2.楼宇自动化基础-2
2022-05-18 19:37:27 0 举报AI智能生成
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2.楼宇自动化基础-2
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大纲/内容
计算机（computer）、控制（control）、通信（communication）和CRT显示技术
在微处理器的基础上对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统。
将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置集成了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点
基本概念
集中管理部分：中央管理计算机及相关控制软件
分散控制部分：现场直接数字控制器（DDC）及相关控制软件DDC输入端连接传感器，输出端与执行器连接起来，完成对被控量的调节以及设备状态、过程参数的控制
通信部分：连接DSC的中央管理计算机与现场DDC，完成数据、控制信号 及其他信息两者之间的传递
组成
由现场控制器（DDC）和其他现场设备组成。
DDC直接与各种现场装置（如变送器、执行器和现场仪表与装置相连），对现场控制对象的状态和参数进行检测和控制，如设备与系统的状态与参数监测、报警、开环和闭环控制等。
与第二级（生产监控级）的中央监控计算机相连，接收上层计算机的指令和管理信息，并向上层传递现场采集的数据（包括实时数据和特征数据）
大型系统中在这一侧设置子系统工作站，对子系统进行监控管理。楼宇自动化系统中的火灾报警与消防工作站、安保工作站等就属于这类工作站
第一级为现场控制级
由中央监控计算机（又称操作站）及相关软件组成
监视现场控制级的信息，如故障检测存档、历史数据、记录报告、打印显示、优化过程控制、协调各站的操作关系、控制回路状态和参数修改等。
一般采用工业控制计算机（PC总线）和专业计算机。
楼宇自动化系统的中央监控计算机就属于监控级
这一级应设立工程师工作站和操作员工作站，或通过设置权限密码限制不同人员进入系统级别
第二级为生产监控级
作用是根据用户订货情况、库存情况、能源情况来规划各氮原子系统的产品结构和规模，并且可以随时更改产品结构，是生产线具有柔性制造的功能。
在中小企业中，这是自动化系统的最高一级了
第三级为生产管理级
管理范围包括工程技术、经济和商业事务、认识活动、财务活动、生产规划和市场分析等，并存储和处理大量信息
通过产品的经营、销售、订货、接收以及产品质量的的调整、生产计划调度、财务管理、设备管理、总厂管理等
第四级为经营管理级
操作管理层级
结构
分级递阶控制
分散控制
自治和协调性
人机会话系统应具有CRT彩色高分辨率交互图形显示、复合窗口技术，画面应日趋丰富；应具备综观、控制、调整、趋势、流程图、回路一览、报警一览、批量控制、计量报表、操作指导等画面，菜单功能应更具实用性；语音输入/输出应使操作员能与系统更方便的对话
应包括系统组态、过程控制组态、画面组态、报表组态的各种组态软件是DCS系统的关键部分
友好性
适应性、灵活性和可扩充性
开放系统
可靠性和安全性
集散控制系统的特点
系统具备开放的体系结构，可以提供多层的开放数据接口
系统应具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂的系统控制能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力
系统应支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要
系统应可靠性高、维修方便、工艺先进、价格合理
DCS系统应完成内容
Honeywell的EXCEL、JOHNSON德国SIEMENS的SYSTEM600APOGEE瑞典的TAC的TAC VISTA
国外
清华同方的RH-2000浙大中控的WebFieldECS-100和利时的HOLLIAS-MACS
国内
国内外发展现状
集散控制系统现状与发展趋势
网络服务器
灯光照明DDC现场控制器空调及冷热源DDC现场控制器给水排水DDC现场控制器
通信控制器
区域控制计算机
第二层控制计算机
第一层控制计算机
控制管理中心
电梯运行控制
消防安全控制
集中监控
楼宇通信主干网
按建筑层面设计，布线设计及施工简单，子系统的控制功能设置比较灵活，调试工作相对独立
整个系统可靠性良好，子系统失灵不会波及整个楼宇系统
设备投资较大，尤其是高层建筑
较适合商用的多功能建筑
功能特点
按建筑层面组织的集散型楼宇自动化系统
DDC现场控制器
空调及冷热源控制子系统
灯光照明控制子系统
电梯控制子系统
消防安全控制子系统
通信控制网
网络服务器数据服务器系统检测中心综合运营管理ETC
布线设计及施工复杂，调试量大
整个系统可靠性弱，子系统失灵会波及整个建筑系统
设备投资较少
较适合功能相对单一的建筑（如企业、政府办公楼、高级住宅等）
结构特点
按建筑设备功能组织的集散型楼宇自动化系统
混合型的集散型楼宇自动化系统
集散控制系统在楼宇中的应用
设置各个接插槽的地址，接插部件不另设地址
将接插部件用跨接或开关设置地址，接插槽不另设地址
硬件组态
对各个部件的特性、标识、符号以及所安装的有关软件系统进行描述，建立他们的数据连接关系
软件组态
系统组态
用于系统维护，通常由系统的结构、通信网络、各组成设备运行状态等信息组成，一般有由系统自己生成。
系统画面
包括用户过程画面、仪表画面、监测和控制点画面、趋势画面以及各种画面标号一览表、报警和事件一览表等
过程操作画面
画面组态
包括模拟量输入和输出点、数字量输入和输出点、脉冲输入点的组态，具体操作包括定义点以及点的各种属性和参数
点组态
一系列的控制算法，一般以功能模块的形式提供选用。控制组态包括选用功能模块、配置控制方案和整定功能模块中相应参数的三个过程
便于控制功能的拓展
便于功能模块功能的发挥
尽量选择功能强的模块
控制方案的选择是在满足工艺需求的前提下，选择最简方案
对于控制模块的选用和控制方案的选用应遵循以下原则
用户在选择某一算法菜单后，相应的图形就显示在屏幕上，用鼠标拖拽图形，就可以进行模块连接和模块参数设置，完成控制点组态后，输入模块和输出点也就可以选择了
控制组态
将上述组态参数变成该工程应用的参数行数据文件
编译
通过网络通讯程序把组态数据装载到控制主机和各操作员站
数据下装
集散型楼宇自动化系统的组态
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
现场控制器采用计算机技术，又称直接数字控制器，简称DDC
空调机控制器
灯光控制器
专用控制器
适用于多种设备的控制
通用控制器
分类
基础知识
各种现场检测仪表（如各种传感器、变送器等）送来的检测信号均由DDC进行实时的数据采集、滤波、非线性校正、各种补偿计算、上下限报警及累积计量计算等
所有测量值、状态检测值经通信网络传送到中央管理计算机数据库，并进行实时显示、数据管理、优化计算、报警打印等
DDC将现场测量信号与设定值进行比较，按照产生的偏差由DDC完成各种开环控制、闭环反馈控制，并控制/驱动执行机构完成对被控参数的控制
DDC能接受中央管理计算机发来的各种直接操作命令，对监控设备和控制参数进行直接控制，提供对整个被控对象的直接控制与调节功能。
在DCS中，现实与操作功能集中在中央管理机，DDC一般啊不设置CRT显示器和操作键盘，但一般设备可供选择的简易人机界面，如小型显示器、迷你键盘、按钮等，通过这些简单的人机界面，可在现场对DDC进行变量调整、参数设定等一些简单的操作以及检测参数的就地显示等
功能
完成数据采集、滤波非线性校正，以及各种补偿计算、上下限报警和累积量计算等，同事通过运算由输出模块输出信号
输入模块
输出控制信号，驱动执行机构完成对控制对象的控制。计算机模块可通过远程驱动模块和远程执行器实现远程控制。
输出模块
可以将所有测量值和状态检测信号传送到中央管理计算机数据库，供实时显示、数据处理、优化计算、报警打印等。中央管理计算机的管理控制指令同样可通过通信模块送入DDC的计算机模块，实现系统的直接调控
通信模块
点对点方式和485方式。点对点网络通信可以达到115.2kbit/s的通信速率，RS 485 通信总线长度可达到1.2KM
通信方式
控制程序固化在ROM中，包括系统启动程序，自检程序，输入/输出驱动程序，监测、计算、通信控制管理程序等。RAM为程序运行提供了存储实时数据和中间变量的空间，用户在线操作时需要修改的参数（如设定值、手动操作值、PID参数、报警界限等）也需存入RAM。
计算机模块与通信模块
一般采用标准的VME总线，他是支持CPU的16/32位总线。PC总线（ISA总线）在中规模DCS的DDC中也得到了应用
内部总线
电源
各种传感器、变送器、执行器等
连接设备
模拟输出输入
数字输出输入
脉冲输入
其他Ｉ／Ｏ
信号性质
各种连续变化物理量（如温度、压力、压差、液位、应力、位移、速度、加速度、及电流、电压等）和化学量（PH值 、浓度等）通过传感器将其转变为相应的标准电信号，其非电物理量转换后的标准热信号有以下几种
由热电偶传感器产生。电阻值的输入模块与所采用的电阻传感器对应，常用规格有100、500、1000、10K、20K
电阻信号
一般是由热电偶、压力、湿度、应变式传感器产生。通常的规格有DC1-5V、DC0-5V、DC0-10V
电压信号
由各种温度位移传感器或各种点亮、化学量变送器、电磁式流量传感器等产生。一般采用DC4-20mA标准
电流信号
输入电路现将各种范围的模拟信号输入信号统一转变成DC1-5V或DC0-10V的电压信号送入A/D转换器；
通过滤波电路、差动放大器以提高系统抗干扰能力，提高共模抑制比。
对于热电偶信号的处理器，还设有冷段补偿与开路检测等措施，以提高检测精度与系统可靠性
通过A/D转换器，将信号处理器输入的多路模拟信号，按CPU的指令注意变为数字量送给CPU。
实现流程
模拟输入（Anology Input），AI
DDC将要输出的数字信号经D/A转换器转换成电流或电压模拟信号，通过模拟输出模块输出的DC4-20mA直流电流信号或DC1-5V、DC0-5V、DC0-10V直流电压信号，用于控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程以控制各种阀门的开度，或通过调速装置控制各种电动机的转速，也可以通过电气转换器或电液转换器来控制各种启动或液动执行机构（如控制气动阀门）的开度等
模拟输出（Anology Output），AO
该模块用来输入各种限位（限值）开关、继电器、电气联动机构、电磁阀门联动触点的开/关状态等二位（on/off）信号
各种开关量输入信号在数字输入模块内经电平转换、光电隔离并经滤波去除抖动噪声后，存入模块内的数字寄存器中。每路外接开关的状态，相应地由二进制寄存器中一位数字0和1来表示。CPU周期性读取各模块内寄存器的状态变化来获取系统中各个输入开关的状态
数字（状态）输入（Digital Input），DI
该模块用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声音报警器等只具有开、关两种状态的装置和设备，即用于锁存CPU输出的开关状态数据，这些0、1数据的每一位分别对应一路输出的开关或通断状态，经光电隔离后可通过小型继电器、双向晶闸管（或固态继电器）的输出控制现场设备。数字输出模块上一设备设有回测电路，供CPU确认开关量输出状态是否正确
数字（状态）输出（Digital Output），DO
现场仪表中转速计、涡轮流量传感器、脉冲电量表及一些机械计数装置等输出的测量信号均为脉冲信号，脉冲输入模块就是为输入这一类的测量信号而设置的。脉冲输入与数字输入功能类似
脉冲输入模块设有多个可编程计数器及标准时钟电路，输入的脉冲信号经幅度变换、整数、脉冲间隔时间测量、脉冲频率量及总量计算等
脉冲输入（Pulse，Input），PI
输入输出模块
模块化DDC的组成结构
现场控制器
集散控制系统
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