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PAGE【最新整理，下载后即可编辑】【最新整理，下载后即可编辑】第1章建筑设备自动化概述教学目的：通过本章学习，熟悉自智能建筑的基本概念，掌握智能建筑的组成及核心技术，掌握建筑设备自动化系统及其发展。教学重点：掌握智能建筑的组成及核心技术，掌握建筑设备自动化系统的功能。教学难点：建筑设备自动化系统的功能。第一讲第1章1.1-1.4授课学时2教学目的及要求目的：熟悉自智能建筑的基本概念，组成及核心技术，掌握建筑设备自动化系统及其发展。要求：掌握智能建筑的组成及核心技术，掌握建筑设备自动化系统。教学难点重点及措施重点：掌握智能建筑的组成及核心技术，掌握建筑设备自动化系统的功能。难点：建筑设备自动化系统的功能。措施：突出重点，重点讲解授课方法讲授（现代化）教学手段多媒体与板书结合板书部分用下划线标注。作业思考题师生互动P143、4思考题：建筑设备自动化的技术支撑体系。讨论我国智能建筑市场状况。1.1智能建筑的基本概念

1.1.1智能建筑IB(IntelligentBuilding)1984年，由美国人提出，在一座改建后的大厦的宣传词中出现，该大厦采用计算机技术对楼内的空调、照明、电梯、防火等系统实施监测、控制等综合管理，为大楼用户提供各类信息服务，事先通信、办公自动化，从此诞生第一座智能建筑。我国，智能建筑的建设起始于1990年的北京发展大厦，被认为我国智能建筑的雏形。该大厦装备了建筑设备自动化系统、通信网络系统、办公自动化系统，但3个子系统未实现系统集成，进行统一的控制和管理。

1.1.2智能建筑的定义以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。

1.1.3智能建筑与传统建筑1.具有传统建筑物的全部功能2.它具有某种“拟人智能”特性及功能。主要表现在：（1）具有感知、处理、传递所需信号或信息的能力；（2）是对收集的信息具有综合分析、判断和决策的能力；（3）是具有发出指令并提供动作响应的能力。

1.1.4智能建筑的类型（用途）(1)智能办公、商用大楼智能办公、商用大楼包括：政府机关办公楼，大型企业、公司办公楼、金融大厦(银行、证券、保险、期货等)，商业楼及出租写字楼等单栋智能化大楼。

(2)智能建筑群(广场)智能建筑由单栋开发到成片开发，形成一个位置相对集中的建筑群体，称为智能建筑群或智能广场，如医院、学校、酒店、宾馆、商场等。

(3)智能化住宅智能化住宅多为以生活起居为目的而兴建的多层、高层建筑或建筑群。

(4)智能化小区智能化小区是指具有一定智能化特点的住宅小区-居住生活信息化、小区物业管理智能化、IC卡通用化。1.1.5智能建筑的功能(1)舒适功能智能建筑提供室内适宜的温度、湿度和新风，提供多媒体音像系统、装饰照明、公共环境背景音乐等。

(2)安全功能智能建筑应确保人、财、物的高度安全，以及具有对灾害和突发事件的快速反应能力。

(3)便捷功能智能建筑通过建筑物内外四通八达的电话、电视、计算机局域网、因特网等现代通信手段和各种基于网络的业务办公自动化系统，为人们提供一个高效便捷的工作、学习和生活环境。1.2智能建筑的组成及核心技术

1.2.1智能建筑的核心技术1)现代计算机技术当代最先进的计算机技术应该首推的是并行处理、分布式计算机系统。

(2)现代控制技术常用的控制系统为分布式控制系统DCS(DistributedControlSystem)，它采用多层分级的结构形式，从下而上分为过程控制级、控制管理级、部门管理级和决策管理级。

(3)现代通信技术现代通信技术实质上是通信技术与计算机网络技术的结合。

(4)现代图形显示技术(CRT)现代图形显示技术主要体现在计算机的操作和信息显示的图形化，即窗口技术(Windows)与多媒体技术的完美结合。1.2.2建筑智能化系统的组成与集成(1)建筑设备自动化系统BAS(BuildingAutomationSystem)1)建筑设备监控系统（狭义BAS），它将建筑物或建筑群内的电力、照明、空调、电梯、给排水以集中监视、控制和管理为目的，构成的综合系统。

2)安全防范系统SAS(SecurityAutomationSystem)。

3)火灾自动报警与消防联动系统FAS(FireAutomationSystem)。(2)通信网络系统CNS(CommunicationNetworkSystem)通信网络系统包括通信系统、计算机网络、接入系统三大部分，是以数字程控交换机PABX和网络中央集控器为核心，通过网络布线将相关的设备和介质组成一体化的系统，并连接无线通信系统、卫星通信系统、有线广播系统、电视会议系统、Internet系统、多媒体通信等，通信网络系统也经常称为通信自动化系统CAS。

(3)办公自动化系统OAS(OfficeAutomationSystem)主要由办公作业设备与电子商务、管理信息系统MIS、决策支持系统DSS等部分组成。OASBASOASBAS图1-1建筑集成管理系统组成示意图(4)综合布线系统GCS综合布线系统是建筑物或建筑群内部之间的传输网络。1.3建筑设备自动化系统图1-3建筑管理系统BMS结构1.3.1建筑设备监控系统的功能(1)设备监控与管理能够对建筑物内的各种建筑设备实现运行状态监视，起停、运行控制，并提供设备运行管理，包括维护保养及事故诊断分析，调度及费用管理等。

(2)节能控制包括空调、供配电、照明、给排水等设备的控制。1.3.2建筑设备自动化系统(BAS)的范围及内容(1)电力系统安全、可靠的供电是智能建筑正常运行的先决条件。(2)照明系统对于公共建筑，照明系统的能耗仅次于供热、通风与空调系统。(3)电梯系统7层及以上住宅楼、高层建筑(10层及以上)均需配备电梯。(4)暖通空调系统暖通空调系统在建筑物中的能耗最大，故在保证提供舒适环境的条件下，应尽量降低能耗。(5)给排水系统实现智能建筑给水设备的可靠、节能运行具有积极的意义。1.3.3BAS的自动测量、监测与控制1.BAS的自动测量(1)选择测量选择测量指在某一时刻，值班人员需要了解某一点参数值，可选择某点进行参数测量，并在荧光屏上用数字表示出来，或用打印机打印出来。

(2)扫描测量扫描测量是指以选定的速度连续逐点测量，对测量点所取得的资料都规定上限值和下限值，每隔一定时间扫描一次，如果超出规定值，由蜂鸣器报警，并在显示器上显示出来，对未运转的设备就跳位，自动把它除外，继续进行扫描。

(3)连续测量连续测量是指采用常规仪表进行在线不间断的测量和指示。2.BAS的自动监视（1）监控对象BAS的自动监视指对建筑物中的配电设备、空调、卫生、动力设备，火灾防范设备，照明设备，应急广播设备，电梯设备等。（2）监视内容1)状态监视状态监视和故障监视两种装置并用的情况较多，其目的是监视设备的起停、开关状态及切换状态。

2)故障、异常监视机电设备发生异常故障时，应分别采取必要的紧急措施及紧急报警。

3)火灾监视在建筑物中，应设有火灾自动报警系统，该系统由火灾探测器、火灾报警装置和消防联动装置等组成。

4)暖通空调系统的监视暖通空调系统的监视包括：风机、阀门、水泵、冷热源设备的运行状态监视；测量点的监视；保护装置的监视；温度、压力、流量的监视等。3.BAS的自动控制BAS的自动控制包括建筑设备的起停控制、设定值控制、设备（或系统）的节能控制与消防系统的控制等。

1.4建筑设备自动化的发展

1.4.1历史与现状19世纪末：机械控制器和电气控制器20世纪50年代：出现了气动仪表控制系统20世纪70年代：出现电子仪表和采用小型电子计算机的集中式控制系统80年代：出现采用微型计算机的集散型控制系统(DCS)先后引进了直接数字控制系统DDC（DirectDigitalControl）；计算机、模拟仪表混合控制系统；计算机监督控制系统SCC和计算机集散控制系统DCS。20世纪70年代后，计算机实现集中控制出现的问题：1)集中式的计算机控制降低了系统的可靠性，风险高度集中，虽然可采用双重计算机等冗余技术，但成本提高。

2)模拟信号数字化的工作在计算机端，使得太多太长的现场连线通过各类干扰环境到达现场，使系统抗干扰的设计和实现都十分困难。

3)系统的规模受到较大的限制。目前，集散型控制系统（DCS）向现场总线控制系统（FCS）的结构模式过渡。1.4.2建筑设备自动化技术的发展趋势(1)网络技术基于Web的Intranet网络技术成为建筑物或企业内部的信息主干网络的主流信息。

(2)控制网络技术在计算机网络技术的推动下，控制系统要向体系结构的开放性网络互连方向发展，即开放性控制网络具有标准化、可移植性、可扩展性和可操作性。

(3)智能卡技术随着半导体芯片技术的不断发展，智能卡体积小、存储容量大、携带与使用方便、安全性与可靠性好、可脱机运行、一卡多用的优越性能越来越突出。

(4)可视化技术此技术是指基于网络化的视像传输、交互和提供多媒体视像服务技术。(5)家庭智能化技术通过家庭智能化技术，实现家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置集中的或异地的监视和控制，以及进行家庭事务性管理。

(6)无线电局域网技术该项新技术利用微波、激光、红外线作为传输媒介，摆脱了线缆的束缚。

(7)数据卫星通信技术该技术又称为小型数据通信站(VSAT)，是将通信卫星技术引向多功能、智能化、设备小型化，同时综合应用多波束覆盖、星载处理技术、地面蜂窝移动通信和计算机软件技术等。图1-5LonWorks和BACnet的组合方案第2章计算机控制系统与通信网络结构教学目的：通过本章学习，掌握建筑设备自动化系统的技术基础——计算机控制技术及计算机通信网络技术，掌握建筑设备自动化控制系统的集成技术——智能建筑系统集成及综合布线教学重点：计算机控制系统的组成及网络拓扑结构，系统集成的内容与综合布线系统的构成及综合布线的优点。教学难点：计算机控制系统的组成，计算机网络拓扑结构，系统集成的内容，综合布线系统的构成。第二讲第2章2.1.1授课学时2教学目的及要求目的：了解计算机控制系统的基本原理、基本组成及分类。要求：掌握计算机的基本组成和分类。教学难点重点及措施重点：计算机控制系统的组成和分类难点：计算机控制系统的组成措施：突出重点，重点讲解授课方法讲授（现代化）教学手段多媒体与板书结合板书部分用下划线标注。作业思考题师生互动P641、2思考题：计算机控制系统的数据预处理技术。讨论计算机控制系统的分类。2.1建筑设备自动化系统的技术基础2.1.1计算机控制技术1.计算机控制系统的基本原理图2-1计算机控制系统的基本框图(1)数据采集对被控参数实时检测并转化成标准信号输入到计算机。

(2)控制计算机对采集的数据信息进行分析、求偏差并按照已确定的控制算法进行运算，发出相应的控制指令，产生调节作用施加与被控对象。

2.计算机控制系统的组成图2-2计算机控制系统的组成框图(1)硬件部分硬件主要包括主机、外围设备、过程输入输出通道、人机联系设备等。1)主机。

2)外围设备。3)过程输入输出通道。①模拟量输入通道(AI)。它将测量变送器输出的、反映生产过程的被控参数(如温度、压力、流量、物位、湿度等)的标准电流信号DC0~10mA或DC4~20mA转变为二进制数字信号，经接口送与计算机。其组成如图2-3所示。图2-3模拟量输入通道的组成图2-4信号的采样过程②数字量输入通道(DI)。它将反映生产过程或设备的、具有二进制逻辑“1”和“0”特征的状态参数信号(如电气开关的闭合/断开、指示灯的亮/灭、继电器或接触器的吸合/释放、电机的起动/停止等)采集并输送给计算机。其对应的二进制逻辑“1”和“0”数字信号均代表生产过程或设备的一个状态，这些状态作为控制的依据。它主要由输入调理电路、输入缓冲器和输入地址译码器等组成，如图2-5所示。输入调理电路接受反映生产过程或设备的、具有二进制逻辑“1”和“0”特征的状态参数信号。由于采集状态参数信号时，可能存在的瞬间高压、过电流、接触抖动等现象，必须把采集到的图2-5数字量输入通道的组成结构图2-6输入调理电路的结构形式

a)小功率输入调理电路b)大功率输入调理电路图2-7数字量输入接口③模拟量输出通道(AO)。它是计算机控制系统实现连续图2-8模拟量输出通道的组成结构④数字量输出通道(DO)。它是计算机控制系统实现断续控制的关键部分，主要由输出寄存器、地址译码器和输出驱动器等组成，如图2-9所示。图2-9数字量输出通道的组成结构图2-10数字量输出接口图2-11输出驱动器的结构形式4)人机联系设备。(2)软件部分对于计算机控制系统而言，除了硬件组成部分以外，软件同样必不可少。3.计算机控制系统的分类(1)操作指导控制系统操作指导控制系统是指计算机的输出只是对系统的过程参数进行采集、处理，然后输出反映生产过程的数据信息，并不直接用来控制生产对象。图2-12操作指导控制系统原理图(2)直接数字控制系统(DDC)直接数字控制DDC(DirectDigitalControl)系统是用一台计算机对多个参数进行实时数据采集，按照一定的控制算法进行运算，然后输出调节指令到执行机构，直接对生产过程施加连续调节作用，使被控参数按照工艺要求的规律变化。图2-13DDC控制系统原理图(3)计算机监控系统计算机监控(SCC，SupervisoryComputerControl)系统采用两级计算机模式。图2-14SCC+DDC控制系统原理图(4)分布式控制系统(DCS)分布式控制系统(DistributedControlSystem)又称集散控制系统。图2-15DCS控制系统原理图1)现场I/O控制站。①实时采集表征生产过程的各种参数(如温度、压力、流量、物位、湿度、电流、电压、功率等)和状态信号(如设备的起/停、电气开关的闭/开、触点的吸合/释放、灯的亮/灭等)，经数字化处理后，送入存储器储存，从而形成一个反映生产现场实际工况，而且对所采集到的数据信息进行实时更新的实时映象(动态数据库)。

②将其采集到的实时数据信息通过通信网络上送至操作员站、工程师站及其他现场I/O控制站，以便实现全系统范围内的控制、监督和管理；同时，现场I/O控制站还可以接受来自操作员站、工程师站的下传指令，实现对现场I/O控制站工艺参数设定值的变更，以及现场工况的人工调控。

③担任现场的闭环负反馈控制、批量控制、顺序控制等任务。2)操作员站。

3)工程师站。

4)DCS的通信网络。(5)现场总线控制系统现场总线控制系统(FCS，Field-busControlSystem)是一种全数字、半双工、串行双向通信系统。1)现场总线控制系统的基本组成。图2-16FCS控制系统原理图2)现场总线控制系统的特点。①现场通信网络。现场总线将通信线一直延伸到生产现场的生产设备，构成现场智能仪表互连的通信网络，信号传输全数字化，抗干扰力强，精度高。避免了传统的DC4~20mA模拟信号在传输过程中的信号衰减、精度下降、噪声干扰的引入等问题。

②现场设备互连。由于现场智能节点之间通过一对信号传输线互连，一对信号传输线使得N个现场智能节点能够双向传输信号。③互操作性。由于现场总线设备实现了功能模块及其参数的标准化，因此设备间有很好的互操作性。来自不同制造厂家的现场设备可以异构，组成统一的系统。④分散的系统结构。FCS废弃了DCS的I/O控制站，将其I/O单元和控制功能块分散给现场仪表，用户通过选用现场仪表，并对其统一组态，就可以控制回路，从而构成虚拟控制站。每个现场仪表作为一个智能节点，能够完成数据信息的采集、运算，执行控制指令和通信等功能，任何一个节点发生故障仅影响局部而不会危及全局，从而实现了彻底的分散，提高了系统的可靠性、灵活性和自治性。⑤开放式互连网络。现场总线为开放式互连网络，所有的技术和标准均是公开的，面向所有的用户和制造商。因此，用户根据需求可以自由地集成不同制造商的通信网络，既可以与同类网络互连，也可以与不同网络互连，极大地方便用户共享网络数据库的信息资源。

⑥通信线供电。该方式允许现场智能节点直接从通信线(现场总线常用的信号传输线为双绞线)上摄取能量，节省电源、低功耗、本质安全。(6)建筑物自动化系统的现场总线随着现场总线技术在工业自动化领域的广泛应用，一些现场总线技术凭借其优势，逐渐在一些应用领域形成较大的影响。1)基金会现场总线FF(FoundationField-bus)FF以ISO/OSI开放系统互连参考模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层作为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。

2)局部操作网络LonWorks(LocalOperatingNetwork)LonWorks是由美国Echelon公司在1991年推出的实时测控网络，并与Motorola和东芝公司共同倡导的现场总线技术。

3)过程现场总线PROFIBUS(ProcessFieldBus)PROFIBUS是符合德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50179的现场总线，包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三部分。

4)控制局域网络CAN(ControlAreaNetwork)CAN是由德国Bosch公司推出的，用于汽车内部的测控网络，其总线规范已成为ISO11898标准。5)可寻址远程传感器高速通道HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)是由美国Rosement公司研制的模拟信号/数字信号混用的过渡性产品，它在DC4~20mA的模拟信号上叠加Bell202标准的双频信号(1200Hz和2200Hz)实现了数字信号通信。图2-17CIMS控制系统原理图(7)计算机集成制造系统CIMS(ComputerIntegrationManufactureSystem)计算机集成制造系统不但承担着面向过程控制和优化的任务，而且基于获得的生产过程信息，完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理，如图2-17所示。第三讲第2章2.1.2授课学时2教学目的及要求目的：了解网络通信的目的，掌握计算机网络拓扑的结构及计算机网络的分类。要求：熟练算机网络拓扑的结构及计算机网络的分类。教学难点重点及措施重点：计算机网络拓扑结构。难点：计算机网络拓扑结构。措施：突出重点，重点讲解。授课方法讲授（现代化）教学手段多媒体与板书结合板书部分用下划线标注。作业思考题师生互动P1931-2思考题：讨论计算机网络的拓扑结构形式和相应特点。现成总线的发展现状与趋势2.1.2计算机通信网络技术1.计算机通信技术图2-18通信系统模型(1)单工(Sinplex)数据信息在信道上只能在一个方向上传送，信源只能发送，信宿只能接受，如无线电广播和电视广播。

(2)半双工(HalfDuplex)数据信息在信道上能在两个方向上传送，信源和信宿可交替发送和接受数据信息，但不能同时发送和接受，如航空、航海无线通信和对讲机通信。

(3)全双工(FullDuplex)信源和信宿可同时在信道上双向发送和接受数据信息，但要求信道具备满足双向通信的双倍带宽，如电话通信。，，，图2-19周期方波频谱1)无噪声条件下，奈奎斯特公式

2)有噪声干扰作用下，香农计算公式2.计算机网络拓扑结构1)星形拓扑。图2-20星形拓扑结构2)总线型拓扑。图2-21总线型拓扑结构3)环形拓扑。图2-22环形拓扑结构4)树形拓扑。图2-23树形拓扑结构

5)星环形拓扑。图2-24星环形拓扑结构3.计算机网络分类(1)按照距离分类1)局域网(LAN，LocalAreaNetwork)：即在一个适中的地理范围内，通过物理信道，以适中的数据传输速率，使彼此相互独立的数字通信设备实现互连并进行通信的一种数据通信系统。

2)广域网(WAN，WideAreaNetwork)：它是利用公共远程通信设施，实现用户之间的快速信息交换或者为用户提供远程信息资源的服务。

3)城域网(MAN，MetropolitanAreaNetwork)城域网的覆盖范围在局域网和广域网之间，一般为5～50km。

1)有线网：它使用导向型传输媒体来发送信息。

2)无线网：它使用非导向型传输媒体来进行通信。

(3)按数据交换方式分类1)共享型网络：即网络上的计算机必须争得传输媒体的使用权后方能传输信息。

2)交换型网络：它的每个工作站都独立地占有一定带宽，采用分组交换的数据传输方式，网络运行效能高。4.开放系统互连参考模型(1)物理层(PhysicalLayer)物理层是OSI参考模型的第1层，向下是物理设备的接口，直接与传输媒体相链接，使比特流通过该接口从信源传递到信宿；向上为数据链路层提供服务(以建立物理链接和数据传输等方式提供服务)。

(2)数据链路层(DataLinkLayer)数据链路层是OSI参考模型的第2层，其主要任务是提供一种可靠的、通过传输媒体传输数据的方法。

(3)网络层(NetworkLayer)OSI参考模型的第3层是网络层，它主要承担把信息从一个网络节点传送到另一个网络节点。(4)传输层(TransportLayer)传输层是OSI参考模型的第4层，是高层和低层之间进行衔接的接口层，也是通信子网和资源子网的界面。

(5)会话层(SessionLayer)OSI参考模型的第5层是会话层。

(6)表示层(PresentationLayer)表示层是OSI参考模型的第6层，它负责处理传输数据的格式、语法、语义的问题，由于信源和信宿双方的数据表示不尽相同，所以需要建立数据交换的格式和约定来确保信源和信宿双方能够相互认识。

(7)应用层(ApplicationLayer)OSI参考模型的最高层是应用层，它是用户的应用程序和网络的接口。

5.TCP/IP图图2-25OSI参考模型(1)TCP(TransmissionControlProtocol)它是一种面向连接的协议，能够在各种物理网络上提供可靠的、端到端的数据信息传输，并且可以检测到在传输过程中数据包出现的各种问题，针对出现的问题，及时地提供重传、排序和延迟处理等措施，使得数据传输的可靠性极强。

(2)IP(InternetProtocol)IP以数据报的形式传输数据。

(3)TCP/IPTCP/IP的体系结构分为四层：物理层/数据链路层(或称网络接口层)、网络层、传输层和应用层。1)物理层/数据链路层。

2)网络层。

3)运输层。

4)应用层。6.BACnet(1)BACnet数据通信协议的体系结构BACnet是一种开放性的计算机网络，就必须参考OSIRM。表2-1BACnet数据通信协议的体系结构与OSIRM比较BACnet数据通信协议的体系结构OSIRMBACnet应用层应用层（7）BACnet网络层网络层（3）ISO8802⁃2（IEEE802．2）MS/TPPTPLonTalk链路层数据链路层（2）ISO8802⁃2

（IEEE802．3）ARCnetEIA⁃485EIA⁃232LonTalk物理层物理层（1）(2)BACnet数据通信协议的对象为了实现不同厂家BA设备之间的相互通信，BACnet采用“对象”(Object，即具备某种特定功能的数据结构或数据元素的集合)的概念，将不同厂家BA设备的功能抽象为网络间可识别的“目标”，使用“对象标识符”对BA设备进行描述，提供操作数据信息的方法，形成通信软件，而且并不影响各个BA设备厂家的产品内部设计及其组态。表2-2BACnet数据通信协议的对象及其应用实例对象名称应用实例模拟输入（AnalogInput）传感器输入模拟输出（AnalogOutput）控制输出模拟值（AnalogValue）模拟控制系统参数数字输入（BinaryInput）开关输入数字输出（BinaryOutput）继电器输出数字值（BinaryValue）数字控制系统参数时序表（Calendar）按照时间执行程序定义的日期列表命令（Command）完成特定操作（如日期设定等）需向多设备的多对象写多值设备（Device）其属性表示设备支持的对象和服务事件登记（EventEnrollment）描述可能处于错误状态的事件或其他设备需要的报警(3)BACnet数据通信协议的服务对象描述了BA设备的抽象通信特征，属性是关于对象的进一步阐述和表征。(4)BACnet的拓扑结构BACnet网络是一种局域网LAN，BACnet设备通过LAN传送符合BACnet标准的二进制码信息。

(5)BACnet与企业内部互连网Internet的互联BACnet设备间的通信采用的是BACnet数据通信协议，Internet采用的是IP协议。

7.LonTalk协议(1)LonWorks组成1)LonWorks节点和路由器。

2)LonTalk。

3)LonWorks收发器。

4)LonWorks网络和节点开发工具。(2)LonWorks技术的优点1)网络结构灵活、组网方便。2)支持多种传输介质，包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等；两种传输速率：78bit/s和1.25Mbit/s，最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定，一般可从500~2700m;可接入的节点最多为32385个。

3)完善的开发工具。

4)无主的网络系统。

5)开发LonWorks网络节点的时间较短，也易于维护。

(3)LonTalkLonWorks技术所使用的通信协议称为LonTalk表2-3LonTalk与OSI的7层协议比较

OSIC层次标准服务LON提供的服务处理器7应用层网络应用标准网络变量类型应用处理器6表示层数据表示网络变量、外部帧传送处理器5会话层远程遥控动作请求/响应，认证，网络管理处理器4传送层端对端的可靠传输应答，非应答，点对点广播，认证等处理器3网络层传输分组地址，路由处理器2链路层链路层帧结构帧结构，数据解码，CRC错误检查MAC处理器MAC子层媒体访问P⁃预测CSMA，碰撞规避，优先级，碰撞检测1物理层电路连接介质，电气接口MAC处理器

XCVA8.计算机网络的传输媒体(1)双绞线双绞线(TwistedPair)是一种广泛使用而且价廉的传输媒体。图2-26非屏蔽型双绞线电缆的结构(2)同轴电缆同轴电缆(CoaxialCable)是局域网过去广泛使用的传输媒体，现在应用较少。图2-27同轴电缆的结构(3)光纤光纤(Fiber)是一种能够传输光信号的纤细柔软媒体，其最内层的纤芯是一种截面积很小、质地脆、易断裂的光导纤维，直径ϕ＝2～125μm，材质为玻璃或塑料。图2-28光纤的结构1)具有很大的带宽，很高的数据传输速率。2)光纤信号衰减小，传输距离可达1000km3)光纤耐辐射，外界的电磁干扰对其无影响，而光束本身又不向外辐射信号，安全性好，适于长距离的信号传输。

9.计算机网络的互连设备(1)转发器转发器(Repeater,包括中继器、集线器)是一种底层设备，作用在物理层。

(2)网桥网桥(Bridge)作用在数据链路层。

(3)路由器路由器(Router)作用在网络层。

(4)网关网关(Gateway)又称作网间连接器，协议转换器，是针对高层协议(运输层以上)进行协议转换的网络之间的连接器，其通常表现形式为安装在路由器内部的软件。第四讲第2章2.2.1-2.2.2授课学时2教学目的及要求目的：了解智能建筑系统集成的目的，内容和集成模式。要求：掌握智能建筑系统集成的内容和集成模式。教学难点重点及措施重点：智能建筑系统集成的内容和集成模式。难点：系统集成的主要内容。措施：突出重点，重点讲解授课方法讲授（现代化）教学手段多媒体与板书结合板书部分用下划线标注。作业思考题师生互动P2202-3思考题：讨论系统集成的关键技术。OPC技术在楼宇自动化系统集成中的应用。2.2建筑设备自动化控制系统的集成技术系统集成是指从一定得应用需求出发，将彼此之间存在相互作用的各个子系统，借助相应的技术进行有机的结合，使之成为一个统一、高效、实用、可靠的整体。——是一种理念、方法或技术手段。2.2.1智能建筑系统集成的内容1.功能集成将原来分离的各智能化子系统功能进行集成，从而形成原来各个子系统所没有的、新的全局性监控功能。1)IBMS管理层的功能集成，它包括集中监控和管理功能、信息综合管理功能、全局事件管理功能、公共通信网络管理功能等的集成。

2)各个智能化子系统的功能集成，即INS、CNS、BMS的功能集成。2.网络集成指通信设备及通信线路与网络设备及网络线路的有机结合，其侧重点在网络协议和网络互连设备上。

3.界面集成在统一的界面上，实现整个系统的运行和管理。它把BMS、OAS、CNS集成在一个计算机平台上，在统一的界面环境下运行，建立IBMS。2.2.2智能建筑系统集成的模式1.智能建筑综合管理的一体化集成模式将BMS、OAS、CNS等从各个分离的设备功能和信息等集成到一个相互关联的、统一协调的系统中，易于对各种信息进行综合管理。它使得整个智能建筑采用统一的计算机操作平台、统一的界面环境进行操作，实现集中的监控和管理功能。IBMS是系统集成的最高目标。

2.以BMS、INS为主，面向物业管理的集成模式BMS、OAS和智能一卡通系统等进行集成，完成BMS、OAS的紧密集成。

3.BMS集成模式BMS实现狭义BAS与FAS、SAS之间的集成。各个子系统均以BAS为核心，运行在BAS的中央监控机上，实现相应的功能。1)各子系统之间的网络协议(通信协议)一致。2)以BAS为主，其他系统存在不同的通信协议(即存在第三方系统)，如图2-30所示。

3)采用OPC互连软件技术。

4.子系统集成指对OAS、CNS及BAS3个子系统设备的各自集成，是最基本的集成，也是实现高层次集成的基础。它包括OAS、CNS、BAS的集成。第五讲第2章2.2.3授课学时2教学目的及要求目的：了解综合布线的概念及特点，了解综合布线系统的构成和应用范围。要求：能熟练掌握综合布线系统的构成。教学难点重点及措施重点：综合布线系统的构成及综合布线的优点。难点：综合布线系统的构成。措施：突出重点，重点讲解。授课方法讲授（现代化）教学手段多媒体与板书结合板书部分用下划线标注。作业思考题师生互动P2581-2思考题：简述综合布线系统的作用、构成。讨论综合布线设计的一般原则。2.2.3智能建筑的综合布线技术1.综合布线及其特点（1）综合布线（GenericCabling）由线缆（如铜缆、光纤等）和相应的连接件（如连接模块、插头、插座、适配器、配线架等）组成的信息传输通道。它不仅使得建筑物内的电信、图文、数据、多媒体设备、交换设备等彼此相连，而且能够使上述设备与外部通信网络相连，实现多种信号在在一套标准的布线系统中传输。（2）综合布线的优点有：1)兼容性兼容性是指它是一个完全独立的，与应用系统相对无关，可适用于多种应用系统的良好性能。

2)开放性综合布线采用开放式体系结构，符合多种国际流行标准。因此，它对所有著名厂商的产品都是开放的；对所有的通信协议都是支持的。

3)灵活性采用模块化设计，使用标准的线缆和相关连接件，因此，所有的通道均是通用的。系统中相关设备的增加或减少，不需改变布线，只需增减相应设备和在配线架上进行必要的跳线操作即可。它组网方式灵活多样，如支持以太网工作站和令牌网工作站并存工作，方便用户组织信息流。(4)可靠性综合布线采用通过ISO认证的高品质线缆、相关连接件和组合压接方式构建高标准信息传输通道。每条信道都按照技术规范施工，采用专用仪器测试、验收，确保其性能指标。应用系统全部采用点对点的链接，任何一条链路发生故障均不影响其它链路的运行，为故障的检修和正常的运行维护提供了便捷。(5)先进性随着信息时代的到来，各种信息都在一套标准的布线中传输，并且对信道的传输带宽、传输速率要求很高，只有采用综合布线方能满足这些需要。(6)经济性与传统的布线方式相比较，综合布线具有良好的初期投资特性，性能价格比很高；此外，它还具有一定的技术储备，满足今后若干年内的发展需求(即在不追加新的投资的情况下，依然保持建筑物的先进性)。

(7)系统性在建筑物群之间或建筑物内的各个区域都设有相应的连接端口，形成互连系统很方便，无需另外布线。2.综合布线系统及其特点（1）综合布线系统GCS“建筑物或建筑群内的传输网络。它不但使得语音、数据通信及交换设备和其它信息管理系统彼此互联，而且使得这些设备与外部通信网络相连接，包括建筑物到外部网络的连接点与工作区的信息终端之间的所有线缆及其相关的布线部件。”（2）综合布线系统的特点1）综合性、兼容性。2）灵活性。3）先进性、扩展性4）合理的网络结构、先进的管理5）经济合理、投资回报率高3.综合布线系统的构成和应用范围（1）组成：系统由建筑群主干布线子系统、建筑物主干布线子系统、水平布线子系统和工作区布线子系统等4个子系统。图2-31综合布线系统图图2-32建筑群与建筑综合布线系统结构图1)建筑群主干布线子系统(建筑群子系统)它由连接各建筑物之间的综合布线线缆、建筑明配线设备(CD，CampusDistributor)和跳线(Jumper)等组成。

2)建筑物主干布线子系统(干线子系统)干线子系统由建筑物配线设备(BD，BuildingDistributor)、跳线以及设备间到各个楼层交接间的干线线缆组成。传输媒体一般为光纤或双绞线线缆，宜采用GCS的专用通道敷设或与弱电竖井合用。

3)水平布线子系统它由工作区的信息插座(TO，InformationOutlet)到楼层配线设备(FD，FloorDistributor)的配线线缆、楼层配线设备和跳线等组成。

4)工作区布线子系统它由信息插座延伸到终端设备的连接线缆和适配器(或插头)组成。工作区是放置终端设备的地方，属于非永久性的，随应用种类而改变。（2）综合布线系统应用范围包括两类：一类为单栋建筑物内，如建筑大厦；另一类为若干建筑物组成的建筑群小区，如住宅小区、校园区等。综合布线一般适用于建筑物跨度不超过3000m，办公面积不超过100万m2的场所。GCS支持BAS、OAS、CNS对于多种信息的传输需求，传输速率范围为数十kbit/s～1000Mbit/s。1)设计范围、目标和布线要求学校的网络管理中心位于实验大楼5层，目前有实验大楼、图书馆大楼、教学楼、办公楼、教工宿舍和学生宿舍等需要与网管中心连接成校园网，并且各个楼宇基于网络综合布线建设楼宇内局域网。GCS采用国际标准建议的星形拓扑结构，遵守ISO/CEI11801标准，满足目前和将来的信息传输需要。GCS的信息出口采用国际标准的RJ45插座，传输速率考虑100Mbit/s发展的需求。GCS满足开放式原则，符合综合业务数据网(ISDN)的要求。图2-33某校园网GCS结构示意图

2)布线系统设计工作区布线子系统设计。水平布线子系统设计。图2-34水平布线子系统连接线路

E—设备C—连接点T—终端设备建筑物主干布线子系统(干线子系统)设计。建筑群主干布线子系统(建筑群子系统)。第3章建筑设备自动化的监控设备教学目的：监控设备是构成自控系统现成硬件不可缺少的设备，通过本章学习，了解并掌握建筑设备自动化中的监控设备—传感器、变送器、控制器和执行器。教学重点：常用传感器和执行器的技术特点，软件控制器的控制算法，调节阀的选择。教学难点：软件控制器的控制算法，调节阀的选择。第六讲第3章3.1-3.2授课学时2教学目的及要求目的：了解传感器的技术指标，自动控制仪表的分类，掌握HVAC传感器要点，模拟控制器和软件控制器。要求：能熟练掌握HVAC传感器要点，模拟控制器和软件控制器。教学难点重点及措施重点：掌握HVAC传感器要点，模拟控制器和软件控制器难点：HVAC传感器要点和软件控制器措施：突出重点，重点讲解授课方法讲授（现代化）教学手段多媒体与板书结合板书部分用下划线标注。作业思考题师生互动P643-4思考题：超生波流量计的工作原理。讨论智能传感器的研究。3.1传感器与变送器

3.1.1传感器的常规技术指标1.性能指标1)量程(Span)：标称范围两极限之差的模。2)重复性(Repeatability)：在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。3)准确度等级(AccuracyClass)：符合一定的计量要求，使误差保持在规定极限以内的测量仪器的等别、级别。4)灵敏度(Sensitivity)：测量仪器响应的变化除以对应的激励变化。5)漂移(Drift)：测量仪器计量特性的慢变化。6)响应时间(ResponseTime)：激励受到规定突变的瞬间，与响应达到并保持其最终稳定值在规定极度限内的瞬间，这两者之间的时间间隔即是响应时间。7)响应特性(ResponseCharacteristic)：在确定条件下，激励与对应响应之间的关系，如热电阻的电阻值与温度的函数关系。

2.实用与经济指标1)造价：造价应该包括电源、转换器、信号调节器及连接电缆。

2)维护:任何专门的维护和重新标定都要求涉及额外的人力和费用。

3)兼容性：与其他的元件和标准具有可操作性和可互换性。

4)环境；可经受住苛刻或危险环境的能力。

5)干扰：对环境造成(如电磁波或准稳定电磁场)的敏感度。3.1.2HVAC传感器要点简述1.温度传感器(1)热电偶热电偶是利用由两种不同金属组成的电路，并对电路中流动的电流进行测量，这两片不同的金属分别连接在参考温度和被测温度。

(2)热电阻利用金属电阻值对应于温度变化而发生改变的原理。

(3)热敏电阻热敏电阻是利用半导体的温度电阻值关系曲线，其工作原理与热电阻相类似，半导体呈现一个负的电阻温度系数。

2.压力传感器(1)电容式压力传感器一个金属膜片作为电容器的一个极板，与膜片并列的另一侧安装另一个极板，如图3-1所示。图3-1电容式压力传感器(2)电感式压力传感器电感式压力传感器是通过移动一个机械部件而改变电感量来感受压力。

3.流速与流量传感器(1)毕托管毕托管基本上是用在管道通风系统，而且是基于两端开口的管，一根管是迎着空气流安装，另一根管与气流垂直安装。

(2)热线式风速计热线式风速计基本上用于通风气流的测量，该仪表灵敏度较高，适宜检测很低速的流量，这使得它适用于空气流动的测量和导风管内流量的测量。

(3)孔板孔板是基于管线或通风管两端的压力差进行检测的，也就是流体通过一个节流孔而产生节流作用，从而达到测量压力差的目的。(4)文丘里流量计除了在管线或通风导管中部逐渐缩小形成一个狭窄小孔(而不是突变的小孔)，并且，在下游的小孔又逐渐地扩大这点之外，文丘里流量计与孔板具有相似的工作原理。

(5)涡轮流量计涡轮流量计主要用于管道中的液体流量测量，但它易受磨损和卡塞，特别不适用于污浊的流体的测量。

(6)旋涡流量计旋涡流量计适用于液体测量并具有很高的精度，其工作原理是基于由旋涡而产生压力波动的频率，旋涡是由于流体冲击垂直挡体而产生的，其频率是与流体的流速成比例关系。

(7)电磁流量计使用一个缠绕管线或输入一个交变电流，穿过流体建立一个电磁场。(8)超声波流量计超声波流量测量的原理是基于多普勒效应，通过流体微粒中反射声波频率的变化来测量流量。

4.湿度传感器(1)机械湿度计这种湿度计是通过湿气的吸收和解吸改变原材料的体积来测量湿度，这是一种最早的湿度测量方法。

(2)干湿球湿度计把蒸馏过的湿芯线缠绕在一个普通的温度传感器上，可引起该温度传感器温度(湿球温度)降低，其干、湿球温度差与相对湿度有一定的关系。

(3)电容式湿度变送器电容式湿度变送器将空气相对湿度变换为DC0～10V标准信号，这一输出信号与空气相对湿度成线性关系，传送距离远，性能几乎不需要维护。

5.舒适传感器

6.室内空气质量传感器

7.室内占用传感器(1)超声波运动传感器(US)这种传感器利用多普勒效应，它用连续高频(超声)声波充满整个房间。(2)红外运动传感器(IR)通过感受运动红外热源，如人员、叉式升降机或其他的散热物体，该传感器能对室内的照明或空调执行相应的开关作用。(3)基于红外的人员计数器利用多普勒效应感受反射光，即可计算通过该区域的人员数目。

8.火灾探测传感器(1)烟雾传感器烟雾是一幢建筑内最重要的危险标志之一。1)电离式烟雾传感器。2)光电式烟雾传感器。(2)感温式探测器它是一种能在引燃阶段后期检测到环境温度上升到某一预定值的“早中期发现”的探测器。(3)感光式探测器它利用检测火焰的红外光或紫外光进行火灾探测的，属于“中期发现”探测器，分红外火焰探测器和紫外火焰探测器，工程上常用作感烟探测器或感温探测器的补充。(4)复合式探测器这是近年来新出现的一种探测器，主要为解决在某些环境中单一参数检测不甚可靠的问题，主要有感烟感温式探测器、感光感温式和感烟感光式几种类型。(5)可燃气体探测器它主要是对环境气体中的可燃性气体浓度进行检测，经对比测定而发出火灾预警信号。

3.2控制器

3.2.1自动控制仪表的分类1.按使用能源分类(1)电动仪表电动仪表是以电作为能源及传送信号的仪表，传送距离远，便于与计算机配合，在生产自动化中被广泛应用。

(2)自力式自动控制仪表这种仪表不需要辅加能源，只是传感器从被控介质中取得能量，就足以推动执行器动作。2.按结构形式分类(1)基地式仪表这种仪表以指示、记录仪表为主体，附加调节装置而组成，即把变送、控制、显示等部分装在一个壳内形成整体。(2)单元式组合仪表这种仪表根据自动检测与控制的要求，将整套仪表划分为能独立实现一定功能的若干单元，单元之间统一的标准信号联系(3)组装电子式调节仪表这种仪表是在单元组合仪表的基础上发展起来的成套仪表装置，它的基本组件是具有不同功能的功能模件。

3.2.2模似控制器1.自力式温度控制器图3-2采暖散热器恒温调节阀

1—调节旋钮(给定值)2—传感器

3—反力弹簧4—阀心5—阀座2.电气式模拟控制器(1)电气式温度控制器图3-3压力感温式温度控制器结构

1—感温包2—微动开关

3—杠杆4—偏心轮(2)电气式压力控制器图3-4波纹管式压力控制器如图3-4所示，波纹管5承受被控介质的压力，其上产生的力作用在杠杆4的右端，杠杆左端承受给定弹簧1的反力。

图3-5风机盘管温控器其传感器是由弹性材料制成的感温膜盒。3.电子式模拟控制器(1)断续输出的电子式模拟控制器1)两位式电子模拟控制器。图3-6两位式电子模拟控制器原理框图图3-7两位式电子模拟控制器特性图

a)理想特性b)实际特性2)三位式电子控制器。图3-8三位式电子模拟控制器原理框图图3-9三位式电子模拟控制器特性图

a)理想特性b)实际特性3)位式输出的补偿式控制器。图3-10位式输出的补偿式控制器图3-11室外温度补偿特性(2)连续输出的电子式控制器连续输出的电子式控制器有比例P、比例积分PI、比例积分微分PID等控制规律，输出信号为DC0～10mA、DC4～20mA、DC0～10V等。1)连续输出电子控制器的组成。图3-12连续式电子控制器组成框图2)连续输出的补偿式控制器。

3)连续输出的串级控制器。图3-13连续式串级控制器4)焓值控制器。图3-14焓值控制器原理示意图3.2.3软件控制器1.直接数字控制器(DDC)1)DDC系统具有如下的特点：①计算机运算速度快，能分时处理多个生产过程(被控参数)，代替几十台模拟控制器，实现多个单回路的PID控制。

2)DDC系统由被控对象(生产过程)、检测变送器、执行器和工业计算机组成，图3-15是DDC系统的组成框图。图3-15DDC系统框图

①输入通道A/D：把传感器或变送器送来的反映被控参数的模拟量(电阻、电流、电压信号)，转换为数字信号送往计算机。为了避免现场输入线路电磁干扰和变送器交流噪声，用滤波网络对各输入信号分别滤波(见DDC控制器框图)。②采样器：在时序控制器作用下，以一定的速度按顺序把输入信号送入放大器，然后选择送到A/D转换器，变成数字信号送入计算机。

③输出通道D/A：把经过计算机计算输出的数字信号转换成能控制执行器动作的模拟信号AO或数字信号DO。

④显示报警：是直接数字控制器系统很容易实现的一个重要功能，它能对生产过程的工况进行监控，以供操作人员监视。2.计算机控制系统的基本控制算法(1)PID控制算法按照偏差信号的比例P(Proportional)、积分I(Integral)和微分D(Derivative)进行控制的PID算法，以其形式简单、参数易于整定、便于操作而成为目前控制工程领域应用最为广泛、经验丰富、技术成熟的基本控制算法。图3-16模拟PID控制系统原理图图3-17位置型PID控制系统原理图图3-18增量型PID控制系统原理图增量式PID控制算法与位置型PID控制算法相比，具有以下优点：1)增量型PID控制算法的输出Δu(k)仅取决于最近3次的e(k)、e(k-1)和e(k-2)的采样值，计算较为简便，所需的内存容量不大。

2)由于微机输出增量，所以误动作影响较小，必要时可用逻辑判断的方法去掉。

3)在手动/自动无扰动切换中，增量型PID控制算法要优于位置型PID控制算法。

4)不产生积分失控，所以能容易获得较好的调节效果，一旦计算机发生故障，则停止输出Δu(k)，阀位大小保持发生故障前的状态，对生产过程无影响。(2)改进型PID控制算法在计算机控制系统中，如果单纯用数字PID调节器去模仿模拟调节器，不会获得更好的效果。1)积分项的改进有如下方法：①分离的PID控制算法。在PID控制中，积分的作用是为了消除残差，提高控制性能指标。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时，此时系统有较大的偏差，会造成PID运算的积分积累，使得系统输出的控制量超过执行机构产生最大动作所对应的极限控制量，最终导致系统较大的超调、长时间波动，甚至引起系统的振荡。②变速积分的PID控制算法。一般的PID控制中，积分系数KI是常数，所以，在整个控制过程中，积分增量保持不变。而系统对积分项的要求则是，偏差大时，积分作用减弱；偏差小时，积分作用增强。否则，会因为积分系数KI的数值取大了，导致系统产生超调，甚至积分饱和；反之，积分系数KI的数值取小了，造成了系统消除残差过程的延长。

2)微分项的改进方法如下：

①微分先行的PID控制算法。为了避免给定值的改变，给系统带来的影响(如超调量过大、系统振荡等)。可采用微分先行的PID控制技术。它只对被控变量y(t)进行微分，而不对偏差微分，即对给定值无微分作用，消除了给定值频繁升降给系统造成的冲击。②不完全微分PID控制算法。普通的PID控制算式，对具有高频扰动的生产过程，微分作用响应过于灵敏，容易引起控制过程振荡，降低调节品质。尤其是计算机对每个控制回路输出时间是短暂的，而驱动执行器动作又需要一定时间，如果输出较大，在短暂时间内执行器达不到应有的相应开度，会使输出失真。为了克服这一缺点，同时又要微分作用有效，可以在PID控制输出串入一阶惯性环节，这就组成了不完全微分PID调节器。

3.可编程控制器(PLC)图3-20PLC的基本组成4.现场控制单元的软件结构图3-21现场控制单元软件执行顺序图3-22现场控制单元软件结构第七讲第3章3.3-3.4授课学时2教学目的及要求目的：了解执行器的特性，即执行器的输出与输入的关系，正确选取执行器有利于改善自动控制的调节精度。要求：掌握调节阀选取。教学难点重点及措施重点：常用执行器的技术特点、调节阀的选择。难点：调节阀的选择。措施：突出重点，重点讲解。授课方法讲授（现代化）教学手段多媒体与板书结合板书部分用下划线标注。作业思考题师生互动P645-6思考题：阀门的不同流量特性对调节效果有什么影响？讨论电动阀门选择的方法。3.3执行器

3.3.1膨胀阀1.热力膨胀阀图3-23内平衡式热力膨胀阀工作原理

1—蒸发器2—感温包3—毛细管4—膨胀阀

5—波纹膜片6—推杆7—调节弹簧8—调节螺钉图3-24内平衡式热力膨胀阀的结构

1—阀体2—传动杆3—螺母4—阀座5—阀针

6—调节弹簧7—调节杆座8—填料9—帽盖

10—调节杆11—填料压盖12—感温包13—过滤网

14—螺母15—毛细管16—感应薄膜17—气箱盖图3-25热力膨胀阀和制冷系统能量特性曲线

1—热力膨胀阀能量曲线2—制冷系统能量曲线2.电子膨胀阀图3-26电动式电子膨胀阀的组成

1—电动机转子2—电动机定子3—螺旋

4—轴5—针阀6—节流孔3.3.2电磁阀图3-28图3-28导压式电磁阀

1—线圈2—柱塞阀心3—罩子4—导阀

5—主阀室6—主阀7—手动开闭棒

8—盖9—平衡孔图3-27直动式电磁阀

1—线圈2—柱塞阀心3—弹簧

4—圆盘5—接线盒6—外壳图3-29油用三通电磁阀

1—连接片2—阀体3—接管4—铁心

5—罩壳6—电磁线圈3.3.3电动调节阀图3-30电动调节阀结构图

1—执行机构2—调节机构1.电动执行机构

2.调节阀图3-31直通双座阀图3-32直通单座阀图3-33三通阀

a)合流阀b)分流阀3.3.4电动调节风门图3-34图3-34单叶型风门结构示意图a)蝶式风门b）菱形风门图3-35多叶形风门结构示意图a）平行叶片风门b）对开叶片风门c）菱形风门3.3.5阀门定位器图3-36电动阀门定位器的工作原理示意图3.3.6变频器及晶闸管调功器1.变频器图3-37变频器控制回路框图2.晶闸管调功器图3-38调功器过零触发的

连续输出电压波形示意图3.4调节阀的选择与计算

3.4.1调节阀的流量特性1.理想流量特性图3-39阀芯形状1-直线特性阀芯（柱塞）2-等百分比特性阀芯（柱塞）3-快开特性阀芯（柱塞）4-抛物线特性阀芯（柱塞）5-等百分比特性阀芯（开口型）6-直线特性阀芯（开口型）(1)直线流量特性直线流量特性是指调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位行程变化所引起的流量变化是常数。(2)等百分比(对数)流量特性等百分比流量特性指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即调节阀的放大系数随相对流量的增加而增大。

(3)抛物线流量特性

(4)快开曲线调节阀在开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，故称为快开特性，如图3-40曲线4所示。图3-41图3-41三通调节阀的理想流量特性1-直线流量特性2-等百分比流量特性3-抛物线流量特性2.工作流量特性图3-42串联管道可调比特性a）管道串联b)压降特性S–阀门能力R-调节阀的实际可调比图3-43串联管道时直通调节阀工作流量特性(以为参比值)

a)直线流量特性b)等百分比流量特性3.4.2调节阀的流通能力是衡量阀门流量控制能力的另一个重要的物理量。定义：阀两端压差为105Pa、流体密度为时，调节阀全开时的流量（）。

3.4.3调节阀的选择1.流量特性选择图3-44改变阀的放大系数使

系统总的放大系数不变

1—对象2—调节阀3—合成1)管道系统压降变化情况来选择，见表3-1。表3-1根据管道系统压降选择调节阀特性配管状态S=1～0．6S=0．6～0．3S＜0．3实际工作流量特性直线等百分比直线等百分比调节不适宜所选流量特性直线等百分比等百分比等百分比2)根据负荷变化情况来选择。2.调节阀结构形式的选择

3.调节阀开闭形式的选择

4.阀门工作范围的选择(1)介质种类在建筑环境与设备工程中，调节阀通常用于水和蒸气，这些介质本身对阀件无特殊的要求，因而一般通用材料制作的阀件都是可用的。

(2)工作压力和温度工作压力和温度也和阀的材质有关，使用时实际工作压力和温度应不超过厂家生产样本中额定的工作压力和温度值。

5.调节阀口径的计算表3-2调节阀流通能力与其尺寸的关系3/420阀门直径/mm24567810121520流通能力C/（/h）单座阀0．080．120．200．320．500．801．22．03．25．0双座阀公称直径/mm253240506580100125150200阀门直径/mm253240506580100125150200流通能力C/（/h）单座阀81220325680120200280450双座阀1016254063100160250400630公称直径/mm250300阀门直径/mm250300流通能力C/（/h）单座阀双座阀100016003.4.4调节风阀的选择1.风阀的流量特性1.风阀的流量特性（1）固有特性（2）风阀的工作特性风阀的工作特性又称为安装特性，其与调节水阀一样，与串接元件有关，串接元件(如风管、风口)的阻力使风阀压降随着风阀叶片开度变化而改变，故而风阀的工作特性与基于恒定的风阀压降的阀的固有特性是不同的。图3-45多叶调节风阀流量特性

a)平行多叶阀特性b)对开多叶阀特性2.风阀的性能(1)漏风量调节风阀的漏风量是指风阀在承受静压的条件下，风阀全关状态的泄漏量。

(2)额定温度调节风阀的最大运行温度是指风阀能完成正常功能的最高环境温度。

(3)额定压力调节风阀的额定压力是指在叶片关闭时，作用在风阀前后的最大允许静压差。

(4)额定风速调节风阀的额定风速是指风阀处于全开状态时，气流进入风阀时的最大速度，也称为最大流入速度。

(5)力矩要求风阀正常开关运行的力矩需求直接影响到执行器的选择。3.风阀执行器第4章空气处理设备的控制教学目的：通过本章学习，针对风机盘管、新风机组、空气处理机组等典型空气处理设备，了解其基本控制环节与方法。教学重点：掌握新风机组监控系统，定风量、变风量空调自动控制系统的工作原理。教学难点：掌握新风机组监控系统，变风量空调自动控制系统的工作原理。第八讲第4章4.1-4.3授课学时2教学目的及要求目的：了解新风机组监控系统的工作原理，风机盘管的控制过程。要求：掌握新风机组监控系统的工作原理。教学难点及重点及措施重点：掌握新风机组监控系统的工作原理。难点：新风机组监控系统的工作原理。措施：突出重点，图例讲解。授课方法讲授（现代化）教学手段多媒体与板书结合板书部分用下划线标注。作业思考题师生互动P981思考题：新风机组的监控内容。新风机组的控制策略。4.1概述

4.1.1集中空调系统的特点1.多干扰性(1)热干扰1)通过窗户进入的太阳辐射热是时间的函数，将会受到天气阴、晴变化的影响。

2)室外空气温度通过围护结构对室温产生影响。

3)通过门、窗、建筑缝隙侵入的室外空气对室温产生影响；为了换气(或保持室内一定正压)所采用的新风，其温度变化对室温有直接影响。

4)由于室内人员的变动，照明、机电设备的开停所产生的余热变化，也直接影响室温。

5)电加热器(空气加热器)电源电压的波动、热水加热器热水压力与温度的波动、蒸气压力的波动等，都将影响室温。

(2)湿干扰1)露点恒湿空调系统在运行过程中，可能会由于进入水冷式表面冷却器内的冷水温度变化、压力变化或者两者同时变化，直接蒸发式表面冷却器内蒸发压力的变化，喷水室的喷水温度与压力的波动，一次混合后空气温度的变化等因素而使空调系统的机器露点温度发生变化，从而干扰了系统的机器露点，也就影响到空调房间内所要求的空气湿度参数。

2)室内散湿量的波动及新风含湿量的变化等都将影响室内湿度的变化。

2.温、湿度相关性3.多工况

4.1.2集中空调自动控制系统的特点1.多工况相互转换方式的控制

2.整体的控制性

3.跨行业、跨系统集成1)集中空调自动控制系统与消防系统的集成。

2)集中空调自动控制系统与安保系统的集成。

3)集中空调自动控制系统与门禁系统的集成。

4)集中空调自动控制系统甚至跨行业与机场航显系统集成。4.随着集中空调系统的发展需求而发展1)窗际热环境的控制策略。

2)信息化的新风控制策略，如根据人数和人员密度分布的新风控制，该方法在日本新建的大型体育建筑中已被采用。

3)超距离系统监控，如利用手机界面的自动控制等。5.随着自动控制系统的发展进程而发展1)现场总线技术的发展。

2)智能型传感器与执行器的发展。

3)无线技术的发展。

4)随着自动控制技术与通信技术的日益融合而发展。4.1.3集中空调自动控制系统1.集中空调自动控制系统的设计(1)集中空调自动控制系统的设计原则①根据空调系统的用途来设计相应的空调自动控制系统。

(2)集中空调设计方法与流程集中空调设计方法与流程如图4-1所示。图4-1一般集中空调系统设计方法及流程2.集中空调自动控制系统的基本内容1)空调房间的温度、湿度、静压的检测与调节。

2)新风干、湿球温度的检测与报警。

3)一、二次混合风的检测、调节与报警。

4)回风温度、湿度的检测与控制(空调机组)。

5)送风温度、湿度的检测与控制(新风机组)。

6)表面冷却器后空气温度及湿度的检测与控制。

7)喷水室露点温度的检测与调节。

8)喷水室或表面冷却器供水泵出口水温、水压的检测。

9)喷水室或表面冷却器进口冷水温度的检测。

10)空调系统运行工况的自动转换控制。

11)空调、制冷设备工作的自动联锁与保护。12)喷水室或表面式冷却器用冷水泵转速的自动控制。

13)空气过滤器进、出口静压差的检测与报警。

14)变风量空调系统送风管路静压检测及风机风量的检测、联锁控制；送、回风机风量的平衡自动控制。

15)冷源系统中有关温度、压力和流量参数的检测、控制、信号报警、联锁保护等。

16)热源系统中有关温度、压力和流量参数的检测、控制、信号报警、联锁保护等。

17)设备的运行台数控制。

18)与火灾报警和消防联动控制系统的联系。3.集中空调自动控制系统的分类1)模拟仪表自动控制系统。

2)直接数字控制系统。4.集散型能量管理系统1)直接数字控制(DDC)。

2)功率需求控制。

3)设备间歇运行。

4)焓差控制。

5)设定值的再设定控制。

6)夜晚循环。

7)夜风净化。

8)最佳起动。

9)最佳停机。

10)零能量区间。

11)特别时间计划。12)运行时间监视。

13)时间、事件程序。4.2新风机组监控系统

4.2.1送风温度控制图4-2新风机组模拟仪表自动控制系统原理图4-3新风机组DDC系统流程图(1)监测功能1)风机的状态显示、故障报警。2)测量风机出口空气温湿度参数，以了解机组是否将新风处理到要求的状态。3)测量新风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要更换。

4)检查新风阀状况,以确定其是否打开。(2)控制功能1)根据要求起/停风机。

2)自动控制空气-水换热器水侧调节阀，以使风机出口空气温度达到设定值。

3)自动控制蒸汽加湿器调节阀,使冬季风机出口空气相对湿度达到设定值。

4)利用AO信号控制新风电动风阀，也可以用DO信号控制新风电动风阀。(3)联锁及保护功能1)在冬季，当某种原因造成热水温度降低或热水停止供应时，为了防止机组内温度过低，冻裂空气-水换热器，应由防冻开关TS发出信号通过DDC系统自动停止风机，同时关闭新风阀门。

2)风机停机，风阀、电动调节阀同时关闭；风机起动，电动风阀、电动调节阀同时打开。(4)集中管理功能1)显示新风机组起/停状况，送风温、湿度，风阀、水阀状态。

2)通过中央控制管理机起/停新风机组，修改送风参数的设定值。3)当过滤器两侧的压差过大、冬季热水中断、风机电动机过载或其他原因停机时，还可以通过中央控制管理机管理报警。4)自动/远动控制。4.2.2室内温度控制

4.2.3送风温度与室内温度的联合控制

4.2.4浓度控制图4-4CO2浓度控制器控制新风量4.2.5根据焓值控制新风量1)焓值控制器实质上是焓比较器。2)焓值控制器与阀门定位器配合，用一个控制器控制三个风门，实现分程控制。3)温、湿度传感器可以直接采用焓值传感器。4)如果处于B区，Δh＜0，新风阀处于最大开度，室温仍高于给定值，系统处于失调状态。5)热水阀与冷水阀开度由室内温度控制器控制。4.3风机盘管4.3.1风机转速控制

4.3.2室温控制图4-5风机盘管控制系统图

a)两管制b)四管制(1)温控器手动转换在各个温控器上设置冬/夏季手动转换开关，使得夏季时供冷运行，冬季时供热运行。

(2)统一区域手动转换对于同一朝向或相同使用功能的风机盘管，如果管理水平较高，也可以把转换开关统一设置，集中进行冬/夏季工况的转换，这样各温控器上可取消供人工操作使用的转换开关。

(3)自动转换如果使用要求较高，而又无法做到统一转换，则可在温控器上设置自动冬、夏季转换开关。第九讲第4章4.4授课学时2教学目的及要求目的：了解并掌握空调机组自动控制系统的工作原理。要求：能分析闭环控制系统的工作原理及特点。教学难点及重点及措施重点：掌握定风量、变风量空调自动控制系统的工作原理。难点：掌握定风量、变风量空调自动控制系统的工作原理。措施：突出重点，重点讲解。授课方法讲授（现代化）教学手段多媒体与板书结合板书部分用下划线标注。作业思考题师生互动P982思考题：讨论空气处理机组的基本控制功能。实际工程中回风机的可行的方法。4.4空调机组自动控制系统

4.4.1定风量空调自动控制系统1.变露点自动控制系统图4-6露点送风夏季工况

在h-d图上的表示图4-7变露点空调机组模拟仪表控制原理图1)为了测量房间温、湿度，可以在房间代表点设置温、湿度传感器，也可以在回风管道内设置温、湿度传感器，用以测量房间内的平均温、湿度。

2)由于室内的热、湿负荷并不是恒定值，露点值随室内余热余湿的变化而变化，故该系统称之为变露点温度控制系统。图4-8定风量空调系统的DDC监控图表4-1DDC系统外部线路表代号用途数量代号用途数量/台A、B、C电动调节阀4J、P工作状态2D、U、W新风、回风、送风湿度4K、Q故障状态信号2E、V、X新风、回风、送风温度2L、R手/自动转换信号2F过滤器堵塞信号2M、S风机压差检测信号2G防冻开关信号2N电动蒸汽阀4H电动调节阀4TC浓度4I、O风机起停控制信号2

(1)检测内容(2)自动控制内容定风量系统的自动控制内容主要有空调回风温度自动控制，空调回风湿度自动控制及新风阀、回风阀及排风阀的比例控制。1)空调回风温度自动控制系统。图4-9新风补偿实例

KW—冬季补偿比KS—夏季补偿比2)回风湿度自动控制系统。

3)新风电动阀、回风电动阀及排风电动阀的比例控制。(3)联锁控制1)空调机组起动顺序控制。

2)空调机组停机顺序控制。

3)火灾停机。2.定露点自动控制系统(1)空气处理过程及控制点的选择定露点自动控制系统由一个集中式空气处理系统给两个空气区(a区和b区)送风，而且a区和b区室内热负荷差别较大，需增设再热盘管(或电加热器)加热，分别调节a、b两区的温度。图4-10空气处理过程

冬季夏季

1′—室内空气状态1—室内空气状态

2′—室外空气状态2—室外空气状态

2″—一次加热后状态3—混合点

3′—混合点4—露点

4′—露点5—送风状态

5′—送风状态(2)控制原理图由上述