智能建筑概论 第二章

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1、第二章 智能建筑信息技术基础,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.1 计算机控制技术,(1) 计算机控制基本原理,电子技术,计算机应用技术,自动控制技术,计算机 控制技术,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,计算机控制系统基本框图,(1) 计算机控制基本原理,A/D转换器： 将模拟信号转换为数字信号的模数（Analog to Digital，A/D）转换器 D/A转换器： 将数字信号转换为模拟信号的数模（Digital to Analog，D/A）转换器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,计算机控制系统的控制过程,(1) 计算机控制基本原理,数据 采集,决策

2、,控制,对连续量的变化过程进行控制，要求控制系统能够满足实时性要求，即在确定的时间内对输入量进行处理并做出反应。,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,计算机控制系统的硬件组成框图,(1) 计算机控制基本原理,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,计算机控制系统的软件组成,(1) 计算机控制基本原理,软件,系统软件,应用软件,操作系统,汇编语言,高级算法语言,过程控制语言,数据库,通信软件,诊断程序, ,过程输入程序,打印程序,过程控制程序,过程输出程序,人机接口程序,控制系统组态,公共服务程序,画面生成,报表曲线生成,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,(2) 计算

3、机控制系统典型形式, 数据采集和操作指导控制系统,数据采集和操作指导控制系统，含计算机信息采集系统（Data Acquisition System，DAS）和操作控制系统（Data Process System，DPS）。,开环系统 结构简单 安全可靠 需要引入人工操作，以致速度不快、被控对象数量受限,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系, 直接数字控制系统,(2) 计算机控制系统典型形式,直接数字控制系统（Direct Digital Control，DDC）是目前国内外应用较为广泛的计算机控制系统。,闭环控制系统 没有操作人员的直接参与 实时性好 可靠性和适应性较强 在自控系统中得

4、到了普遍应用,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系, 监督控制系统,(2) 计算机控制系统典型形式,监督控制系统（Supervisory Computer Control，SCC） 有两种结构形式：,1）SCC+模拟调节器的控制系统,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系, 监督控制系统,(2) 计算机控制系统典型形式,2）SCC+DDC分级控制系统,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系, 集散控制系统 （第三章详细介绍）,(2) 计算机控制系统典型形式,集散控制系统（Distributed Control System，DCS）又称分布控制系统或分散控制系统。,第一级：

5、现场控制级 第二级：监控级 第三级：企业管理级,其基本思想是 分散控制 集中操作 分级管理 配置灵活 组态方便,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系, 现场总线控制系统 （第三章详细介绍）,(2) 计算机控制系统典型形式,现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是在集散控制系统的基础上发展起来的，是新一代分布式控制系统。,现场总线的含义及优越点主要表现在以下方面： （1）现场通信网络 （2）互操作性 （3）分散功能模块 （4）通信线供电 （5）开放式互连网络 （6）“傻瓜”性,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,(3) 工业控制计算机,工业控

6、制计算机（Industrial Personal Computer，IPC）是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的设备总称。,是用于实现工业生产过程控制和管理的计算机，又称过程计算机，它是自动化技术工具中最重要的设备。,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,(3) 工业控制计算机, IPC的主要特点, IPC的组成结构,可靠性 实时性 扩充性 兼容性,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,(4) 可编程控制器,可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计，

7、适应多品种，小批量生产的需求。,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,(4) 可编程控制器,（1）可靠性高 （2）适用性强 （3）易学易用 （4）维护方便，容易改造 （5）体积小，重量轻，能耗低, PLC的主要特点, IPC的组成结构,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系, PLC编译语言,(4) 可编程控制器,在可编程控制器中有多种程序设计语言： 梯形图语言、布尔助记符语言（语句表）、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,梯形图,(4) 可编程控制器, PLC编译语言,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,

8、语句表（布尔助记符程序设计语言）, PLC编译语言,(4) 可编程控制器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,(5) 单片机,单片微型计算机简称单片机（Single Chip Microcomputer），又称微控制器（Micro Computer Unit）。目前国外已普遍称之为微控制器 MCU（Micro Controller Unit）。,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,(5) 单片机, MCU的构成,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系, MCU的主要特点,系统结构简单，使用方便，实现模块化可靠性高处理功能强，速度快低电压，低功耗，便于生产便携式产品控制

9、功能强环境适应能力强,(5) 单片机,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系, 单片机开发系统,(5) 单片机,仿真器,keil C编译器窗口,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(1) 传感器概述,传感器 Transducer/Sensor,被测量 信息,物理量,化学量,生物量,电信号 （或其他形式信息）,传输,处理,存储,显示,控制,记录,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(1) 传感器概述,传感器构成框图,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(2) 传感器分类,按用途分类,传感器

10、,力/压力敏 传感器,能耗 传感器,液位 传感器,热敏 传感器,射线辐射 传感器,加速度 传感器,位置 传感器,速度 传感器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(2) 传感器分类,按原理分类,传感器,振动 传感器,气敏 传感器,磁敏 传感器,生物 传感器,湿敏 传感器,真空度 传感器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(2) 传感器分类,按输出信号分类,传感器,模拟 传感器,开关 传感器,膺数字 传感器,数字 传感器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(3) 传感器选型,测量对象 与测量

11、环境,线性范围,频率响应特性,灵敏度,精度,稳定性,传感器选型 考虑因素,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,(4) 传感器的特性,2.2 传感器及执行器,传感器的特性,静态特性,动态特性,线性度,漂移,灵敏度,分辨力,迟滞,稳定性,静态误差,阈值,重复性,瞬态响应特性,频率响应特性,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(5) 不同种类传感器工作原理,电阻式传感器,电阻式液位传感器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(5) 不同种类传感器工作原理,电感式传感器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2

12、传感器及执行器,(5) 不同种类传感器工作原理,电容式传感器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(5) 不同种类传感器工作原理,压电式加速度传感器,压电式传感器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(5) 不同种类传感器工作原理,磁电式传感器,磁电式(无源)转速传感器,恒磁通式磁电传感器结构图,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(5) 不同种类传感器工作原理,霍尔传感器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(5) 不同种类传感器工作原理,热电式传感器,CS

13、U,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(5) 不同种类传感器工作原理,光电式传感器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(6) 智能传感器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(6) 智能传感器,智能传感器的主要特征是敏感技术和信息处理技术的结合,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,(6) 智能传感器,智能传感器的商用产品,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,执行器（Final Controlling Element） 自动化技术工具中接收控制信息并对受控

14、对象施加控制作用的装置。,2.2 传感器及执行器,(7) 执行器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.3 计算机测控系统接口技术,(1) 控制器,控制器（Controller） 是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.3 计算机测控系统接口技术,(2) 数字量和模拟量接口,I/O 接口,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.3 计算机测控系统接口技术,(2) 数字量和模拟量接口,D/A 转换器,数字量,模拟量,R2R梯形电阻解码网络原理图,CSU,防

15、灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.3 计算机测控系统接口技术,(2) 数字量和模拟量接口,A/D 转换器,数字量,模拟量,逐次逼近式A/D转换,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.3 计算机测控系统接口技术,(2) 数字量和模拟量接口,D/A 转换器主要参数,分辨率,工作温度,输入编码,输出电平,稳定时间,A/D 转换器主要参数,分辨率,工作温度,转换时间,转换精度,量程,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.3 计算机测控系统接口技术,(3) 通信总线接口技术,计算机和外部交换信息，称为通信（Communication）。,通信,并行通信,串行通信,全双工方式,半双工方式,同步通信,异步通信,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.3 计算机测控系统接口技术,(3) 通信总线接口技术,标准的异步通信数据格式,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.4 自动控制相关技术,机械技术,电子电工技术,微电子技术,信息技术,传感器技术,接口技术,信号变换技术,(1) 机电一体化,机电一体化,智能化,模块化,网络化,微型化,绿色化,系统化,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.4 自动控制相关技术,