智能建筑设备自动化系统工程课件3建筑设备自动化系统的结构

1、智能建筑设备自动化系统工程情境一：楼宇设备自动化系统工程认知任务3 建筑设备自动化系统的结构内容提要BAS的网络结构1集散控制系统2现场总线控制系统3集散控制与现场总线的异构系统4复习回顾DDC的硬件组成？DDC的输入输出通道的类型？传感器与DDC的连接要求？执行器与DDC的连接要求？1.3.5 BAS的硬件架构1. 概述BAS通常由四部分组成：中央站、现场控制器、仪表、通信网络BAS网络结构一般采用分布式系统和多层次的网络结构典型的BAS网络结构由管理、控制、现场设备三个网络层构成网络结构形式对于大型BAS系统，一般采用三层网络结构由管理、控制、现场设备三个网络层构成中型BAS系统一般采用两

2、层或三层的网络结构其中两层网络结构宜由管理层和现场设备层构成。小型BAS系统一般采用单层网络结构或两层网络结构以现场设备层为骨干构成1.3.5 BAS的硬件架构2. BAS三层网络1.3.5 BAS的硬件架构1) 管理网络层(中央管理工作站)管理网络层的设备组成服务器、工作站和通信接口通常基于TCP/IP通信协议采用符合IEEE802.3的以太网，可以提供非常高的通信速度。功能有：监控系统的运行参数检测可控的子系统对控制命令的响应情况显示和记录各种测量数据、运行状态、故障报警等信息数据报表和打印1.3.5 BAS的硬件架构2) 控制网络层（分站）由通信总线和控制器组成。BAS通过通信网络系统将

3、不同数目的现场控制器，与中央管理计算机连接起来，共同完成各种采集、控制、显示、操作和管理功能。通信总线可包括并行工作的多条通信总线每条总线可通过网络通信接口与管理网络层连接通信总线协议有：TCP/IP、BACnet、LonTalk、MeterBus和ModBus等当控制器采用以太网通信接口而与管理网络层处于同一通信级别时，可采用交换式集线器连接，与中央管理工作站进行通信。1.3.5 BAS的硬件架构控制器(分站)可与现场网络层的通信总线连接，并与现场设备通信。控制器(分站)可采用：直接数字控制器DDC可编程逻辑控制器PLC或兼有DDC、PLC特性的混合型控制器 Hybrid Controlle

4、r ，HC控制器(分站)之间采用：对等式(peer to peer)的直接数据通信DDC控制器1.3.5 BAS的硬件架构3) 现场设备网络层组成执行器电动调节阀、电动碟阀、电磁阀、电动风门等传感器温度、湿度、压力、压差、流量、水位、一氧化碳、二氧化碳、照度、电量等检测仪表等现场设备1.3.5 BAS的硬件架构3) 现场设备网络层作用用来完成末端设备的控制和现场仪表设备的信息采集和处理中型及以上系统的现场网络层通过通信总线连接微控制器、分布式智能输入输出模块、智能传感器和智能执行器等智能现场仪表也可以使用常规现场仪表和一对一连线采用的总线有：TCP/IP、BACnet、LonTalk、Mete

5、rBus和ModBus微控制器应具有对末端设备进行控制的功能并能独立于控制器(分站)和中央管理工作站完成控制操作1.3.5 BAS的硬件架构3. 实际产品举例APOGEE楼宇自控系统系统国外品牌厂商如：霍尼韦尔(Honeywell)、江森自控(Johnson Controls)、西门子楼宇科技(Siemens)、施耐德TAC、奥莱斯(ALC)等国内的厂商有：浙大中控、清华同方、海湾公司等。西门子楼宇科技(Siemens)公司的APOGEE顶峰系统是基于现代控制论中分布式控制理论而设计的集散型系统是具有集中操作、管理和分散控制功能的综合监控系统系统的目标是实现建筑物内的暖通空调、变配电、给排水、

6、冷热源、照明、电梯、扶梯及其他各类系统机电设备管理自动化、智能化、安全化、节能化，同时提供最为舒适、便利和高效的环境。1.3.5 BAS的硬件架构APOGEE系统的组成Insight管理软件、DDC控制器、传感器、执行机构等APOGEE系统的网络结构由三层网络组成：管理级网络(MLN)自控层网络(ALN)现场总线其中现场层网络包括：现场总线(FLN)和点扩展总线(EXP)两种网络结构形式传统的基于RS485总线网络结构基于TCP/IP以太网的网络结构1.3.5 BAS的硬件架构APOGEE系统传统型网络结构1.3.5 BAS的硬件架构TCP/IP以太网型网络结构 1.3.6 BAS的软件平台1

7、. BAS的软件平台的组成在BAS的三个网络层有不同的软件，分别是管理网络层的客户机和服务器软件、控制网络层的控制器软件、现场网络层的微控制器软件。2. BAS监测平台各大厂商的BAS产品都提供强大的软件平台，可以通过良好的用户界面或人机界面，相当方便地实现BAS的网络、数据库、控制器的配置，以及系统监测与管理。现在许多厂商更趋向于把配置和监测两个系统区分开来。仅通过系统显示功能就可以实现建筑设备运行过程的监测。1.3.6 BAS的软件平台3. BAS的编程方法与编程环境1) BAS的编程方法对控制器编程通常包括两种主要任务：一个是配置控制器典型的配置任务包括：定义一个工作站作为服务器定义信道

8、和控制器定义点下载配置数据库到服务器上另一个是开发和下载应用程序到控制器中。对控制器的编程通常有三种方式：利用安装在中央管理工作站的编程软件编写、调试程序，通过网络配置控制器和下载程序到控制器上通过PC机或笔记本经串口或USB端口连接到控制器，调用装在控制器里的编程工具对控制器进行配置、编程调试通过与控制器配套的手操器对控制器直接操作和编程1.3.6 BAS的软件平台2) BAS的编程环境BAS编程环境大体上可以被分成三类：1)图形或符号格式编程2)模板或表格格式编程3)文档格式高级语言编程采用过程控制语言，可利用文本编辑器编写程序当控制逻辑非常精细复杂时，用这种格式的控制器编程的优点很明显例

9、如，西门子楼宇科技公司APOGEE楼宇自控系统的PPCL(Powers Process Control Language)就是一种类似于BASIC的编程语言，专门用于楼宇控制和能源管理的现场控制器的编程。1.3.6 BAS的软件平台4. 实际产品举例Insight监控软件Insight监控软件是西门子APOGEE楼宇自控系统的运行管理软件平台Insight基于Windows操作系统，采用Client/Server（客户端/服务器）架构，是以动态图形为界面，向用户提供楼宇管理和监控的集成管理软件。Insight可以通过一台运行Windows的PC机管理和控制APOGEE楼宇设备。Insight具

10、有三大功能：监视功能：控制功能：管理功能：1.3.6 BAS的软件平台Insight监控软件功能窗口示例1.3.6 BAS的软件平台Insight监控软件功能窗口示例1.3.6 BAS的软件平台Insight监控软件功能窗口示例集散控制系统DCSDistributed Control System集散控制系统示意图第四代 DCS 技术特点四层结构：现场级、车间级、工厂级和企业级（通过提供开放的数据库接口，连接第三方的管理软件平台）。包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，实现混合控制。 全部采用IEC61131-3标准进行组态软件设计。都包含了各种形式的现场总线接口，可以支持多种标准的现场总线仪

11、表、执行机构等。 第四代 DCSHoneywell 公司的Experion PKSEmerson 公司的PlantWebFoxboro公司的A2横河公司的R3ABB公司的 Industrial IT和利时 MACSSmartpro浙大中控 Webfield（ECS）系统新华 XDPF400系统现场总线系统 FCS 应用在生产现场、在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的开放型控制网络技术。FCS与DCS相比之优势节省电缆和电缆桥架约60%，节约厂房面积；减少布线、安装调试费用50%以上；节省二次开发费用，缩短开发周期，一次性投资可降低30%；备品备件种类明显减少，维修更加方便；有利于企业

12、实施综合自动化策略。 世界上流行的几种现场总线FF ( Fieldbus Foundation) 基金会现场总线 其前身是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WordFIP协议。 屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。 基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。 世界上流行的几种现场总线LONWORKS 由美国Ecelon公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于199

13、0年正式公布而形成的。 LonWorks技术所采用的LonTalk协议被封装在称之为Neuron的芯片中并得以实现。 LonWorks公司的技术策略是鼓励各OEM开发商运用LonWorks技术和神经元芯片，开发自己的应用产品.世界上流行的几种现场总线 Profibus 以德国Siemens公司为主的十几家德国公司、研究所于1984年共同推出。 由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA组成。 Profibus-Dp 是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。 Profibus-PA专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上 P

14、rofibus-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。 Profibus 世界上流行的几种现场总线CAN ( Control Area Network ) 最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已广泛应用在离散控制领域。 世界上流行的几种现场总线HART ( HighwayAddressableRemoteTransduer ) 由美国Rosemout公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备

15、之间的通信协议，得到80多家著名仪表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金会。其特点是现有模拟信号传输线上实现数字通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中工业过程控制的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较好的发展。 异构控制网络互连现场总线集成于DCS系统是现阶段控制网络的发展趋势 脑筋急转弯偷吃苹果需要几步？苹果什么时候可以摘？1、发现苹果；2、信息传给大脑，产生想偷吃的念头；3、决定偷吃，伸手拿来，一口咬下去；4、不幸被主人看到 挨扁！概念延伸眼睛检测单元手、嘴执行单元大脑控制单元神经传输单元主人管理单元 案例中包含了哪些智能单元？它们各是什么？思考执行单元控制单元检测单元管理单元传输单元你讲 我讲 大家讲BAS的“霍氏家族”以太网TCP/IP服务器工作站BNA控制总线C-BusXL500XL5