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智能建筑设备控制技术,主讲教师：沈滢,教室：甲1-401/周一，3、4 A1-201/周三，3、4，周四，1、2,2,3,第1章 建筑设备自动化概述,本章主要内容： 1.1 智能建筑的基本概念 1.2 智能建筑的组成及核心技术 1.3 建筑设备自动化系统 1.4 建筑设备自动化的发展,2,3,1.1智能建筑的基本概念,1.1.1 智能建筑(Intelligent Building, IB),1.公共建筑：高级商务办公楼、高级住宅、商场、医院、 图书馆、博物馆、体育场馆、机场、车站等 2.智能住宅小区,1984年美国,1990年我国,2,3,1.1.2 智能建筑的定义,1.1智能建筑的基本概念,美国： 通过优化其结构、系统、服务、管理四个基本要素及其相互关系来提供一个投资合理，又拥有高效优质的服务，使人们工作和生活舒适便利的环境。,欧洲： 创造一种可以使住户有最大效率环境的建筑，同时该建筑可以使之有效地管理资源，而在硬件设备方面的寿命成本最小。,2,3,1.1.2 智能建筑的定义,1.1智能建筑的基本概念,日本： 1)作为收发信息和辅助管理效率的轨迹； 2)确保在建筑里工作的人们满意和便利； 3)建筑管理合理化，以便用低廉的成本，提供更周到的管理服务； 4)针对变化的社会环境、复杂多样化的办公，以及主动地经营策略，做出快速灵活经济的响应。,2,3,1.1.2 智能建筑的定义,1.1智能建筑的基本概念,新加坡： 1)具有保安、消防与环境控制等自动化控制系统，以及自动调节大厦内的温度、湿度、灯光等参数的各种设施，以创造舒适、安全的环境； 2)具有良好的通信网络设施，使信息能在建筑物内传输和共享； 3)能够提供足够的对外通信设施与能力。,2,3,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。,1.1.2 智能建筑的定义,1.1智能建筑的基本概念,我国：,2,主要表现在：,1.1智能建筑的基本概念,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。,（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。,2,3,1.1.4智能建筑的类型（用途）,1.1智能建筑的基本概念,1.智能办公、商用大楼,2.智能建筑群（广场）,3.智能化住宅,4.智能化小区,2,3,1.1智能建筑的基本概念,1.1.5智能建筑的功能,（1）舒适功能,（2）安全功能,（3）便捷功能,2,3,1.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),2,3,(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。卫星通信、光纤通信、数据通信、计算机网络通信、移动通信等。 (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)与多媒体技术的结合。,1.智能建筑的组成及核心技术,1.2.1智能建筑的核心技术,2,3,1.智能建筑的组成及核心技术,1.2.2建筑智能化系统的组成,1.建筑设备自动化系统BAS,1)建筑设备监控系统 电力、照明、空调、给排水 2)安全防范系统SAS 3)消防报警系统FAS,2,3,1.智能建筑的组成及核心技术,2.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。,（1）通用办公自动化系统,（2）专用办公自动化系统,1.2.2建筑智能化系统的组成,2,3,1.智能建筑的组成及核心技术,3.通信网络系统CNS（Communication Network System）,通信系统 计算机网络 接入系统,1.2.2建筑智能化系统的组成,三者需通过综合布线系统GCS （Generic Cabling System）和 计算机网络技术进行有机集成 （俗称大3A集成），是以管理 为目的所做的管理信息集成。,1.智能建筑的组成及核心技术,1.2.2建筑智能化系统的组成,1.3 建筑设备自动化系统,1.3.1 建筑设备自动化系统的功能,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。,（1）设备监控与管理,（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 BAS的范围及内容,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 2)故障、异常监视 3)火灾监视 4)暖通空调系统的监视,1.3.3 BAS的自动测量、监测与控制,3.BAS的自动控制,1.3.3 BAS的自动测量、监测与控制,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现状,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,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。,1.4.1 历史与现状,为了提高控制系统的可靠性，克服计算机集中控制危险集中的致命弱点，提出了一种新的控制思想危险分散，管理集中。 80年代：出现采用微型计算机的分布式控制系统(DCS) DCS是一种管理控制的模式，实质是集中管理，分散控制。,分布式控制系统向现场总线控制系统的结构模式过渡。,1.4.1 历史与现状,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互连网络技术的推动下，控制系统要向体系结构的开放性网络互连方向发展。 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。,根据美国公布的21世纪的技术：计算机、信息和通信 研究报告书，21世纪BAS应具备：,LongWork和BACnet的组合方案,1.4.2 建筑设备自动化技术的发展趋势,（3）智能卡技术体积小、存储容量大、携带与使用方便、安全性与可靠性好、一卡多用。,（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，进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理。,1.4.2 建筑设备自动化技术的发展趋势,（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。,第2章 计算机控制系统与通信网络结构,主要内容： 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 2.1.2 计算机通信网络技术 2.2 建筑设备自动化控制系统的集成技术 2.2.1 智能建筑系统集成的内容 2.2.2 智能建筑系统集成的模式 2.2.3 智能建筑的综合布线技术,2.1.1 计算机控制技术,1.计算机控制系统的基本原理,（1）组成：计算机控制系统一般由计算机、D/A 转换器、执行器、被控对象、测量变送器和A/D转 换器组成，是闭环负反馈系统。,（2）计算机控制系统的控制过程,数据采集 控制,上述过程循环往复，使得被控参数按照指定的规律变化，满足要求。同时对被控参数的变化范围和设备的运行状态实时监督，一旦发生越限或异常情况，声光报警，迅速采取应急措施做出回应，防止事故的发生或扩大。,2.计算机控制系统的组成,(1)硬件部分 主要包括:1)主机 2)外围设备 3)过程输入输出通道 4)人机交互设备 5)通信设备,3)过程输入输出通道 模拟量输入通道（AI） 作用：标准电流信号010mADC或420mADC转变为二进制数字信号,经接口送与计算机。,I/V（电流/电压）变换器： 将测量变送器输出的010mADC或420mADC变换为05VDC、010VDC或15VDC满足A/D转换器的输入量程信号需要。 多路开关（Multiplex）： 将各个输入信号依次地连接到公用放大器或A/D转换器上。,采样保持器： 按照一定的时间间隔T（采样时间）把时间和幅值上均连续的模拟电压信号，转变为在离散时刻0、T、2T、kT的离散电压信号，在时间上是离散的，但在幅值上仍是连续的。采样宽度表示采样开关的闭合时间。,A/D转换器： 基于双斜积分式或逐次比较式的转换方法将模拟量转换成数字量（二进制数字信号）。 主要技术指标： 转换时间 分辨率 线性误差,数字量输入通道（DI）： 作用：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。 组成：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.,模拟量输出通道（AO） 作用：把计算机输出的控制指令（数字量形式）转换成模拟电流信号，以便驱动相应的执行器，产生调节作用克服各种干扰对被控参数的影响，保证被控参数按照指定的规律变化，满足要求。 组成：主要由接口电路、D/A转换器、输出保持器和V/I转换器等组成。,D/A转换器：数字量转换为模拟量。 D/A转换器的输出电压或电流信号与二进制数和参考电压成比例。 输出保持器：将D/A转换器输出的离散模拟量信号变成连续模拟量信号，在新的控制信号到来之前，维持本次控制信号不变。 V/I转换器：即电压/电流转换器，对于电压型D/A转换器而言，将其电压输出信号转换为010mADC或420mADC，去控制电动角行程（DKJ）或电动直行程（DKZ）执行器，产生连续调节作用或通过变频器控制电机的转速。,数字量输出通道（DO） 组成：主要由输出寄存器、输出地址译码器和输出驱动器等组成。,4）人机交互设备 作用：操作员与计算机之间的信息交流是通过人机交互设备进行的。例如键盘、显示器、操作面板或操作台等。 功能：显示设备的状态、显示操作的结果、供操作人员操作。,5) 通信设备 一是计算机系统内部的通信设备内总线通信设备 主要用于计算机系统内部各器件之间的通信 二是计算机系统之间的通信设备外总线通信设备或网络通信设备 主要用于计算机自动控制系统之间的通信。,(2)软件部分,按照使用的语言划分:机器语言、汇编语言和高级语言； 按其功能划分：系统软件、应用软件等。,3.计算机控制系统的分类 （1）操作指导控制系统,特点：该系统属于开环控制结构，即自动检测人工调节。结构简单，控制灵活、安全，尤其适用于被控对象的数学模型不明确或试验新的控制系统。但仍需要人工参与操作，效率不高，不能同时控制多个对象。,（2）直接数字控制系统（DDC）: 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。,（3）计算机监督系统（SCC） -（Supervisory Computer Control） 采用两级计算机模式。 SCC用计算机按照描述生产过程的数学模型和反映生产过程的参数信息，实时计算出最佳设定值送与DDC计算机或模拟控制器。 由DDC计算机或模拟控制器根据实时采集的数据信息，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，使被控参数完按照工艺要求的规律变化，确保生产工况处于最优状态。,SCC系统的结构形式: SCCDDC控制系统 SCC模拟调节器控制系统。,SCCDDC控制系统,4）分布式控制系统（DCS）（Distributed Control System）又称集散控制系统。它采用分散控制、集中操作、分级管理、综合协调的设计原则，从下到上将系统分为现场控制层、监控层、管理层。,现场控制层:主要完成DDC的功能； 监控层:主要完成SCC的功能； 管理层:完成范围更广，层次更高的管理、控制、协调的功能。,1）现场I/O控制站（现场控制机）。 基于“分解原理”，将复杂的被控对象分解为n个简单子对象分别实施相应的控制。只要n个子对象的控制指标满足要求，则整个复杂被控对象的控制指标也就满足工艺的要求。,现场I/O控制站的主要功能： 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)。,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 组成:工业微机、键盘、鼠标器、CRT和操作控制台 作用： 是实现人-机界面功能的网络节点，使操作人员及时了解现场工况、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生及其声光报警、连锁保护动作等。 可以通过输入设备（如键盘、鼠标器）对生产过程进行调控，确保安全生产、优质高产、节能降耗。,3）工程师站 主要对DCS进行离线的配置、组态，在线的系统监控和维护网络节点的工作。系统工程师通过它可以及时调整系统的配置、参数设定，从而使DCS处于最佳的工作状态之下。 对各个现场I/O控制站、各个操作员站的运行状态和网络的通信情况等进行实时监控。一旦发现异常，报知系统工程师及时采取相应的措施，进行调整或维修，保证DCS能够连续、正常运行，不会因此对生产过程造成损失。,4）DCS的通信网络 基本结构是计算机网络，面向被控对象的现场I/O控制站、面向操作人员的操作站、面向监控管理人员的工程师站都是连接在这个网络上的三类节点，均包括CPU和网络接口等，也都具有自己特定的网络地址，可以通过网络发送和接受数据信息。 网络中的各节点地位平等、资源共享、且相互独立，形成信息集中、控制和危险分散、可靠性提高的功能结构。,DCS的网络结构还具有极强的扩充性，能够方便、灵活地满足DCS的升级和扩充要求。 DCS的通信网络是一个计算机控制网络，不同于普通的计算机网络，要满足良好的实时性、较高的安全性、可靠性和较强的环境适应性的特殊要求。 计算机网络常用的拓扑结构： 星形（Star）、总线形（Bus）、环形（Ring） DCS是半数字化系统。现场I/O控制站的控制器与现场传感器、执行器的测控信号仍为模拟信号。,（5）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。用于连接现场智能仪表，全部采用数字信号传输。因此FCS是全数字化系统。 应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。,现场总线控制系统的基本组成 现场智能节点（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的智能仪表） 管理计算机 满足系统通讯的计算机网络,现场总线控制系统的特点 现场通信网络。 现场设备互连。 互操作性。 分散的系统结构。 开放式互连网络。 通信线供电。,（6）建筑物自动化系统的现场总线 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。, 局部操作网络LonWorks（Local Operating Network） 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。它采用了OSI参考模型全部的七层协议结构。 LonWorks技术的核心是具备通信和控制功能的Neuron芯片。其最大优点是完全的开放性、高可靠性和低成本，适合现场DDC的互操作。, 过程现场总线PROFIBUS（Process Field Bus） 符合德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50179的现场总线，它也只采用了OSI模型的物理层、数据链路层、应用层。 PROFIBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。 主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的主站，可向从站发送、获取信息。,控制局域网络CAN（Control Area Network） 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。CAN是一种对等式（Peer to Peer）的现场总线，采用了ISO/OSI开放系统互连参考模型的物理层、数据链路层和应用层。,可寻址远程传感器高速通道HART（Highway Addressable Remote Transducer） 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420mADC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。HART采用ISO/OSI开放系统互连参考模型的物理层、数据链路层和应用层。 支持总线供电，本质安全。使用双绞线，传输距离一般可达1500m。,（7）计算机集成制造系统CIMS（Computer Integration Manufacture System） CIMS承担着面向过程控制和优化的任务； 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。,2.1.2 计算机通信网络技术,组成： 负责信息处理的资源子网向网络提供可以使用的 资源（如微机、工作站、主机、工控机等）； 承担信息传递的通信子网利用通信媒质（如电缆、 光纤、微波、红外线等）传递信息。,1.计算机通信技术 消息：关于数据、文字、图像和语音等的称谓。 信息：包含在消息中的新内容。 信号：指信息的载体与表现形式（如电、光、声音等），是随时间变化的物理量。根据不同的角度，分为连续时间和离散时间信号、模拟信号和数字信号、周期信号和非周期信号。,通信的目的：传递信息。 信源：产生和发送信息的设备 信宿：接受信息的设备 信道：它们之间的通信线路 噪声：信号在传递过程中可能受到的各种干扰,数据通信方式： 并行传输 串行传输 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。 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、航海无线通讯和对讲机通讯。 全双工（Full Duplex）。信源和信宿可同时发送和 接受数据信息，要求信道具备满足双向通信的双倍带宽。 如电话通信,2.计算机网络的拓扑结构及其分类 (1)拓扑结构 星形拓扑,总线形拓扑,环形拓扑,树形拓扑,星环形拓扑,从信息传送的实时性方面来说，星形（Star）网是最好的，但各个节点之间的通信必须经过中央节点进行，存在“瓶颈”问题，使得危险性增大，不符合DCS较高的安全性和可靠性的要求。因此，目前应用最广的网络结构是总线形（Bus）网和环形（Ring）网。在这两种网络结构中，各个节点地位平等，它们之间的通信均可通过网络直接进行。,（2）分类 1）计算机网络按照距离分为： 局域网（LAN：Local Area Network） 广域网（WAN：Wide Area Network） 城域网（MAN：Metropolitan Area Network） 2）计算机网络按照传输媒体分为： 有线网：它使用导向型传输媒体来发送信息。 无线网：它使用非导向型传输媒体来进行通信。,3）计算机网络按照数据交换方式分为： 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。 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。,3.开放系统互连参考模型,OSI参考模型,协议（Protocol）：关于信息交换的术语。 通信协议：通信双方（信源和信宿）必须共同遵守规则的集合，它由语法、语义和定时三部分组成。 语法：确定协议元素的格式（即规定通信双方彼此“如何讲”）； 语义：确定协议元素的类型（即规定通信双方彼此“讲什么”）； 定时：规定了信息交换的次序。,在OSI参考模型中，各层的数据传输单位 物理层： 比特或位； 数据链路层：帧 网络层： 分组 传输层： 数据报 会话层： 数据包 表示层： 数据包 应用层： 报文,OSI参考模型各层的功能简介 物理层（Physical Layer）： 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）。 将比特流送到物理媒体上传送，即相当于：对上一层的每一步怎样利用物理媒体？,数据链路层（Data Link Layer） 主要任务：提供一种可靠的、通过传输媒体传输数据的方法。是在链路上无差错地传送帧，即相当于：每一步应该怎样走？,网络层（Network Layer）： 主要承担把信息从一个网络节点传送到另一个网络节点。若两个网络节点分别处在不同的网络，网络层将决定数据信息通过哪个途径到达目标节点（即路由的选择）。它具有路由选择、流量控制、定址及寻址等功能。 分组传送和路由选择，即相当于：走哪一条路可到达该处？,传输层（Transport Layer） 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。 从端到端经网络透明地传送报文，即相当于：对方在何处？ OSI参考模型的前四层提供了良好的数据通路和可靠的数据交换手段。,会话层（Session Layer）： 网络设备之间的会话就是基于传输连接基础和通信协议，通过建立会话连接服务来进行网络设备会话层之间的通信。 会话的管理与数据传输的同步，即相当于：轮到谁讲话和从何处讲？,表示层（Presentation Layer）： 负责处理传输数据的格式、语法、语义的问题。 负责所传送数据的压缩/解压缩、加密/解密等问题。 数据格式的转换，即相当于：对方看起来象什么？,应用层（Application Layer） 用户的应用程序和网络的接口。为用户直接提供各种网络应用服务，如文件传输、电子邮件、远程登录等。 应用层负责将一些应用程序经常使用的该层服务、功能以及相关的协议进行标准化。如HTTP协议、FTP协议、SMTP（E-mail）协议等。 与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？,4. TCP/IP协议 TCP/IP协议（传输控制协议/网际互联协议）一系列协议集合的总称，TCP/IP协议 主要用于Internet（因特网）的数据交换。,（1）TCP（Transmission Control Protocol） 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。它将数据分为许多的数据报，每个数据报均独立地进行传输，因此导致每个数据报传输的途径不尽相同，可能出现数据报到达目标的时序混乱或重复传送的问题；而且IP对数据报的传输途径不跟踪、对数据报不进行排序，所以IP是一种不可靠的、无连接的分组数据报协议。它将所有的网络视为同等，负责将数据从信源发送到信宿。,（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）: 负责通过物理网络（指点对点的链接线路、局域网、城域网、广域网）传送IP数据报，或将接受到的帧转化成IP数据报并交给网络层。,网络层: 定义了IP数据报的格式，使得IP数据报经由任何网络，独立地传向目标。同时，该层还要处理路由选择、流量控制等问题,传输层: 它提供可靠的、端到端的数据传输服务，确保信源传送的数据报能够准确地到达信宿。其中TCP是一个面向连接的、可靠的传输协议；UDP（用户数据报协议）则是一个不可靠的、无连接的协议，主要用于要求传输速率比准确性更高的报文。,应用层: 它的作用相当于OSI参考模型的会话层、表示层和应用层的综合，向用户提供一系列的流行应用程序，如电子邮件、文件传输、远程登陆等。它包含了TCP/IP协议中所有的高层协议，如HTTP协议、FTP协议、SMTP（E-mail）协议、DNS服务等。 其中，TCP和UDP（User Diagram Protocol）定义在传输层；物理层/数据链路层的协议由底层网络定义；IP主要在网络层使用。,5.BACnet（Binary-Analog Conversion net）通信协议 （1）BACnet数据通信协议的体系结构 物理层、数据链路层、网络层和应用层,表2-1 BACnet数据通信协议的体系结构与OSIRM比较,(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。 (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。 BACnet设备通过LAN传送符合BACnet标准的二进制码信息。尽管Ethernet（10100Mbit/s）、ARCnet（0.1510 Mbit/s）、MS/TP （9.678.4 kbit/s）、LonTalk（4.81250 kbit/s）和PTP的拓扑结构、价格性能不同，但它们均可通过路由器构成BACnet“互联网”。基于工程实用的灵活性，BACnet数据通信协议没有严格规定LAN互联的拓扑结构。,（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。 需要在BACnet中引入分组装拆器（PAD，Packet Assembler Dissembler）或服务进行BACnet/IP通信。,6. LonTalk协议 （1）LonWorks组成： 1）LonWorks节点和路由器。LonWorks节点主要包括CPU、I/O处理单元、通信处理器、收发器和电源。 2）LonTalk协议。 3）LonWorks收发器。 4）LonWorks网络和节点开发工具。,（2）LonWorks技术具有以下优点： 1）网络结构灵活、组网方便 支持多种网络拓扑形式，包括总线型、星型、树型、自由拓扑型等，这样可适应复杂的现场环境，方便现场布线； 2）支持多种传输介质 双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等。 3）完善的开发工具 提供完善的系统开发环境，采用开放的NEURONC语言，它是ANSIC语言的扩展；,4）无主的网络系统 LonWorks网络中各节点的地位相同，网络管理可设在任一节点处，并可安装多个网络管理器； 5）开发LonWorks网络节点的时间较短，也易于维护 LonWorks采用的LonTMk协议固化在Echelon公司的Neuron芯片中，这样可以节省开发LonWorks网络节点的时间，也方便维护。,LonTalk与OSI的七层协议比较,7.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。它由两根相互绝缘的、有规则的导线（铜线或镀铜的钢线）按照螺旋状绞合在一起，该种结构能一定程度地减少线对之间的电磁干扰和外部噪声干扰，其中一对线对起到一条通信链路的作用。 屏蔽型（STP）:采用金属网或金属包皮包裹双绞线，抗干扰力强，数据传输速率高，但价格较贵且需要配置相应的连接器； 非屏蔽型（UTP）:相对直径小，使用方便灵活且价廉，但易受干扰，安全性差。,非屏蔽型双绞线电缆的结构,（2）同轴电缆 同轴电缆（Coaxial Cable） 它由内、外两个导体组成：内层导体（单股实心线或绞合线，材质一般为铜）位于外层导体的中轴上，被一层绝缘体包裹者；外层导体是金属网或金属包皮，同样被另一层绝缘体包裹者。同轴电缆的最外层是能够起保护作用的塑料外皮。,（3）光纤 光纤（Fiber） 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2125mm，材质为玻璃或塑料。纤芯的外层裹有一个包层，它由折射率比纤芯小的材料制成。在光纤的最外层则是起保护作用的护套，它使得纤芯和包层免受温湿度的变化、弯曲、擦伤等带来的危害。,2）传输特性 原理：光纤利用全内反射（全部折射到内部媒体，即一点也不向周围媒体折射）来传输经信号编码的光束。 光源：发光二级管（LED）和注入式激光二级管（ILD）。LED是在加电流后能发光的固态器件。ILD是根据被激发的量子电子效应能产生窄带光束的激光原理工作的固态器件。 在接收端用来将光信号变换成电信号的检测器是光电二极管。一般用光的有、无表示二进制的“0”、 “1”。,3）优点： 光缆信息容量大 光缆信号传输衰减小 光缆耐辐射,（4）地面微波传输 （5）卫星微波通信 （6）红外线传输,8.互联设备 作用：网络互连要通过一个中间设备（或中间系 统）， ISO称之为中继系统。,（1）转发器（Repeater,包括中继器、集线器）： 作用：是一种底层设备，作用在物理层。它将网段上的衰减信号进行放大、整形成为标准信号，然后将其转发到其它网段上。 特点：转发器形式简单，安装方便，价格低廉。它起到延长电缆的长度，扩展网段距离的作用（扩展局域网）。,（2）网桥（Bridge） 作用：在数据链路层。它在相同或不同的的局域网之间存储、过滤和转发帧，提供数据链路层上的协议 转换。 （扩展局域网）,（3）路由器（Router） 作用：作用在网络层。提供网络层上的协议转换，在不同的网络之间存储、转发分组，用于连接多个逻辑上分开的网络（即单独的网络或一个子网）。,特点：适用于规模大的复杂网络、路由选择、安全性高、充分隔离不必要的流量和网络能力管理强等优点；但价格高，安装复杂。,半路由器是将两个网络通过广域网（例如：公共电话网）进行连接的设备,（4）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。,分类：运输层网关和应用层网关。 运输层网关在运输层连接两个网络； 应用层网关在应用层连接两个网络相应的应用程序。 网关可以连接不同协议的网络，即可实现LAN互联，又可用于WAN互联。,B网桥 RUT路由器 R中继器 1/2 RUT半路由器,BACnet 网际网结构,2.2建筑设备自动化控制系统的集成技术,2.2.1 智能建筑系统集成的内容 2.2.2 智能建筑系统集成的模式 2.2.3 智能建筑的综合布线技术,1.智能建筑系统集成的内容主要包括,（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： 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 BAS、OAS、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、OAS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。,4.子系统集成,指对OAS、CNS及BAS 3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