设备管理_楼宇设备监控系统设计方案

摘 要随着科学技术的发展和人们对管理水平要求的提高，人们需要在控制室里对楼宇中分散的设备进行控制管理监视的功能，楼宇设备监控系统应运而生，其主要功能是对建筑物内的空调通风系统、给水排水系统、照明与动力系统等机电设备实现全面计算机监控管理。作为楼宇设备监控系统的一个子系统，视频监控系统能在人无法直接观察的场合，适时、清晰、真实地反映被监视控制对象的画面。视频监控系统也成为在现代化设备管理中监控的最为有效的观察工具。本文设计的楼宇设备监控系统主要由空调通风系统、给水排水系统、照明监控系统组成，并通过实时控制系统、监视系统及管理信息系统来进行实时的数据监控和设备工作情况检查工作。其中，实时控制系统完成实时数据采集处理、存储、反馈的功能；监视系统完成对各个监控点的全天候的监视，能在多操作控制点上切换多路图像；管理信息系统完成各类所需信息的采集、接收、传输、加工、处理，是整个系统的控制核心。关键词 楼宇系统，采集，传输，视频监控ABSTRACTPick to with the development of science and technology and people to improve the management level of demand, people need in the control rooms are scattered to the equipment control the function of management monitoring, building equipment monitoring system came into being, its main function is to structures within the air conditioning and ventilation system supply, water supply, drainage system, lighting and power system and electrical and mechanical equipment to achieve full computer monitoring and management. As building equipment monitoring system of a subsystem, video monitoring system can people cant directly observed the occasion, timely, clear, reflect the monitoring control object picture. Video monitoring system also become the modern equipment management in monitoring the most effective tools of observation.In this paper the design of building equipment monitoring system mainly by the air conditioning and ventilation system supply, water supply, drainage system, lighting and power system composition, and through the real-time control system, surveillance system and management information system for real-time data monitoring and equipment work to check the work. Among them, the real-time control system to accomplish the real-time data acquisition and processing, storage, and feedback function; Monitoring system for each of the complete employ round-the-clock monitoring, can in many operation control point switch more road image; Management information system to accomplish all kinds of information collection, receive, transmission, processing, processing, is the whole system control core.Keywords:Building system，Collecting;，Transmission;，Video monitoring目 录第一章 绪 论11.1楼宇设备监控系统的发展11.2楼宇设备监控系统设计的目的和意义2第二章 楼宇设备监控系统分析42.1楼宇设备监控系统的组成及作用42.2系统的网络结构52.3现场总线的特点及优点62.3.1现场总线的特点：62.3.2现场总线的优点：72.4 常用的现场总线类型与比较82.5 选取LonWorks总线的原因及分析102.6楼宇设备监控系统的控制器件112.7楼宇设备监控原理12第三章 空调通风控制系统设计133.1空调通风控制系统的组成133.2空调的分类和选择133.3空调监控系统的检测与控制14第四章 给排水系统194.1 给排水系统在楼宇中的重要性194.2 给排水控制系统的组成194.3 给排水控制系统的检测与控制22第五章 照明控制系统245.1 照明控制系统的目的和意义245.2 照明控制系统设计245.3 照明控制系统的控制过程255.4 照明监控系统的位置安排与目的26第六章 视频监控系统总体设计和分析276.1 视频监控系统概论276.2 设计原则276.3系统功能构成296.4视频监控系统内容结构30第七章 系统的评价33参考文献34致谢35第一章 绪 论1.1楼宇设备监控系统的发展从楼宇系统最开始的非智能化，到现在运用多种技术手段，包括现场总线技术，自动控制原理的应用等，到目前为止已经取得了非常显著的效果，在全面了解楼宇中各类系统的情况下，人们已经不仅仅满足于在现场对于各类设备的控制工作，而是希望能在一个或者几个控制室内对整个楼宇的各类系统进行全面的实时监控和管理，从而达到节约人力，节约各类资源的目的，也使得监控和管理更加的科学，可靠。由此，楼宇设备监控系统就应运而生，在最近几年的发展更是非常的快速，各类现场总线技术的使用，给楼宇设备监控系统的设计提供了完善的技术保障，而现场DDC控制器的有效应用也使得整个系统更加安全，可靠，监控效果非常明显。计算机网络是计算机技术与通信技术相结合也是近年来发展最为迅速、应用最为广泛并且最具有影响力的技术之一。时代的步伐已昂然跨入辉煌的二十一世纪，楼宇设备监控系统这项技术正成为社会信息的奠基石，并已飞速的速度发展着，它已经渗入到社会信息网络的方方面面，为人们的工作和日常生活带来了极大的方便。现代化的商务大厦是以高度的智能化为其主要功能目标的，而楼宇自动化系统是现代楼宇智能化的体现。楼宇设备监控系统是基于现代控制理论中的分布控制理论而设计的一个集散型控制系统，它通过中央计算机将分布在各监控现场的智能单元连接在一起，构成一个先进而完善的综合监控系统，对整个大厦的机电设备实现集中监测与控制，保证设备在最佳状态下运行，为大厦提供一个舒适、高效、安全、节能的环境。楼宇设备监控系统的发展，已经取得了非常显著的成果，但是我们的科学技术在进步，我们的研究成果在不断更新，在不久的将来，我们会实现集成度更加高的监控系统来使得这项工程得到更快，更好的发展。1.2楼宇设备监控系统设计的目的和意义随着科学技术的发展和人们对管理水平要求的提高，人们需要在控制室里对楼宇的分散的设备进行控制管理监视的功能，楼宇设备监控系统应运而生，其主要功能是对建筑物内的空调通风系统、给水排水系统、照明与动力系统等机电设备实现全面计算机监控管理。通过对各个子系统(空调通系统、给排水系统、照明控制系统等)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，为建筑物内的用户提供良好的工作环境，为建筑物的管理者提供方便的管理手段，为建筑物的经营者减少建筑物内的能耗并降低管理成本，为物业管理现代化提供物质基础，提高工作效率和服务质量，确保有一个舒适、清洁的生活与工作环境。视频监控系统(VSCS)：主要用于安全防范目的，是通过对监视区进行视频探测、视频监视、控制、图像显示、记录和回放的视频信息系统或网络。对建筑物内重要部位的事态、人流等动态状况进行宏观监视、控制及同步录像，达到对各种异常情况进行实时的取证、复核，及及时处理的目的。楼宇设备监控系统的研究，在很大程度上完美的解决了日常生活中的一些不便，在某些人们不能到达或者监控不到的现场，利用这一监控系统，可以很好的做到实时监控的全面和完整性，是对整个楼宇系统的有效控制和检测，从而达到监视和控制的目的。第二章 楼宇设备监控系统分析2.1楼宇设备监控系统的组成及作用楼宇设备监控系统是一个综合性的系统，在本次的设计中，主要包括一下四类系统，并对其进行有效的监控。空调系统-中央空调系统：在现代化的各种楼宇大厦中，中央空调都在被安装和使用中，中央空调系统不仅承担着调控楼宇大厦温度稳定性的作用，还担负着对空气湿度的有效调节作用，大型的楼宇中，无论是写字楼还是商场大厦中，一般都是人员相对密集的地方，而空气的湿度是会受到外界的影响和人员密集度影响的一个重要调控因素和指标，在本次的中央空调系统的监控设计中，综合考虑了温度和湿度的有效控制作用，并通过控制器和检测原件进行实时的检测和控制作用，给楼宇中工作和生活的人们提供了适宜的环境，更好的提高工作效率。给排水系统：水资源的有效利用和排水问题，是当今各类楼宇中都要涉及到的问题，这个系统的是否完善，很切实的关系到用户居民的日常生活是否方便，对水资源的需要能否得到很好的解决以及脏水和废水的有效排出是否及时等一系列问题的关键所在，因此，做好这一系统是非常必要的，通过现场总线技术和必要的检测原件，把现场的实时水位数据及时的反馈给监控室，从而可以在监控室内，对给排水现场进行有效的控制和监视作用。 照明控制系统：现代化的楼宇建筑中，照明系统担负着整个楼宇的照明任务，如何做到照明的合理、及时以及充分的节约用电等实际问题就摆在眼前，在本次的照明系统设计中所设计的系统， 根据使用的性质及特点，对照明设施进行不同的控制，在系统中应包含一个智能分站，对整个大厦的照明设备进行集中的管理控制，称为照明监控系统。在本次照明系统的设计中，主要通过不同的检测原件，检测出不同楼层人员情况以及照明的需求情况，通过现场总线技术，反馈到控制室内，再进行照明的合理利用和分配。视频监控系统：随着数字信息时代的到来，数字化高新技术产品日益增加和完善。各行业为了提高和完善生产、管理水平和增加竞争性，都争先采用完善的高新技术产品，视频监控系统就是信息时代的产物之一。视频监控系统是管理人员高质量管理的理想工具；也是公共安全、防盗防范必不可少的强有力的得力助手。利用它可以大大减少不必要的人力，实时监视可视区域，做到控制现场实际工作现状，实时快速的反映所发生的一切事物，便于管理者及时应付处理突发事件等。为了适应信息化的需要，按照视频监控系统的技术规范，并结合现代化需求的特点，本文采取先进合理的设计思想和较为完善的设备对视频监控系统进行了设计与实现，力争做到电子监控系统的可靠性和先进性完美结合。2.2系统的网络结构楼宇设备监控系统是一个综合性的系统，在本次的设计中，主要包括：空调系统-中央空调系统，给排水系统，照明控制系统，视频监控系统。系统的网络结构，结构图如图2-1所示：图2-1 系统结构图2.3现场总线的特点及优点2.3.1现场总线的特点：（1）开放性：开放性包括几个方面：一是指系统通信协议和标准的一致性和公开性，这样可以保证不同厂家的设备之间的互连和替换，现场总线技术的开发者所做的第一件事就是致力于建立一个统一的工厂底层的开放系统；二是系统集成的透明度和开放性，用户可自主进行系统设计、集成和重构；三是产品竞争的公开性和公正性，用户可以按照自己的需要，选择不同厂家的质量最好，而价格又合适的任何符合系统要求的设备来组成自己的控制系统。（2）交互性：指互操作性和互换性，也包括指上层网络与现场设备之间具有相互沟通的能力；设备之间具有互相沟通的能力，即具有互操作性；不同厂家的同类产品可以互相替换，即具有互换性。（3）自治性：即现场设备能够随时诊断自身的运行状态，预测潜在的故障，实现高度的自治性。（4）适应性：工业现场总线是专为在工业现场使用而设计的，所以具有较强的抗干扰能力和极高的可靠性。在特定条件下，它还可以满足安全防爆的要求。2.3.2现场总线的优点：（1）节约硬件数量与投资 由于现场总线系统中的智能设备能直接执行传感、控制、报警和计算等功能，因此可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器和计算单元，也不再需要传统控制系统中的信号处理等单元和复杂的接线，同时也大量减少了电缆的使用，从而大大节省了投资。（2）节省安装费用：由于省去了大量的电缆使用，同时当现场需要增加控制设备时，无需增加新的电缆，只需把它们就近挂接在总线电缆上即可，因此也大大节省了安装的费用。（3）节省维护费用：由于现场总线控制系统结构简单，信号电缆极少，从而大大地减少了系统维护工作量。又由于现场设备具有自诊断和简单故障处理能力，并能自动将诊断信息和设备的运行信息送往控制室，从而缩短了系统停机维护的时间。（4）提高了系统的控制精度和可靠性：由于现场总线设备的智能化、数字化，和模拟信号相比，它从根本上减少了传输错误，提高了检测和控制精度。同时由于系统的结构简化，设备与接线大量减少，现场仪表及设备的功能加强，减少了信号的往返传输，从而系统工作的可靠性也大大提高。（5）提高了用户的自主选择权：由于现场总线的开放性，用户可以任意选择不同设备厂商的产品来组成系统，而不必考虑系统或设备是否兼容等问题，从而使用户完全掌握了系统集成的主动权。2.4 常用的现场总线类型与比较（1）LonWorks总线：LonWorks总线是一种基于嵌入式神经元芯片的现场总线技术。LonWorks控制网络是以对等方式工作、监控传感器、控制执行器、可靠的通信、管理网络操作和提供对网络数据全面接入的任何装置的集合，它使用LonTalk协议来完成这些任务。LON总线的特征是网络系统能扩展到数据组网技术无能为力的一类应用中。控制系统和装置的制造商能通过在他们产品中组合LonWorks的设计而浓缩开发和设计的时间，其结果是低成本的开发和多个制造商的装置能协调的相互通信。LonWorks采用了OSI参考模型的全部七层通信协议，这在工业控制网络中是非常少见的，所以它被称为通用的控制网络系统，其各层的功能和所提供的服务如表2-1所示：表2-1 LON总线各层的功能OSI模型分层功能 标准服务 处理器应用层网络应用程序标准网络变量类型应用处理器表示层数据表示网络变量、外部帧传送网络处理器会话层远程传送控制请求/响应、确认网络处理器传输层端端的可靠传输应答、非应答、点对点、广播、认证等网络处理器网络层报文传送单路/多路寻址，路径网络处理器数据链路层媒体访问与成帧成帧、数据编码、CRC、冲突仲裁、优先级MAC处理器物理层电气连接媒体特殊细节（如调制）、收发种类、物理连接MAC处理器（2）CAN总线：CAN总线是现场总线的一种，成为控制器局域网现场总线，它使用架构开放、广播式的新一代网络通信协议。CAN总线是20世纪80年代初德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线系统，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同级别的实时要求。CAN总线遵从ISO/OSI网络标准模型，但只采用了OSI参考模型全部七层中的两层，即物理层和数据链路层。（3）FF总线：即基金会现场总线是仪表和过程控制向数字化通信方向发展而形成的技术，是一种专为工业过程控制应用而设计，并得到了世界上主要自控设备供应商支持的现场总线技术。FF现场总线最根本的特点是针对工业过程自动化而开发的，它在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、危险场合、多变量过程以及总线供电方面都有完善的措施，它采用标准功能块及设备描述语言的设备描述技术，确保不同厂家的产品有很好的互操作性和互换性。FF的通信活动分为周期性通信和非周期性通信两种。由LAS按照预定调度时间表周期性一次发起的通信活动成为预定的周期性通信；在预定的调度时间表之外的时间，通过获得令牌的机会发送报文的通信成为非周期性通信。典型FF网络组成如图2-2所示：图2-2 FF总线网络组成在以上3种现场总线当中，CAN总线只采用了七层中的两层，即物理层和链路层，且采用多主竞争式总线结构，在楼宇设备监控系统中，以上两点不满足控制的要求；而对于FF总线来说，其主要针对的是工业过程自动化的需求而设计，强调过程中的同步数据传输与控制，而对于楼宇设备监控系统来说，不存在这个的要求；总体来看，采用LonWorks总线比较适合。2.5 选取LonWorks总线的原因及分析在楼宇设备监控系统中，使用LonWorks，是充分利用LonWorks网络技术对所有楼宇系统采用共同的基础结构，这使得设计人员能消除过多的竖向集成，不需要过多的交叉集成，从而方便了控制系统的设计和维护，大大的节省了维护的费用。同时，LonWorks采用了OSI参考模式的全部七层通信协议，这在工业控制网络中是非常少见的，所以它被称为通用的控制网络系统，LonWorks总线采用LonTalk通信协议作为技术核心，该协议提供一套通信服务，使装置中的应用程序能在网上对其他装置发送和接收报文，而无需知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能，从而大大的减轻了控制人员的工作量，以及减少了网络工程的费用。LonWorks总线采用LonTalk协议被封装在称之为Neuron的神经元芯片中而得以实现。它的集成芯片有3个8位CPU，一个用于完成开放系统互联参考模型中第1层和第2层的功能，解决了网络过载的冲突以及响应问题；第二个完成3到6层的功能，称为网络处理器；第三个是应用处理器，可以完成执行操作系统服务与用户代码。综合以上的几点因素，最终选择LonWorks总线来完成本次的楼宇设备监控系统的设计。2.6楼宇设备监控系统的控制器件 在本次的设计中，主要采用DDC控制器进行本次的楼宇设备监控系统的设计中。DDC控制器，即直接数字控制器，实际上就是分散设置在被控设备附近的调控设备，故又叫现场控制器，DDC实际上就是一个小型的计算机。具有独立的程控能力，独立监控有关现场设备的能力，用于收集现场设备的信息，再通过联网的方式直接传达给控制室。DDC控制器具有通信接口、输入接口和输出接口。其中，输入接口包括模拟量输入AI和数字量输入DI，分别用于温度、湿度、压力、流量和水流、风速、压差开关的输入量进行输入；输出接口包括模拟量输出AI和数字量输出DI，分别用于阀位控制和控制开关、交流接触器的输出量进行输出。DDC控制器的结构图如图2-3所示：图2-3 DDC控制器的结构图2.7楼宇设备监控原理通过在不同的控制系统现场，安置DDC控制器，进行有效的信息采集并及时的通过LonWorks总线技术将采集到的信息传达到控制室内，经过合理的分析和计算，控制人员在控制室内对楼宇内各个系统实行全方位的控制作用，从而确保整个楼宇系统中的子设备系统，能够正常的运行和工作，保证整个楼宇的稳定状态。第三章 空调通风控制系统设计3.1空调通风控制系统的组成空调通风系统主要由以下几部分组成：（1）新风机组：放置在户外，用来接受外界的新鲜空气，并吸入到空调的空调机组中。（2）空调机组：接受新风机组给来的新鲜空气，并进行加热或冷却以及过滤等处理。（3）冷热源系统：对空气进行加热或者降温处理。（4）空调的风系统。（5）空调的水系统3.2空调的分类和选择空调的分类:一体式空调:一体式空调又称为整体式空调，空调按设计形式分有整体式和分体式两种：1.整体式空调：就是整个冷媒系统都处于同一台产品结构内，在一个管路系统中包含了压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程的空调（常见的有家用的窗式空调和商用的风冷热泵中央空调）2.分体式空调：就是整个冷媒系统不处于同一台产品结构内，将制冷的四个过程拆分为室内和室外两部分机器内，管道靠铜管连接（常见的有家用挂壁空调和柜式空调）分体式空调:分体式空调器就是把空调器分成室内机组和室外机组两部分，把噪声比较大的轴流风扇、压缩机以及冷凝器等安装在室外机组内。把蒸发器、毛细管、控制电器和风机等室内可缺少的部分安装在室内机组中。我们称这种由室内机组和室外机组构成的空调器为分体式空调器。中央空调（空调机组）:是指由一个室外机产生冷（热）源，进而向各个房间供冷（热）的空调系统，它是属于商用空调的一种。变频空调:变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统。 无氟空调:用无氟环保冷媒R410A代替原先的传统冷媒且其在节能上优势更为明显的空调就称为“无氟”的空调。 在本次的设计中，我选择采用楼宇内中央空调系统，因为在现代的楼宇中，大都采用这样的空调方式给整栋大楼进行全面的温度和湿度的调节。中央空调具有分布广，不占用太多空间的优点，是一台主机，控制各个楼层的通风换气情况，也更加的易于管理。空调调节系统的示意图如图3-1所示：图3-1 空调调节系统的示意图3.3空调监控系统的检测与控制本次设计的系统主要采用LonWorks现场总线来完成设备现场与主控室之间的通信任务，在现场设备的监控，选取DDC控制器，在DDC控制器中，主要包括温度和湿度传感器两部分来完成现场温度和湿度的测定情况，之后再通过网络总线进行实时的数据传输作用，将现场的实时情况传达到主控室，再经过主控室的认真测算和评估通过总线技术将具体的控制信息传达到被控现场，从而得到现场空调设备的响应，完成监控工作。具体的空调机组监控点如表3-1所示：表3-1 空调机组监控点 监控点 类型 器件 AI DI AO DO回风温度 1温度传感器房间温度 1温度传感器房间湿度 1湿度传感器新风风门控制 1风门执行器冷水阀门控制 1阀门执行器热水阀门控制 1阀门执行器回风风门控制 2风门执行器电机控制 1 1电机控制器 空调机组的调控方式主要是接受现场控制器DDC的调控；DDC接收检测元件的信号，经过数据处理、逻辑判断，由执行元件实现调控。对于本系统的控制部分，采用PID控制，因为PID控制能够较为准确的控制实际的温度值与设定的温度值之间的偏差度，通过事先确定的关系，利用模糊推理的方法，修改PID控制器的参数，使得PID的参数可以自整定，从而达到温度和湿度调控的作用。 空调监控系统结构如图3-2所示：图3-2 空调监控系统 具体的控制量与控制过程及原理：在实际控制中, 许多被控对象的数学模型是无法准确获得的. 有些系统虽然可以求取数学模型, 但当输入方式改变或环境的变化使之干扰的形式发生变化时, 数学模型又可能变为未知的. 建筑物空调的温度参数正是属于这类被控对象, 并且其调节过程属于连续系统，此时PID 调节便成为最合适的一种调节方式. 它的实质是根据系统的偏差, 按比例、积分、微分的函数关系进行运算, 并将其运算结果用以输出控制.PID控制器各校正环节的作用如下:(1)比例环节: 成比例地反映控制系统的偏差信号erro r( t ) , 偏差一旦产生, 控制器立即产生控制作用, 以减少偏差.(2)积分环节: 主要用于消除静差, 提高系统的无差度. 积分作用的强弱取决于积分时间常数T I, T I越大, 积分作用越弱, 反之则越强.(3)微分环节: 反映偏差信号的变化趋势(变化速率), 并能在偏差信号变得太大之前, 在系统中引入一个有效的早期修正信号, 从而加快系统的动作速度, 减少调节时间.它可通过以下数值公式：的近似计算，提供执行机构的位置U（k），即阀门的开度，所以称为位置式PID控制算法。但此算法在实际的使用场合里还存在着一些具体情况, 因此需要根据被控制对象的特性和控制要求, 灵活地修正PID的结构，以适应不同的系统对象。 PID监控系统，在完成对温度与湿度的模糊计算整定以后，通过控制阀门的开关程度，使得空调的出风强度和加湿程度得到最大限度的控制作用，从而达到控制室温和室内湿度的有效调节作用。系统的工作流程图如图3-3所示：图3-3 系统的工作流程图第四章 给排水系统4.1 给排水系统在楼宇中的重要性随着社会的稳步发展，高层楼宇出现的越来越多，而无论是在低层还是高层的楼宇建筑中，给排水系统都是一个非常重要的组成部分，因为我们的日常生活离不开水，我们生活中剩下的废水，更是要随时清理的部分，所以，在整个楼宇设备系统中，给排水系统的监控作用就显得非常重要，如何准确地监控给排水系统，使得系统正常的运行以及在故障的时候能够及时得到处理，即能有效的利用水资源，也不会对水资源造成浪费，成为现阶段给排水监控系统所研究的主要问题。4.2 给排水控制系统的组成在本次系统的设计中，给排水监控系统主要采用DDC控制器，通过液位检测器，检测出水位的高低，并通过LonWorks总线将检测到数据进行集中处理，再通过PID控制器对系统进行合理的控制，达到预先设定的效果。给水控制系统的组成及监控原理图如图4-1所示：图4-1 给水控制系统组成及监控原理图给水系统的监控点位如表4-1所示：表4-1 给水系统的监控点位监控、控制点描述AIAODIDO 接口位置给水泵启停状态 1给水泵动力柜主接触器辅助触点给水泵故障报警 1给水泵动力柜主电路热键电器辅助触点给水泵手/自动转换状态 1给水泵动力柜控制电路转换开关给水泵启停控制 1DDC数字输出口水流开关状态 1水流开关状态输出点管网给水压力检测 1管式液位传感器水池水位检测 1水池水位开关状态，4个液位开关 合计 给水系统工作流程图如图4-2所示： 图4-2 供水系统工作流程图排水系统的监控点位如表4-2所示：表4-2 排水系统的监控点位检测、控制点描述 AI AO DI DO 接口位置排水泵启停状态 1排水泵动力柜主接触器辅助触点排水泵故障报警 1排水泵动力柜主电路热键电器辅助触点排水泵手/自动转换状态 1排水泵动力柜控制电路转换开关排水泵启停状态 1DDC数字输出口水流开关状态 1水流开关状态输出点水坑水位监测 1OL、HL、ML、LL 4个液位开关 合 计 排水系统监控原理图如图4-3所示：图4-3 排水系统监控原理图 排水系统的工作流程图如图4-4所示： 图4-4 排水系统的工作流程图4.3 给排水控制系统的检测与控制对于给水系统来说，首先要保证供水的及时与系统的可靠运行，首先设置两个水阀开关，正常工作的时候，其中一个水阀开关打开，并在集水箱内设置的4个水位监控点，最低点是LL，当供水不足时，即液位低于LL位时，由传感器采集到信号，同时发出报警信号，通过现场总线技术发送给主控室，再由主控设备进行合理的运算和分析，将控制信号发送给现场控制器DDC，及时对集水箱的另外一个阀门开启，以保证正常的供水需求。对于排水系统来说，在污水池内，放置四个液位检测器，设定当水位达到ML时，开始排水作业，若水位没有达到要求，则还可继续向污水池中排入污水，其工作原理是当检测器检测到水位后，产生信号通过现场总线设备传送给主控制室，经过主控制室的控制器运算和分析，将所得结果反馈到现场控制器DDC上面，再由DDC控制器在现场进行水位的控制调节工作，从而达到排除污水的目的。第五章 照明控制系统5.1 照明控制系统的目的和意义 随着我国经济建设的发展，照明对能源需求和消耗不断加大，城市路灯公共照明用电占城市用电量10，。目前大多数公共场所照明系统依赖人工控制或触发定时的控制方式，2I，不具备根据自然光的变化自动调节照明系统的能力，会造成环境光照过强或过弱，低效率、高能耗、光污染等问题仍然较为突出。国内关于照明系统自动控制的研究逐步走向实用阶段，高压钠灯的模糊预测控制成功应用在人工温室，达到了较高的精度，光源自适应控制在影像测量中取得了良好的效果，能够在07s内能拍摄出清晰的图像，但其系统复杂度高，不适合在公共场所推广。本文设计的照度自动控制系统，将数值PID控制应用于光照调节中，综合考虑精度、灵敏度与功耗要求，实现了照度的连续可调，精度高、反应灵敏，能有效解决楼宇照明效率问题，具有良好的应用前景。5.2 照明控制系统设计 本照明控制系统要求实现对观测点照度的自动控制，能够人工设定观测点参考照度。系统可以划分为以DDC控制器为核心的控制部分、光强传感器的信号输入部分、LED光源的控制量输出部分、用于交互的输入输出部分。照度信息经光传感器采样后输入DDC控制器，DDC控制器内部将实际照度值与设定照度值进行对比，计算出补偿照度的数字控制量。数字控制量通过调节PWM占空比从而控制输出电压的有效值，再经执行电路驱动LED光源，从而使被控制区的照度达到设定值。构成的闭环系统减小了由于光源器件的非线性、温度漂移等因素产生的输出误差。观测点所需的照度信息采用红外方式输入，系统工作状态由LCD显示。系统框图如图5-1所示： 图5-1 系统框图5.3 照明控制系统的控制过程 对于本控制系统，同样采用PID控制的方法。系统内实现PID控制可分为照度信息获取、数字PID控制器与执行模块三部分，如图5.3所示，在DDC内部实现PID控制器以及对外设的控制功能，TSL2561光传感器构成反馈通道，功率放大与LED驱动完成对LED光源的控制。系统的PID控制流程如图5-2所示： 图5-2 系统的PID控制流程系统上电后进行自动配置，也可通过人工设置PID控制参数，之后进入照度信息采样、PID控制、输出控制信号、执行误差补偿的循环过程，软件流程如图6所示。每次采样后将照度数据与参考值对比，将其差值乘以比例系数K。得调节值，调节值再与原控制量相加得到当前输出控制量。系统的工作流程图如图5-3所示： 图5-3 照明控制系统的工作流程图5.4 照明监控系统的位置安排与目的本次照明监控系统的设计中，照明设备安装的位置主要是楼宇的工作区域，由灯光的亮度检测原件，检测到灯光的强弱，从而自动控制灯光的亮度，以达到为工作区域的工作人员提供一个舒适的照明环境的目的，本设计中采用用能见度检测仪表自动控制灯光的强弱，这样做，即节省了人工的工作时间，又大大的提高了工作的效率。第六章 视频监控系统总体设计和分析6.1 视频监控系统概论 随着数字信息时代的到来，数字化高新技术产品日益增加和完善。各行业为了提高和完善生产、管理水平和增加竞争性，都争先采用完善的高新技术产品，视频监控系统就是信息时代的产物之一。视频监控系统是管理人员高质量管理的理想工具；也是公共安全、防盗防范必不可少的强有力的得力助手。利用它可以大大减少不必要的人力，实时监视可视区域，做到控制现场实际工作现状，实时快速的反映所发生的一切事物，便于管理者及时应付处理突发事件等。为了适应信息化的需要，按照视频监控系统的技术规范，并结合现代化需求的特点，本文采取先进合理的设计思想和较为完善的设备对视频监控系统进行了设计与实现，力争做到电子监控系统的可靠性和先进性完美结合。方案设计时充分考虑当前各项需求应用，又面向未来快速增长的发展需求，在系统整体功能设施配备时依据功能齐全、实用、使用方便、质量可靠、技术先进具有扩容能力；认真分析各系统产品的价格、功能、稳定性和可靠性，依据可靠性高、性价比高的原则，采用主流产品；按系统整体安全性高、性能稳定、可维护性故障少、系统操作简单的原则进行系统集成。总之要体现先进实用、操作方便、自动化程度高、安全可靠的总体设计思想。6.2 设计原则 在视频监控系统时，主要遵循体现以下几个特性：（）先进性：严格按照国家有关规定，结合具体情况，用最佳设计方案，采用先进成熟的技术设备和材料，既满足当前的需求，又兼顾未来高速的数据传输需要，使整个系统在一段时期内保持先进性和良好的扩展性，以适应未来信息产业业务的发展和技术升级的需要。（）规范性：视频监控工程，是一个先进复杂的综合性系统工程，从系统设计开始，包括施工、安装、调试直到最后验收的全过程,都应严格按照国家有关的标准和规范，作好系统的标准化设计和管理工作。最后提交正规的测试验收报告及全套施工图纸和技术资料供使用方存档。执行的主要规范内容包括中华人民共和国国家标准、中华人民共和国公共安全行业标准。（）实用性和可扩充性：在设计本监控系统方案的同时，应充分考虑到目前需要和将来长远利益。首先满足其基本功能需要，达到经济实用的要求，又应充分考虑今后的发展需要，具有可扩充性，充分保护现有的投资，而且具有较高的性价比。系统的建设要严格按照国家、地方和行业的有关标准与规范。在没有标准与规范的情况下，要参照国家、地方和行业的相关标准与规范，制订相应的标准与规范。系统的分析、设计、实现和测试要严格按照软件工程标准和规范，并尽可能采用开放技术和国际主流产品，以确保系统符合国际上各种开放标准。（）可靠性：视频监控系统的建设，直接影响着使用效果、外部形象及投资回报，因此系统设计必须安全、可靠，本方案已充分考虑采用成熟的技术和产品，在设备选型和系统的设计中采用最优化的方案。并从线路敷设、设备安装、系统调试服务等方面，充分满足可靠性的要求。（5）应用的广泛性：为了提供使用者(在过程监视中，一般指管理人员及各级领导者)的监视区域(生产区域)以外场所的远程监视的需要，只需在现有的机器上安装应用软件或直接使用标准浏览器（不需任何安装），即可实现此需求。6.3系统功能构成 本套视频监控系统由视频监控、录制和视频回放两大功能模块构成。为防止其它非管理人员随意的进入、退出系统，随意的对一些摄像头参数进行修改，设计时在这两个模块中加入了一个权限加密模块。其中视频监控录制模块不但可以用来实现摄像头的图像预览，以及视频的存储等功能，而且视频监控录制模块中还可以对预览图像的大小、摄像头所采集到的视频信息的存储大小，摄像头的亮度、曝光度和颜色等进行设置。而且在视频监控录制模块为了不让其他人员随意的更改这些设置和随意的退出本套系统还应在本模块中加入权限设置密码。而在回放系统中为了不让其他非管理人员随意对历史的视频信息进行浏览，因此，在进入回放系统之前应设置一权限密码，若密码不正确者不能进入到回放系统中。本套视频监控系统的特点主要有以下的两个方面：（1）监控功能具备2屏同时预览功能；用户权限密码管理，保证系统安全；视频信号的丢失报警；对视频信号进行高密度的压缩处理和记录处理；按钮式管理界面，使用方便；能实现对历史纪录的查找和回放；WindowsXP操作系统，系统更加稳定可靠。（2）存储功能:可以支持两个IDE硬盘，每个IDE硬盘的容量可达120GB；硬盘文件系统同DOS兼容，可以在PC平台上操作；硬盘上文件可以选择循环记录和非循环记录；管理主机可以通过网络播放网络硬盘录像机上记录的文件；6.4视频监控系统内容结构 视频信号处理部分应包括以下主要内容：在监控点设置视频信号采集用的摄像头；将摄像头摄取的视频信号通过视频电缆联入从事监控活动工作的控制室；在各个控制室利用视频分频设备及信号放大设备将视频信号分频放大处理后，一组信号用于现场的视频监控使用，另外的信号向其它控制室或调度室的信号提供；现场监控用的信号通过画面分割器或矩阵控制器与工业用电视监视器相连，完成现场的视频信息的监控目的。在调度室利用视