《楼宇自控基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《楼宇自控基础（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、楼宇自控基础,主要内容,楼宇自控概述 自动控制原理及集散控制系统 BA主流技术简介 LonWorks BACnet OPC,主要内容,楼宇自控概述 自动控制原理及集散控制系统 BA主流技术简介 LonWorks BACnet OPC C/S & B/S,什么是楼宇自控系统,楼宇自控系统（BAS-Building Automation System）又称为建筑设备自动化系统，它是在综合运用自动控制、计算机、通信、传感器等技术的基础上，实现建筑物设备和实施的有效控制与管理，保证建筑设施的节能、高效、可靠、安全运行，满足广大使用者的需求。,采用楼宇自控系统 是大型建筑物监控的必然趋势,建筑物规模的增
2、大（高度与面积） 建筑物的多功能使用 使用者对建筑物的服务要求多样化（环境的舒适性、沟通的便捷性、生存空间的安全性、设施服务的完善性、管理组织的严密性等） 服务性能要求日趋提高 建筑物内部建筑设备的复杂性（VAV、群控、节能等）,BAS的对象环境,电力供应系统 (高压变配电、低压配电、应急发电) 照明系统 (工作照明、事故照明、艺术照明、障碍照明、泛光照明等) 环境控制系统 (空调及冷热源、通风、环境监测与控制、给水、排水、卫生设备、污水处理) 消防系统(火灾自动报警与消防联动控制) 安保系统 (防盗报警、电视监控、门禁、巡更) 交通运输系统 (电梯、电动扶梯、停车场) 广播系统 (背景音乐、
3、事故广播、紧急广播),广义BA系统的组成,狭义BA系统,国外消防、安保等系统都属于BA的子项，但国内考虑到安全性、行业划分等原因，属于独立的系统。 停车场控制与广播控制系统一般也自成系统。 国内狭义的BA系统主要包括电力供应与管理系统、照明控制管理系统和环境控制与管理系统等由各系统承包商利用DDC控制器或PLC控制器对其进行监控和管理的子系统。,BA系统功能,设备运行监控 节能控制 设备信息管理与分析,设备运行监控,利用分散在控制现场的控制器完成设备本身的控制。 通过现场总线实现设备之间的通讯和互操作。 中央控制站集中显示和管理各控制点的状态和参数，并对整个系统进行控制和配置。,设备运行监控的
4、作用,自动、远程控制，减少人力 加快系统响应时间 提高控制精度 方便物业人员对整个系统的把握 发生故障时自动报警进行处理,节能控制能耗分析,建筑物的能耗达整个国家能耗总量的27.4%（其中公共建筑物约占10%）。目前我国年平均能耗150200Kw.h/m2，而欧洲6065Kw.h/m2。 建筑物的能耗则体现在建筑设备的能耗上。,BAS的有效节能手段,最优设备投运台数控制 最优启停控制 焓值控制 工作面照度自动控制 公共区域分区照明控制 供水系统压力控制 温度自适应设定控制（平均室内温度每升高1度，能耗降低6%） VAV 冰蓄冷等,BAS的节能控制效果,通过有效控制可节约建筑物20%左右的能耗
5、有效地使用和发挥BA系统的功能，降低能耗保护环境，是可持续发展战略的重要实施环节 节能控制方式能有效地减少设备的运行时间，降低设备的磨损与事故发生率，大大延长了设备的寿命，其间接减少设备维护与更新费用的作用也是巨大的,设备信息综合运用水平,国内BA系统的设计目标大多定位在运行控制与管理，对建筑设备与系统状态检测点的确定仅是运行控制所必需的信息，功能以运行监控为主 如果不能全面及时地掌握各设备系统的信息，就不能进行综合分析，不能进行故障诊断，尤其是对于渐发性的故障不能提出预警 设备运行信息的综合分析有利于物业设施管理的设备故障诊断、设备运行状态优化、设备维护保养、降低设备能耗、提高服务质量等诸多
6、工作项目,BA的观念转变,BA发展初期，人们认识到，由于BA系统收集到大量数据，为充分利用这些数据，增加利润，许多BA厂商开始致力于推广能源分析与管理系统、在线故障诊断等高端应用。（功能拉动应用） 但是欧洲从能源危机后，许多国家开始重视能源管理，推出了许多能源审计和能源标准。目前，欧美能源管理的需求反过来促进了BA的发展。（需求推进应用） BA系统在能源管理与控制方面的许多应用已经突破了BA本身的控制内容，进一步渗透到建筑结构、暖通设计、照明设备等的设计、改造领域。,BAS的发展,20世纪80年代，随着计算机集中管理分散控制系统（DCS）的诞生而产生 20世纪80年代到90年代，作为一种低成本
7、的DCS得到发展 20世纪90年代的最后五年，随着各种通信协议的标准化和现场总线的发展而迅速推广 目前， BA系统从初期的单一设备的控制，发展到今天的综合优化控制、在线设备故障诊断、全局信息管理和总体运行状态协调等高层次的集中管理分散控制方式，面向建筑物设备系统的BA系统已将信息、控制、管理、决策有机地融合在一起,主要内容,楼宇自控概述 自动控制原理及集散控制系统 BA主流技术简介 LonWorks BACnet OPC,自动控制系统的发展,闭环计算机控制系统,PID（比例/积分/微分）控制算法,模拟调节器的理想PID算法： 计算机系统中的差分PID控制算法：,e(t)：偏差 u(t)：控制量
8、 Kp：比例放大系数 Ti：积分时间常数 Td：微分时间常数,e(k)：第k次采样所得偏差值 e(k-1)：第k-1次采样所得偏差值 u(k)：第k时刻的控制量,PID的几种控制效果,PID控制的参数整定,采样周期整定 比例放大参数整定 积分时间常数整定 微分时间常数整定,继电器控制算法,直接数字控制系统的组成,集中控制系统的不足,整个系统的控制、管理依赖于中央控制站，一旦中央控制站崩溃，整个系统将陷入瘫痪； 全部控制运算功能由中央控制站控制主机完成，对控制主机中断优先级、分时多任务操作等控制都提出了极高的要求，同时控制主机的运算处理能力限制了整个控制系统的规模和实时响应能力； 所有现场采集的
9、数据都要通过网络系统传送给控制主机进行处理，然后由控制主机发出命令指挥现场执行机构的动作，信息传输线路长、网络传输数据量大，当系统监控点数较多时实时响应能力差。,集散控制系统,基本思想：集中管理、分散控制,集散控制系统的组成,操作管理装置 通讯装置 分散过程控制装置,集散控制系统的发展,70年代，以Honeywell TDC-2000为代表的第一代产品（分散过程控制器、良好的人机界面、数字通讯系统）； 第二代DCS产品最主要的改进是从主从式星型结构转变为对等的总线结构（算法扩充、过程操作范围扩大、多处理器应用）； 第三代DCS产品向上能与MAP与Ethernet接口，相下支持现场总线，从而打破
10、了“信息孤岛”（算法上增加了自适应、自整定等功能，支持第三方应用软件）。,DCS层次结构,操作员站（图形/系统组态、数据分析与决策、报表生成与报警） 数据通讯（分层结构满足不同场合的需求） 分散过程处理装置（数学运算、逻辑运算、时间控制、输入输出控制、PID运算、专用处理模块等）,BAS是一种低成本的DCS,集散控制系统是工业生产过程控制需求的产物，首先在工控领域得到成功应用，然后逐渐应用于楼宇控制。相对于工业控制，楼宇控制无论在控制精度，还是系统实时响应性能、可靠程度等方面都不如工控那么严格；同时，系统的建设投资也较低。为适应楼宇控制的特点，集散控制系统的许多备份、冗余措施在楼宇控制中都取消
11、了，系统结构及控制器、工作站的功能也有不同程度的简化和削弱，但整体系统的组成和构架还是相同的。因此有人称楼宇控制系统为“一种低成本的集散控制系统”。,主要内容,楼宇自控概述 自动控制原理及集散控制系统 BA主流技术简介 LonWorks BACnet KNX OPC C/S .&. B/S,现场控制总线,现场总线具有较高的测控能力指数,得益于仪表的微机化； 得益于设备的通信功能,现场总线是自动控制领域的计算机局域网，应用在生产现场，在微机测控设备之间实现双向、串行、多节点数字通信，是一种开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。,1、采用智能现场设备，实现彻底的分散控制； 2、采用数字信号代替模
12、拟信号，可实现一对线缆上传输多路信号； 3、开放性； 4、互可操作性与互用性； 5、现场设备的智能化与功能自治性； 6、系统结构的高度分散性； 7、能适应恶劣的现场环境；,现场总线的技术特点,现场总线的优越性,节省硬件数量与投资； 节省安装费用； 节省维护开销； 用户具有高度的系统集成主动权； 提高系统的准确性与可靠性；,典型楼宇自控网络系统,BACnet / Ethernet,LonMark Devices LonMark设备,Workstations 工作站,Area Controllers 区域控制器,Field bus现场总线,现场总线Field bus,Control LAN 控制总
13、线,名称 通讯速率 通讯距离 Bitbus 62.5Kbit/s2.4Mbit/s 30m1.2km Profibus 500Kbit/s 1.2km PHOEBUS 375Kbit/s HART 3updates/s 3km CAN 1Mbit/s 110km L2 9.61500Kbit/s 9.6km Modbus 9.9K10M bit/s 450m1.5km SDS 125Kbit/s 500m ControlNet 5Mbit/s 330km FF 31.25Kbit/s2.5Mbit/s 500m1/9km LonWorks 78.8k/1.25Mbit/s 130m2.7km,
14、现场总线常见类型,现场控制总线在楼宇网络中的作用,现场控制总线是楼宇自控系统现场控制级的通讯网络，是实现底层控制设备之间数据共享与通信的基础。现场控制总线技术提高了系统的可靠性，缩短了响应时间，减小了上位机的运算负荷，是整个控制系统性能提高的保证。,LON总线,一、LON总线的基本概念,LON: 全称为Local Operating Networks，即局部操作网络。是由美国Echelon公司推出的，是目前最流行的现场总线之一。 LonWorks: 是Echelon公司为支持LON总线的设计而开发的一 整套完整的开发平台。 LonTalk: 是LonWorks中使用的开放式通信协议，其最大特点
15、是对ISO/OSI七层参考模型的完全支持。 LonMark: 是与Echelon公司无关的LonWorks用户标准化组织，按照LonMark设计规范设计的LonWorks产品均可非常容易地集成在一起。,二、神经元芯片（neuron chip）,神经元芯片（neuron chip）是LonWorks技术的核心，它不仅是LON总线的通信处理器，同时也可作为采集和控制的通用处理器，LonWorks技术中所有关于网络的操作实际上都是通过它来完成的。,一个神经元芯片拥有三个单元处理器。一个用于链路层的控制（MAC处理器）；一个用于网络层的控制(网络处理器)；另一个用于用户的应用程序（应用处理器）。另外，
16、还包括11个I/O口，这样在一个神经元芯片上就能完成网络和控制的功能。,三、LonWorks技术的组成,LonWorks节点和路由器 LonTalk协议 LonWorks收发器 LonWorks网络和节点开发工具,四、LonWorks节点,LonWorks节点包括：应用CPU、I/O处理单元、通信处理器、 收发器和电源,LonWorks两种节点的构成形式：,1）以神经元芯片为核心的控制节点：一个神经元芯片几乎包含了一个现场节点的大部分功能模块应用CPU、I/O处理单元、通信处理器，因此，一个神经元芯片加上收发器便可构成一个典型的现场控制节点。,2）采用MIP（Host Base）结构的控制节点：对于一些复杂的控制，可将神经元芯片作为通信协处理器，用高级主机资源来完成复杂的测控功能，从而提高节点的运算、控制能力。,五、路由设备在LonWorks技术中的作用。,正是由于路由设备的使用，使LON总线突破传统现场总线的限制不受通信介质、通信距
