智能建筑中的楼宇自控系统PPT课件

1 第2章 智能建筑中的楼宇自控系统2 2 6 智能建筑中的楼宇自动化系统设计1 工程需求分析 1 研究建筑物的使用功能 了解业主的具体需求以及期望达的目标 2 确定建筑物内实施自动化控制及管理的各功能子系统 3 根据各功能子系统所包含的设备 列出需纳入楼宇自控系统实施监控管理的被控设备一览表 2 确定系统的控制方案 1 对于需进行自动化控制的功能子系统 给出详细的控制功能说明 并说明每一系统的控制方案及达到的控制目的 以指导工程设备的安装 调试及工程验收 2 根据系统规模及今后的发展 确定监控中心位置和使用面积 并预留接口 与智能化系统设计形成和谐的统一整体 2 3 确定系统监控点在确定被控设备的数量及相应的控制方案后 确定每一被控设备的监控点数及监控点的性质 核定对指定监控点实施监控的技术可行性 绘制监控点一览表 4 系统及设备选型 1 系统选型应综合技术 经济各项指标 进行全面 客观的分析比较并实地考查 选取合适的产品 2 根据不同设备的性质不同和不同工作特点 进行监控点划分 监控点应留有20 的余量 根据该监控范围 确定系统网络结构和系统软件 3 根据各设备的控制要求 选用相应的传感器 阀门及执行机构 并配置满足要求的楼宇控制器 5 确定楼宇自控系统总控制网络图根据选定的系统结构和现场楼宇设备的具体布置 画出楼宇自控系统BAS总的控制网络图 3 6 画出各子系统被控设备的控制原理图7 对监控进行中心设计及平面布置设计8 提供设计施工说明 列出材料表 9 变配电监控系统的设计变配电监控系统主要设置功能 1 检测运行参数 如电压 电流 功率 变压器温度等 为正常运行时的计量管理 事故发生时的故障原因分析提供数据 2 监视电气设备运行状态 如高 低压进线断路器等各种类型开关当前分 合状态 是否正常运行 如发现故障 自动报警 3 对建筑物内所有设备的用电量进行记录与统计 包括动力用电和照明用电 对高峰负荷 日用电量 平均用电量等指标进行分析和管理 4 对各种电气设备的检修 保养 维护进行管理 4 2 7 直接数字控制器DDC 1 直接数字控制器DDC直接数字控制器DDC DirectDigitalControlor 不借助于模拟仪表 而将系统中的传感器或变送器的输出信号输入到微处理器中 经计算后直接驱动执行器 DDC安装在被控设备附近 各种被控变量 温度 湿度 压力等 通过传感器 变送器按一定时间间隔采样读入DDC 读入的数值与DDC记忆的设定值比较 出现偏差 按预先设置的控制规律 计算出为消除偏差执行器需要改变的量 来直接调整执行器的动作 5 几种楼宇自控系统中用到的DDC 6 直接数字控制器产品 集散型控制系统 DCS 通过通信网络将不同数量的DDC与中央管理计算机连接起来 完成各种采集 控制 显示 操作和管理功能 DDC分为专用控制器和通用控制器两大类 前者是为专用设备配置的控制器 后者可控制多种设备 空调机DDC控制器 灯光控制器等是专用DDC控制器 通用DDC具有模块化的结构 实际工程应用时 可选用不同模块进行DDC配置 结构灵活 功能随要求而定 DDC安装在控制设备附近 具有防尘 防潮 防电磁干扰 耐高温和耐低温环境的能力 7 直接数字控制器DDC的功能 在集散型控制系统 DCS 中 由传感器 变送器等现场检测仪表送来的测量信号送给DDC DDC对这些信号进行实时数据采集 滤波 非线性校正 各种补偿运算 上下限报警及累计量计算等 DDC再将测量值 状态检测值送入中央管理计算机数据库 进行实时显示 优化计算 数据管理 报警打印等 8 直接数字控制器DDC的功能 将现场测量信号与设定值进行比较 按照产生的偏差完成各种开环控制 闭环控制 并控制和驱动执行机构完成对被控参数的控制 DDC控制器中的多路取样器按顺序对多路测控参数进行取样 经过A D转换输入微处理器 微处理器按预先确定的控制算法 对各路参数比较 计算和分析 将处理后的数字量再经D A转换 按顺序输送到相应各执行机构 实现对过程中的参数控制 使其保持预定值 9 DDC控制器基本组成 10 DDC控制器可直接接受来自中央管理计算机 站 发出的操作命令 对控制设备和控制参数进行直接控制 任何一个DDC都有与其他DDC进行通信的功能 在集散型控制系统 DCS 中 显示和操作功能集中在中央管理计算机 对于DDC来讲 可通过便携式计算机或现场编程器对DDC进行编程和对系统参数进行修改 若能完成模拟量和数字量的处理 则叫通用输入量和通用输出量 通用输入量用UI表示 通用输出量用UO表示 如果UO表示模拟量输出 使用继电器模块后 转换为数字输出 DDC能处理交 直流电压信号 当电压 直流5V时 为1电平 当电压 直流2 5伏 为0电平 11 3 DDC的模块化组成结构 模块化DDC主要由电源模块 CPU模块 通信模块和输入输出等模块组成 1 计算模块和通信模块DDC中的CPU普通采用了高性能的16位微处理器 还有的DDC使用了32位或64位的微处理器 还配置有浮点运算协处理器 故数据处理能力强大 DDC不仅就有PID算法功能 还可执行体现了最优化控制的控制算法 如自整定 顺序控制 模糊控制及神经元算法控制等 DDC中的CPU模块通过输入模块完成数据采集 滤波 非线性校正 各种补偿运算 累计计算及上下限报警 通过运算后 输出模块输出信号物理量驱动执行器动作 完成对被控物理量的控制或完成对被控对象的控制 通信模块的功能 可将所有的测量值及状态 监测数据传送给中央管理计算机的数据库 对这些测量值及监测数据进行实时显示 处理 优化计算及打印报警 中央管理计算机的管理控制指令通过通信模块送入DDC的计算模块 实现对DDC的控制对象的直接控制 12 DDC的控制程序包括系统启动 自检 输入 输出驱动 检测 计算 通信和控制管理程序并全部固化到DDC的ROM中去 DDC内的RAM可存储程序运行时的实时数据及中间变量值 用户操作时的可修正参数和设定参数 如设定值 PID参数 报警界限等也存储到RAM中 DDC还提供了在线修改组态的功能 用户组态应用程序也是在RAM中运行的 13 通信方式 DDC主要采用点对点通信方式和RS485通信方式 点对点方式的通信速率可达115 2Kb S RS485中RS是英文推荐标准的缩写 RS 485是较新的串行总线标准 采用平衡发送 差分接收 具有抑制共模干扰的能力 总线收发器具有较高的灵敏度 能检测低于200mV的电压 故传输信号可在千米之外得到恢复 RS 485采用半双工工作方式 应用RS 485可联网构成分布式系统 最多可并联32台驱动器和32台接收器 DDC的控制程序包括系统启动RS 485只需要一对双绞线 在19Kb S速率时 传输1200m RS 232一般用于20m以内的通信 RS 232串行物理接口标准 14 RS 232C标准 协议 全称是EIA RS 232C标准 其中EIA ElectronicIndustryAssociation 代表美国电子工业协会 RS ecommededstandard 代表推荐标准 232是标识号 C代表RS232的最新一次修改 1969 在这之前 有RS232B RS232A 它规定连接电缆和机械 电气特性 信号功能及传送过程 目前在IBMPC机上的COM1 COM2接口 就是RS 232C接口 1 电气特性EIA RS 232C对电器特性 逻辑电平和各种信号线功能都作了规定 在TxD和RxD上 逻辑1 MARK 3V 15V逻辑0 SPACE 3 15V在RTS CTS DSR DTR和DCD等控制线上 信号有效 接通 ON状态 正电压 3V 15V信号无效 断开 OFF状态 负电压 3V 15V 15 RS485接口 RS485采用差分信号负逻辑 2V 6V表示 0 6V 2V表示 1 RS485有两线制和四线制两种接线 四线制只能实现点对点的通信方式 现很少采用 现在多采用的是两线制接线方式 这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点 在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式 即一个主机带多个从机 16 电源模块 电源模块内有微处理器 为DDS提供高质量的24VDC稳压电源 24VDC电源又通过DC AC DC变换方式为DDC内其他功能模块提供所需直流电源 内置长寿命的锂电池使DDC内数据不发生丢失 在DCS中 大量使用I O模块 DDC的I O接口通过输入 出模块与各种传感器 变送器 执行器等在线仪表连接在一起 DDC的I O模块包括 模拟输入 出模块 数字输入 出模块 脉冲输入及其他专用I O模块 17 1 模拟输入模块 AI AnalogyInput 对于温度 压力 压差 液位 应力 位移 速度 加速度 电流 电压 浓度等物理量 由传感器将这些物理信号转换为相应的标准电信号 再由AI送入DDC处理器 以上诸物理量转换成以下几种标准的电信号 电压 流 阻信号 电压信号 多由热电偶 压力 湿度 应变式传感器产生的1 5VDC 0 5VDC 0 10VDC几种 电流信号 多由温度 位移 电磁流量计等产生的4 20mADC电流信号 电阻信号 由热电阻产生 电阻信号的输入模块与具体的电阻传感器对应 模拟输入模块将各种范围的模拟输入信号统一转换为0 5V或0 10V的直流电压信号 再进行A D处理 由CPU控制将多路模拟信号逐一转换为数字信号 并送入CPU 每一A D转换器可输入8 64路模拟信号 由多路选通开关以分时选通方式进行A D处理 完成一次A D处理的时间约100 S左右 18 2 模拟输出模块 AO AnalogyOutput DDC中的模拟输出模块将数字信号经D A转换器再转换成模拟的 标准 电压 电流信号 来驱动和控制执行机构和控制装置完成顺序定动作 如控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程来控制阀门的开度 通过调速装置 交流或直流调速装置 来调节控制驱动电机的转速 可通过电 气转换器或电 液转换器控制气动或液动执行机构等 19 3 数字量输入模块 DI DigitalInput 3 数字量输入模块 DI DigitalInput DI用来输入各种开关量信号 楼控系统中有大量的此类开关信号 如 各种限位开关 继电器的接点开启与闭合 电气驱动机构的驱动 电磁阀门联动触点的开关等 开关量输入信号在DI模块内经电平转换 为防止信号耦合产生电磁干扰 要经光电隔离 再经滤波抑制抖动噪声后 再输入到DI模块内的数字寄存器中 DI模块的外接每一路开关量输入信号 都对应地由二进制寄存器中的一位0或1表示 DDC中的CPU周期型地读取DI模块中寄存器的状态来获取现场各类设备的开关量信号 当外部开关量信号发生该变时 通过中断申请电路向CPU发生中断申请 由CPU及时处理 20 4 脉冲输入模块 PI PulseInput 脉冲输入模块专门处理输入脉冲量信号 如 转速计 涡轮流量计 脉冲电量表和一些机械计数装置输出的测量信号就是这类的脉冲量信号 PI模块将输入的脉冲信号进行幅度变换 整形 隔离后送入计数器 可由功能设置来进行计数 脉冲时间间隔 脉冲频率测量等 21 5 数字输出模块 DO DigitalOutput DO模块用于控制继电器 指示灯 电器阀门 声光报警器等装置或设备 这类控制仅用于开关两种状态 并可以多路输出 DO模块通过光电隔离后可通过小型继电器 固态继中器 如双向品闸管 来控制现场设备 在输入 输出模块的设计中 为使其通用性和系统组态是有较大的灵活性 可使用一些能够改变信号量程与种类的跳线及DIP开关 22 通用和专用型DDC DDC分通用型DDC和专用型DDC两大类 通用型DDC功能强大 I O通道较多 而专用型DDC一般用于特定的控制场所 功能相对单一 23 1 通用型控制器 通用型控制器DDC的主要功能 完全符合BACnet IP协议 都能够独立工作 不依赖工作站和其他DDC 具有 即插即用 的功能 网络节点可动态添加或删除 支持使用图形化编程工具进行动态的实时编程 程序被放置在控制器中 可上传到编程工具的编辑器 当改变程序后 使用编程工具的编辑器可立即将修改后的程序下传到控制器中 固定配置有若干个可以用软件设置成输入或输出的功能强大的I O口 其他I O也都是通用的输入或输出 具备多种通讯接口 具备10M 100M自适应的以太网接口 RS232 RS485接口 有全面的报警管理功能 支持包括PID在内的各种常用控制算法 有历史数据记录 和能源管理专用的算法模块 所有数据 设置和程序都保存在存储器内 保证掉电时不丢失 全面支持工作站的各种监控功能 24 2 专用型控制器 专用型控制器从应用的角度分为室内温度控制器系列 照明控制器系列和VAV 变风量空调 控制器系列 专用型控制器分为4类 无协议的独立控制型 支持BACnet IP协议型 支持BACnet MSTP 协议型 支持BACnet EIB 协议型 专用型DDC主要功能有 支持BACnet协议独立工作 不依赖工作站和其他DDC有一定的编程能力 但专用DDC能力相对于通用DDC要弱 有一定的时间安排能力 适合特定的场合 功能设计一般有针对性 支持访问和修改内部数据 25 5 几种直接数字控制器产品 1 VLC 651RC3直接数字控制器VLC 651RC3直接数字控制器是一种基于BACnet协议的控制器 26 特点和用途 6个10bit输入 2个二进制输出 3个继电器开关输出 1个模拟输出互操作性 在MS TP MasterSlave TokenPassing 局域网上与BACnet完全兼容 通讯速度可达76 8kbps多功能 完全可编程 用于中央设备系统 空调机组控制以及小点数的控制应用可靠 精确艾顿BACtalkVLC 651RC3是一个高性能完全可编程的通用控制器 可用于中央设备系统 空调机组控制以及小点数的控制应用 27 VLC 651RC3使用标准BACnet协议在BACnetMS TP局域网上进行通讯 通讯速度可达76 8Kbps VLC 651RC3也可作为独立的控制器使用 它可以支持艾顿BACtalkMicroset 智能壁装式传感器 方便地提供数据显示和设定点的调整 VLC 651RC3使用艾顿图形式编程语言 Visuallgic 进行编程 高分辨率10bit的模拟输入可以是现场可调整的热敏电阻 干触点 0 5VDC或4 20mA信号 28 技术规范 电源 24VAC 10VA最小 加二进制输出负载 40VA最大 半波整流 允许多个VLC从一个变压器引出电源 24VAC的一端接大地 控制盘 输入 6个输入 10bit分辨率 0号输入端可以用于BACtalkMicroset 1 4号输入端可以用软件设置成可接收热敏电阻 干触点 0 5VDC或4 20mA信号 数字输出 2个光电耦合可控硅输出 每个额定值为24VAC 0 5A 公共端连接到24VAC电源 3个独立继电器输出 120VAC 15A 240 277VAC 10A 模拟输出 1个0 10VDC 10位分辨率输出 输出由VLC提供 负载要回到VLC的地 最小负载阻抗为500ohms 24VDC输出 24VDC 250mA给传感器和其它设备供电 处理器 MotorolaCMOS处理器 带ROM和RAM 通讯 BACnetMS TP网络 速率可达76 8Kbps 29 2 VLC 660C3直接数字控制器 VLC 660C3直接数字控制器 30 能力 6个10bit输入 3个二进制输出 3个继电器开关输出互操作性 在MS TP MasterSlave TokenPassing 局域网上与BACnet完全兼容 通讯速度可达76 8kbps多功能 完全可编程 用于中央设备系统 空调机组控制以及小点数的控制应用可靠 强大的在板滤波器 全部程序数据在EEPROM中备份艾顿BACtalkVLC 660RC3是一个高性能完全可编程的通用控制器 可用于中央设备系统 空调机组控制以及小点数的控制应用 VLC 660RC3是BACtalk产品系列的一个组成部分 与ANSI ASHRAE135 1995楼宇自控网标准完全兼容 因为VLC 660RC3是自带BACnet的控制器 所以无需专用的芯片组就可紧密地集成到BACnet系统中 31 电源 24VAC 5VA最小 加二进制输出负载 50VA最大 半波整流 允许多个VLC从一个变压器引出电源 24VAC的一端接大地 控制盘 输入 6个输入 10bit分辨率 0号输入端可以用于BACtalkMicroset 1 4号输入端可以用软件设置成可接收热敏电阻 干触点 0 5VDC或4 20mA信号 数字输出 3个光电耦合可控硅输出 每个额定值为24VAC 0 5A 3个独立继电器输出 120VAC 15A 240 277VAC 10A 24VDC输出 24VDC 250mA给传感器和其它设备供电 通讯 BACnetMS TP网络 速率可达76 8Kbps 32 3 基于TCP IP协议的IQ3控制器 33 IQ3控制器直接向TCP IP网络开放 这意味着基于成熟的网络技术 无论是一个IQ3控制器 还是成百上