建筑设备自动控制系统设计(PPT 83页)

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● 国际电工委员会IEC/TC65标准和现场总线基金会FF的定义
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、 双向传输、多分支结构的通信网络,现场总线的本质含义 表现在以下6个方面。 ●现场通信网线 ●分散功能块 ●现场设备互联 ●通信线供电 ●互操作性 ●开放式互联网络
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二、BAS系统结构及其功能
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二、BAS系统结构及其功能
(B) 比例式调节(P) •比例调节器的自动作特性 •适用范围 系统干扰小,滞后也较小,而时间常数不太小的对象调节 系统一般情况下比例常大致范围。温度调节为20%~60%, 压力调节30~70%,流量调节40~80%较合适。
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二、BAS系统结构及其功能
(C) 积分式调节(I) •积分式调节器的动作特性是:当被调参数与其给定值发 生偏差,调节机构便动作,一直到被调参数瑕其给定值 的偏差消失为止,因而在调节过程结束时,被调参数能 回到给定值,理论上其表态主误差(残余偏差)为零,
利用了比例调节来快速低消干扰影响,使调节执行机构
数到分前发生的位置。
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二、BAS系统结构及其功能
(F) PID调节
*比例、积分、微分调节器的动作特性是:当被调参数与其给 定值发生偏差时,调节器的输出信号不仅与输入偏差及偏差存 在时间长短有关,而且还与偏差变化的速度(快、慢)有关。
* PID调节对调节过程的影响
综上所述可得出:比例(P)调节输出响应快,只要选择 好比例带会有利于系统的稳定。微分(D)作用可减少超 量和缩短过渡过程时间,可以允许使用较窄的比例带。 积分(I)作用能够消除静差,但使超调量和过渡过程的 时间增长。因此,只要将比例(P)、积分(I)和微分 (D)三种作用相互结合起来,根据对象的特性,正确选 用调节规律,恰当地选择调节器参数,就会获得较好的 调节效果。
比例、积分、微分(PID)调节器在调节系统中可以发挥三种不 同调节规律的特性,彼此取长补短,因而使其调节质量更为理 想。由比例积分微分调节的过渡过程可知,其动态偏差比例微 分(PD)稍大,但由于积分的作用,使静差较小。同时由于积 分的作用,使振荡周期增长,从而加长了调节的霎时间。
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二、BAS系统结构及其功能
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二、BAS系统结构及其功能
(D) 微分式调节(D) •微分式调节特性:根据被调量的变化速度来驱动调 节执行机构,而不是被调量或其偏差对时间的导数 成正比,则积为微调节。 •微分调节不能单独工作,只能在各种调节过程起辅 助作用,减少起调量和缩短过滤过程的时间。
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二、BAS系统结构及其功能
(E) 比例积分调节
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二、BAS系统结构及其功能
现场总线技术涉及到信号、通信、系统三个层次,不仅 有技术问题,也有支持率问题,不仅是通信标准,也是 系统标准。现场总线实现测控信号传输的数字化,实现 数字通信。现场总线网线节点(如传感器/变送器、执 行器、控制器等)的通信信号全部数字化,即用0和1代 替传统直流模拟量信号(如4~20mA、0~10mA、0~10V、 0~5V等),在现场级实现开放连接,有的高级现场总线 技术还在系统级标准化和开放互操作。现场总线不仅用 于信号传输,也用于系统控制的完成和管理。总之,现 场总线技术是开放系统的技术基础。
建 筑 设 备 自 动 控 制 系 统 设 计
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一、建筑设备自动控制系统概述
1.BAS的基本功能及设计目标
楼宇设备自控系统主要是对建筑物的变配电设备、应急
备用电源设备、蓄电池、不停电源设备等的监视、测量和
照明设备的监控、给排水系统的给排水设备、饮水设备及
污水处理设备等运行、工况的监视、测量与控制、空调系
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二、BAS系统结构及其功能
第一层中央计算机系统,它是由多台分散的微型计 算机和区域智能分站经互连网络连结而成的计算机 系统,系统中各智能单元既相互协同又高度自治, 能在全系统范围内实现资源管理,动态地进行任务 分配或功能分配,同时可以执行分布式程序。
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二、BAS系统结构及其功能
第二层智能分站(DDC)主要任务是: ⑴ 现场监测点数据的周期性采集; ⑵ 采集数据的处理(滤波、放大、转换); ⑶ 现场数据和现场设备运行状态的检查和报警处理; ⑷ 控制算法(连续调节和顺序逻辑控制的运算); ⑸ 控制与数据网的转换,与各上位管理计算机进行数 据交换,向上传送现场的各项采集数据和设备运行状 态信息,同时接收各上位管理计算机下达的实时指令 或参数设定、修改。
2.BAS的设计依据
2.1 《智能建筑设计标准》(GB/T50314-2000) 2.2 《民用建筑电气设计规范》 2.3 工程项目的监控和管理需求,功能定位
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二、BAS系统结构及其功能
1.建筑设备自动控制系统组成及其功能 1.1 建筑设备自动控制系统的组成 BAS通常是一个集散型或者是分布的开放型系统, 目前楼宇设备管理系统采用分层分布式结构,第一 层中央计算机系统,第二层区域智能分站(DDC控 制器)第三层数据采样与控制终端组成
工程实际需求而定。
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二、BAS系统结构及其功能
(2) BAS的现场总线 (A) 现场总线的定义 ● 美国仪表协会(ISA/SP50)对现场总线的定义
现场总线是一种串行的数字数据通信链路,它沟通 了过程控制领域的基本控制设备(即现场级设备) 之间以及与更高层次自动控制领域的自动化控制设 备
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二、BAS系统结构及其功能
(B) 现场总线的结构及其特点
现场总线的发展
1984 年 , 美 国 仪 表 协 会 ISA/SP50 工 作 组 和 国 际 电 工 协 会 /TC65/SC65C/WG6都开始研究制定现场总线标准。
1986年,德国推出Profibus。
1990年,美国推出LonWorks。
1992年,成立ISP协会,着手在Profibus基础上制定现场总线标准。
节输出控制信号达到最大值(最小值),从而使调节机构全 开或全闭。 位置式调节,调节被动范围越小越好,而且存在滞后,故调 节滤波不高,一般适用于舒适性空调和液面调节。
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二、BAS系统结构及其功能
• 双位调节系统的示意图
空调机房
Baidu Nhomakorabea
热水 4
1
送风
3 2
回风
室温双位调节系统 1-热水加热器;2-温度传感器;3-双位温度调节器;4-电动双通阀
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二、BAS系统结构及其功能
第三层数据采样通常由两类终端构成,一类称为监测 输入点(IP),监测对象是:温度、湿度、有害气体、 火灾检测、流量、压力等。另一类称为受控输入点 (OP),受控对象是:水泵、阀门、控制器、执行开 关等。各类探测器、传感器将监测对象的实时状态转 变成区域智能分站可以接受的电流(4-20mA)或电压 ( 0-10V ) 量 , 同 样 区 域 智 能 输 出 ( 4-20mA ) 或 ( 010V)的控制信号调节受控设备(例如调节阀门的大小 或调整风门的开度)。
建筑自动化系统使用的现场通信网络(广义现场总线)
主要有:LonWorks、BACnet等。
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二、BAS系统结构及其功能
1.3 BAS的组成及其基本功能 (1)中央处理机组成及其功能
* 主机功能
监控主机是设备监控系统的核心,其主要功能:通过 现场控制器,自动控制系统内的设备和参数在合理优 化的状态下工作,自动监视系统中每台设备的运行状 态和系统的运行参数,自动记录、存储和查询历史运 行数据,对设备故障和异常参数及时报警和自动记录 等。
•比例积分调节器的动作特性是:当被调参数与其给定值 发生偏差时,调节器的输出信号不仅与输入偏差保持硬 性的比例关系,同时还与偏差存在时间长短成比例,比 例积分调节器综合了比例、积分两种调节器的优点。这 种调节器在调节过程开始时以比例调节器的特性进行调 节,接着又具积分调节器的特性进行调节。
•比例积分调节的特点
直接数字控制器通过多路采样器按顺序对多路被控参 数进行采样,然后经过模/数(A/D)转换后输入计算 机微处理器,计算机按预先选用的控制算法,分别对 每一路检测参数进行比较,分析和计算,最后将处理 结果经过数/模(D/A)转换器等输出按顺序送到相应 被控执行器,实现对各种生产过程的被控参数自动控 制,使之处于给定值附近波动。
1993年,成立WorldFIP协会,准备以法国EIP工厂仪表通信协议为基 础制定现场总线标准。
1994年,ISP和WorldFIP合并,成立现场基金会,推动现场总线国际 标准开发。
2000年,IEC宣布现场总线国际标准IEC61158面世
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二、BAS系统结构及其功能
●现场总线发展的特点 现场总线有三大特点: (1)信号传输数字化; (2)标准统一,完全开放; (3)控制彻底分散。
•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(4~20mA或0~10mA)。
•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。
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二、BAS系统结构及其功能
DDC的调节特性 (A) 位置式调节 • 位置式调节动作特性:当被调参数离给定值一定数值时,调
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二、BAS系统结构及其功能
1.2 BAS的系统框图
管理执行系统

企业资源计划

管理计算机

以太网
防火墙


中央站

以太网

分站


以太网

浏览器
分站 以太网
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二、BAS系统结构及其功能
(1) BAS网络总线
网络总线是网络通信总线,在BAS中是上经管理计算机、
中央站、分站、现场设备之间连接总线,而网络总线
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二、BAS系统结构及其功能
* 网络控制器的功能 ●处理DDC与网上DDC之间的信息发送 ●提高通讯效率和保证信息完整 ●监控层及DDC运行状态
* DDC数据与应用软件备份 * 其他系统的接口通讯 * 主机外围设备,包括各类打印机控制强
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二、BAS系统结构及其功能
(2) DDC组成及其功能 (A) DDC组成的原理
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二、BAS系统结构及其功能
智能分站与楼宇设备自控系统(BAS)以现场总线方式 进行通讯,BAS中分散的智能分站的操作运行应是高度 自治的,并不依赖BAS监控软件。当系统通信故障时, 智能分站仍然具有正常完成监测和控制的能力,同时 也应采用分布式系统结构的原则,使智能分站在大厦 地理位置上更具有分布性,也可减少各监控工作站与 智能分站之间的通讯量。
DDC系统由被控对象、检测变送器、执行器和工业计算机组成。
•输入通道A/D:把传感器或变送器送来的被控参数的模拟量(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交流噪声,用滤波网络对各输入信 号分别滤波并将电阻、电流信号转换成相对应的电压信号。
•采样器:在时序控制器作用下,按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。
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二、BAS系统结构及其功能
(B) DDC系统的特点 计算机运算速度快,能分时处理多处控制对象(被 控参数),实现多个单回路的PID控制。 计算机运算能力强,可以实现各种比较复杂的控制 规律,如串级、前馈、选择性、解耦控制以及大滞 后补偿控制等。
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二、BAS系统结构及其功能
(C) DDC系统组成
统的冷热源设备、空调设备、通风设备及环境监测设备等
运行工况的监视、测量与控制,热力系统的热源设备等运
行工况的监视,以及对电梯、自动扶梯设备运行工况的监
视。通过BAS实现对建筑物内上述机电设备的监控与管理,
以达到节约能源和人力资源,提高物业管理水平和向用户
创造更舒适、安全的环境
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一、建筑设备自动控制系统概述
DDC系统是用一台计算机对多种被控参数进行巡回检测, 并按预先选用的控制规律(PID、前馈等),通过输出 通道,直接作用在执行器上,以实现对受控对象的闭 环控制。它作为一个独立的数字控制器,安装在被控 设备的附近,能够完成对现场设备的监控。
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二、BAS系统结构及其功能
直接数字控制器是一种多回路的数字控制器,它以计 算机微处理器为核心,加上过程输入,输出通道组成。
总网络技术应是多个计算机系统的集合,实现数据通
信和资源共享。就智能建筑而言,BAS其系统结构应是
有机地将其融合在建筑物网络系统之内,实现建筑物
的通讯和资源共享,从目前现状和发展趋势,BAS其网
络总线采用是以太网形式(TCP/IP)以太网的速率有
10兆、100兆、1000兆甚至1G,其选用何种形式应结合
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