智能建筑概论 赵望达智能建筑概论 第2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,2.1.1 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,2.1.1 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,2.1.1 计算机控制基本原理,数据

2、 采集,决策,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,2.1.1 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,2.1.1 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

3、工程系,2.1.2 计算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,2.1.2 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

4、和适应性较强 在自控系统中得到了普遍应用,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系, 监督控制系统,2.1.2 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,2.1.2 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）,2.1.2 计算机控制系统典型形式,集散控制系统（Distributed Control System，DCS）又

5、称分布控制系统或分散控制系统。,第一级：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）,2.1.2 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

6、/消防工程系,2.1.3 工业控制计算机,工业控制计算机（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,2.1.3 工业控制计算机, 工控机分类,总线型工业控制计算机,可编程控制器,单片机,IPC,PLC,MCU,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.1.3 工业控制计算机, IPC的主要特点,可靠性 实时性 扩充性 兼容性, IPC的发展历程,

7、80年代-90年代末 开创低成本工业自动化技术先河 STD总线工控机,90年代初- PC-based时代 PC/104总线工控机 仍占一席之地,90年代末- 迅速发展和普及的第三代技术 CompactPCI,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.1.3 工业控制计算机, IPC的组成结构,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.1.4 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，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,2.1.

8、4 可编程控制器, PLC的组成结构,存储器,通信接口,输入/输出接口 （I/O模块）,中央处理单元 CPU,电源,可编程控制器结构图,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.1.4 可编程控制器, PLC主要厂商及型号,三菱: FX系列，Q系列 西门子：S7-200，S7-300，S7-400，S7-1200 欧姆龙：CQM1系列，C200H系列，CS1系列，CJ1系列 施耐德：Modicon M340，M218，M238，M258 ABB: AC31，AC500，AC800F，AC800M 松下：FP-e，FP0，FP，FP1，FP-M，FP2，FP2SH，FP3，FP10SH，

9、FP-x 和利时：LM, LK 海为：E系列，S系列 台达：DVP-EX，EX2，ES2，ES，EH2，SS 富士：Flex NS/NJ/NB NWO系列，MICREX-SX SPB系列 永宏; B1，B1Z 罗克韦尔：CompactLogix PLC-5，SLC 500,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.1.4 可编程控制器, PLC工作原理,分时工作 循环扫描,循环扫描流程：,（1）输入处理 （2）程序处理 （3）输出处理,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.1.4 可编程控制器,可靠性高 适用性强 易学易用 维护方便，容易改造 体积小，重量轻，能耗低, PL

10、C的主要特点,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,2.1.4 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 结构化语句描述语言, PLC编译语言,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,梯形图,2.1.4 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,语句表（布尔助记符程序设计语言）,2.1.4 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,2.1.5 单片机,单片微型计算机简称单片机（Single Chip Microcomputer），又

11、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,2.1.5 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 控制功能强 环境适应能力强,2.1.5 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,2.1.5 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,

12、2.2 传感器及执行器,2.2.1 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,（1）传感器的定义,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,2.2.1 传感器概述,（1）传感器的定义,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,传感器,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,（2）传感器分类,按用途分类,CSU,防灾科学与安全

13、技术研究所/消防工程系,2.2 传感器及执行器,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,（2）传感器分类,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,按输出信号分类,传感器,模拟 传感器,开关 传感器,数字 传感器,数字 传感器,（2）传感器分类,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,按制作工艺分类,传感器,集成 传感器,陶瓷 传感器,厚膜 传感器,薄膜 传感器,（2）传感器分类,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,按测量方法的学科领域分

14、类,传感器,物理型 传感器,化学型 传感器,生物型 传感器,（2）传感器分类,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,按其构成分类,传感器,基本型 传感器,组合型 传感器,应用型 传感器,（2）传感器分类,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,按作用形式分类,传感器,主动型 传感器,被动型 传感器,（2）传感器分类,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,测量对象 与测量环境,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,（3）传感器的选型原则,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消

15、防工程系,2.2 传感器及执行器,静态特性,动态特性,2.2.2 传感器的特性与指标,传感器的特性分为两类：,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,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,2.2.2 传感器的特性与指标,静态特性表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。,静态特性,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,瞬态响应特性,频率响应特性,2.2.2 传感器的特性与指标,动态特性,动态特性是反映传感器对随时间变化的输入量的响应特性。,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,

16、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 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