典型自动控制设备应用与维护 教学课件作者 宁秋平 等 　智能楼宇设备

1、第六章智能楼宇设备第一节楼宇智能化的概述第二节集散控制系统第三节楼宇设备的集散型结构第四节自动控制系统的参数检测与执行设备第五节几种典型的智能楼宇设备第六节综合化结构布线技术第一节楼宇智能化的概述图6-1智能楼宇的结构一、楼宇自动化系统(BUILDING AUTOMATION SYSTEM,BAS)第一节楼宇智能化的概述BAS的实现技术主要涉及自动控制、计算机管理及系统集成技术，包括单机自动化、分系统自动化及综合自动化。分系统级和全系统级的自动监控系统近年来多采用集散式结构，实现集中监视、分散控制。1.楼宇设备系统1)单机自动化指楼宇设备中的单个设备可以装备自动检测、调节的设备，实现分散设备的

2、优化控制和管理。2)分系统自动化指楼宇设备和设施按功能划分的各个子系统，例如电力供给与管理、照明控制与管理、消防报警与控制、安保监控等子系统分别实现自动监控。3)综合自动化指上述多个子系统组合为一个整体，实现全局的优化控制和管理。第一节楼宇智能化的概述2.楼宇运营管理系统1)柜台业务处理，包括各种房间和设施的预约、分配、计费等面向客户的效劳。2)面向楼宇管理者的功能，楼宇管理机构的人事、财务、经营决策等一般管理信息系统的功能。3)综合楼宇自动化系统在有较好根底、较高技术的条件下，可以将上述两类系统进行一体化设计，实现楼宇设备自动监控与运营管理的综合自动化。二、办公自动化系统(OFFICE AU

3、TOMATION SYSTEM，OAS)对于智能化办公大楼，通常在楼内设置有楼宇共用的办公自动化设备与设施，分为基于文字和数据的办公自动化系统和基于声、像的办公自动化系统等。第一节楼宇智能化的概述1.基于文字和数据的办公自动化系统2.基于声、像的办公自动化系统三、通信自动化系统(COMMUNICATION AUTOMATION SYSTEM，CAS)适用于智能楼宇的CAS，目前主要有三种技术：程控用户交换机系统PABX；计算机局域网络LAN；PABX、LAN的综合以及综合业务数字网INTEGRATED SERVICES DIGITAL NETWORK，ISDN。其他诸如无线通信、有线电视网CA

4、TV网等。1.程控用户交换机(PABX)2.计算机局域网络(LAN)3.PABX和LAN的综合以及综合业务数字网(Integuated第一节楼宇智能化的概述四、综合布线系统(STRUCTURED CABING SYSTEM，SCS)SCS为智能楼宇的结构化综合布线和系统集成。1)结构化综合布线系统为智能楼宇系统集成提供了物理介质，对于智能楼宇来说，结构化的综合布线系统像人体内的神经系统一样，将所有的检测信号、控制信号、各种数据信号、声音图像信号等的线路，经过周密地规划设计，综合在一套标准的布线系统之中，将智能楼宇的三大系统BAS、OAS、CAS有机地连接在一起。2)所谓系统集成，通俗地讲，就是

5、通过结构化的综合布线系统、计算机网络硬件和软件技术，把构成智能楼宇的各个主要子系统(BAS、OAS和CAS等)，从各个别离的设备、功能和信息等集成一个相互关联的、统一的和协调的系统，使资源到达充分地共享。第二节集散控制系统图6-2BAS系统组成一、集散控制系统(DCS)的根本概念第二节集散控制系统集散型计算机控制系统又名分布式计算机控制系统、分散计算机控制系统，简称集散控制系统。二、集散控制系统的特点集散控制系统是采用标准化、模块化和系列化设计，由过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成的一个以通信网络为纽带的集中显示操作管理，控制相对分散，具有灵活配置，组态方便的多级计算机网络系统结构。1.

6、分级递阶控制2.分散控制3.自治性4.协调性5.友好性第二节集散控制系统6.适应性、灵活性和可扩充性7.开放系统8.可靠性三、集散控制系统的根本组成与系统结构集散控制系统由分散过程控制装置、操作管理装置及通信系统三大局部组成。集散控制系统的组成如图63所示。图6-3集散控制系统的组成第二节集散控制系统1.分散过程控制装置2.操作管理装置3.通信系统4.集散控制系统结构特征()递阶控制结构集散控制系统由相互关联的子系统组成，由于各个子系统之间需要相互交换信息，因此需要一个协调者负责此工作。(2)分散控制结构1)组织人事的分散。2)地域的分散。3)功能的分散。4)负荷的分散。第二节集散控制系统(3

7、)冗余化结构为了提高系统的可靠性，集散控制系统在重要设备、对全系统有影响的公共设备上常采用冗余结构。1)同步运转方式。2)待机运转方式。3)后退运转方式。4)多级操作方式。5.集散控制系统的典型结构()模件化控制站+MAP兼容的宽带、窄带局域网+信息综合管理系统这是第三代集散控制系统的典型结构。(2)可编程逻辑控制器PLC+通信系统+操作管理站这是一种在制造业广泛应用的集散控制系统的结构，尤其适用于有大量顺序控制的工业生产过程。第二节集散控制系统图6-4PLC+集散控制系统结构(3)单回路控制器+通信系统+操作管理站这是一种适用于中、小企业的小型集散控制系统结构。(4)工业级微机+通信系统+操

8、作管理机工业级微机用作为多功能多回路的分散过程控制装置，相应的软件也已有软件厂商开发。第三节楼宇设备的集散型结构一、集散控制系统是楼宇自动化的必然选择图6-5按楼宇建筑层面组织的集散型BAS方案第三节楼宇设备的集散型结构二、集散型BAS的几种方案1.按楼宇建筑层面组织的集散型BAS1)由于是按楼宇建筑层面组织的，因此布线设计及施工比较简单，子系统(区域)的控制功能设置比较灵活，调试工作相对独立。2)整个系统的可靠性较好，子系统失灵不会涉及整个楼宇系统。3)设备投资增大，尤其是高层楼宇。4)适合商用的多功能楼宇。2.按楼宇设备功能组织的集散型BAS1)由于是按整座楼宇设备功能组织的，因此布线设计

9、及施工比较复杂，调试工作量大。2)整个系统的可靠性较弱，子系统失灵会涉及整个楼宇系统。3)设备投资省。第三节楼宇设备的集散型结构4)适合功能相对单一的楼宇(如企业、政府的办公楼宇、高级住宅等)。图6-6按设备功能组织的集散型BAS系统第三节楼宇设备的集散型结构3.混合型的集散型BAS第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-7非电量自动检测单元的根本结构一、电物理量检测技术与设备电参数的测量主要是电压、电流、功率、频率、阻抗和波形等参数的测量。这些电参数用来表征电气设备和电气系统的性能。1.直流电压、电流的测量第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-8直流电压、电流的测量原理2.正弦交流

10、电压、电流的测量第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-9正弦交流电压、电流的测量原理3.功率的测量第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-10功率的测量原理二、温度、湿度的检测技术与设备第四节自动控制系统的参数检测与执行设备温度检测仪表按检测方式可分为接触式和非接触式两大类。1.常规温度检测传感器图6-11热电阻温度检测器第四节自动控制系统的参数检测与执行设备2.集成温度传感器图6-12集成温度传感器LM35及其应用第四节自动控制系统的参数检测与执行设备3.数字温度传感器图6-13单总线器件的硬件连接()单总线器件的硬件连接图6-13为1-WIRE单总线器件的硬件连接图。(2)接口时

11、序与DS18B20的通信是通过操作时隙，来完成1-WIRE单总线上的数据传输的。第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-14复位及应答时序第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-15读写时隙(3)软件控制为了精确控制1-WIRE单总线特殊的时序要求，第四节自动控制系统的参数检测与执行设备有必要建立几个关键的函数。表格4.湿度传感器三、压力的检测第四节自动控制系统的参数检测与执行设备压力自动检测装置原理如图616所示。图6-16压力自动检测装置原理第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-17常用弹性元件四、流量、容积的自动检测第四节自动控制系统的参数检测与执行设备检测流量有多种方法，

12、有节流式、容积式、速度式、涡街式及电磁式等。在使用流量检测仪表时要考虑控制系统容许压力损失，最大、最小额定流量，使用场所的环境特点及被测流体的性质和状态，也要考虑仪表的精度要求及显示方式等。五、火灾探测器火灾发生时，会产生出烟雾、高温、火光及可燃性气体等理化现象。火灾探测器按其探测火灾不同的理化现象而分为四大类：感烟探测器、感温探测器、感光探测器、可燃性气体探测器；按探测器结构可分为点型和线型。1.离子感烟探测器第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-18电离室结构及特性比较2.光电感烟探测器(1)遮光型感烟探测器遮光型感烟探测器具体又可分为点型和线型两种类型。第四节自动控制系统的参数检测

13、与执行设备)点型遮光感烟探测器。)线型遮光感烟探测器。图6-19点型遮光感烟探测器第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-20线型遮光感烟探测器(2)散射型感烟探测器散射型感烟探测器的烟室也为一特殊结构第四节自动控制系统的参数检测与执行设备的暗室，进烟不进光。3.感温式探测器图6-21双金属片定温探测器示意图第四节自动控制系统的参数检测与执行设备()定温式探测器定温式探测器是在规定时间内，火灾引起的温度到达或超过预定值时发出报警响应，有线型和点型两种结构。(2)差温式探测器差温式探测器是在规定时间内，环境温度上升速率超过预定值时报警响应。图6-22膜盒式差温探测器结构示意图第四节自动控制系

14、统的参数检测与执行设备()差定温式探测器顾名思义，这种探测器结合了定温和差温两种工作原理，并将两者组合在一起。4.感光探测器()红外式感光探测器红外式感光探测器是利用火焰的红外辐射和闪烁现象来探测火灾。(2)紫外式感光探测器对易燃、易爆物(汽油、酒精、煤油、易燃化工原料等)引发的燃烧，在燃烧过程中它们的氢氧根在氧化反响(即燃烧)中有强烈的紫外光辐射。5.可燃性气体探测器()半导体型可燃性气体探测器这种由半导体做成的气敏元件，对氢气、一氧化碳、天然气、液化气及煤气等可燃性气体有很高的灵敏度。第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-23可燃性气体探测电路(2)催化型可燃性气体探测器采用铂丝作为

15、催化元件，当铂丝加热后，其电阻会随所处环境中可燃性气体浓度的变化而变化。第四节自动控制系统的参数检测与执行设备6.火灾探测器的选用()火灾类型及形成规律与探测器的关系火灾分为两大类：一类是燃烧过程极短暂的爆燃性火灾；另一类是具有初始阴燃阶段，燃烧过程较长的一般性火灾。(2)根据建筑物的特点及场合的不同选用探测器建筑物室内高度的不同对火灾探测器的选用有不同的要求。六、执行器第四节自动控制系统的参数检测与执行设备执行器在系统中的作用是执行控制器的命令，是自动控制的终端主控元件。从结构来说，执行器一般由执行机构、调节机构两局部组成。其中执行机构是执行器的推动局部，按照控制器输送的信号大小产生推力或位

16、移，调节机构是执行器的调节局部。常见的是调节阀，它接受执行机构的操纵，改变阀芯与阀座间的流通面积，到达调节工艺介质流量的目的。1.电动执行器图6-24电动执行器随动系统框图第四节自动控制系统的参数检测与执行设备2.电磁阀3.电动阀图6-25直动式电磁阀第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-26先导式电磁阀平衡孔活动铁心固定铁心线圈阀盖复位弹簧排出孔上腔主阀塞第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-27直线移动电动阀结构原理第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-28蝶阀原理示意图4.风门第四节自动控制系统的参数检测与执行设备图6-29风门的结构原理第五节几种典型的智能楼宇设备一、

17、中央空调系统影响室内空气环境参数的变化，主要是由以下两个方面原因造成的：一是外部原因，如外界气候条件的变化；另一方面是内部原因，如室内人和设备产生的热、湿和其他有害物质。当室内空气参数偏离了规定值时，就需要采取相应的空气调节措施和方法，使其恢复到规定的要求值。1)进风局部。2)空气过滤局部。3)空气的热湿处理局部。4)空气的输送和分配局部。第五节几种典型的智能楼宇设备图6-30中央空调系统的原理图第五节几种典型的智能楼宇设备图6-31空气热湿处理系统框图)将回风管内的温度与系统设定的值进行比较，第五节几种典型的智能楼宇设备用PID方式调节冷水、热水电动阀开度，调节冷冻水或热水的流量，使回风温度

18、保持在设定的范围之内。)对回风管、新风管的温度与湿度进行检测，计算新风与回风的焓值，按回风和新风的焓值比例，控制回风门和新风门的开启比例，从而到达节能效果。)检测送风管内的湿度值与系统设定的值进行比较，用PI调节，控制湿度电动调节阀，从而使送风湿度保持在所需要的范围之内。)测量送风管内接近尾端的送风压力，调节送风机的送风量，以确保送风管内有足够的风压。)其他方面：风机起动、停止的控制，风机运行状态的检测及故障报警，过滤网堵塞报警等。第五节几种典型的智能楼宇设备二、给水系统高层建筑的高度较一般楼房高出许多，一般城市管网中的水压力不能满足用水要求，除了最下几层可由城市管网供水外，其余上部各层均需提

19、升水压供水。由于供水的高度增大，如果采用统一供水系统，显然下部低层的水压将过大，过高的水压对使用、材料设备、维修管理均将不利，为此必须进行合理竖向分区供水。分区的层数或高度，应根据建筑物的性质、使用要求、管道材料设备的性能、维修管理等条件，结合建筑层数划分。在进行竖向分区时，应考虑低处卫生器具及给水配件处的静水压力，在住宅、旅馆、医院等居住性建筑中，供水压力一般为300350kPa；在办公楼等公共建筑可以稍高些，可用300450kPa的压力为宜，最大静水压力不得大于600kPa。第五节几种典型的智能楼宇设备1.重力给水系统2.压力给水系统()并联气压给水系统并联气压给水系统是以气压水箱代替高位

20、水箱，而气压水箱可以集中于地下室水泵房内，这样可以防止楼房设置水箱的缺点。图6-32变频水泵给水系统第五节几种典型的智能楼宇设备(2)水泵直接给水系统以上所讨论的给水系统，无论是用高位水箱的，还是气压水箱的，都是必要的。三、泵与风机的节能运行水泵是给排水系统的心脏，风机是空调、通风设备的动力来源，其投资比例占系统投资的比例很小，但是它的运行费用耗电量所占系统运行总费用的比例却相当大。因此在设计应用泵和风机时，首先要考虑的问题就是提高水泵、风机的工作效率、降低运行本钱。第五节几种典型的智能楼宇设备表6-1节电效果第六节综合化结构布线技术图6-33传统布线结构示意图一、综合布线系统的特点1)实用性

21、。第六节综合化结构布线技术2)灵活性。3)模块化。4)扩充性。5)经济性。二、综合布线系统的构成1.结构化综合布线系统的组成图6-34综合布线系统结构组成示意图第六节综合化结构布线技术()工作区子系统(Work Area)工作区子系统由终端设备连接到信息插座的连线以及信息插座所组成，信息点由标准RJ45插座构成。(2)水平子系统(Horizontal)水平子系统主要是实现信息插座和管理子系统，即中间配线架(IDF)间的连接。图6-35水平及工作区子系统第六节综合化结构布线技术(3)管理子系统(Administration)管理子系统由交连、互连和输入输出局部组成，实现配线管理，为连接其他子系统提供手段，包括配线架、跳线及光配线架等设备。图6-36管理子系统第六节综合化结构布线技术(