建筑自动化教学提纲

1、建筑自动化教学提纲本课程包括48个学时，分为8讲。除第一讲绪论(3学时)外，课程中结合实际工程组织了4个循环过程。从局部调节，到空调子系统控制问题，再到整个建筑自动化系统，这四个循环的视角逐步拓展，前面循环的内容是后面循环的基础，由浅入深，结合实际工程问题介绍建筑自动化的相关知识，引导学生通过自己对课程中各个问题的研究，逐渐掌握解决建筑自动化工程问题的能力。1、绪论（3学时授课）绪论阐述了建筑自动化的定义、内容、目的、历史、现状和展望，并介绍了本课的学习方法和要求。具体内容包括：1）什么是建筑自动化；2）自动控制系统一例；3）建筑自动化系统的目的；4）建筑自动化的昨天，今天和明天；5）本课程的

2、主要内容与学习方法。2、循环一 （12学时）第一个循环从相对简单的设备控制案例入手，让学生发现建筑环境控制的特点和典型问题，引起学生学习的兴趣。第二讲（3学时）通过对水箱水温控制这个简单的工程问题，使学生了解自动控制系统的基本结构和基本问题，同时接触相关的硬件，掌握控制器，传感器和执行器的基本原理，打消自动控制的神秘感。在这个环节中，学生将接触到数学推导，实验，和模拟仿真三种研究控制系统的方法，并且将三种方法对同一问题的分析结果进行对比，从而了解三种方法的各自特点，认识到应用模拟仿真分析问题时仿真模型必须要反映实际系统特征的原则。通过简单的控制问题，这一循环使学生对建筑系统控制有了初步的认识。

3、该部分讲课提纲为：一、恒温水箱的通断控制器的构成二、通断控制下恒温水箱的调节特性三、恒温水箱的实际控制过程1) 温度传感器惯性的影响2) 执行器的惯性的影响3) 水箱温度的不均匀性四、拉氏变换分析方法五、小结配合本讲内容，安排有一次动手实验和一次模拟实验，其中动手实验安排在讲课之前，而模拟实验安排在讲课之后。学生在模拟实验时，仍可返回实验台再次进行动手实验，以比较动手实验和模拟实验的结果。动手实验和模拟实验的提纲如下：一、恒温水箱控制系统实验1）实验装置： 2）实验目的：。3）实验内容：4）相关概念：二、恒温水箱控制系统模拟分析1）题目要求2）被控系统和控制要求3）模拟分析对象及简化假设4）常

4、用的拉氏变换第三讲（三学时）为恒温恒湿机组的控制。研究如何用简单的通断控制方法实现房间温度或湿度的高精度控制。这是1990年内空调机组控制的常见问题。通过对此案例的研究和实验，学生可以体会到环境控制中常遇到的被控参数耦合问题。授课提纲如下：一、恒温恒湿空调机及其控制管理需求二、基于计算机的控制器三、执行器的选择及其接口电路1）电加热器、加湿器的控制2）风机、制冷压缩机的电机控制3）电动水阀及其控制4）其它电动执行机构及其控制四、传感器的选择及其接口电路1）温湿度等物理参数的准确测量2）开关型输出的传感器五、控制器外电路六、控制，保护和调节逻辑七控制调节过程1）初始调节和室内状态的建立2）温湿度

5、状态的维持和恒温恒湿的实现八、小结第三讲配合的模拟实验提纲为：一、控制对象简化及模型1）房间模型2）蒸发器模型3）加热器模型4）加湿器模型二、题目要求三、控制系统的硬件电路图3、循环二 （12学时）循环二结合散热器实验台的恒温控制这个实际工程问题，介绍调节原理的初步知识，使学生掌握一些主要的调节控制算法。学生将在仿真实验中尝试应用各种控制算法来实现控制目标，体会调节过程各种影响因素的作用，掌握控制参数的整定方法。这一循环通过较复杂的控制系统介绍简单的控制原理的基本知识，使学生掌握一到两种单一参数闭环控制控制算法。授课提纲如下：一、采暖散热器性能实验台二、比例调节器的调节特性三、PID调节器1）

6、积分调节2）微分调节3）PID调节器四、PID调节的实现和实际中的问题1）比例调节时的比例带2）积分饱和问题3）微分调节的噪音影响4）数字控制带来的新问题5）控制系统的鲁棒性五、其它的单回路闭环控制调节方法1）模糊控制2）神经元方法3）控制论方法六、小结本讲配合一次模拟实验及相应的讨论课，实验提纲如下：一、题目要求二、K台各组成单元模型：1）散热器房间模型：2）空气处理设备模型3）水箱模型4、循环三 （15学时）循环三深入讨论具体的空调系统的控制问题，介绍如何应用上一循环介绍的调节原理，解决空调领域的实际控制问题。这一循环从空调系统控制的具体问题出发，将空调专业的背景知识与控制原理相结合，讨论

7、如何根据空调专业知识确定控制策略，以及应用何种闭环控制算法实现具体调节过程。通过对实际工程问题的模拟仿真实验，学生将体会到空调系统控制工程中的实际问题和难点，并学会通过仿真手段解决工程问题的方法，培养了解决实际问题的能力。这一循环在学生已掌握单一参数闭环控制算法的基础上，解决了HVAC系统的控制策略问题。授课提纲如下：一、单房间全空气系统的温湿度控制1）单房间的室温调节2）房间的湿度调节3）变风量时的调节过程二、多房间的全空气控制三、空气处理过程的控制1）空气处理装置的调节策略2）各空气处理段闭环调节的实现3）水空气换热设备的调节特性四、变风量系统的变风量箱及其控制五、变风量系统的控制1）送风

8、机转速的确定2）回风机转速的控制3）送风状态的确定六、风机盘管加新风系统的控制1）风机盘管的控制2）新风机组的控制七、小结本讲配合一次模拟实验，包括AHU、VAV和FCU控制三个题目，实验提纲如下：一、空调箱控制仿真1）控制对象模型：1.1）阀门模型： 1.2）表冷器模型1.3）加热器模型1.4）加湿器模型1.5）传感器模型1.6）新风参数以及回风参数2）题目要求二、VAV末端控制仿真1）控制对象模型 1.1）房间模型1.2）风阀模型1.3）加热器模型1.4）传感器模型2）题目要求本循环的另一讲为冷热源与水系统的控制调节，该部分授课提纲如下：一、冷热源系统的基本启停操作与保护二、制冷机的冷量调

9、节和台数启停控制1）单台冷机的冷量调节方式与调节能力2）多台冷机的冷量调节3）冷机最佳运行方案的确定三、冷却塔与冷却水系统的控制四、冷冻水循环系统的控制1）冷冻机侧冷量与水量的关系2）用冷末端冷量与水量的关系3）制冷站与末端的联合运行4）冷水温度的确定5）蓄冷系统的优化控制6）循环水系统的优化控制7）小型热源的控制调节五、小结4、循环四 （9学时）第四个教学循环对建筑自动化系统作全面介绍。这一循环中涉及空调、照明、电梯、给排水、消防、保安监控等建筑自动化所包含的其他子系统。通过对建筑自动化系统整体架构的介绍和讨论，使学生全面了解建筑自动化的功能、要求、设计方法，常见的系统形式和通信网络。通过这

10、一循环的学习，学生可以初步了解建筑自动化的全貌，如果再投入到实际工程中进一步设计和调试一两个整个建筑的自动化系统工程，就可以进入到这一领域，可以胜任基本的工程任务了。本循环的第一部分为通信网络技术，该部分授课提纲如下：一、被控设备的网络连接1）拓扑结构2）传输介质二、数据的传输1）逻辑1和逻辑0的收发2） 数据帧的构成3）数据的收发服务4）几种典型通信协议的帧结构三、网络设备的协调1）局部网络中设备的协调机制2）地址、路由和中继四、建筑自动化系统中的数据特点1）数据的产生和接收特点2）设备的对话机制3）建筑自动化设备对通信数据的应用五、OSI通信参考模型1）OSI七层模型的内容2）OSI参考模

11、型的设计原则六、常见的通信网络技术1）现场总线技术2）系统集成和BACnet技术3）工业以太网在建筑自动化中的应用七、通信技术在建筑自动化系统中应用的展望八、小结本循环的第二部分为建筑自动化系统，该部分授课提纲如下：一、建筑物的信息系统（弱电系统）二、建筑自动化1）输配电系统的监测控制2）照明系统的监测控制3）电梯扶梯的监测控制4）给排水系统的监测控制5）通风排风系统的监测控制6)采暖空调系统的监测控制7）采暖空调冷热源系统和生活热水制备系统的监测控制 8）可调节围护结构的监测控制三、建筑自动化系统的实现方法1）自动化系统的功能分析与设计2）传感器，执行器的选择3）信息点的确定与信息流的设计4）设计和选择硬件平台5）执行器手动/自动的转换模式6）中央控制管理功能7）系统的安全性与解决方案四、小结动手实验2安排在所有课程讲授课程结束之后。在节能楼这个实际工程中，学生将利用一学期学到的知识解决真实的建筑控制问题。这是对学生一学期学习成果的综合考验，包括单回路闭环控制问题，空调系统控制，通信网络，建筑控制系统设计和工程实施等课程中讨论过的问题都会在实际工程中遇到。这