建筑设备自动化 第二章
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02:21
DCS和FCS的比较
现场级设备与控制器之间采取一对一 （所谓的I/O接线方式，传递4-20mA或 20VDC信号。
采用数字式通信方式取代设备级的 信号（ 4-20mA或20VDC），使用一 根电缆连接所有现场设备。
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02:21
④BAS常用的现场总线
? 基金会现场总线 FF（Foundation Field-bus ） ? 局部操作网 LonWorks (Local Operating
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第一节 建筑设备自动化系统的技术基础
一、计算机控制技术
1. 计算机控制系统的基本原理
控制过程：数据采集→ 比 较→ 计算控制量→ 输出控 制信号
性能指标要求： ?稳态性能指标：稳态误差 ?动态性能指标：峰值时间， 调节时间，超调量等 ?实时性
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2.计算机控制系统的组成
①硬件部分 ? 计算机：主机、外设、系统总线、过程输入设备、 人机联系设备、通信设备等 ? 现场仪表：测量、变送、执行
特点： 1.有多台微型计算机 2.分散控制，集中管理
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现场总线控制系统（FCS）
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计算机集成制造系统（CIMS）
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（1）直接数字控制系统（DDC）
? ①系统组成
过程输入通道
过程控制计算机
过程输出通道
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②基本算法
? ? PID：u(t)
?
? Kp ?e(t) ?
第二章 计算机控制系统 与通信网络结构
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基本内容：
? 计算机控制系统的原理、组成及分类； ? 计算机网络的结构、分类、通信协议、
传输媒体及互联设备。
重点和难点：
? 计算机控制系统的原理， DDC，DCS和FCS 的体系结构及特点；
? BACnet协议及Lontalk协议的特点及应用 场合。
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按应用分：
? 操作指导控制系统 ? 直接数字控制系统（ DDC） ? 监督计算机控制（ SCC） ? 集散控制系统（ DCS）－分布式控制系统 ? 现场总线控制系统（ FCS） ? 计算机集成制造系统（ CIMS）
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操作指导控制系统
特点： 1.开环控制系统 2.控制动作由操作
人员完成
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（3）现场总线控制系统
①现场总线的含义 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，是多点通信的底层控 制网络。
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②现场总线控制系统的基本组成
02:21
③现场总线控制系统的特点：
? 现场通信网络 分散型控制系统的网络截止 于控制器或现场控制单元，现场信号仍然是一对 一的模拟信号传输。而现场总线把通信线一直延 伸到生产现场或生产设备，即延伸到传感器、变 送器或执行器等。 ? 现场设备互连 一对信号传输线将 N个现场智 能节点连接在一起，相互之间能够进行双向信号 传输。
?
1 Ti
t
e(t)dt
0
?
Td
de(t) ?
dt
? ?
? 离散化：（ T为采样周期）
? ? t
k
e(t)dt ? e( j)T
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j?0
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T
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? 位置式PID：
? u(k) ?
Kp
? ?e(k) ?
?
1 Ti
k
e( j)T ? Td
j?0
e(k) ? e(k ? 1) ?
? 管理计算机：收集各部门信息，进 行分析综合，并作出决策，实现管 理控制一体化
? 数据通信网络：传送数据
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③ 数据通信网络
? 控制用通信网络的要求： ? 高的可靠性和安全性 ? 良好的实时性 ? 强的环境适应性
? 网络的拓卜结构： ? 总线型网 ? 环形网 ? 星形网
? 网络通信协议： ? 标准的：OSI ? 工业应用：Proway、Map ? BAS应用：BACnet、Lontalk
? 开放式互连网络 即可以与同类网络互连，也可 与不同类型网络互连。通过网络对现场设备和功能 块统一组态，能把不同厂商的网络及设备融为一体， 构成统一的现场总线控制系统。
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现场总线控制系统FCS
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集散控制与现场总线控制的区别
02:21
集散控制与现场总线控制的区别
02:21
集散控制与现场总线控制的区别
02:21
直接数字控制系统（DDC）
特点： 1.闭环控制系统 2.控制任务由计算机承担 3.一台计算机通常要控制几个甚至几十个回路
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监督计算机控制（SCC）
特点： 1. 通常采用两级计算机 2.DDC用计算机直接承担控制任务 3.SCC用计算机承担高级控制与管理任务
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分布式控制系统（DCS）-集散控制系统
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? 互操作性 来自不同制造厂的现场设备，不仅可 以互相通信，而且可以统一组态，构成所需的控制 回路，共同实现控制策略。
? 分散的体系结构 现场总线废弃了 DCS的现场控 制单元和控制器，把 DCS控制器的功能块分散给现 场仪表，从而构成虚拟控制站。
? 通信线供电 现场总线常用线为双绞线，通信线 供电方式允许现场仪表直接从通信线上获取能量。
T
? ?
? 增量式PID：
? u(k) ? K p ?e(k) ? e(k ? 1)?? Kie(k) ? K d ?e(k) ? 2e(k ? 1) ? e(k ? 2)?
其中：
Ki
?
Kp
T Ti
Kd
Baidu Nhomakorabea
?
Kp
Td T
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（2）集散控制系统（DCS）
①体系结构
基本思想： 分散控制、集中操作
分三级： 1、现场控制级 2、监控级 3、企业管理级
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②软件部分
?系统软件：操作系统、数据库、通信网 络软件、诊断程序；
?应用软件：过程输入程序、过程控制程 序、过程输出程序、人机接口程序、打 印程序、公共服务程序、历史数据库、 实时数据库、组态软件等。
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3、计算机控制系统分类
按控制形式分：开环、闭环
按控制规律分： ? 顺序控制 ? 常规控制（ PID） ? 先进控制（最优、预测） ? 智能控制（模糊、神经网络、专家系统）
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②基本组成
?现场 I/O控制站：采集各种参数和状态 信号并进行数据处理；信息的传送与接 收；现场控制
? 操作员站：为操作人员提供人机界面， 使操作员及时了解现场运行状态，各种 参数的值是否异常等，并可通过输入设 备对工艺过程进行调节；处理历史数据， 完成报表、历史趋势曲线
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? 工程师站：对系统进行离线配置和 组态
DCS和FCS的比较
现场级设备与控制器之间采取一对一 （所谓的I/O接线方式，传递4-20mA或 20VDC信号。
采用数字式通信方式取代设备级的 信号（ 4-20mA或20VDC），使用一 根电缆连接所有现场设备。
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02:21
④BAS常用的现场总线
? 基金会现场总线 FF（Foundation Field-bus ） ? 局部操作网 LonWorks (Local Operating
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第一节 建筑设备自动化系统的技术基础
一、计算机控制技术
1. 计算机控制系统的基本原理
控制过程：数据采集→ 比 较→ 计算控制量→ 输出控 制信号
性能指标要求： ?稳态性能指标：稳态误差 ?动态性能指标：峰值时间， 调节时间，超调量等 ?实时性
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2.计算机控制系统的组成
①硬件部分 ? 计算机：主机、外设、系统总线、过程输入设备、 人机联系设备、通信设备等 ? 现场仪表：测量、变送、执行
特点： 1.有多台微型计算机 2.分散控制，集中管理
02:21
现场总线控制系统（FCS）
02:21
计算机集成制造系统（CIMS）
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（1）直接数字控制系统（DDC）
? ①系统组成
过程输入通道
过程控制计算机
过程输出通道
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②基本算法
? ? PID：u(t)
?
? Kp ?e(t) ?
第二章 计算机控制系统 与通信网络结构
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基本内容：
? 计算机控制系统的原理、组成及分类； ? 计算机网络的结构、分类、通信协议、
传输媒体及互联设备。
重点和难点：
? 计算机控制系统的原理， DDC，DCS和FCS 的体系结构及特点；
? BACnet协议及Lontalk协议的特点及应用 场合。
02:21
按应用分：
? 操作指导控制系统 ? 直接数字控制系统（ DDC） ? 监督计算机控制（ SCC） ? 集散控制系统（ DCS）－分布式控制系统 ? 现场总线控制系统（ FCS） ? 计算机集成制造系统（ CIMS）
02:21
操作指导控制系统
特点： 1.开环控制系统 2.控制动作由操作
人员完成
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（3）现场总线控制系统
①现场总线的含义 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，是多点通信的底层控 制网络。
02:21
②现场总线控制系统的基本组成
02:21
③现场总线控制系统的特点：
? 现场通信网络 分散型控制系统的网络截止 于控制器或现场控制单元，现场信号仍然是一对 一的模拟信号传输。而现场总线把通信线一直延 伸到生产现场或生产设备，即延伸到传感器、变 送器或执行器等。 ? 现场设备互连 一对信号传输线将 N个现场智 能节点连接在一起，相互之间能够进行双向信号 传输。
?
1 Ti
t
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? 离散化：（ T为采样周期）
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? 位置式PID：
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③ 数据通信网络
? 控制用通信网络的要求： ? 高的可靠性和安全性 ? 良好的实时性 ? 强的环境适应性
? 网络的拓卜结构： ? 总线型网 ? 环形网 ? 星形网
? 网络通信协议： ? 标准的：OSI ? 工业应用：Proway、Map ? BAS应用：BACnet、Lontalk
? 开放式互连网络 即可以与同类网络互连，也可 与不同类型网络互连。通过网络对现场设备和功能 块统一组态，能把不同厂商的网络及设备融为一体， 构成统一的现场总线控制系统。
02:21
现场总线控制系统FCS
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集散控制与现场总线控制的区别
02:21
集散控制与现场总线控制的区别
02:21
集散控制与现场总线控制的区别
02:21
直接数字控制系统（DDC）
特点： 1.闭环控制系统 2.控制任务由计算机承担 3.一台计算机通常要控制几个甚至几十个回路
02:21
监督计算机控制（SCC）
特点： 1. 通常采用两级计算机 2.DDC用计算机直接承担控制任务 3.SCC用计算机承担高级控制与管理任务
02:21
分布式控制系统（DCS）-集散控制系统
02:21
? 互操作性 来自不同制造厂的现场设备，不仅可 以互相通信，而且可以统一组态，构成所需的控制 回路，共同实现控制策略。
? 分散的体系结构 现场总线废弃了 DCS的现场控 制单元和控制器，把 DCS控制器的功能块分散给现 场仪表，从而构成虚拟控制站。
? 通信线供电 现场总线常用线为双绞线，通信线 供电方式允许现场仪表直接从通信线上获取能量。
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? 增量式PID：
? u(k) ? K p ?e(k) ? e(k ? 1)?? Kie(k) ? K d ?e(k) ? 2e(k ? 1) ? e(k ? 2)?
其中：
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Baidu Nhomakorabea
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（2）集散控制系统（DCS）
①体系结构
基本思想： 分散控制、集中操作
分三级： 1、现场控制级 2、监控级 3、企业管理级
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②软件部分
?系统软件：操作系统、数据库、通信网 络软件、诊断程序；
?应用软件：过程输入程序、过程控制程 序、过程输出程序、人机接口程序、打 印程序、公共服务程序、历史数据库、 实时数据库、组态软件等。
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3、计算机控制系统分类
按控制形式分：开环、闭环
按控制规律分： ? 顺序控制 ? 常规控制（ PID） ? 先进控制（最优、预测） ? 智能控制（模糊、神经网络、专家系统）
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②基本组成
?现场 I/O控制站：采集各种参数和状态 信号并进行数据处理；信息的传送与接 收；现场控制
? 操作员站：为操作人员提供人机界面， 使操作员及时了解现场运行状态，各种 参数的值是否异常等，并可通过输入设 备对工艺过程进行调节；处理历史数据， 完成报表、历史趋势曲线
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? 工程师站：对系统进行离线配置和 组态