第二章智能建筑的计算机控制基础

主要内容(2学时)第一节计算机控制系统组成第二节计算机控制系统分类第三节BAS技术基础基本要求：要求学生掌握计算机控制系统的组成及体系结构,尤其深入理解适与智能建筑设备控制的计算机体系结构及发展趋势。明确本课程主要研究方向及与本专业其他专业课程的关系。第二章智能建筑计算机控制基础智能建筑系统通常包括三个组成部分——楼宇自动化系统（BAS）、办公自动化系统（OAS）和通信自动化系统（CAS），即3A大厦；楼宇自动化系统是智能建筑系统中一个重要基本组成部分，而智能建筑系统是建立在楼宇自动化系统的基础之上的。数字计算机在楼宇自动控制系统中作为控制系统的重要组成部分完成控制任务;计算机控制系统又称为数字控制系统，是实现各种控制功能的自动控制系统。第二章智能建筑计算机控制基础第一节计算机控制系统组成硬件部分:计算机控制系统的组成第一节计算机控制系统组成硬件部分:计算机功能——按照预先编制好的程序进行数据采集、数据处理、逻辑判断、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。硬件部分:过程通道——过程通道是计算机与被控对象之间交换数据信息的信道；按传输信号的形式可分为模拟量通道和开关量通道；按信号的传输方向可分为输入通道和输出通道。第一节计算机控制系统组成模拟量输入通道（AnalogInputs，AI）用来将被控对象的模拟量被控参数（被测参数），转换成数字信号，并送至计算机，它包括检测元件（传感器）、变送器、多路采样器和模/数（A/D）转换器等。模拟量输出通道（AnalogOutputs，AO）将计算机输出的数字信号经D/A转换器变换为模拟量后，去控制各种执行机构动作。第一节计算机控制系统组成开关量输入通道（DigitalInputs，DI）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；开关量输出通道（DigitalOutputs，DO）用来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。第一节计算机控制系统组成硬件部分：控制操作台——控制操作台是人与计算机控制系统联系的设备，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。当系统某个局部出现意外或故障时，也在操作台上产生报警信息。操作人员在操作台上可修改程序和工艺参数，也可以按需要改变系统的运行状态。第一节计算机控制系统组成硬件部分：控制操作台操作台包括以下设备：——CRT显示器或LED数码管显示器、打印机、记录仪等输出设备；——键盘、功能控制按钮和扳键（作用开关）等输入装置；——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。第一节计算机控制系统组成软件部分：系统软件——计算机控制系统的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、对外围设备管理的服务性程序，还有保证系统可靠运行的自检程序等。软件部分：应用软件——计算机控制系统的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、对外围设备管理的服务性程序，还有保证系统可靠运行的自检程序等。第一节计算机控制系统组成第二节计算机控制系统分类计算机控制系统分为以下几种类型：——操作指导控制系统；——直接数字控制系统；——集散控制系统及现场总线与分布控制系统。操作指导控制系统第二节计算机控制系统分类操作指导控制系统：——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；——若遇到某个参数超过限定值，操作人员可进行处理——计算机并不直接控制生产过程。第二节计算机控制系统分类直接数字控制系统——简称DDC系统（DirectDigitalControl）——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，按照控制规律进行计算，控制量通过接口直接控制执行机构对被控对象进行控制——这种方式在工业生产中使用较为普遍

第二节计算机控制系统分类直接数字控制系统直接数字控制系统第二节计算机控制系统分类集散控制系统——集散控制系统（DistributedControlSystem，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，具有数据处理、显示、记录及显示报警等工作；——集散控制系统克服了集中控制带来的危险集中，系统可靠性差的问题，同时又避免了控制装置分散在现场各处，人机联系困难，无法统一管理的缺点，通过通信总线（现场总线或网络）使整个系统形成一个整体，实现了信息和操作管理集中化、控制任务分散化的目标。集散控制系统第二节计算机控制系统分类集散控制系统结构

集散控制系统的功能分层

集散式建筑设备监控系统结构第二节计算机控制系统分类现场总线与网络控制系统——随着微电子学和通信技术的发展，过程控制的一些功能进一步分散下移，出现了各种智能现场仪表。这些智能变送器、执行器等简化布线，减少模拟量在长距离输送过程中的干扰和衰减的影响，便于共享数据以及在线自检；——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；——由于现场总线具有可靠性高，便于容错，全数字化，通信距离长，速率快，多节点，造价低廉，并且具有很强的抗干扰能力等一系列优点，普遍用于智能建筑中。第二节计算机控制系统分类现场总线与网络控制系统第二节计算机控制系统分类典型的现场总线系统第三节BAS技术基础楼宇自动化系统（BuildingAutomationSystem）对楼宇内各种机电设备进行集中管理和监控；主要包括空调及新风系统、送排风系统、冷冻站系统、热交换站系统、变配电系统、照明系统、给排水系统、垂直输送系统等；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。一、BAS自动控制基本原理与系统组成

1、闭环控制/调节系统的组成常用的BAS控制系统根据其组成结构的不同可分为：单回路系统、多回路系统、比值系统、复合系统等。

1）单回路控制/调节系统

现代楼宇控制中，单回路控制／调节系统能够满足绝大部分的控制要求2)、多回路控制/调节系统

如果被控制对象的动态特性较为复杂，惯性比较大，采用单回路控制往往不能满足要求。对这类控制对象，可中间变量或参数作为辅助控制变量，通过辅助回路对辅助变量的及时控制，共同完成对主要被控参数的调节与控制，此为多回路系统。3）、比值控制/调节系统

凡是实现两种或多种物料流量，控制参数保持严格比例关系的自动控制系统称为比值控制系统。

4）、复合控制/调节系统2、控制器调节特性及其选择在楼宇自动化系统中的调节器，不管是开关式的位式控制器、模拟调节器还是数字化的DDC控制器，其控制规律绝大部分仍采用传统的位置式、比例式、积分式、比例＋积分式和比例＋积分＋微分式五种。位置式调节所谓位置调节，也就是开关控制或开关调节。位置调节分双位调节和三位调节两种。1）双位调节双位调节的特性就是根据偏差值的正/负，输出两个不同的开关控制信号。

P：双位调节器的输出，取开（+1，on）、关（-1或0，off）两种状态；e：偏差值

实际使用双位调节存在滞环区，所谓滞环区是指不至于引起调节器动作的偏差的绝对

值。如果被调参数对给定值的偏差不超出这个绝对值区间，调节器的输出将保持不变，这样就避免了偏差在“0”（临界点）附近，调节器输出信号频繁变化，引起执行机构和相关设备频繁启停所带来的不利影响。

双位调节机构简单，动作可靠，所以在空调系统中广泛应用。空调系统中的风机盘管温控器就是典型的双位调节。室内温度由室内温度传感器检测，在冬天，温控器工作在加热模式下，当室内温度超过设定值时，调节器立即关闭电加热器或热水电动两通阀，停止热水供应，使室温下降；相反，当室内温度低于设定值时，调节器立即启动电加热器或打开电动两通阀，继续热水供应，使室温上升，实现室温的自动控制。在夏天，温控器工作在制冷模式下，当室内温度超过设定值时，调节器立即开通冷冻水电动两通阀，使室温下降；当室内温度低于设定值时，调节器立关闭电动两通阀，停止冷冻水供应，使室温上升，同样达到室温的自动控制作用。电加热器的开关、电动两通阀只有开／关两种状态，所以称其为双位调节。2）三位调节三位调节的特性就是根据偏差的大小，输出三个不同的开关状态控制信号。P：三位调节器的输出，取+1、0、-1三种状态，可认为+1、0、-1三种状态分别对应

电动机正转、停、反转三种工作状态；或者对应于某系统大、中、小三种工作方式等。实际的工程含义由具体的应用确定。e：偏差值。∆：输出P取不同值时所对应偏差值e的区间间隔，也可理解为调节器输出对应的偏差不灵敏区。二、楼宇自动化系统常用传感器1、温度传感器电阻测温：根据铜、铂、热敏电阻的阻值来测温半导体测温：通过测量感温元件（PN结）电压来测温热电偶测温：通过测量热电偶的电势来测温二、楼宇自动化系统常用传感器2、湿度传感器阻抗式测湿电容式测湿3、流量传感器节流式电磁式速度式容积式二、楼宇自动化系统常用传感器4、压力传感器电阻式压差传感器：将测压弹性元件的输出位移变换成滑动电阻的触点位移，通过测量电阻来测压力电容式压力传感器：通过测量电容来测压力压电式压力传感器：利用压电效应原理测压霍尔压力传感器：利用霍尔效应原理测压三、执行机构

四、常用低压电器接触器是用于远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动切换电器。其主要控制对象是电动机，也可以用于控制其他电力负载、电热器、电照明等。接触器具有操作频率高、使用寿命长、工作可靠、性能稳定、维护方便等优点。1．接触器

2继电器

继电器是一种根据电气量（电压、电流等）或非电气量（温度、压力、转速、时间等）的变化接通或断开控制电路的自动切换电器。

1）电磁式继电器（1）电流继电器电流继电器是根据输入电流大小而动作的继电器。欠电流继电器的吸引线圈吸合电流为线圈额定电流的30%～

65%，释放电流为额定电流的10%～20%，用于欠电流保护或控制。过电流继电器在电路正常工作时不动作，当电流超过某一定值时才动作，整定范围为110%～400%额定电流。（2）电压继电器电压继电器是根据输入电压的大小而动作的继电器。过电压继电器的动作电压范围为（105%～120%）UN；

欠电压继电器吸合电压动作范围为（20%～50%）UN

（3）中间继电器中间继电器实际上是一种电压继电器，触点对数多，触点容量较大（额定电流为5～10A），其作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大。时间继电器是一种根据电磁原理或机械动作原理来实现触点系统延时接通或断开的自动切换电器。2）．时间继电器热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器。3）．热继电器

4）．速度继电器速度继电器是根据电磁感应原理制成的，主要用做笼型异步电动机的反接制动，故又称为反接制动继电器。

3、低压断路器低压断路器俗称自动开关，它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，集控制与多种保护于一身，并具有操作安全、使用方便、工作可靠、安装简单、分断能力强等优点。

4、主令电器主令电器是用来接通和分断控制电路以发号施令的电器。主令电器应用广泛，种类繁多，常见的有按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等

按钮是一种手动且可以自动复位的主令电器1）．按钮
停止和急停按钮颜色必须用红色；

启动颜色