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1、31479-13A 建筑设备,主编 傅海军,第15章 建筑设备自动化基础,第15章 建筑设备自动化基础,15.1 概述 15.2 建筑设备自控网络 15.3 空调通风监控系统 15.4 给排水监控系统 15.5 供配电监控系统 15.6 照明监控系统 15.7 电梯监控系统 15.8 安全防范系统 15.9 火灾自动报警与消防联动控制系统 15.10 综合布线系统,15.10.1 综合布线系统概述 15.10.2 综合布线系统设计 15.11 智能建筑的系统集成 15.11.1 系统集成的意义 15.11.2 系统集成的内容 15.11.3 系统集成的实现,15.1 概述,1)从自控设备组成上
2、看，同一建筑设备自动化系统的自控设备通常来自不同的厂家。 2)从功能来看，系统是一个分布式的网络系统。 3)从网络组成来看，系统是多种局域网并存的网络控制系统。 4)从时间响应来自，系统是一个“强实时”与“弱实时”的混合系统，有些建筑设备的控制必须是实时的，如火灾检测与报警系统，而有些建筑设备的控制是非实时的，如空气过滤器失效报警系统。,5)从执行标准来看，系统不是国家强制执行标准的范围，应根据建筑业主的需要、项目投资及投资回收状况等实际需求，确定系统的规模、范围和相应的设计等级。,图15-1 建筑设备自动化基本内容和体系图,15.2 建筑设备自控网络,15.2.1 基础知识 15.2.2 L
3、onWorks技术,15.2.1 基础知识,1.自控网络概念和特点 2.通信基础 3.自控网络基本内容,1.自控网络概念和特点,1)自控网络节点或设备功能差别大。 2)通信介质多样化。 3)实时性要求高。 4)互操作功能完备。 5)节点或设备逻辑功能耦合性高。 6)功耗敏感。,图15-2 基本网络拓扑结构图 a)总线型 b)星形 c)树形 d)环形,2.通信基础,(1)物理层 该层为数据链路层对等实体间的信息交换建立的物理连接，并在此物理连接上正确、透明地传送物理层数据单元(无结构的比特流)中的比特位(Bit)。 (2)数据链路层 该层用于建立、维持和释放链路连接，实现无差错帧传输功能。 (3
4、)网络层 该层在开放系统的网络环境中提供网络连接建立、维持和释放的功能。 (4)传输层 该层是OSI参考模型的七层中比较特殊的一层。,(5)会话层 该层依靠传输层的功能使数据传送功能在开放系统间有效进行，是按照在应用进程间的约定，按正确的顺序收发数据、进行各种形式的对话。 (6)表示层 该层主要解决用户数据的语法表示问题，它将由抽象语法表示的交换数据转换为传送语法，使传输信息的语义在传输过程保持不变。 (7)应用层 该层是OSI-RM的最高功能层，为应用进程(如用户程序、终端操作员等)提供服务，是用户使用网络环境的唯一窗口。,图15-3 ISO/OSI-RM结构 a)OSI-RM结构层次图 b
5、)对等层间数据信息的传递示意图,图15-4 相邻层PDU变化示意图,(2)数据链路层 该层用于建立、维持和释放链路连接，实现无差错帧传输功能。,(3)网络层,(4)传输层,(5)会话层,(6)表示层,(7)应用层,图15-5 互联网络示意图,图15-6 互联设备示意图,3.自控网络基本内容,(1) 自控网络的显著特点 自控网络通信协议必须实现互操作功能和保证实时特性，它具有如下两个显著的特点： (2) 自控网络的基本内容 在自控网络中，“通信协议”除具有数据网络的通信功能外，还包含如下内涵，并构成了自控网络的基本内容，是所有自控网络须明确规定的主要内容，它们是研究和应用自控网络必备的基础知识。
6、,(1) 自控网络的显著特点,1)通信效率优化。 2)上层协议具体化。,1)通信效率优化。,2)上层协议具体化。,(2) 自控网络的基本内容,1)自控网络节点或设备信息模型。 2)互操作模式。 3)系统集成方法。,15.2.2 LonWorks技术,1.概述 2.LON总线的通信技术 3.LonWorks的核心技术,1.概述,(1)具有良好的互操作性 LonWorks技术采用的LonTalk通信协议遵循国际标准化组织ISO定义的开放系统互联参考模型OSI的所定义的全部七层服务。 (2)网络通信采用网络变量和显示报文 网络变量使网络通信的设计简化成为参数设置，增加了通信的可靠性和互操作性，简化了
7、应用程序的设计。,(3)LonLalk协议使用改进的CSMA MAC子层协议(Media Access Control介质访问控制)对CSMA(Carrier Sense Multiple Access载波侦听多路访问)协议作了改进，采用一种称作Predictive P-persistent CSMA(带预测的P-坚持载波侦听多路访问)，以在负载较轻时使介质访问延迟最小化，而在负载较重时使冲突的可能最小化。 (4)支持多类型通道 Neuron芯片处理的LonTalk协议是与介质无关的，允许神经元芯片支持大量不同的通信介质，包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、射频(RF)、红外线等。,(5)支持
8、多种网络拓扑 LonWorks技术的一个LON网络上可以有255个子网，每个子网可有127个节点，网络可大可小，网络拓扑形式可为总线型、星形、环形、自由拓扑形等多种拓扑结构，LonWorks直接通信距离可达2700m(双绞线，78kbit/s，总线拓扑)、130m(双绞线，1.25Mbit/s，总线拓扑)，另外加中继器还可延长。,图15-7 LON总线的网络控制系统,2.LON总线的通信技术,3.LonWorks的核心技术,(1)神经元芯片 LonWorks技术的核心是Neuron芯片或称为神经元芯片，有3150和3120两大系列，其中3120系列芯片中包括E2PROM，RAM，ROM；而31
9、50系列芯片中则无内部ROM，但拥有访问外部存储器的接口。 (2)LonTalk协议 LonWorks技术使用的通信协议称为LonTalk协议。 (3)Neuron C Neuron C是专门为Neuron芯片设计的编程语言，加入了通信、事件调度、分布数据对象和I/O功能，是编写Neuron芯片应用程序的最重要的工具。,(4)收发器 收发器在神经元芯片和LonWorks网络间提供物理通信接口。 (5)路由器 对多种介质的透明支持是LonWorks技术的独特能力，它使开发者能选择最适合他们需要的介质和通信方法。 (6)LNS LNS(LONWORKS Network Service)是Echel
10、on公司开发出来的LON网络操作系统。 (7)网络管理 在LonWorks网络中，需要一个网络管理工具，以用于网络的安装、维护和监控。,(1)神经元芯片, 直接I/O对象：比特I/O对象、字节I/O对象、电平检测输入对象、半字节I/O输入对象； 并行双向I/O对象：并行I/O对象、多总线I/O对象等； 串行I/O对象：移位I/O对象、I2C I/O对象、磁卡输入对象、磁迹输入对象、半双工异步串行I/O对象、Wiegand输入对象、全双工同步串行I/O对象；, 定时器/计数器输入对象：双斜率输入对象、边沿记录输入对象、红外输入对象、On-Time输入对象、周期输入对象、脉冲计数输入对象、正交输入
11、对象、总数输入对象； 定时器/计数器输出对象：分频输出对象、频率输出对象、单步输出对象、脉冲计数输出对象、脉宽输出对象、可控硅输出对象等。,图15-8 Neuron芯片结构,图15-9 Neuron芯片的CPU结构, 直接I/O对象：比特I/O对象、字节I/O对象、电平检测输入对象、半字节I/O输入对象；, 并行双向I/O对象：并行I/O对象、多总线I/O对象等；, 串行I/O对象, 定时器/计数器输入对象, 定时器/计数器输出对象,图15-10 网络拓扑类型 a)单端接器总线拓扑 b)双端接器总线拓扑 c)星形拓扑 d)环形拓扑 e)混合拓扑,(2)LonTalk协议,(3)Neuron C
12、,图15-11 调度环,(4)收发器,(5)路由器,(6)LNS,图15-12 LNS组件构架,(7)网络管理,15.3 空调通风监控系统,15.3.1 新风、回风机组的监控 15.3.2 空调机组的监控 15.3.3 变风量系统的监控 15.3.4 暖通系统的监控 15.3.5 冷热源及其水系统的监控,图15-13 空调监控系统原理图,15.3.1 新风、回风机组的监控,(1)检测功能 监视风机电动机的运行/停止状态；监测风机出口空气温、湿度参数；监测过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要更换；监视风机阀门打开/关闭状态。 (2)控制功能 控制风机的起动/停止；控制空气水换热器两侧调节阀，使风
13、机出口温度达到设定值；控制水蒸气加湿器阀门，使冬季风机出口空气湿度达到设定值。,(3)保护功能 在冬季时，当某种原因造成热水温度降低或热水停供时，应停止风机，并关闭风机阀门，以防止组内温度过低冻裂空气水换热器；当热水恢复正常供热时，应起动风机，打开风机阀门，恢复机组正常工作。,(4)集中管理功能 智能大楼各机组附近的DDC(直接数字控制器)控制装置通过现场总线与相应的中央管理机相联，显示各机组起/停状态，传送送风温度、湿度及各阀门的状态值；发出任一机组的起/停控制信号；修改送风参数设定值；任一风机机组工作出现异常时，发出报警信号。,15.3.2 空调机组的监控,15.3.3 变风量系统的监控,
14、1)由于送入各房间风量是变化的，空调机组的风量将随之变化，所以应采用调速装置对送风机转速进行调节，使之与变化风量相适应。 2)送风机速度调节时，需引入送风压力检测信号参与控制，不使各房间内压力出现大的变化，保证装置正常工作。 3)对于VAV系统，需要检测各房间风量、温度及风阀位置等信号并经过统一的分析处理后才能给出送风温度设定值。,15.3.3 变风量系统的监控,4)在进行送风量调节的同时，还应调节新风、回风阀，以使各房间有足够的新风。,1)由于送入各房间风量是变化的，空调机组的风量将随之变化，所以应采用调速装置对送风机转速进行调节，使之与变化风量相适应。,2)送风机速度调节时，需引入送风压力
15、检测信号参与控制，不使各房间内压力出现大的变化，保证装置正常工作。,3)对于VAV系统，需要检测各房间风量、温度及风阀位置等信号并经过统一的分析处理后才能给出送风温度设定值。,4)在进行送风量调节的同时，还应调节新风、回风阀，以使各房间有足够的新风。,图15-14 带盘管的变风量末端监控原理图,图15-15 基于LonWorks技术的分布式控制体系结构,图15-16 基于LonWorks技术的变风量控制系统结构,图15-17 空调系统监控画面,15.3.4 暖通系统的监控,1.锅炉燃烧系统的监控 2.锅炉水系统的监控,1.锅炉燃烧系统的监控,2.锅炉水系统的监控,(1)保证系统安全运行 主要保
16、证主循环泵的正常工作及补水泵的及时补水，使锅炉中循环水不致中断，也不会由于欠压缺水而放空。 (2)计量和统计 确定供回水温度、循环水量和补水流量，以获得实际供热量和累计补水量等统计信息。 (3)运行工况调整 由要求改变循环水泵运行台数或改变循环水泵转速，调整循环水量，以适应供暖负荷的变化，节省电能。,(1)保证系统安全运行,(2)计量和统计,(3)运行工况调整,15.3.5 冷热源及其水系统的监控,1.冷却水系统的监控 2.冷冻水系统的监控 3.热水制备系统的监控,1.冷却水系统的监控,图15-18 冷源系统监控原理,2.冷冻水系统的监控,3.热水制备系统的监控,图15-19 热交换系统监控图,15.4 给排水监控系统,15.4.1 生活给水监控系统 15.4.2 生活排水系统,15.4.1 生活给水监控系统,1)监控低位水箱和高位水箱的水位，保证生活用水和消防用水最低水位；当水位低于消防最低水位或高出溢出水位时，进行报警。 2)监控供水水泵的运行状态，故障时进行报警。 3)优化水泵运行，累计各水泵的运行时间
