樓宇智能化技術第5章

樓宇智能化技術廣東工業(yè)大學自動化學院第五章樓宇設備自動化技術第一節(jié)樓宇設備自動化系統(tǒng)(BAS)的功能第二節(jié)集散控制第三節(jié)BAS的體系結構第四節(jié)智能化樓宇的BAS系統(tǒng)設計第一節(jié)樓宇設備自動化系統(tǒng)(BAS)的功能一、BAS的對象環(huán)境二、BAS的功能要求三、BAS的軟件功能四、BAS的技術基礎一、BAS的對象環(huán)境智能化建筑中的建筑機電設備和設施就是樓宇自動化系統(tǒng)的對象和環(huán)境,

通?？蓪⒔ㄖC電設備和設施按功能劃分為七個子系統(tǒng):1)電力供應系統(tǒng)(高壓配電、變電、低壓配電、應急發(fā)電);2)照明系統(tǒng)(工作照明、事故照明、藝術照明、障礙燈等特殊照明);3)環(huán)境控制系統(tǒng)(空調(diào)及冷熱源、通風環(huán)境監(jiān)測與控制、給水、排水、衛(wèi)生設備、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)。二、BAS的功能要求BAS的整體功能可概括為四個方面：⒈設備控制自動化

(1)變配電設備及應急發(fā)電設備測控

(2)照明設備測控

(3)通風空調(diào)設備測控

(4)給排水設備測控

(5)電梯設備測控

(6)停車場管理與控制⒊防災自動化

(1)防火系統(tǒng)

(2)防盜系統(tǒng)

(3)防災系統(tǒng)⒉設備管理自動化

(1)水、電、煤氣等使用計量和收費管理。

(2)設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)記錄及維護、檢修的預告。

(3)定期通知設備維護及開列設備保養(yǎng)工作單。

(4)設備的檔案管理。

(5)會議室、停車場等場所使用的預約申請、管理⒋能源管理自動化三、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報警、故障的提示和打印

⑷警報的處理

⑸系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

⑹多種控制方式

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

⑵報警設定

⑶控制程序

⑷數(shù)學功能

⑸通信控制四、BAS的技術基礎樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)將各個控制子系統(tǒng)集成為一個綜合系統(tǒng)，其核心技術是集散控制系統(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)結構三、現(xiàn)場控制站的功能與結構四、操作員站的功能與結構五、集散控制系統(tǒng)的特點一、集散控制系統(tǒng)的基本概念集散型計算機控制系統(tǒng)的結構是一個分布式系統(tǒng)，從整體邏輯結構上講，是一個分支樹結構多層樹狀結構二、集散控制系統(tǒng)的基本組成與系統(tǒng)結構集散控制系統(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)行機構。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)結構特征⑴遞階控制結構

⑵分散控制結構

1)組織人事的分散

2)地域的分散

3)功能的分散

4)負荷的分散

⑶冗余化結構

1)同步運轉(zhuǎn)方式

2)待機運轉(zhuǎn)方式

3)后退運轉(zhuǎn)方式

4)多級操作方式

⒌集散控制系統(tǒng)的典型結構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

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)級微機+通信系統(tǒng)+操作管理機三、現(xiàn)場控制站的功能與結構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)送來的過程信號均由現(xiàn)場控制站進行實時的數(shù)據(jù)采集、濾波、非線性校正及各種補償運算、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.⒉現(xiàn)場控制站的結構⒊用于現(xiàn)場控制站的智能調(diào)節(jié)器與PLC除上述標準結構的現(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構⒈中心計算機站的功能

集散型控制系統(tǒng)的中心計算機站提供了集中監(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。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組成部分：處理機系統(tǒng)、顯示設備、操作鍵盤、打印設備、存儲設備以及一個支撐和固定這些設備的操作臺。五、集散控制系統(tǒng)的特點⒈分級遞階控制⒉分散控制⒊自治性⒋協(xié)調(diào)性⒌友好性⒍適應性、靈活性和可擴充性⒎開放系統(tǒng)⒏可靠性第三節(jié)BAS的體系結構一、BAS體系結構的優(yōu)選二、集散型BAS的體系結構三、集散型BAS的幾種方案四、BAS的發(fā)展趨勢一、BAS體系結構的優(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， 由一臺計算機進行集中控制。這種控制方式雖然結構簡單，但功能有 限，且可靠性不高，故不能適應現(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)場被控設備附近的多臺計算機 控制裝置，完成被控設備的實時監(jiān)測、保護與控制任務，克服了集中式 計算機控制帶來的危險性高度集中和常規(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，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聯(lián)系困難與無法統(tǒng)一 管理的缺點。管理計算機與現(xiàn)場控制計算機的數(shù)據(jù)傳遞由通信網(wǎng)絡完 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廣泛采用的體系結構。二、集散型BAS的體系結構集散型樓宇自動化系統(tǒng)的體系結構，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構特點的混合型,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。這是一種靈活的結構系統(tǒng),它兼有上述兩種方案的特點,可以根據(jù)實際的需求而調(diào)整。四、BAS的發(fā)展趨勢

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

第四節(jié)智能化樓宇的BAS系統(tǒng)設計一、BAS系統(tǒng)的檢測技術與設備二、典型執(zhí)行機構三、典型BA系統(tǒng)設計一、BAS系統(tǒng)的檢測技術與設備⒈電量檢測技術與設備(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、濕度的檢測技術與設備樓宇自動化中溫度檢測器的結構

熱電阻測量電路原理圖

⒊壓力、液位的自動檢測常用的壓力的自動檢測裝置原理如下圖

電容式差壓傳感器結構原理

⒋流量、容積的自動檢測流量計原理圖

二、典型執(zhí)行機構執(zhí)行器一般由執(zhí)行機構、調(diào)節(jié)機構兩部分組成。其中執(zhí)行機構是執(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)機構是執(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)行機構的操縱改變閥芯與閥座間的流通面積，達到調(diào)節(jié)工藝介質(zhì)的流量。執(zhí)行機構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。⒈電動執(zhí)行器a)直行程電動執(zhí)行器b)角行程電動執(zhí)行器電動執(zhí)行機構的組成一般采用隨動系統(tǒng)的方案，如圖所示:

⒉電磁閥電磁閥是常用電動執(zhí)行器之一，多用于兩位控制

電磁閥結構原理先導式電磁閥結構原理

⒊電動閥電動調(diào)節(jié)閥是以電動機為動力元件，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)行機構根據(jù)配用的調(diào)節(jié)機構不同，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)閥，旋轉(zhuǎn)的蝶閥，多轉(zhuǎn)的感應調(diào)節(jié)器等配合工作。電動閥結構原理

⒋風門風門用來精確控制風的流量,其結構原理如圖所示。風門由若干葉片組成，當葉片轉(zhuǎn)動時改變流道的等效截面積，即改變了風門的阻力系數(shù)，其流過的風量也就相應地改變，從而達到了調(diào)節(jié)風流量的目的