第二单元 楼宇智能化关键技术

2.1 参观信息大楼设备室

见实训项目一

2.2 计算机控制技术

提问：1 、一个现代化楼宇包含哪些设备系统？2 、供配电系统有哪些设备、电参量？3 、给排水系统主要设备、设施有哪些？4 、中央空调几大组成部分？5 、举例消防、安防系统是如何自动执行监、控

过程。6 、上述系统属 BA 、 OA 、 CA 哪个系统？6 、智能楼宇的三大支持技术

3C+A 技术

现代建筑技术Architechure

现代计算机技术Computer

现代控制技术Control

现代通信技术Communication

智能化楼宇支持技术

控制的概念：

控制是为使某种机器或设备处于希望的状态而对其进行的操作。

• 人——机控制 如操作汽车• 机——机控制 自动控制

自动控制（记录）

所谓自动控制，就是应用自动化检测仪表或控制装置代替人工自动地对设备或工艺过程进行控制，使其达到预期的状态或性能要求。

控制系统按结构特点分：

开环控制 闭环控制

开环控制系统：

特点：开环控制系统是最简单最经济的控制系统，但不能

自动随外界变化，必须依赖于人的判断和估计。

典型例子：洗衣机

闭环控制系统：

特点：增加测量元件，用输出控制输入，这样的输出影响 输入的控制系统叫做闭环控制系统或反馈控制系统

典型例子：恒温空调

• 控制器：根据输入信号，按一定规律产生控制信 号作为输出信号。 如 DDC 、 PLC 等• 执行机构：能够影响受控过程的装置或设备。 如电动机、电磁阀等。• 检测元件：测量受控变量的值并把它变换为可以进行比较 的信号。 如电流互感器、温度传感器、烟感探测器。• 受控对象：指需要进行控制的设备。 如水泵、空调等

练习：

1. 试画出家用洗衣机的控制系统图； 2. 试画出家用空调的控制系统图；

计算机控制系统的组成

将闭环控制系统中的控制器用计算机来代替，即构成计算机控制系统

计算机控制系统的控制过程• 数据采集 对被控参数的瞬时值进行检测，并传输给

计算机。 （请问： 1 、数据类型有哪两大类？ 2 、什么是模拟量，什么是数字量）

• 控制 对采集到的被控参数的状态量进行分析，

并按已定的控制规律决定控制过程，适当地对执行机构发出控制信号。

数据类型：

AI ：模拟量输入通道DI ：数字量输入通道

AO ：模拟量输出通道DO ：数字量输出通道

计算机控制系统的分类• 操作指导控制系统• 直接数字控制系统（ DDC ）• 监督计算机控制系统（集散控制系统）• 分散控制系统

楼宇设备自动化中常用的控制系统是直接数字控制系统。

直接数字控制器 DDC （ Direct Digital Control)

DDC 通过模拟量输入通道（ AI ） 和开关量输入通道（ DI ）采集实时数 据，然后按照一定的控制规律进行计 算，最后发出控制信号，并通过模拟 量输出通道（ AO ）和开关量输出通道 （ DO ）直接控制生产过程。

Excel 50 简介

类型 特性8 个通用模

拟输入电压： 0 ~ 10 V 电流： 0 ~20 mA ( 需外接 499Ω 电阻 )

电阻： 0~10bit传感器： NTC 20kΩ 电阻 -58°F to 302°F (-50°C to 150°C)

四个数字输入

电压： 最大 24 V DC ( 小于 2.5 V 为逻辑状态 0 ，大于 5 V 为逻辑状态 1) 。

4 个通用模拟输出

电压： 0 ~10 V ，最大 11 V, ±1 mA电阻： 8bit

继电器： 通过 MCE3 或 MCD3 控制6 个数字输

出电压： 每个可控硅输出 24 VAC 电流： 最大 0.8 A, 6 个输出一共不能超

过 2.4A 。

DDC 50 DDC 50 控制器控制器

（ a ） （ b ）

XD50-FCS 端子口

DDC直接数字控制系统组成1 、过程输入通道 模拟量输入通道（ AI ） 数字量输入通道（ DI ）

2 、过程控制计算机

3 、过程输出通道 模拟量输出通道（ AO ） 数字量输出通道（ DO ）

典型 DDC 控制实例

作业

1 、名词概念：开环、闭环、计算机控制系统、模拟量、数据量、 DDC 。

2 、画出闭环控制系统框图。3 、思考 PLC 可不可以作为控制系统中的控制器。

2.3 典型的传感器

提问：

1 、闭环控制系统由哪些环节组成？

2 、 DDC 控制器

3 、 AI 、 DI 、 AO 、 DO 的含义？

闭环控制系统：

特点：增加测量元件，用输出控制输入，这样的输出影响 输入的控制系统叫做闭环控制系统或反馈控制系统

典型例子：恒温空调

典型的传感器（记录）

现代信息技术的三大基础：

• 信息的拾取 （传感技术）• 信息的传输 （通信技术）• 信息的处理 （计算机技术）

自动检测技术： 是以微电子技术为基本手段的检测技术。

电参量检测（电流、电压等）两大类 非电参量检测（温度、压力、流速等）

传感器：运用一定的转换手段，将非电量转换为电量的器件， 称为传感器。

传感器的构成： 传感器由敏感元件和转换元件组成。其中：敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分 转换元件是将敏感元件感受的被测量转换成电信

号

图 2-9

• 传感器的分类

• 传感器的技术要求

见教材 P17

自学教材 15-22页，回答下列问题：

1 、自动检测技术通常分为哪两大类？2 、什么是传感器？3 、传感器的基本组成。4 、常用温度传感器采用什么元件？ 常用湿度传感器采用什么元件？ 常用压力传感器采用什么元件？5 、 DDC 的输入输出接口通常是什么量？

电参量传感器：

• 交、直流电压电流表• 交流电压、电流互感器• 变压器（测量）• 功率表• 功率因数表

练习：

1   ． 试画出电压、电流、功率表在电气测量线路中的接法。

非电参量传感器：• 温度传感器• 湿度传感器• 压力传感器• 液位传感器• 流量传感器• 温感探测器• 烟感探测器• 光感探测器• 红外线探测器• 玻璃破碎探测器

• 温度、压力传感器 http://www.ortkj.com/index.asp

http://www.szbeta.com/docc/cp.htm

• 光纤传感器 http://www.szriko.com/guangxian.htm• 红外传感器

http://www.nbowden.com/product.asp?C_ID=51

传感技术的作用

• 工业自动化生产：检测、控制温度、压力、流量等；• 机械制造业：无损检测；加工精度、表面光洁度、同轴度等检测；• 航空航天：检测飞机、宇宙飞行器等的飞行参数、运行状态等；• 交通运输：仅汽车业用 30多种传感器检测车速、方位、转矩、油

量等；• 军事方面：现代战争是科技战争，就是传感器战争；海湾战争、美伊

• 医疗卫生： B超、磁振、脑电图、心电图等；• 安防环保：预报地震、海啸、火灾等；对水、空气等污染检测；• 海洋工程：海底探测；海洋水文信息、气象信息等；• 地质勘探考古：探测地下矿藏、放射性元素；鉴定文物制造年代等；• 办公用具家用电器：复印机、空调、洗衣机、油烟机、 DVD 等。

传感技术的发展趋势：• 向集成化发展• 向微型化发展• 向数字化和智能化发展• 向光纤传感器发展• 向生物传感器和仿生传感器发展 （狗的嗅觉灵敏度是人的 106倍；鸟的视力是人的 8~50倍，蝙蝠、海豚的听觉为主动型生物雷达——超声波传感器，蛇的接近触觉分

辨率达 0.0010C 的红外测温感传感器，等等）

练习：

对应写出所介绍传感器分别测量什么参量？

思考：

前面所讲各类传感器，最终都是将测量量转换成电信号，接到控制器的输入端，对 DDC 控制器而言，这些量属于什么量？

思考：

一个开关能不能做传感器？

继电器能不能做传感器？

行程开关能不能做传感器？

如果能作为传感器，是属于什么类型的点？

计算机控制系统的组成

测量元件与控制器输入的关系

直接数字控制（ DDC ）系统

典型 DDC 控制实例

作业

1 、名词概念： 自动检测技术、传感器。

2、上网查询楼宇设备系统所用传感器。

2.4 热电偶传感器特性实验

见实训报告二

2.5 执行机构、系统集成

提问：

1 、什么是传感器？

2 、举出典型传感器

3 、电流、温度、流量、开关点分别是什么参量？

闭环控制系统：

控制器输入 = 给定值 + 检测元件反馈值 控制器输出：经过运算，将输出信号送给执行机构

典型的执行机构（记录）

请问：

楼宇中都有哪些动力用电设备？

楼宇中常用动力用电设备：• 电梯：客、货梯，消防梯，观光梯，自动扶梯等• 给排水：给水泵，排水泵，排污泵，消防泵等• 制冷设备：冷冻机，冷却塔风机，冷却水泵，冷凝泵• 空调：送风机，回风机，风机盘管等• 锅炉：鼓风机，引风机，给水泵，供油泵等• 消防：消火栓泵，喷淋泵，排烟风机，正压风机等• 厨房：鼓风机，排风机，各种炊事机械

请问：这些设备绝大部分具备什么特点？

执行机构的功能： 根据控制器发出的命令，直接控制被控对象。

执行机构的种类： 执行机构使用的能源种类可分为气动、电动、液动三种。

智能楼宇中常用电动执行器。

常用电动执行机构：• 电磁阀（即电磁铁）

• 电动机

自学教材 22-26页，回答下列问题：

1 、执行器在控制系统中的功能。2 、按能源种类分，有几种形式的执行机构？3 、常用的电动执行机构有哪些？

电磁阀、电动阀• http://www.juliang.com.cn/

• http://www.nbjiayin.com/Product.asp

电磁阀 • 电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。

• http://info.pv.hc360.com/zt/dcf/

图中杆状的物体就是通过电控制的阀杆，利用电磁力可以将阀杆打开或者关闭。

电动机请问：

电动机分有哪些类型？

电动机电动机 直流电动机 交流电动机 同步电动机 异步电动机 单相 三相

楼宇中的动力设备一般采用异步电动机

电动机的负载特性：1   、 恒转矩特性 M = C 如：电梯、升降机、运输机械

2、通风机特性 M ∝ n2 如：风机、水泵

3 、恒功率特性 M ∝ 1/n 如：机床

典型的执行机构：• 电动机• 电磁阀• 电动调节阀• 电动调节风门

电动阀• http://www.hsbg.cn/diandongdie.htm

思考：

1 、举例写出所介绍执行机构分别控制什么对象？

2 、不同的执行机构， DDC 控制器发出的控制信号 是什么类型的数据？

思考：

前面所讲各类执行机构，都是接收控制器发出的信号，接到控制器的输出端，对 DDC 控制器而言，这些量属于什么量？

思考：

一个接触器能不能做执行器？

如果能作为执行器，是属于什么类型的控制点？

计算机控制系统的组成

执行机构与控制器输出的关系

直接数字控制（ DDC ）系统

典型 DDC 控制实例

作业

• 名词概念：执行器、电磁阀、电动调节阀。

• 上网查询楼宇设备系统所用执行器。。

提问：

1 、智能楼宇的三大支持技术

2 、我们已经讲了哪个技术

计算机控制系统的组成

将闭环控制系统中的控制器用计算机来代替，即构成计算机控制系统

3C+A 技术

现代建筑技术Architechure

现代计算机技术Computer

现代控制技术Control

现代通信技术Communication

智能化支持技术

第二单元 楼宇智能化的关键技术

计算机网络技术（记录）

什么是计算机网络？ 计算机网络是通过通信设备将地理上分散

的多个计算机系统连接起来，按照协议互相通信，达到信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。

协议：信息的交换必须共同遵守一套事先制定

的规则，这些规则称为协议。

按地理位置划分，网络一般有两大类：广域网和局域网。

•Internet网（因特网，许多人也称其为“互联网”）是最典型的广域网。我国比较著名的因特网中国科技信息因特网（ NCFC ）、中国公用计算机的因特网（ CHINANET ）、中国教育和科研因特网（ CERNET ）和中国公用经济信息因特网（ CHINAGBN ）也属于广域网。

• 局域网是目前应用最为广泛的网络，例如你所在学校计算机网络就是一个局域网，通常也把它称之为校园网。局域网通常也提供接口与广域网相连。

计算机网络的组成

计算机网络的功能

• 数据快速传送和集中处理• 资源共享• 提高可用性及可靠性• 实现分布处理

计算机网络的拓扑结构

第二单元 楼宇智能化的关键技术

现代通信技术（记录）

• 通信技术是实现大厦内部、大厦与大厦、大厦与国内、国外信息交换不可缺少的关键技术。

• 其内容涵盖了多媒体通信、计算机通信网络、个人通信、数字图象通信、卫星通信等

通信系统模型

信息远

信息源 发送设备 信道 接收设备 信息宿

发送设备干扰源

信息源（发送设备）：完成将非电量信息转换成电量，并变换成适合信道传输信号。

信息宿（接收设备）：将信道信号恢复被传输的信息信号，并还原成相应信息。

信道：有线信道、无线信道。

干扰源：作用于信道上的等效干扰。

提问：

• 举出你所知道的各种通信类型

模拟通信与数字通信

• 模拟通信：传输模拟信号。如语音、图象、音乐

等。• 数字通信：传输数字信号。如文字、数据等。

请问： 电话、电视、电脑、电报、传真分别传输什么信号？

数字通信系统的组成

信息远

信息源 发送设备 信道 接收设备 信息宿

发送设备干扰源

发送设备：编码器、调制器、发射机。

接收设备：接收机、解调器、译码器。

编码： A/D 译码： D/A

数字通信与计算机网络

现代数字通信是通信技术和计算机技术相结合的产物。其优点：

• 抗干扰能力强• 便于进行各种数字信号处理• 易于实现集成化• 多路复用• 质量、效益超过模拟通信

BA 的控制类型：

• 集中式• 分散式

集中式控制特点

• 所有现场设备由单一计算机控制• 软件庞大• 风险大• 成本高

分散式控制系统特点：

• 分散控制系统 (Distributed Control Systems---DCS• 对现场设备分散控制，集中管理、操作• 既避免了单台计算机集中控制的高度风险，又克服了常规仪表人机交互困难的缺点

分散式控制系统结构图

分散式控制系统组成

• 现场设备• 现场控制站• 数据采集站• 操作员站• 工程师站• 监控计算机• 上级管理计算机

现场设备

• 各种传感器直接接到各现场设备

现场控制站

• 又称基本控制器或分站• 是一种直接数字控制器 DDC

• 用于控制现场设备• 具有较强的运算功能和控制功能• 可独立进行就地控制

数据采集站

• 由微型计算机、输入通道和输出设备组成• 作用是采集非控制变量进行数据处理• 所采集的过程数据仅用于显示、记录、分析处理和打印制表。

操作员站

• 又称上位机，是在线设备；• 过程管理（各参数显示、计算等）；• 过程控制（控制参数输入、手动控制等），• 过程维护（设置上、下限，故障显示等）；• 打印。• 网络通信（实时数据获得、与工程师站通

信等）。

工程师站• 可与操作员站合并，不一定是在线设备；• 确定地址（定义系统中控制器、模块的位

置）；• 按设计确定算法等。

监控计算机• 用来完成高级控制策略。综合现场控制器

的数据，运用现代控制理论，通过最佳算法实现最优化控制或自适应控制，做出控制决策，指挥、协调各现场控制器，并将有关信息整理后向上级管理计算机汇报。

上级管理计算机• 收集各部门信息，进行综合分析，完成管理、调度并做出决策，实现管理、控制一体化。

数据通信网络

• 由通信电缆和数据传输管理装置组成，用以传输双向数据信息。

分散式控制特点

• 控制分散化• 管理集中化• 风险分散

典型实例： Lonworks 现场总线控制

• 所有传感器 / 变送器、执行器、控制器的信号均数字化；

• 数字化通信（成本低的双绞线、同轴电缆、光纤等）；

• 标准化编程技术

• 中国智能建筑信息网 http://www.ib-china.com/

• 中国智能建筑博客网 http://www.ib-blog.com/

楼宇设备自动化系统组成

作业1 、名词概念：计算机网络、拓扑结构、模拟通

信、数字通信。2 、画出三种网络拓扑结构。3 、画出分散控制系统结构示意图。