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1、楼宇自动化,电气工程学院,Building Automation,张旭光,设备控制特性,基本原理 常用传感器 集散控制系统,如何让智能建筑“智”起来?,热水加热器,温度计,调节阀,人眼：观察温度计指示值 人脑：将室温指示值与设定值比较， 设定值-指示值=偏差 人手：偏差为正开大热水阀门，从而减小偏差，偏差为负时，关小阀门，减小偏差。,热水加热器,传感器及 变送器,控制器,执行器,自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（如设备或生产过程等）自动地按照预定的规律运行或变化的手段（或操作）。,楼宇自动化的理论基础 PID控制原理,比例Proportion 微分Different
2、ial 积分Integral,起放大作用,可以消灭稳态误差,可以加快系统的反映,楼宇自动化控制技术基础,控制中心是大脑，布线系统是血液神经系统，各类传感器和控制器就是手脚关节。 传感器、可编程序控制器(PLC) 。 设备与系统地监视,测量,控制与调节.,传感器概述 在测量的过程中将物理量、化学量转变成电信号的装置叫传感器。而把传感器得到的电信号再转变成标准的电信号的装置叫变送器。 温度、压力、流量、液位、位置等,1楼宇自控中常用的传感器 (1) 温度传感器。温度传感器用于测量水管或风管中介质的温度，以此来控制相应的水泵、风机、阀门和风门等执行元件的开度。,热电阻 利用导体电阻随温度变化而变化的
3、特性制成,低于150度的温度,常用金属热电阻: 铜 从0度升高到100度时,约增加40%. 铂 精度高,-259630度之间的基准.,热敏电阻,灵敏度是热电阻的100倍以上， 每变化1度,阻值变化可达到2%6%.,铜电阻(-5度150度), 铂电阻(200度600度), 热敏电阻(-200度0度, -50度50度,0度300度),几种类型？,热电偶 两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时, 若两个不同材料接点处温度不同,回路中就会 出现热电动势,并产生电流.,测量CPU散热片的温度应选择 型热电偶； 测量锅炉烟道中的烟气温度，应选择 型热电偶； 测量100m深的岩石钻孔中温度，应选用 型热电偶
4、。,薄膜式,装配式,铠装式,湿度传感器 阻抗式 电容式,(2) 湿度传感器。湿度传感器用于测量风道中介质的湿度，以此来控制相应的加湿阀的开度。,(3) 压力或压差传感器。 压力或压差传感器主要用来检测水管或是风管中的压力和压差，以此来控制相应的变频器以调整水泵或风机的转速，或是调节比例阀门的开度。,压力自动检测装置原理,利用金属弹性:,电阻式将测压弹性元件的输出位移 转换成滑动电阻的触点位移。,电容式将动极板连接到被测物体， 改变极板间距。,霍尔霍尔元件随弹性元件运动， 改变作用于霍尔元件上的磁场强度， 改变霍尔电势。只能测动态力。,压电式: 压电陶瓷：经极化后才具有压电特性。 只能测动态力,
5、压力检测元件,1）弹簧管,弹性形变过程前端运动轨迹 为曲线运动，在位移量不大 时可近似认为是直线运动。,P,2）波纹管,较弹簧管产生较大的直线位移，灵敏度高 缺点：线性度不如弹簧管好。,3）膜片,特点：结构简单、运行可靠，适用于用于低压、 微压及粘滞性介质的压力测量。,(4) 流量传感器。 流量传感器主要是检测水系统中液体的流量，以此来控制相应水泵阀的数量。,节流式 在被测管道上安装节流器件，如喷嘴等，当流 体流过这些阻挡体时，流动状态发生变化，根 据流体对节流元件的推力和节流元件前后的压 力差，测定流量的大小。 容积式： 椭圆齿轮流量计，靠一对椭圆齿轮在一个转动周期 内，排出一定量的流体，只
6、要累计出齿轮转动的圈 数，就可以得知一段时间内的流体总量。只要齿轮加 工精确，可达到0.2%0.55%的精度。,(5) 液位检测传感器 供排水时，对水位的检测与控制。 电阻式：利用液体的电阻来监控 电容式：改变介电常数,除了以上常用的传感器之外，BAS中有时还会用到许多其他类型的特殊传感变送器，如用来检验空气中二氧化碳、一氧化碳浓度等的传感器，用来检测电网中电流或电压的电流电压传感器，用来检测环境明暗程度的照度传感器等等。,集散控制系统 又称分布式控制系统(DCSDistributed Control System)，它的特征是“集中管理，分散控制”，即以分布在现场被控设备处的各种功能性微机(
7、下位机)完成被控设备的实时监测、保护与控制。,集散控制系统主要由四部分构成,1中央管理计算机(或称上位机、中央监控计算机) 由于中央管理计算机是整个BAS的核心，相当于人的大脑，其重要性是不言而喻的。普通商用个人计算机用作中央控制机显然是不合理的。一般为了提高计算机的可靠性通常采用两种方法：,采用工业控制计算机； 采用容错计算机。 工业控制计算机(也称IPC)由于采用了特殊的生产工艺和手段,其稳定性是普通商用PC所无法比拟的。而所谓容错计算机就是采用两台普通PC通过互为冗余备份的方法来充当中央控制主机。,2DDC(直接数字控制器，亦称下位机) DDC作为系统与现场设备的接口，它通过分散设置在被
8、控设备的附近收集来自现场设备的信息，并能独立监控有关现场设备。它通过数据传输线路与中央监控室的中央管理监控计算机保持通信联系，接受其统一控制与优化管理。,3通信网络 中央管理计算机与DDC之间的信息传送，由数据传输线路(通信网络)实现，较小规模的BAS系统可以简单地使用屏蔽双绞线作为传输介质。,4传感器与执行器 BAS系统的末端为传感器和执行器， 将现场检测到的模拟量信号或数字量信号输入至DDC，DDC则输出控制信号传送给继电器、调节器等执行元件，对现场被控设备进行控制。,现场总线技术 集散型控制系统还没有从根本上解决系统内部的通信问题和分布式问题，只是自成封闭系统，以固定集散模式和通信约定构
9、成。因此，这种控制系统还很难适应智能大厦种类繁多的设备检测和控制要求。近年来，专门为实时控制而设计的、能在控制层提供互操作的现场总线技术逐渐成熟，如著名的LonWorks技术。,将控制系统按局域网络(LAN)的方式进行构造，用网络节点代替LAN中的工作站,网络控制器,D D C,直接数字控制器 直接数字控制器(DDCDirect Digital Controller)，又称下位机，它是整个楼宇自控系统的关键。 “控制器”指完成被控设备特征参数与过程参数的测量并达到控制目标的控制装置。 “数字”的含义是指该控制器利用数字电子计算机来实现其功能要求。 “直接”意味着该装置在被控设备的附近，无需其他
10、装置即可实现上述全部测控功能。,1DDC支持的监控点 DDC能够支持以下不同性质的监控点： (1) 模拟量输入(AI)； (2) 开关量输入(DI)； (3) 模拟量输出(AO)； (4) 开关量输出(DO)。,2DDC的主要功能 DDC的主要功能包括以下几个方面： (1) 进行周期性的数据采集。 (2) 对采集的数据进行调整和处理(滤波、放大、转换)。 (3) 对现场采集的数据进行分析，确定现场设备的运行状态。,(4)对现场设备运行状况进行检查对比，并对异常状态进行报警处理。 (5)根据现场采集的数据执行预定的控制算法(连续调节和顺序逻辑控制的运算)而获得控制数据。 (6)通过预定控制程序完
11、成各种控制功能，包括比例控制、比例加积分控制、比例加积分加微分控制、开关控制、平均值控制、逻辑运算控制等。,(7) 向数据控制和执行设备输出控制和执行命令(执行时间、事件响应程序、优化控制程序等)。 (8) 通过数据网关(DG)或网络控制器(NCU)连接第一层的设备，与各上级管理计算机进行数据交换，向上传送各项采集数据和设备运行状态信息，同时接收各上级计算机下达的实时控制指令或参数的设定与修改指令。,DDC拥有BAS所要求的几乎所有功能，基本上已经可以完成所有运作，只是在监控的范围和信息存储及处理能力上有一定限制。因此，直接式数字控制器可以看作是小型的、封闭的、模块化的中央控制计算机。在很小规
12、模、功能单一的BAS中可以仅仅使用一到多台控制器完成控制任务；在一定规模、功能复杂的系统中可以根据不同区域、不同应用的要求采用一组控制器完成控制任务，并依靠中央管理系统随时监视控制和调整控制器运行状态，完成复杂周密的控制操作。,现场总线基本概念,IEC对现场总线(Fieldbus)一词的定义为：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。,现场总线基本概念,现场总线（Fieldbus）是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。 现场总线的本质体现在以下六个方面：现场通信网络/现场设备互联/互操作性/分散功能块/通信线供电/开放式互联网络,互操作性是指不同的计算机系统、网络、操作系统和 应用程序一起工作并共享信息的能力。,
