智能建筑概论 赵望达智能建筑概论 第3章

第三章 建筑物自动化,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.1 建筑物自动化系统简介,建筑自动化系统 （Building Automation System，BAS） 又称为楼宇自控系统,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.1 建筑物自动化系统简介,计算机技术,节能,自动控制技术,建筑物设备的 有效控制与管理,通信技术,传感器应用技术,高效,可靠,安全,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.1 建筑物自动化系统简介,广义BAS，监视、控制和管理的范围,广义BAS,广义BAS,电力,照明,给排水,安全防范,防灾,空调,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.1 建筑物自动化系统简介,广义BAS与狭义BAS的区别，在于广义BAS包括了目前自成体系的火灾自动报警系统和安全防范系统。,狭义BAS,狭义BAS，监视、控制和管理的范围,狭义BAS,电力,照明,给排水,空调,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.1 建筑物自动化系统简介,楼宇自控系统是自动控制技术应用的一个分支，它的发展也随着自动控制技术的不断进步和完善而日趋成熟。,自动控制系统发展的几个阶段,50年代,60年代,70年代,80年代后,近年,基地式 气动仪表 控制系统,电动单元 组合仪表 控制系统,集中式 数字 控制系统,集散 控制系统,现场总线 控制系统,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.2 建筑物自动化系统的组成及功能,BAS系统网络结构（三层）：,最上层,第二层,第三层,BAS系统结构由如下四部分组成：中央控制站、区域控制器、现场设备、通信网络。,BAS结构及形式,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.2 建筑物自动化系统的组成及功能,BAS结构及形式,Internet网络结构 TCP/IP协议 实现网络资源共享 及各工作站之间的通信,分站总线 连接起各分站,供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,信息域 的干线,控制域 的干线,现场 总线,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.2 建筑物自动化系统的组成及功能,BAS的体系结构是指所有被控参数与中央管理计算机之间的连接方式。,BAS体系结构,其体系结构发展历程，分为三个阶段：,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.2 建筑物自动化系统的组成及功能,BAS体系结构,（1）集中式体系结构,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.2 建筑物自动化系统的组成及功能,BAS体系结构,（2）集散式体系结构,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.2 建筑物自动化系统的组成及功能,BAS体系结构,（3）分布式网络化体系结构,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.2 建筑物自动化系统的组成及功能,在大型公建内为了实现节能和安全等目的，采用微机控制系统，在监控中心集中监测、控制、管理各子系统,动力,配变电,照明,给排水, ,暖通,建筑物自动化系统功能,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.2 建筑物自动化系统的组成及功能,设备管理和子系统间的协调主要由BAS中央管理计算机承担。 为此，中央管理计算机应具备以下功能：,建筑物自动化系统功能,数据库,设备操作,显示,故障诊断,设备管理,统计分析,定时控制,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.3 建筑物自动化系统硬件及软件简介,建筑物自动化系统硬件,1控制分站硬件,普通型 控制器 (DCP-G),智能型 控制器 (DCP-I),数据采集型 (DGP),分散控制型 (DCP),控制分站,是否有分散的闭环控制功能,有无微处理机,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.3 建筑物自动化系统硬件及软件简介,中央站或管理中心又称监控中心或上位计算机，它可以对整个系统实行管理和优化。通常使用高档微机。,建筑物自动化系统硬件,2中央站硬件,微机,外围设备 （如 打印机）,中央站,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.3 建筑物自动化系统硬件及软件简介,建筑物自动化系统软件,1控制分站软件,建筑物自动化系统要求的控制分站软件有：,系统软件 （监控程序和实时操作）,报警处理 软件,操作命令 控制软件,输入/输出点 处理软件,通信软件,运算软件,能量管理和 控制软件,时间/事件程序 （TEP）,控制软件,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.3 建筑物自动化系统硬件及软件简介,一般来说中央站软件要求有以下功能：,建筑物自动化系统软件,2中央站软件,操作环境设定,显示功能,系统功能,数据保存功能,控制功能,用户化功能,操作功能,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.4 集散控制系统,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。 它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统。,集散控制系统基本概念,综合了4C技术,计算机技术（Computer）,通信技术（Communication）,控制技术（Control）,显示技术（CRT）,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.4 集散控制系统,基本思想 分散控制 集中操作 分级管理 配置灵活 组态方便,集散控制系统基本概念,第一级,第二级,第三级,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.4 集散控制系统,注：并不是所有的集散控制系统都具有三层功能，大多数中小规模系统只有一、二层，只有大规模系统才具有三层。,集散控制系统体系结构,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.4 集散控制系统,现场控制单元的硬件配置需要完成以下内容：,1 现场控制单元,集散控制系统的硬件结构,插件的配置 硬件冗余配置 硬件安装,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.4 集散控制系统,2 操作站,操作站显示并记录来自各控制单元的过程数据，是人与生产过程信息交互的操作接口。,集散控制系统的硬件结构,典型的操作站包括：,主机系统 显示设备 键盘输入设备 信息存储设备 打印输出设备,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.4 集散控制系统,2 操作站,操作站主要实现以下功能：,集散控制系统的硬件结构,模拟参数显示（如模拟参数显示、系统状态显示、多种画面显示等） 报警功能 操作功能 报表打印功能 组态（配置、设定、设置） 编程功能,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.4 集散控制系统,集散控制系统的软件体系,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.4 集散控制系统,DCS的开发过程主要是采用系统组态软件依据控制系统的实际需要生成各类应用软件的过程。,集散控制系统的组态,组态软件功能,基本配置组态,应用软件组态,控制回路的组态,实时数据库生成,工业流程画面的生成,历史数据库的生成,报表生成,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.4 集散控制系统,直接与生产过程相连，接收现场设备送来的信号,集散控制系统的通信,DCS控制系统，从集成结构看 可以分为三大部分：,操作人员与DCS相互交换信息的设备,将控制器和人机接口联系起来，形成一个有机的整体,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.5 现场总线控制系统,现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是连接智能现场设备和自动控制系统的数字式、双向传输、多分支的通信网络。,现场总线的基本概述,在集散控制系统的基础上发展起来 新一代分布式控制系统,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.5 现场总线控制系统,开放性 互操作性 分散功能模块 环境适应性 节约,现场总线技术特点,现场设备的智能化与功能自治性 用户具有高度的系统集成主动权 准确性 可靠性,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.5 现场总线控制系统,现场总线的结构组成,FCS的硬件组成,FCS是总线网络，所有现场表都是一个网络节点，并挂接在总线上，每一个节点都是一个智能设备，因此FCS中已经不存在现场控制站，只需要工业PC即可。,接口设备,现场总线仪表,外围设备,Smar公司是生产FCS最早的生产厂家，下面以此为例介绍FCS的硬件组成。,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.5 现场总线控制系统,现场总线的结构组成,FCS的硬件组成,接口设备,PC。一般的工业PC带有大屏幕显示器、打印机、工业键盘和鼠标等，置与操作室内。 过程控制接口卡（PCI）。PCI（Process Control Interface）是一种高性能接口卡，把先进的过程控制与多通道通信、管理融为一体。 串行接口（BC1）。Smar 入口级的现场总线网络与PC机之间的智能接口,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.5 现场总线控制系统,现场总线的结构组成,FCS的硬件组成,现场总线仪表,Smar公司共有五种现场总线仪表： 三种输入仪表： 双通道温度变送器TT302 差压变送器LD302 三通道输入电流变换器IF302 二种输出仪表： 三通道输出电流变换器FI302 输出气压信号变换器FP302,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.5 现场总线控制系统,现场总线的结构组成,FCS的硬件组成,外围设备,专用电源 PS302 电源阻抗匹配器 PSI302 端子 BT302 本质安全栅 SB302 重发器,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.5 现场总线控制系统,现场总线的结构组成,FCS的软件组成,作为一个完整的控制系统，仍然需要具有类似于DCS或其他计算机控制系统那样的控制软件、人机接口软件。 现场总线控制系统软件是现场总线控制系统集成、运行的重要组成部分。,组态软件,监控软件,设备管理软件,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.5 现场总线控制系统,基金会现场总线（Foundation Fieldbus，FF） 控制局域网（Controller Area Network，CAN） 局部操作网（Local Operating Network，LonWorks） 过程现场总线（Process Field Bus，PROFIBUS） 可寻址远程传感器数据通路协议（Highway Addressable Remote Transducer，HART） 基于工业以太网现场总线,几种常见的现场总线,20世纪80年代以来，各种现场总线标准陆续形成，其中主要的有：,建筑物自动化系统常见现场总线有LonWorks总线 和CAN总线两种。,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.5 现场总线控制系统,FF（Foundation Fieldbus）,1 基金会现场总线,在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景。,前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首，80家公司制订的ISP协议，和以Honeywell公司为首，150家公司制订的world FIP协议。,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.5 现场总线控制系统,1 基金会现场总线,基金会现场总线的通信技术 标准化功能块（FB）与功能块应用进程（FBAP） 设备描述（DD）与设备描述语言（DDL） 现场总线通信控制器与智能仪表或工业控制计算机之间的接口技术 系统集成技术 系统测试技术,围绕工厂底层网络和全分布自动化系统这两个方面形成了它的技术特色。其主要技术内容有：,CSU,防灾科学与安全技术研究所/消防工程系,3.5 现场总线控制系统,Echelon公司开