秋智能建筑设备控制技术教案沈滢

智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐1智能建筑设备控制技术课程教案前 言一、 重要性作为一门专业技术，智能建筑设备控制技术课程涉及到电气工程专业、通信专业和智能专业的多门专业基础课，如电子技术、自动控制技术、计算机及网络技术，通信技术和系统工程技术等，通过该门课程的学习，应使学生在学习智能建筑设备控制技术的同时，复习、巩固上述各门课程的相关知识，掌握综合运用所学知识解决实际问题的方法和技能。二、 本课主要内容建筑设备自动化概述；计算机控制系统与通信网络结构；建筑设备自动化中的监控设备；空气处理设备的控制；集中空调冷热源与空调水系统的监控；供热系统的控制与建筑设备自动化系统的故障诊断等。三、 如何学好该课程要学好这门课程主要把握几个环节：1、 知识的连续性，一环扣一环，及时消化理解；2、 要掌握好电路、电机拖动及模拟电子技术方面的知识；3、 加强作业练习，作好课堂笔记；4、 利用好答疑时间，发现问题及时解决；四、参考书1建筑设备自动化 李春旺 华中科技大学出版社， 2010.22智能建筑自动化技术 胡崇岳 机械工业出版社，1999.63 智能建筑 张瑞武 清华大学出版社，1996.8 4楼宇智能化技术 张振昭 机械工业出版社，1999.5五、学时分配（32 学时） （根据讲课内容原书章节顺序有所改动）章 讲课内容 学时1 建筑设备自动化概述 22 计算机控制系统与通信网络结构 83 建筑设备自动化中的监控设备 44 空气处理设备的控制 4智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐25 集中空调冷热源与空调水系统的监控 46 给排水监控、电气设备、火灾报警等监测与控制 47 住宅小区智能化系统 28 建筑设备自动化系统的故障诊断 2测验 2合计 32六、本课程自学内容1、施工与管理（2 学时）提纲：相关设计、安装、调试与验收。要求：了解施工的全过程。所需知识：设计、验收的规范和标准。2、运行与维护（2 学时）提纲：（1）物业管理的概述。（2）现代维护理论概述。要求：掌握运行与维护管理的特点和基本方法。所需知识：现代维护理论的基本概念。七、学科前沿知识1、国内外信息技术的发展状况，神经网络、模糊控制等智能控制技术的结合的控制技术特点。2、智能建筑的节能与管理的主要思想及最新发展动态。八、成绩考核平时成绩 30 分，平时测验 10 分，期末考试 60 分。其中平时成绩：作业 10 分、课堂笔记 10 分、出勤 10 分。九、教案书写说明：1、带有下划线的为板书内容；2、思考题一部分是作业题，一部分是课堂讨论题；3、多媒体教学中，部分内容没有列入教案；4、课堂讨论主要以习题课为主。智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐3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P14 3、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(Intelligent Building)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、系智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐4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。智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐5(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(Distributed Control System)，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(Building Automation System)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(Security Automation System)。3)火灾自动报警与消防联动系统 FAS(Fire Automation System)。(2)通信网络系统 CNS(Communication Network System) 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。智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐6(3)办公自动化系统 OAS(Office Automation System) 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。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。OASBAS智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐71.3.2 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。1.3.3 BAS 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，该系统由火灾探测智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐8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（Direct Digital Control） ；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、可扩展性和智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐9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 1-5 LonWorks 和 BACnet 的组合方案智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐10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P64 1、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智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐11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。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 DC 010mA 或 DC 420mA 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。智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐12图 2-3 模拟量输入通道的组成图 2-4 信号的采样过程数字量输入通道(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智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐13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智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐14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(Direct Digital Control)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智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐15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 2-13 DDC 控制系统原理图(3)计算机监控系统 计算机监控(SCC，Supervisory Computer Control)系统采用两级计算机模式。图 2-14 SCC+DDC 控制系统原理图(4)分布式控制系统(DCS) 分布式控制系统(Distributed Control System)又称集散控制系统。图 2-15 DCS 控制系统原理图1)现场 I/O 控制站。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、智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐16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)。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。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-bus Control System)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 2-16 FCS 控制系统原理图2)现场总线控制系统的特点。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 DC 420mA 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。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。智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐17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。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。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。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(Foundation Field-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(Local Operating Network)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(Process Field Bus)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(Control Area Network)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。智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐185)可寻址远程传感器高速通道 HART(Highway Addressable Remote Transducer)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 DC 420mA 的模拟信号上叠加 Bell202 标准的双频信号(1200 Hz 和2200Hz)实现了数字信号通信。图 2-17 CIMS 控制系统原理图(7)计算机集成制造系统 CIMS(Computer Integration Manufacture System) 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。智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐19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P193 1-2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 (Half Duplex) 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 (Full Duplex) 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。智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐200000111()sin()cos()cos()nnngtatbtaAt， ，0)Ttd002iTngttd 002)Tnbgttd，2nAabarctnb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 总线型拓扑结构智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐213)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，Local Area Network)：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，Wide Area Network)：它是利用公共远程通信设施，实现用智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐22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，Metropolitan Area Network)城域网的覆盖范围在局域网和广域网之间，一般为 550km。(2)按照传输媒体分类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(Physical Layer) 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 (Data Link Layer) 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 (Network Layer) 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(Transport Layer) 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 (Session Layer) OSI 参考模型的第 5 层是会话层。(6)表示层 (Presentation Layer) 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 (Application Layer) 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智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐23图2-25 OSI 参考模型(1)TCP(Transmission Control Protocol) 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(Internet Protocol) IP 以数据报的形式传输数据。(3)TCP/IP TCP/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 2-1 BACnet 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）ISO88022（IEEE8022） MS/TP PTP LonTalk 链 数据链路层（2）智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐24路层ISO88022（IEEE8023）ARCnet EIA485 EIA232 LonTalk 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 2-2 BACnet 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（Analog Input ） 传感器输入模拟输出（Analog Output） 控制输出模拟值（Analog Value） 模拟控制系统参数数字输入（Binary Input ） 开关输入数字输出（Binary Output） 继电器输出数字值（Binary Value） 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（Event Enrollment） 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 协议智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐25(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 5002700m;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)LonTalk LonWorks 技术所使用的通信协议称为 LonTalk。表 2-3 LonTalk 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 处理器链路层 帧结构 帧结构，数据解码，CRC 错误检查2 链路层MAC 子层 媒体访问 P预测 CSMA，碰撞规避，优先级，碰撞检测MAC 处理器1 物理层 电路连接 介质，电气接口 MAC 处理器XCVA智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐268.计算机网络的传输媒体(1)双绞线 双绞线 (Twisted Pair)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(Coaxial Cable)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 2125m，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 1000km 以上，中继器的间隔较大。3)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，作用智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐27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。第四讲智能建筑设备控制技术 教材：建筑设备自动化，中国建筑工业出版社，主编：董春桥 主讲：张锐28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P220