+局域網(wǎng)+信息管理系統(tǒng)共五十五頁分散過程控制站+高速數(shù)據(jù)公路+操作站+上位機(jī) 可編程邏輯控制器PLC+通信(tng xn)系統(tǒng)+操作管理站 單回路控制器+通信系統(tǒng)+操作管理站 工業(yè)級微機(jī)+通信系統(tǒng)+操作

7、管理機(jī) 共五十五頁共五十五頁共五十五頁共五十五頁共五十五頁共五十五頁共五十五頁共五十五頁共五十五頁三、 現(xiàn)場控制站的功能(gngnng)與結(jié)構(gòu)現(xiàn)場控制站的功能(gngnng)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)送來的過程信號均由現(xiàn)場控制站進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)采集、濾波、非線性校正及各種補(bǔ)償運(yùn)算、上下限報警及累積量計算等, 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.現(xiàn)場控制站的結(jié)構(gòu)共五十五頁用于現(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( zhn)智能數(shù)字調(diào)節(jié)器與可編程序控制器(PLC) PLC與DCS連接 共五

8、十五頁四、 操作員站的功能(gngnng)與結(jié)構(gòu)中心計算機(jī)站的功能集散型控制系統(tǒng)的中心計算機(jī)站提供了集中監(jiān)示、對現(xiàn)場直接操作、系統(tǒng)生成以及診斷等功能。它是幾個部分的統(tǒng)稱，其主要部分是操作員站和工程師站。操作員站的功能操作員站的顯示管理功能 操作員站的打印功能 組態(tài)功能 操作員站的組成 操作員站有以下幾個組成部分：處理機(jī)系統(tǒng)(xtng)、顯示設(shè)備、操作鍵盤、打印設(shè)備、存儲設(shè)備以及一個支撐和固定這些設(shè)備的操作臺。共五十五頁五、 集散控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的特點(diǎn)分級(fn j)遞階控制分散控制自治性協(xié)調(diào)性友好性適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性開放系統(tǒng)可靠性共五十五頁第三節(jié) BAS的體系結(jié)構(gòu)一、 B

9、AS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(j zhn)方案四、BAS的發(fā)展趨勢共五十五頁一、 BAS體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)選對于樓宇自動化（BAS）這一個規(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，而且是一個整體綜合優(yōu)化問題。若采用集中式計算控制，則所有現(xiàn)場信號都集中于同一地方，由一臺計算機(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)備附近的多臺計算機(jī)控制裝置，完成被控設(shè)備的實(shí)時監(jiān)測、保護(hù)與控制任務(wù)，克服了集中式計算機(jī)控制帶來的危險性高

10、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算機(jī)，完成集中操作、顯示、報警、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)。管理計算機(jī)與現(xiàn)場控制計算機(jī)的數(shù)據(jù)(shj)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)。共五十五頁二、 集散型BAS的體系結(jié)構(gòu)集散型樓宇自動化系統(tǒng)(xtng)的體系結(jié)構(gòu)，如圖所示,其基本特征是功能層次化 共五十五頁三、集散型BAS的幾種(j zhn)方案1.按樓宇設(shè)備功能(gngnng)組織

11、的集散型BAS系統(tǒng)共五十五頁2.按樓宇建筑層面組織(zzh)的集散型BAS系統(tǒng)共五十五頁混合型的集散型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(xqi)而調(diào)整。共五十五頁四、BAS的發(fā)展趨勢 1.現(xiàn)場總線簡介20世紀(jì)90年代以來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)場中的第一級傳感器執(zhí)行器和第二級分站合并成為一級，即所謂測控合一的單層分布式控制網(wǎng)絡(luò)，成為控制技術(shù)發(fā)展的主流方向。這

12、就是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)Fieldbus Control System?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)充分反映了控制網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)：控制現(xiàn)場高度分散；控制規(guī)?？纱罂尚?；控制節(jié)點(diǎn)成本低廉而功能單一，絕對穩(wěn)定而不易失效；傳輸介質(zhì)多種多樣；共存于同一網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)通信安全可靠；控制信息短而精確；信息傳遞方式以控制為目的，分成不同方式實(shí)現(xiàn)(shxin)，如單純發(fā)出信息、發(fā)出信息要求反饋確認(rèn)、接受信息要求發(fā)出信息出示密碼等多種方式,以確?？刂茰?zhǔn)確無誤。 在樓宇自動化領(lǐng)域，LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)得到世界上本行業(yè)大多數(shù)制造商的承認(rèn)，其通信協(xié)議LonTalk被美國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會批準(zhǔn)的BACnet（樓宇自動控制的網(wǎng)絡(luò)）所采納，作為

13、物理數(shù)據(jù)鏈路層5種基本通信方式之一，寫在ABSI/ASHRAE135-1995中。共五十五頁通過BACnet路由器實(shí)現(xiàn)異種(y zhn)樓宇自動化系統(tǒng)的聯(lián)接共五十五頁控制(kngzh)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)共五十五頁第四節(jié) 智能化樓宇的BAS系統(tǒng)(xtng)設(shè)計一、 BAS系統(tǒng)(xtng)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)計共五十五頁一、 BAS系統(tǒng)的檢測技術(shù)(jsh)與設(shè)備電量檢測技術(shù)與設(shè)備(shbi)(1)直流電壓、電流的測量(2)正弦交流電壓、電流的測量 共五十五頁 溫度、濕度的檢測技術(shù)(jsh)與設(shè)備樓宇自動化中溫度檢測器的結(jié)構(gòu)

14、熱電阻測量電路原理圖 共五十五頁 壓力、液位的自動檢測常用(chn yn)的壓力的自動檢測裝置原理如下圖 電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)原理 共五十五頁共五十五頁流量(liling)、容積的自動檢測流量計原理圖 共五十五頁二、 典型(dinxng)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)行器的推動部分，按照控制器輸送的信號大小產(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(min j)，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、電動、液動三種。在智能樓宇中常用電動執(zhí)行器。共五十五頁電動執(zhí)行器a)直行

15、程(xngchng)電動執(zhí)行器 b)角行程電動執(zhí)行器電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成一般采用隨動系統(tǒng)的方案，如圖所示: 共五十五頁 電磁閥電磁閥是常用電動執(zhí)行器之一，多用于兩位控制(kngzh) 電磁閥結(jié)構(gòu)原理 先導(dǎo)式電磁閥結(jié)構(gòu)原理 共五十五頁 電動閥電動調(diào)節(jié)閥是以電動機(jī)為動力元件，將控制器輸出信號轉(zhuǎn)換為閥門的開度，它是一種連續(xù)動作的執(zhí)行器。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)配用的調(diào)節(jié)(tioji)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，分別同直線移動的調(diào)節(jié)(tioji)閥，旋轉(zhuǎn)的蝶閥，多轉(zhuǎn)的感應(yīng)調(diào)節(jié)(tioji)器等配合工作。電動閥結(jié)構(gòu)原理 共五十五頁調(diào)節(jié)閥的流量(liling)特性是指流過閥門的相對流量(li

16、ling)值與閥門的相對開度值之間的關(guān)系：式中， 是調(diào)節(jié)閥在某一開度時的流量 與閥全開時的流量 之比，稱為相對流量,l/L是調(diào)節(jié)閥在某一開度時閥桿行程l與全開時的行程L之比，稱為相對開度。當(dāng)調(diào)節(jié)閥前后壓差不變的情況下(P=常數(shù))，得到的相對流量與相對開度的關(guān)系，稱為理想流量特性，當(dāng)調(diào)節(jié)閥前后壓差變化的情況下，閥的相對開度與相對流量的關(guān)系，稱為工作流量特性。工作流量特性可以用計算的方法求得。目前國內(nèi)生產(chǎn)的調(diào)節(jié)閥，有直線、等百分比(對數(shù))和快開(拋物線)三種特性 。共五十五頁直線流量特性 它是指調(diào)節(jié)閥的相對(xingdu)開度與相對(xingdu)流量成直線關(guān)系。即：式中,C是常數(shù)，經(jīng)積分，并代邊

17、界條件，當(dāng)l=0, (指閥在全閉時，仍有一定的泄漏量）；當(dāng)l=L, ，得出：式中R是調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量之比，又稱可調(diào)比。 共五十五頁等百分比流量特性 它是指單位(dnwi)行程變化所引起的相對流量變化與此點(diǎn)的相對流量成正比關(guān)系，即：將此式積分，并代入相同的邊界條界可得：從數(shù)學(xué)關(guān)系式可看出呈指數(shù)關(guān)系，故等百分比流量特性又稱對數(shù)特性。共五十五頁快開流量特性 這種閥的特性是在閥行程比較小時，流量比較大，隨著行程的增大，流量很快就達(dá)最大(呈飽和)，故稱快開特性。這種特性曲線的斜率隨行程而減小，當(dāng)行程達(dá)最大時，曲線斜率趨向于0，幾乎與橫軸平行，因此可以假定當(dāng)l=L時斜率為O，是一個(y

18、)單調(diào)遞減函數(shù)，即可表示:將此式積分，并代入相同的邊界條界可得：快開特性的閥芯形狀為平板式。這種閥門的有效行程應(yīng)在D/4(D為閥的通徑)以內(nèi)，當(dāng)行程再增大，閥的流通面積就不再增大，便不能起調(diào)節(jié)作用了。此閥適用于迅速開閉。 共五十五頁三種流量特性(txng)曲線如圖所示。共五十五頁流量特性(txng)的選擇一般從以下幾方面考慮：1)對于雙位調(diào)節(jié)和程序控制的應(yīng)用，一般是選快開特性。2)根據(jù)調(diào)節(jié)對象的特性的原則:一般凡是具有自平衡能力的調(diào)節(jié)對象都可選擇等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥，不具有自平衡能力的調(diào)節(jié)對象則選擇直線流量特性的調(diào)節(jié)閥。3)根據(jù)管路系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥全開時壓差與系統(tǒng)總壓差的比值原則，當(dāng)壓差比大于0.7時，可選用直線特性的調(diào)節(jié)閥；當(dāng)壓差比在0.70.4之間時，可選用快開(拋物線)特性的調(diào)節(jié)閥，當(dāng)壓差比在0.40.1之間時,選用等百分比(對數(shù))特性調(diào)節(jié)閥。4)根據(jù)可調(diào)范圍的原則:一般要求調(diào)節(jié)范圍大的，選用等百分比特性的調(diào)節(jié)閥具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。上述