第二章.智能建筑的计算机控制基础

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1、2021/3/111第二章第二章 智能建筑的计算机控制智能建筑的计算机控制基础基础应知应知：自动控制系统的基本结构、工作原理；楼宇常用传感器和执行器的工作原理和使用；楼宇控制系统（BAS）的结构和组成；控制网络概念，BACnet、LonWorks总线协议 的基本概念和优缺点。应会应会：能够正确选择传感器和执行器；掌握PID参数对控制动态响应的影响。2021/3/112第二章第二章 智能建筑的计算机控制智能建筑的计算机控制基础基础智能建筑系统通常包括三个组成部分智能建筑系统通常包括三个组成部分:(1)楼宇自动化系统（楼宇自动化系统（BAS）(2)办公自动化系统（办公自动化系统（OAS）(3)通信

2、自动化系统（通信自动化系统（CAS）即即3A大厦大厦；有时也将消防报警系统（消防报警系统（FAS）和停车库）和停车库管理系统（管理系统（PAS）作为智能建筑的组成部分，即即5A大厦大厦。2021/3/113第二章第二章 智能建筑的计算机控制智能建筑的计算机控制基础基础 第一节第一节 计算机控制系统组成计算机控制系统组成 第二节第二节 计算机控制系统分类计算机控制系统分类 第三节第三节 BAS体系体系 第四节第四节 控制网络技术控制网络技术12342021/3/114第一节第一节 计算机控制系统组成计算机控制系统组成计算机系统的组成有两部分：计算机系统的组成有两部分：一一 硬件部分硬件部分二二

3、软件部分软件部分2021/3/115一一 硬件部分硬件部分计算机系统的硬件一般由计算机系统的硬件一般由被控对象、过程通道、计算机、人被控对象、过程通道、计算机、人-机联系设备机联系设备和控制操作台和控制操作台几部分组成几部分组成，如图如图2-1所示。图图2-1 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成 2021/3/116一一 硬件部分硬件部分1计算机计算机计算机在控制系统中也成称为主机，它由微处理器微处理器（CPU）、存储器）、存储器ROM、RAM和系统总线系统总线等几部分组成，是构成计算机控制系统的核心。计算机的主要任务计算机的主要任务是按照预先编制好的程序进行数据采集、数据处理、逻辑判断

4、、控制量计算、报警等。同时，通过接口电路向系统的各个部分发出各种控制命令，指挥整个计算机控制系统有条不紊地工作。存储器存储器用来存储软件和数据，主要包括用来存储固化系统软件和常用数据表格的ROM、EPROM、CD-ROM和用来存放操作数、运算参数和计算结果的RAM。2021/3/117一一 硬件部分硬件部分2过程通道过程通道过程通道过程通道是计算机与被控对象之间交换是计算机与被控对象之间交换数据信息的桥梁，是计算机控制系统按数据信息的桥梁，是计算机控制系统按特殊要求设置的部分。特殊要求设置的部分。按传输信号的形式按传输信号的形式可分为模拟量通道模拟量通道和开关量通道开关量通道，按信号的传输方向

5、按信号的传输方向可分为输入通道输入通道和输输出通道出通道。2021/3/118一一 硬件部分硬件部分过程通道过程通道模拟量通道模拟量通道（1）模拟量输入通道（）模拟量输入通道（Analog Inputs，AI）（2）模拟量输出通道（模拟量输出通道（Analog Outputs，AO）开关量通道开关量通道（3）开关量输入通道（）开关量输入通道（Digital Inputs，DI）（4）开关量输出通道（）开关量输出通道（Digital Outputs，DO）2021/3/119一一 硬件部分硬件部分（1）模拟量输入通道（）模拟量输入通道（Analog Inputs，AI）用来将被控对象的模拟用来将

6、被控对象的模拟量被控参数（被测参数），转换成数量被控参数（被测参数），转换成数字信号，并送至计算机，字信号，并送至计算机，它包括检测检测元件（传感器）、变送器、多路采样元件（传感器）、变送器、多路采样器和模器和模/数（数（A/D）转换器）转换器等。2021/3/1110一一 硬件部分硬件部分检测元件（传感器）检测元件（传感器）用来对被控参数的瞬时值进行检测，即将连续变化的非电物理量转换成模拟量（电压、电流、电阻值等）；变送器变送器用来将传感器得来的电信号经过放大、变换等环节，转换为统一的直流电流（010mA，420mA），或直流电压（05V，010V，15V等）；多路转换器多路转换器也被称为多

7、路模拟开关，用来对多路模拟量信号进行分时切换，将时间上连续变化的模拟信号转换为时间上离散的模拟量信号；A/D转换器转换器将时间上离散的模拟量信号转化为时间上离散的数字信号，并送入计算机中。2021/3/1111一一 硬件部分硬件部分（2）模拟量输出通道（模拟量输出通道（Analog Outputs，AO）用来将计算机输出的数字信号经用来将计算机输出的数字信号经D/A转换转换器变换为模拟量后，去控制各种执行机构动作。器变换为模拟量后，去控制各种执行机构动作。执行机构执行机构是气动或液动元件，还需经过电-气、电-液转换装置，将电信号转化为气体驱动和液体驱动信号。每个模拟量输出回路输出的信号在时间上

8、是离散的，而执行机构要求是连续的模拟量，所以通过输出保持器将输出信号保持后，再去控制执行机构。2021/3/1112一一 硬件部分硬件部分（3）开关量输入通道（）开关量输入通道（Digital Inputs，DI）用于将现场的各种限位开关或各种继电器的用于将现场的各种限位开关或各种继电器的状态输入计算机。状态输入计算机。各种开关量输入信号经过电平转换、光电隔离并消除抖动后，被存入寄存器中，每一路开关的状态，相应地由寄存器中的一位二进制数字0、1表示，计算机的CPU可周期性地读取输入回路每一个寄存器的状态来获取系统中各个输入开关的状态。 2021/3/1113一一 硬件部分硬件部分（4）开关量输

9、出通道（）开关量输出通道（Digital Outputs，DO）用来用来控制系统中的各种继电器、接触器、电磁阀门、指示控制系统中的各种继电器、接触器、电磁阀门、指示灯、声光报警器等只有开、关两种状态的设备。灯、声光报警器等只有开、关两种状态的设备。开关量输出通道锁存来自于计算机CPU输出的二进制开关状态数据，这些二进制数据每一位的0、1值，分别对应一路输出的开、关或通、断状态，计算机输出的每一位数据经过光电隔离后，可通过OC门（集电极开路电路，具有较较强的驱动能力）、小型继电器、双向晶闸管、固态继电器等驱动元件的输出去控制交直流设备。2021/3/1114一一 硬件部分硬件部分3接口部分接口部

10、分接口是计算机与过程通道之间的中介部分，计算机控制系统通常使用的接口为数字接口，其中分为并行接口、串行接口和脉冲序列接口。2021/3/1115一一 硬件部分硬件部分（1）控制操作台）控制操作台 功能：功能：控制操作台是人与计算机控制系统联系的必要设备，在控制操作台上随时显示纪记录系统的当前运行状态和被控对象的参数，使操作人员及时地了解生产过程的状态，进行必要的干预，修改有关参数或紧急处理某些事件。2021/3/1116一一 硬件部分硬件部分操作台包括以下设备：操作台包括以下设备：1）CRT显示器或LED数码管显示器、打印机、记录仪等输出设备；2）键盘、功能控制按钮和扳键（作用开关）等输入装置

11、；3）计算机外存器，如硬盘、磁盘机、磁带机等，用来暂存系统数据和程序；4）状态指示和报警指示的指示灯和声报警器。2021/3/1117二二 软件部分软件部分计算机软件有系统软件系统软件和应用软件应用软件。系统软件系统软件是计算机操作运行的基本条件之一，它是计算机控制系统信息的指挥者和协调者，并具有数据处理、硬盘管理等功能，支持包括程序设计语言、编译程序、诊断程序等软件。 2021/3/1118二二 软件部分软件部分计算机控制系统的应用软件应用软件是用户根据自己的需要，执行编制的控制程序、控制算法程序及一些服务程序；控制软件包括对系统进行直接检测、控制的前沿程序，包括人-机联系、对外围设备管理的

12、服务性程序，还有保证系统可靠运行的自检程序等。2021/3/1119第二节第二节 计算机控制系统分类计算机控制系统分类计算机控制系统分为以下几种类型：计算机控制系统分为以下几种类型：一、 操作指导控制系统 二、 直接数字控制系统 三、 集散控制系统 四、 现场总线与分布控制系统 2021/3/1120一一 操作指导控制系统操作指导控制系统操作指导控制系统也称为数据采集和处理操作指导控制系统也称为数据采集和处理系统系统，如图2-2所示。主要对现场随时产生的大量数据（如温度、压力、流量等）进行巡回检测、收集、记录、统计、运算、分析、判断和处理，最后由显示器或打印机列出处理结果，供操作人员掌握和分析

13、生产情况，若遇到某个参数超过限定值，操作人员可进行处理但是计算机并不直接控制生产过程。2021/3/1121一一 操作指导控制系统操作指导控制系统图图2-2 数据采集和处理系统数据采集和处理系统2021/3/1122二二 直接数字控制系统直接数字控制系统直接数字控制（直接数字控制（Direct Digital Control，DDC）系统）系统使用一台计算机对一个或多个参数进行检测，并将监测结果与给定值比较，然后按照事先规定的控制规律进行计算，并将控制量通过接口直接去控制执行机构，对被控对象进行控制，如图2-3所示。2021/3/1123二二 直接数字控制系统直接数字控制系统图图2-3 直接数

14、字控制系统直接数字控制系统2021/3/1124三三 集散控制系统集散控制系统集散控制系统（集散控制系统（Distributed Control System，DCS）是采用集中管理、分散控制策略的计算机控制系统，它以分布在现场的数字化控制器或计算机装置完成对被控设备的实时控制、监测和保护任务，以具有强大的数据处理、显示、记录及显示报警等工作。2021/3/1125三三 集散控制系统集散控制系统集散控制系统的结构如图2-4所示，由图可见它是一种横向分散、纵向分它是一种横向分散、纵向分层的体系结构层的体系结构，其，其功能分层可分为现现场控制级、监控级场控制级、监控级和中央管理级中央管理级，如图2

15、-5所示，级与级之间通过通讯网络相连。2021/3/1126三三 集散控制系统集散控制系统图图2-4 集散控制系统结构集散控制系统结构 图图2-5 集散控制系统的功能分层集散控制系统的功能分层 2021/3/1127三三 集散控制系统集散控制系统集散控制系统功能分层可分为：集散控制系统功能分层可分为：123现场控制级现场控制级监控级监控级中央管理级中央管理级2021/3/1128三三 集散控制系统集散控制系统1.现场控制级现场控制级现场控制级由现场直接数字控制器DDC及现场通讯网络组成。DDC是以功能相对简单的工业控制计算机、微处理器或微控制器为核心，具有多个DO、DI、AI、AO通道，可与各

16、种低压控制电器、传感器、执行机构等直接相连的一体化装置，用来直接控制各个被控设备，并且能与中央控制管理计算机通信。2021/3/1129三三 集散控制系统集散控制系统2.监控级监控级1) 监控级由一台或多台通过局域网相连的计算机工作站构成，作为现场控制器的上位机，监控计监控计算机可分为以算机可分为以操作为目的的操作站操作为目的的操作站和以改进系统以改进系统功能为目的的监控站功能为目的的监控站。2) 监控站直接与现场控制器通信，监视其工作情况并将来自现场控制器的系统状态和数据，通过通讯网络传递给监控站，再由监控站实现具体操作，但需注意的一点是监控站的输出并不直接控制执行机构，而是给出现场控制器的

17、给定值。2021/3/1130三三 集散控制系统集散控制系统3)监控级计算机除了要求具有完善的软件功能以外，对硬件也有特殊的要求，必须可靠性高，因为现场控制器只关系到个别设备的工作，而监督管理计算机则关系到整个系统或分系统的运行安全。4)监督控制计算机选用工业控制计算机或热备用容错计算机。2021/3/1131三三 集散控制系统集散控制系统监控级的主要功能监控级的主要功能:(1)采集数据，进行数据的转换与处理；采集数据，进行数据的转换与处理；(2)进行数据的监视和存储；进行数据的监视和存储；(3)实施连续控制、批量控制或顺序控制的实施连续控制、批量控制或顺序控制的运算和输出控制；运算和输出控制

18、；(4)进行数据和设备的自诊断进行数据和设备的自诊断；(5)实施数据通信。实施数据通信。2021/3/1132三三 集散控制系统集散控制系统3.中央管理级中央管理级中央管理计算机是以中央控制室操作站为中心，辅以打印机、报警装置等外部设备组成，它是集散控制系统的人机联系的主要界面。 中央管理级的主要功能中央管理级的主要功能:1)实现数据记录、存储、显示和输出；实现数据记录、存储、显示和输出；2)优化控制和优化整个集散控制系统的管理调度；优化控制和优化整个集散控制系统的管理调度；3)实施故障报警、事件处理和诊断；实施故障报警、事件处理和诊断；4)实现数据通信。实现数据通信。 2021/3/1133

19、三三 集散控制系统集散控制系统图2-6是集散式建筑设备监控系统的结构图现场控制层现场控制层实现的是单个设备的自动化；监督控制层监督控制层实现的是各个子系统内的各种设备的协调控制和集中操作管理，即分系统的自动化；管理层管理层协调管理子系统，实现全局优化控制和管理，从而实现综合自动化的目的。2021/3/1134三三 集散控制系统集散控制系统系统的通信网路分为两层：系统的通信网路分为两层：（1）分布在现场的DDC控制器与子系统管理计算机之间构成第一层网络，用于在上位机与DDC之间上传下送大量的检测与控制数据，以及各DDC之间相互通信协调，该层网络一般通过EIA标准总线RS485或RS422进行互连

20、，为保证信息的实时性，通信速率一般不低于9600bps。（2）各子系统管理计算机及中央管理计算机之间构成第二级网络。2021/3/1135三三 集散控制系统集散控制系统图图2-6 集散式建筑设备监控系统结构集散式建筑设备监控系统结构2021/3/1136四四 现场总线与网络控制系统现场总线与网络控制系统现场总线现场总线是适应智能仪表发展的一种计算机网络，它的每个节点均是智能仪表或设备，网络上传输的是双向的数字信号，这种专门用于工业自动化领域的工业网络，不同于以太网等管理及信息处理用网络，它的物理特性及网络协议特性更强调工业自动化的底层监测和控制。现场总线现场总线具有可靠性高，便于容错，全数字化

21、，通信距离长，速率快，多节点，通信方式灵活，造价低廉，并且具有很强的抗干扰能力等一系列优点，使它不仅将广泛用于工业过程控制，也将普遍用于智能建筑中。典型的现场总线系统见图2-7所示。2021/3/1137四四 现场总线与网络控制系统现场总线与网络控制系统图图2-7 典型的现场总线系统典型的现场总线系统2021/3/1138第三节第三节 BAS体系体系楼宇自动化系统（楼宇自动化系统（Building Automation System）对楼宇内各种机电设备进行集中管理和监控;主要包括主要包括 (1)空调及新风系统、空调及新风系统、(2)送排风系统、送排风系统、(3)冷冻站系统、冷冻站系统、(4)

22、热交换站系统、热交换站系统、(5)变配电系变配电系统、统、(6)照明系统、照明系统、(7)给排水系统、给排水系统、(8)垂直输送垂直输送系统等系统等;通过对各个子系统进行监测、控制、信息记录，实现分散节能控制和集中科学管理，为用户提供良好的工作和生活环境，同时为管理者提供方便的管理手段，从而减少建筑物的能耗并降低管理成本。2021/3/1139第三节第三节 BAS体系体系网络结构可分为三层：网络结构可分为三层：1）最上层为信息域的干线）最上层为信息域的干线，可采用英特网（Internet）结构，执行TCP/IP协议，以实现网络资源的共享以及工作站之间的通信。2）第二层为控制域的干线）第二层为控

23、制域的干线，即完成集散型控制的分站总线，它的作用是以不小于10Mbit/s的通信速率把各分站连接起来，在分站总线上还必须设有与其它厂商设备连接的接口，以便实现与其他设备的联网。3）第三层为现场总线）第三层为现场总线，它是由分散的微型控制器相互连接使用，现场总线通过网关与分站局域网连接。2021/3/1140第三节第三节 BAS体系体系网络结构可分为三层网络结构可分为三层最上层为信息域的干线最上层为信息域的干线第二层为控制域的干线第二层为控制域的干线第三层为现场总线第三层为现场总线2021/3/1141第三节第三节 BAS体系体系楼宇自动化系统是由楼宇自动化系统是由中央管理站、各种中央管理站、各

24、种DDC控控制器及各种传感器、执行机构组成的、能够完制器及各种传感器、执行机构组成的、能够完成多种控制及管理功能的网络系统。成多种控制及管理功能的网络系统。系统中的各个组成部分已从过去的非标准化的设计、生产，发展成标准化、专业化、系列化的产品，各种设备间的相互通信也有了专门的通讯协议，从而使系统的设计、安装、调试、扩展以及互通互联更加方便和灵活，系统的运行更加可靠，同时系统的初投资也大大降低。2021/3/1142第三节第三节 BAS体系体系现代典型的楼宇自动化系统一般由以下几部分组成，如图2-8所示。 中央控制站 区域控制器（DDC分站） 现场设备 通信网络12342021/3/1143第三

25、节第三节 BAS体系体系图图2-8 BAS结构结构2021/3/1144第三节第三节 BAS体系体系1中央控制站中央控制站中央控制站直接接入计算机局域网，它是楼宇自动化系统的“主管”，是监视、远方控制、数据处理和中央管理的中心。中央控制站对来自各分站的数据和报警信息进行实时监测，同时向各分站发出各种各样的控制指令，并进行数据处理，打印各种报表，通过图形控制设备的运行或确定报警信息等。2021/3/1145第三节第三节 BAS体系体系2区域控制器（区域控制器（DDC分站）分站）区域控制器必须具有能独立地完成与现场机电设备的数据采集和控制监控的设备的直接连接，向上通过网络介质与中央控制站相连，进行

26、数据的传输。区域控制器通常设置在所控制设备的附近，因而其运行条件必须适合于较高的环境温度（50）和相对湿度（95%）。软件功能要求如下：软件功能要求如下：（1）具有在线编程功能。）具有在线编程功能。（2）具有节能控制软件，包括最佳启）具有节能控制软件，包括最佳启/停程序、节能停程序、节能运行程序、最大需要程序、循环控制程序、自动上电运行程序、最大需要程序、循环控制程序、自动上电程序、焓值控制程序、程序、焓值控制程序、DDC事故诊断程序、事故诊断程序、PID算法算法程序等。程序等。2021/3/1146第三节第三节 BAS体系体系3现场设备现场设备现场设备包括：现场设备包括：1）传感器，如温度、

27、湿度、压力、压力差、液位、）传感器，如温度、湿度、压力、压力差、液位、流量等传感器。流量等传感器。2）执行器，如风门执行器、电动阀门执行器等。）执行器，如风门执行器、电动阀门执行器等。3）触点开关，如继电器、接触器、断路器等。）触点开关，如继电器、接触器、断路器等。现场设备直接与分站相连，它的运行状态和物理模拟量信号将直接送到分站，反过来分站输出的控制信号也直接应用于现场设备。2021/3/1147第三节第三节 BAS体系体系4通信网络通信网络1)中央控制站与分站通过屏蔽或非屏蔽双绞线连接在一起，组成局域网（分站总线），以数字的形式进行传输。通信协议应尽量采用标准形式，如RS-485或LonW

28、orks现场总线。2)BAS的各子系统，如安保、消防、楼宇机电设备监控等子系统，可考虑采用以太网将各子系统的工作站连接起来，构成局域网，从而实现网络资源，如硬盘、打印机等的共享，以及各工作站之间的信息传输。通信协议采用TCP/IP。2021/3/1148第四节第四节 控制网络技术控制网络技术 一、控制网络概述 二、控制网络开放式标准 三、LONMARK标准 四、BACnet标准12342021/3/1149一一 控制网络概述控制网络概述专用于控制领域的网络为控制网络，简称专用于控制领域的网络为控制网络，简称Infranet（Infrastructure Network）。）。控制系统应用模式的

29、演变过程:控制技术已经经历了三代，控制技术已经经历了三代，即集中式（即集中式（CCS）、集散）、集散式（式（DCS）和现场总线（）和现场总线（FCS）技术。）技术。控制网络源于计算机网络技术，与一般的信息网络有很多相同之处，如网络的拓扑结构、网络的层次结构模型、网络的架构方法等都是相同的，但也有一些不同之处和独特的地方。由于工业控制系统特别强调可靠性和实时性，因此用于测量与控制的数据通信不同于一般的信息网络，也不同于一般电信网的通信。2021/3/1150一一 控制网络概述控制网络概述控制网络与信息网络的主要区别在以下几控制网络与信息网络的主要区别在以下几个方面：个方面：（1）实实时时性性的的

30、数数据据传传输输与与系系统统响响应应是是对对控控制制网络的最基本要求。网络的最基本要求。过程控制系统的响应时间过程控制系统的响应时间要求为0.010.5s；制制造造自自动动化化系系统统的的响响应应时时间间要求是0.52.0s；信息网络的响应时间信息网络的响应时间要求是2.06.0s。2021/3/1151一一 控制网络概述控制网络概述（2）控制网络强调在恶劣环境下数据传输的）控制网络强调在恶劣环境下数据传输的完整性和可靠性。完整性和可靠性。控制网络应具备在恶劣的工业现场环境（如温湿度变化大、振动、腐蚀和存在电磁干扰等）中长时间、连续、可靠传送数据的能力，这是由控制系统本身的特点所决定的。（3）

31、控制网络必须解决多家公司的产品和系）控制网络必须解决多家公司的产品和系统在同一网络中相互兼容，即互操作的问题。统在同一网络中相互兼容，即互操作的问题。2021/3/1152二二 控制网络开放式标准控制网络开放式标准开放式标准的诞生开放式标准的诞生（1）由于不同厂商提供的不同的产品和系统，其通讯协议不同，造成通讯速率、编码格式、同步方式、通讯规程各不相同，因而使这些产品实现互操作和系统的互连很困难。（2）系统中各种设备及子系统如果不进行互连而独立运作，则不能进行一体化协调运作，将会导致管理效率抵、维修困难、扩展维护费用高。2021/3/1153二二 控制网络开放式标准控制网络开放式标准（3）智能

32、建筑的业主和管理者迫切需要降低投入和提高效率。他们要求智能建筑的各子系统集成在一起，为实现系统和设备集成和互操作，必须有种有效的方法实现系统和设备之间的通讯。因此就需要系统具有真正的开放性。开放系统开放系统即建筑设备自动化系统的所有部即建筑设备自动化系统的所有部件均以公认的工业标准技术制造。件均以公认的工业标准技术制造。2021/3/1154二二 控制网络开放式标准控制网络开放式标准控制网络开放式标准具有两个要求：控制网络开放式标准具有两个要求：（1）系统的技术标准和规范所有厂商必须共）系统的技术标准和规范所有厂商必须共同遵守；同遵守；（2）同样功能的部件虽由不同厂家生产，但）同样功能的部件虽

33、由不同厂家生产，但可以互相替换，可以互操作。可以互相替换，可以互操作。目前国际上常用两种开放式标准：目前国际上常用两种开放式标准：1）LONMARK标准，标准，2）BANcet标准标准2021/3/1155 三三 LONMARK标准标准1）LONMARK标准是以LonWorks技术为基础的一套标准。2）LonWorks技术由美国Echelon公司90年代开发推出。3）LonWorks技术实际上是一种测控技术实际上是一种测控网技术，更确切一点说是一种工控网技网技术，更确切一点说是一种工控网技术，也叫现场总线技术。术，也叫现场总线技术。能够方便地实现现场的传感器、执行器、仪表等联网。2021/3/

34、1156三三 LONMARK标准标准4）这种网络不同于局域网，而是一种工控网。因为它传输数据量较小的检测信息、状态信息和控制信息。5）Echelon公司提出局部操作网LON（Local Operating Network）采用LonTalk协议的LON网称为Lonworks网。6）Lonworks技术是一套开放式技术，其通讯协议LonTalk协议也是开放的，使实现遵守该协议的各家产品互联成为可能。2021/3/1157三三 LONMARK标准标准7）LonWorks网络最大的优点是其开放性，网络最大的优点是其开放性，其主要表现在以下方面：其主要表现在以下方面：（1）LonWorks所用的通讯协

35、议LonTalk提供ISO/OSI参考模型所定义的全部七层服务。（2）LonWorks支持多种通讯媒质和任意自由拓扑网络结构。（3）LonWorks支持的通讯媒质有双绞线、同轴线缆、光纤和无线微波等。（4）LonWorks组网拓扑结构可以是任意形式，可以是星型、树型、网状型等，实现真正的点对点通讯。2021/3/1158三三 LONMARK标准标准LonWorks技术存在的不足之处：技术存在的不足之处：（1）LonWorks尽管在物理形式上可自由拓扑、但每个LonWorks节点需要连接到信道（CHANNEL）上，这就必须进行网络分段（SEGMENT），在系统配置上必须增加路由器（ROUTER）

36、。这就增加了系统管理复杂度，实际上在逻辑上增加了控制系统分级数，管理分级数越多，系统不可靠度值就高，降低了系统稳定性。 （2）各厂商生产的元器件（如各类型传感器、控制器）只有而且必须插入固化有LonTalk协议的NEURON专用神经元芯片，这就会导致行业垄断，且造价高的缺点。 2021/3/1159四四 BACnet标准标准为创建使不同厂家的暖通空调子系统相连接的标准方法，美国供暖制冷及空调工程师协会(American Society 0f Heating Refrigeration and Air-Conditioning EngineersASHRAE)制定了一种开放标准，被称为被称为“楼

37、宇自动化和控制网络，即楼宇自动化和控制网络，即BACnet(Building Automation and Control NETwork)。厂家可以按照BACnet标准开发与BACnet兼容的控制器或接口，可在这一标准协议下实现相互交换数据的目的。BACnet比LONMARK有更为量大的数据通讯，运作高级复杂的大量信息。是可以实现不同厂家的楼宇自动化系统之间互连的通讯技术。 2021/3/1160四四 BACnet标准标准BACnet的优点主要表现在以下几的优点主要表现在以下几方面：方面： 开放性 互操作性 提供全面的端对端服务 与总线协议的相对优越性12342021/3/1161四四 BA

38、Cnet标准标准1开放性开放性1)BACnet协议在1987年由美国供暖制冷及空调工程师协会ASHRAE提出；2)1995年发布BACnetl995版本，当年就得到ANSI美国国家标准局的批准成为一个开放性标准；3)在市场的推动和智能楼宇业界领袖西门子楼宇科技(Siemem Building Technologies)等公司的不断努力下，ASHRAE在2001年又推出了BACnet2001版，同时也成为ANSI美国国家标准局的标准；4)2003年BACnet协议最终成为IS0164845标准。2021/3/1162四四 BACnet标准标准2互操作性互操作性1)BACnet采用面向对象技术，在

39、BACnet中，对象就是在网络设备之间传输的一组数据结构，也是输入、输出、输入和或输出功能组的逻辑代表，网络设备通过读取、修改封装在应用层协议数据单元(APDU)中的对象数据结构进行信息交换，实现互操作。2)BACnet目前定义了18个对象，每个对象都具有对象标志符、对象名称和对象类型。其中，对象标志符用来唯一标识对象。通过广播自身所包含的某个对象的对象名称，BACnet设备可以建立与所含相关对象的设备建立联系。3)BACnet协议要求每个设备都要包含“设备对象”，通过其属性的读取就可以让网络获得设备的全部信息。2021/3/1163四四 BACnet标准标准为了帮助用户和工程技术人员确定不同

40、BACnet设备之间的互操作性，BACnet还提供了PICS文件(Protocol Implementation Statement)，它包括它包括7项内容，项内容，1)即标识厂商和描述设备的基本信息；即标识厂商和描述设备的基本信息；2)设备符合设备符合BACnet的级别；的级别；3)设备所支持的功能组；设备所支持的功能组；4)设备所支持的基于标准或专有的服务；设备所支持的基于标准或专有的服务；5)设备启动或响应服务请求的能力；设备启动或响应服务请求的能力；6)设备所支持的基于标准或专有的对象类型及其属性描设备所支持的基于标准或专有的对象类型及其属性描述；述；7)设备支持的数据链路技术；设备支

41、持的分段请求和响设备支持的数据链路技术；设备支持的分段请求和响应。应。2021/3/1164四四 BACnet标准标准3提供全面的端对端服务提供全面的端对端服务BACnet协议在人机界面(HMI)和现场设备间或不同系统的现场设备间可以直接进行信息传输而无需特别附加设备。2021/3/1165四四 BACnet标准标准4与总线协议的相对优越性与总线协议的相对优越性BACnet和LonWorks是目前国内构建集成系统中最常采用的两种通信协议，两者都以满足开放性开放性和互操作性互操作性为目的，虽然从目前的国内市场占有率上看LonWorks略占优势，但这并不能代表LonWorks优于BACnet，相反

42、在智能楼宇系统集成方面，BACnet具有LonWorks不具备的优点。2021/3/1166四四 BACnet标准标准BACnet具有具有LonWorks不具备的优不具备的优点：点：（1）高速率和高吞吐量）高速率和高吞吐量（2）功能更强大）功能更强大（3）互联网扩展更灵活）互联网扩展更灵活（4）良好的伸缩性）良好的伸缩性（5）BACnet标准具有先进的体系结构标准具有先进的体系结构2021/3/1167四四 BACnet标准标准（1）高速率和高吞吐量）高速率和高吞吐量1)BACnet上层通过以太网主干线，采用标准国际网络协议，提供系统高速通信，用于解决数据传输量较大的系统间的集成。2)与商用控

43、制系统厂商使用的通讯速率较低的总线形式相比，有着更为大量的数据通讯，可以运作高级复杂的大信息量。3) 以太网主干还能够在大型系统的网络活动高峰时间发挥特别重要的作用，如断电后系统自动重新启动。2021/3/1168四四 BACnet标准标准4)LonWorks主要用于解决数据传输量较小的现场控制器之间的集成，它实际上是一种工控网技术，它的优点在于方便现场仪器，如传感器、执行器等的联网，在于支持多种通讯介质的使用甚至是混合使用。5) LonWorks是适用在实时控制域，特别是在设备级的互联，而BACnet是适用于信息管理域，特别是在上层网之间的互联。2021/3/1169四四 BACnet标准标

44、准（2）功能更强大）功能更强大BACnet目前已经定义了18个对象个对象，其中包括模拟输入、模拟输入、模拟输出、命令、日历表模拟输出、命令、日历表等等，同时BACnet中还定义了35种服务种服务，并划分了6个类别个类别：（1）报警和事件服务）报警和事件服务 （2）文件访问服务）文件访问服务（3）对象访问服务）对象访问服务 （4）远程设备管理服务）远程设备管理服务（5）虚拟终端服务）虚拟终端服务 （6）网络安全服务）网络安全服务BACnet还定义了还定义了13种功能组包括种功能组包括时钟功能组、时间响应时钟功能组、时间响应功能组、文件功能组、虚拟终端功能组、设备通信功能组功能组、文件功能组、虚拟

45、终端功能组、设备通信功能组。2021/3/1170四四 BACnet标准标准（3）互联网扩展更灵活：）互联网扩展更灵活：1)在BACnet拓扑中，设备之间只存在一条逻辑通路，无需广域网的最优路由算法；2)BACnet具有单一的局部地址空间，所以BACnet参照OSI模型制定了简化的网络层协议，向应用层提供不确认无连接的数据单元传送服务；3)每个BACnet设备都被一个网络号码和一个MAC地址唯一确定。2021/3/1171四四 BACnet标准标准（4）良好的伸缩性：）良好的伸缩性：BACnet标准没有限制BACnet系统中设备节点的数量，BACnet集成系统可以由几个设备节点构成一个极小的自

46、控系统，也可以形成一个规模极大的超级大系统。（5）BACnet标准具有先进的体系结构标准具有先进的体系结构从理论上讲，BACnet标准可以与所有的通信网络进行无缝集成。2021/3/1172 单章小结单章小结本章是楼宇自动化技术的理论基础部分。通过本章教学，学生能够理解一个控制系统的大概组成，了解传感器和执行器的工作原理和选型，对控制系统反馈原理主要是消除控制偏差有一定了解。能够初步掌握PID参数在控制响应过程中的作用以及他们的整定方法。1说明自动控制系统与DCS的内在关系。2简述楼宇自动控制系统的特点。3简述LowWorks总线与BACnet总线的区别，并说明两种总线分别应用于哪些场合？4一个控制系统中输出与设定值的偏差是如何消除的？5如何从理论上分析PID参数的物理意义？6观察建筑中哪些系统是具有自动调节功能；是如何调节的？2021/3/1173谢谢2021/3/1174