智能大厦概述及自动化系统PPT课件.ppt

智能化和电气自动化培训 主讲 张建华 盖巧玲 刘春芹山东安泰智能工程有限公司 智能化和电气自动化培训概述 智能化系统1 建筑智能化系统 智能大厦 2 住宅小区智能化系统电气自动化系统 智能大厦 建筑智能化系统 概述 1 智能大厦的发展及定义2 智能大厦的构成3 培训内容 智能大厦 概述 智能大厦的发展1984年1月 世界上第一座智能大厦建成 美国康涅狄格州市政大楼20世纪90年代初 智能建筑的概念开始在中国传播 并很快升温 智能大厦 智能小区 或 智能家居 等词语频见广告 报刊 智能大厦 概述 我国智能大厦的发展历程80年代末 结构化综合布线系统90年代 楼宇自动化系统开始普遍地应用2000年以后 智能小区迅速发展系统集成开始应用 智能大厦 概述 智能大厦的定义 通过对建筑物的四个基本要素 即结构 系统 服务和管理以及它们之间的内在联系 以最优化的设计 采用最先进的计算机技术 Computer 控制技术 Control 通信技术 Communication 和图形显示技术 CRT 的所谓4C技术 建立一个由计算机系统管理的一体化集成系统 提供一个投资合理 又拥有高效 幽雅 舒适 便利 快捷 高度安全的环境空间 概括 舒适 高效 安全 快捷 智能大厦 概述 智能大厦的构成建筑设备监控 自动化 系统 BAS 火灾自动报警及消防联动系统 FAS BAS安全防范自动化系统 SAS 办公自动化系统 OAS 通信自动化系统 CAS 系统集成 ISI 综合布线系统 GCS 3A型或5A型智能建筑 8 建筑智能化系统构成图 智能大厦 概述 国家有关标准和规范智能建筑设计标准GB T50314 2000建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范GB T50311 2000智能与建筑群综合布线系统工程验收规范GB T50312 2000智能建筑工程质量验收规范GB T50339 2003智能建筑工程建设标准DBJ14 S5 2004 本次讲座主要内容 自动化系统构成及常用设备综合布线系统建筑设备监控系统安全防范自动化系统1 电视监控系统2 防盗报警系统3 电子巡更系统4 门禁一卡通系统5 停车场管理系统办公自动化系统 计算机网络系统 通信自动化系统1 有线电视系统2 会议系统住宅小区智能化系统建筑智能化系统设计实例介绍 自动化系统构成及常用设备 自动化控制理论与技术 自控系统发展过程60年代 仪表化与局部自动化70年代 单元组合仪表 专用计算机进行控制80年代 由计算机集中管理 控制 集散控制 自控理论与技术 自控系统的构成 1 开环控制 程序控制 时间控制闭环控制 负反馈控制 24度25度 自控理论与技术 自控系统的构成 2 通过测量元件对被控对象的被控参数进行测量 与给定值进行比较 如有偏差 控制器就产生控制信息驱动执行机构工作 直到被控参数值满足预订要求为止 测量元件 传感器 温度 湿度 流量等执行器接触器 电磁阀 电动调节阀控制器常规仪表 计算机 自控理论与技术 自控理论与技术 计算机控制系统计算机来代替上图 控制器 称为 DDC在计算机控制器中有模拟输入和模拟输出接口 连续变化的量 数字输入和数字输出接口 开关量 A D转换器 将模拟量转成数字量D A转换器 将数字量转成模拟量1 模拟量输入电阻信号0 10V4 20mA2 模拟量输出0 10V4 20mA3 数字量输入干触点4 数字量输出干触点继电器5 脉冲量输入计数如电量计量 控制系统分类 仪表类1 气动仪表2 基地式调节仪表3 电动单元组合仪表电动II型 0 10mA 电动III型 4 20mA 4 组件组装式仪表计算机类1 通用性 PLC 2 专用型 行业 如 民用建筑 3 集散控制系统 DCS 如 电厂 化工厂 气动仪表 电动仪表 基地式仪表 电动单元组合仪表 八大类1 变送单元 被测参数转换成0 10mA或4 20mA 2 调节单元 控制器 3 执行单元 操作阀门 挡板 4 显示单元 各种参数 5 计算单元 等 6 给定单元 设定参数 7 转换单元 电 气转换 气 电转换 8 辅助单元 报警器 限幅器 手操器等 组件组装式仪表 通用型控制器 以西门子S7系列为例 通用型控制器 通用型控制器 集散控制系统 针对 集中控制 而言是计算机技术 信号处理技术 通信网络技术高度发展的产物 它是传统控制技术与先进的计算机技术的结合由集中管理 分散控制和通信部分组成 集散控制系统 集散型控制系统的基本组成集中管理 中央计算机及相关软件分散控制 现场控制器通讯 集散控制系统 集散型控制系统基本组成 集散控制系统 集散控制系统网络通常由三级组成 二级 第一级为现场控制级数据采集 直接控制 设备状态监测 系统测试与诊断第二级为监控级优化控制 协调控制 系统运行参数监视第三级为系统管理级作为企业管理系统 MIS 的一个分单元 集散控制系统 集散控制系统的优点1 分散控制2 集中监视与操作3 最优控制和管理4 系统构成灵活5 系统可靠性高 Apogee的三层网络结构 BLN1 Insight数据库服务器 MBC FLN TEC 以太网10 100M TCP IP PXM PXM FLN PXM PXM EXP PEM PM RS485 MEC MEC MEC MBC RS485 RS485 Insight用户端 Insight用户端 100个 32个 32个 8个 PXM BLN2 RS485 100个 MLN Excel5000系统的网络拓扑结构 集散控制系统 现场控制器构成通常称直接数字控制器 简称DDC主机 存储器过程输入输出接口人机联系设备通讯接口系统软件 应用软件 集散控制系统 集散控制系统 现场控制器工作过程现场传感器输出信号送到控制器中后 与设定值相比较 比较后出的偏差值经控制器中的运算放大器进行相应运算 P PI PD PID 输出信号去调节执行机构 对被调物理量进行相应调节 使之调整在设定范围内 完成控制过程 集散控制系统 现场控制器分类按种类专用型控制器 通用型控制器如 西门子TEC UC DPU MEC100按控制点数8点 12点 16点 24点 32点等如 MEC10032点8AI 8DI 8AO 8DOXL10036点12UI 12DI 12UO 集散控制系统 中央工作站控制计算机UPS电源 打印机等大屏幕监视器 CRT 以及相关软件组成 集散控制系统 中央工作站基本功能1 数据及状态显示功能2 趋势功能3 报警管理功能4 历史记录功能5 手动参数修改及设备控制功能6 特殊功能 集散控制系统 控制及管理软件完成操作 监控 管理 控制 计算和自诊断等功能的计算机程序工作站软件 监控级 系统软件 用来管理硬件资源应用软件 用户根据要解决的控制问题编写各种程序现场控制器软件采用模块化设计 分为执行代码部分和数据部分前者固化在EPROM中 后者保留在RAM中 西门子Apogee图形站软件介绍 Apogee 权限管理Apogee 动态图形Apogee 报警管理Apogee 趋势分析Apogee 日志记录Apogee 时间表Apogee 系统网络结构图 Apogee 权限管理 每个用户具有独立帐号及密码控制器 MBC MEC 系统软件均有权限管理权限也适用于图形 控制点 报告 事件和报警等 Apogee 动态图形 静态 动态图形和点的信息内含Micrografx图形软件支持二维及三维图形通过图形可直接监视和控制设备 Apogee 报警管理 系统 网络 控制器和点的类型报警点 标准 增强等不同级别报警报警按点名 时间或状态排序以便快速查找 Apogee 趋势分析 采集系统设备运行状况可在线和离线生成趋势图二维和三维图表可分析运行情况 计算能耗 调整系统用于系统 设备等问题的查找维护服务 Apogee 日志记录 报警日志系统日志用户日志 Apogee 时间表 时间触发事件触发紧急事件设备 系统的联动定时指定控制设备自动生成报表定时采集趋势数据 Apogee 系统网络结构图 直观的动态系统网络结构图提供实时系统网络信息监视 设置和管理三层网络监视 设置和管理MBC MEC和TEC等控制器 集散控制系统 通讯协议与接口建筑设备监控系统中基本采用的是集散控制方式 是通过某种控制网络实现的 这就要求控制设备以及建筑设备都要遵循一定的通信协议目前 国际上采用较多的是BACnet和LonMark 集散控制系统 1 BACnet是指美国国家标准协会的ANSI ASHARE135 1995标准 BACnet是由一个建筑管理 系统用户 系统集成商组成的联合体提出的 正式的 非专有的开放协议通信标准2 LonTalk协议LonWorks技术所使用的通信协议 LonTalk协议遵循由国际标准化组织 ISO 定义的开放系统互连 OSI 参考模型所定义的全部七层服务 它适用于任何一种传输媒介 集散控制系统 物理接口RS232C RS422A RS485物理接口RS232C是在DTE 数据终端设备 与DCE 数据通信设备 之间传输数据信号时的接口标准 通信距离15m RS232C机械特性有9针 15针 25针 34针 37针连接器 除34针连接器为方形外 余者皆为梯形连接器 集散控制系统 RS422A只取RS232C中的数据线和地线 变成简单信号线输入 输出改善了接口的电气驱动性能 加入了一对适配电路 线路驱动器和接收器 使得在1km距离之内传输速率可达100kbit s 当距离更近时 速率还可提高 距离为10m时 最高可达10Mbit s 适用于网络通信中 RS422为全双工 集散控制系统 RS485要求用较少的信号线来完成通信任务 目前广泛使用的RS485串行接口总线正是在此背景下应运而生的RS485互联中 某一时刻两个站中只有一个站可以发送数据 而另一个站只能接收 因此 其发送电路必须由ENABLE端加以控制 传感器 定义 将非电量参数转变成电量参数的装置叫做传感器 非电量参数变成电量参数的转换 是根据电学性质或原理与被测非电量之间的特定关系来实现的被测量 传感器 放大器及调理电路 0 10V或4 20MA A D转换 现场单元控制器 DDC 传感器的构成 传感器由敏感器件与辅助电路组成 敏感器件的作用是感受被测物理量 并对信号进行转换输出 辅助电路则是对敏感器件输出的电信号进行放大 阻抗匹配 以便于后续仪表或控制器接入 传感器分类 按电气参数原理 传感器分类 按电气参数原理 1 温度传感器 利用铜电阻 铂电阻 热敏电阻的电阻变化金属电阻与温度的线性关系如下 Rt R0 1 t BA中的常用温度检测1 室内空气温度 室外空气温度范围在 40 45 2 风道气温范围 30 130 3 水管内水温范围在0 100 2 湿度传感器 湿度测量一般用湿敏元件 常用湿敏元件有阻抗式和电容式两种阻抗式湿度传感器硒蒸发膜湿度传感器 极间电阻大小随着吸湿面硒上的湿度大小而变化电容式湿度传感器极板涂有聚合物 相对湿度的变化影响聚合物的介电常数 从而改变了传感器的电容值 常用湿度传感器 1 室内 室外相对湿度传感器10 90 5 2 风道相对湿度传感器10 90 5 输出信号 0 10V 4 20mA 3 压力传感器 压力传感器是将压力转换成电流或电压的器件 可用于测量压力和物体的位移 电阻式压差传感器电容式压差传感器霍尔压力传感器半导体压力传感器 电容式压差传感器 两平行极板组成的电容器 它的电容量为 用二块弹性强度性能好的金属平板 作为电容器的二个活动电极 被测压力分别置于二块金属平板两侧 在压力的作用下 能产生相应位移 电容器的容量发生变化 最后由变送器将变化的电容转换成相应的电压或电流 电阻式压差传感器 将测压弹性元件的输出位移变换成电阻的滑动触点的位移 因而被测压力的变化就可转换成电位器阻值的变化 把这电位器与其它电阻接成桥路 当阻值发生变化时 电桥输出一不平衡电压 霍尔压力传感器 将弹性元件感受的压力变化引起的位移通过霍尔元件转换成电压信号把霍尔元件固定在弹性元件上 当弹性元件受压变形后产生位移 带动霍尔元件运动 将霍尔元件放在具有均匀梯度的磁场内 不均匀磁场 当霍尔元件随压力变化而运动时 则作用于霍尔片上的磁场强度变化 霍尔电势也随之变化 霍尔电势的大小正比于位移的变化 这样也就完成了压力变化 机械位移 霍尔电势的变化 半导体压力传感器 利用Si晶体的压电电阻效应以及二极管 晶体管明显的电流电压特性当半导体材料Si受外力作用时 晶体处于扭曲状态 由于载流子迁移率的变化而导致结晶阻抗变化的现象称为压电电阻效应 常用压力 压差传感器 1 风道压力传感器 0 2500Pa静压0 300Pa变频调速2 水压力传感器 0 2MPa给水压力3 水压差传感器0 1MPa供回水压差水压 水压差传感器多用电容式差压传感器 4 流量传感器 节流式 压差式流量计 靶式流量计 转子流量计 速度式容积式电磁式 流量传感器 节流式 被测管道上放一节流器件 如孔板 喷嘴 靶 转子等 使流体流过这些阻挡体时 流动状态发生变化 根据流体对节流元件的推力和节流元件前后的压力差 可以测定流量的大小压差式流量计是在管道中按上一孔板作为节流元件 当流体经过这一孔板时 流载面缩小 流速加快 压力下降 测出孔板前后压力差 而流量的大小与节流元件前后压力差的平方根成正比 把压力差转换成相应的电压或电流量的大小靶式流量计则是把节流元件做成一个悬挂在管道中央的一个小靶 输出信号取自作用于靶上的压力 同样可以得出通过管道流体得流量与靶上得压力成正比 只要测出靶上得推力F 便于得到流量的大小 电磁式流量计 被测液体的电导率应小于50 100 它利用导电液体通过安装在测量管两侧的固定磁场 在两固定电极上感应出电动势 这电动势大小与流量大小成正比 流量传感器 速度式 电磁式 涡流流量计 该流量计则是在导管中心轴上安装一个涡轮装置 流体流过管道 推动涡轮转动 其涡轮的转速正比于流体的流量 其转速只能通过非接触的电磁感应方法才能测出 涡轮的叶片我们采用导磁材料制成 在非导磁材料做成的导管外面安放一组套有感应线圈的磁铁 涡轮旋转 每片叶片经过磁铁下面 改变磁铁的磁通量 磁通量变化感应出电脉冲 在一定流量范围内 产生的电脉冲数量与流量成正比 流量传感器 容积式 椭圆齿轮流量计 它靠一对加工精良的椭圆齿轮在一个转动周期里 排出一定量的流体 我们只要累计计出 齿轮转动的圈数 就可以得知一段时间内得流体总量 这种流量计是按照固定的排出量计算流体的流量 只要椭圆齿轮加工精确 防止腐蚀的磨损 则可达到极高的测量精度 一般可达到0 2 0 55 所以经常作为精密测量用 该流量计经常用于高粘度的流体测量 5 液位检测传感器 对给 排水的水位进行检测和控制电阻式的液位传感器电容式液位传感器浮球开关 用途 水箱 水池高低液位检测 液位检测传感器 浮筒式液位计 浮筒经过一连杆与滑动电阻器中心滑动触点相连 随液位升降 滑动电阻器的阻值也相应发生变化 电容式液位计 用金属棒和与之绝缘的金属外筒作为二电极 外电极底部有孔 被测液体能够进入内外电极之间的空间中 随液面高低不同 电容值随着变化 6 空气质量传感器 空气质量传感器主要是用于检测空气中CO2和CO的含量 如在室内CO2含量增加后 应启动新风机组 通过与室外新风交换来提高空气质量 汽车库内的空气质量传感器主要用以检测车库内CO的浓度 检测汽车为期的排放量 用以加强车库的换气量 保证库内空气质量 7 其它常用传感器 1 防冻开关测量范围 7 16 输出 干触点毛细管长度6M用途 热盘管防霜冻保护2 差压开关测量范围 0 500Pa输出干触点用途 过滤网堵塞检测及风机状态检测3 水流开关用途 测水流状态 作为水泵状态检测输出 干触点 8 控制器及执行机构 1 控制器调节特性位置调节 双位调节 三位调节 比例调节 P 积分调节 I 比例积分调节 PI 比例 积分 微分调节 PID 8 控制器及执行机构 2 控制器发出的调节指令 根据一定的动作规律 二位 比例 积分 PID等 驱动调节机构动作 按运动方式 分角行程执行机构和直行程执行机构 按所用的辅助能源 可分气动 电动和液动按控制信号种类 可分为二位控制 开 关 控制和连续控制 连续控制 接受标准直流信号 DC0 10v 4 20ma 经电或机械驱动调节机构 转换成与输入信号相对应的轴向 或转角 位移 操纵相关的阀门 风门 挡板 进行连续控制 电磁阀 电动蝶阀地下水池给水控制 冷冻站关断控制电动调节阀冷 热水流量调节 蒸汽流量调节电动风阀用来控制新风 回风 排风的风量 常用调节机构 直动式电磁阀示意图 电动调节阀示意图 电动蝶阀及驱动器示意图 风机盘管用两通电动阀及温控器 电动风阀 电动风阀一般有风阀和风阀执行器组成 根据风阀面积选用不同型号的风阀执行器风阀执行器根据其运动规律可分二位调节 三位调节和连续调节 风阀执行器的主要技术参数为额定转矩 按风阀面积的大小配置 回顾本讲内容 智能大厦概念 构成建筑设备监控系统监控内容自控系统构成及控制原理集散控制系统及组成传感器 控制器及执行机构 Apogee的三层网络结构 BLN1 Insight数据库服务器 MBC FLN TEC 以太网10 100M TCP IP PXM PXM FLN PXM PXM EXP PEM PM RS485 MEC MEC MEC MBC RS485 RS485 Insight用户端 Insight用户端 100个 32个 32个 8个 PXM BLN2 RS485 100个 MLN 1 系统网络 1 管理级网络标准的TCP IP网络通讯协议2 楼宇级网络 BLN 每个Insight工作站最多可有四个独立的楼宇级网络每个楼宇级网络最多可达100节点3 楼层级网络 FLN 每条FLN上最多可连接32个楼层级网络设备 2 系统硬件 总线转换器TI IITIE楼宇控制器MBC模块设备控制器MEC楼层网络控制器FLNC末端设备控制器TEC传感器 温度 湿度 压力等 执行器 水阀 风阀 总线转换器 增强器TI IITIE 转换RS232和RS485之间的信号支持速率从300bps到115 2KbpsInsight软件与DDC控制器之间的通信接口 总线放大器TIE 总线线路隔离和扩充功能在总线段超过1000米或同一段上控制器超过32台时用来隔离和放大信号支持速率从1200bps到230 4Kbps 模块化楼宇控制器 MBC BLN上的主要控制器32位CPU 3MBRAM开放式控制器可同时控制3条FLN可选择24 40槽位的型号Peer to Peer点对点 通讯速率为115 2Kbps标准化的接线端子 可带电插拔可选配与其他楼宇机电设备子系统进行数据通讯的网关 模拟输入 AI 数字输入 DI MBC点模块 1 模拟输出 AO 数字输出 DO MBC点模块 2 FLN总线 MEC MBC 最长距离为1200米通讯速率为4800 9600 19200 38400bps最多可连接32个点扩展模块 EXP总线 MEC 最长距离为61米通讯速率为38 4Kbps最多可连接8个点模块 模块化设备控制器MEC 标准的DDC控制器115 2Kbps楼宇级网络 BLN 总线 RS485总线 点对点通讯 长达1200米三条楼层级网络 FLN 总线一条模块扩展 EXP 总线100个控制器接线应避免T型连接 MEC控制器类型 lMEC100 1108DI 8DO 8AI 8AOlMEC200 2108DI 8DO 8AI 8AO EXPlMEC300 3108DI 8DO 8AI 8AO EXP MODEMlMEC200F 210F8DI 8DO 8AI 8AO EXP lMEC300F 310F8DO 8AI 8AO EXP lMEC101 16DI4DO 8AI 4AOlMEC201 16DI4DO 8AI 4AO EXP MEC与点模块的连接 lEXP总线 不是FLNl最长距离为61米l通讯速率为38 4Kbpsl最多可连接8个点模块 PXM点扩展模块 l支持点扩展总线EXP 最多8个扩展点模块l支持楼层级网络FLN 最多32个扩展点模