主頁（http://www.130131.com）：智能化建筑中的樓宇自動化系統(tǒng)理論淺析 【中國集群通信網(wǎng)】樓宇自動化系統(tǒng)也叫建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)(BuildingAutomationSystem簡稱BAS)，是智能建筑不可缺少的一部分，其任務(wù)是對建筑物內(nèi)的能源使用、環(huán)境、交通及安全設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測、控制等，以提供一個既安全可靠，又節(jié)約能源，而且舒適宜人的工作或居住環(huán)境。 2樓宇自動化系統(tǒng)的組成與基本功能 建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)通常包括暖通空調(diào)、給排水、供配電、照明、電梯、消防、安全防范等子系統(tǒng)。根據(jù)我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，BAS又可分為設(shè)備運(yùn)行管理與監(jiān)控子系統(tǒng)和消防與安全防范子系統(tǒng)，如圖所示。一般情況下，這兩個子系統(tǒng)宜一同納入BAS考慮，如將消防與安全防范子系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，也應(yīng)與BAS監(jiān)控中心建立通信聯(lián)系以便災(zāi)情發(fā)生時，能夠按照約定實現(xiàn)操作權(quán)轉(zhuǎn)移，進(jìn)行一體化的協(xié)調(diào)控制。 建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)的基本功能可以歸納如下： (1)自動監(jiān)視并控制各種機(jī)電設(shè)備的起、停，顯示或打印當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 (2)自動檢測、顯示、打印各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及其變化趨勢或歷史數(shù)據(jù)。 (3)根據(jù)外界條件、環(huán)境因素、負(fù)載變化情況自動調(diào)節(jié)各種設(shè)備，使之始終運(yùn)行于最佳狀態(tài)。 (4)監(jiān)測并及時處理各種意外、突發(fā)事件。 (5)實現(xiàn)對大樓內(nèi)各種機(jī)電設(shè)備的統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)控制。 (6)能源管理：水、電、氣等的計量收費(fèi)、實現(xiàn)能源管理自動化。 (7)設(shè)備管理：包括設(shè)備檔案、設(shè)備運(yùn)行報表和設(shè)備維修管理等。 3樓宇自動化控制系統(tǒng)的原理 樓控系統(tǒng)采用的是基于現(xiàn)代控制理論的集散型計算機(jī)控制系統(tǒng)，也稱分布式控制系統(tǒng)(Distributedcontrolsystems簡稱DCS)。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在現(xiàn)場被控設(shè)備處的微型計算機(jī)控制裝置(DDC)完成被控設(shè)備的實時檢測和控制任務(wù)，克服了計算機(jī)集中控制帶來的危險性高度集中的不足和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性。安裝于中央控制室的中央管理計算機(jī)具有CRT顯示、打印輸出、豐富的軟件管理和很強(qiáng)的數(shù)字通信功能，能完成集中操作、顯示、報警、打印與優(yōu)化控制等任務(wù)，避免了常規(guī)儀表控制分散后人機(jī)聯(lián)系困難、無法統(tǒng)一管理的缺點(diǎn)，保證設(shè)備在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。 以下介紹與分布控制系統(tǒng)相關(guān)的幾個概念。 3.l直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC) 直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DirectDigitalControl簡稱DDC)如圖2所示。計算機(jī)通過模擬量輸入通道(AI)和開關(guān)量輸入通道(DI)采集實時數(shù)據(jù)，然后按照一定的規(guī)律進(jìn)行計算，最后發(fā)出控制信號，并通過模擬量輸出通道(AO)和開關(guān)量輸出通道(DO)直接控制生產(chǎn)過程。因此DDC系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應(yīng)用方式。 DDC系統(tǒng)中的計算機(jī)直接承擔(dān)控制任務(wù)，因而要求實時性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)。 3.1.1直接數(shù)字控制系統(tǒng)的組成 直接數(shù)字控制系統(tǒng)主要由過程輸入通道、過程控制計算機(jī)、過程輸出通道三部分組成。 過程輸入通道由模擬量輸入和數(shù)字量輸入兩部分組成。模擬量輸入通道由變送器、采樣開關(guān)、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和接口電路組成。其中變送器的作用是將非電量信號變換成標(biāo)準(zhǔn)電信號，可將溫度、壓力、流量變換成0-10mA或4-20mA的直流電信號，它是通過A/D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)的�！獢�(shù)字量輸入通道由開關(guān)觸點(diǎn)、光電耦合器和接口電路組成，反映生產(chǎn)過程的通/斷狀態(tài)的觸點(diǎn)信號，經(jīng)過光電耦合器和接口電路變換成數(shù)字信號送給計算機(jī)。 過程控制計算機(jī)直接承擔(dān)運(yùn)算和控制任務(wù)，首先通過過程輸入通道采集被控對象的各種參數(shù)信號，再根據(jù)預(yù)定的控制規(guī)律(如PID)進(jìn)行運(yùn)算，然后向被控對象發(fā)出控制信號，再通過輸出通道直接控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 過程輸出通道由模擬量輸出和數(shù)字量輸出兩部分組成。前者把計算機(jī)輸出的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，再經(jīng)過放大器去驅(qū)動調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行器實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。這一部分由接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器，放大器和執(zhí)行器組成。后者把計算機(jī)輸出的開關(guān)信號，經(jīng)放大器去驅(qū)動電磁閥和繼電器執(zhí)行器，它由接口電器、光電耦合器、放大器和執(zhí)行器組成。 3.1.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)的基本算法 按照偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進(jìn)行控制，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種基本規(guī)律，將PID控制規(guī)律離散化并在計算機(jī)上實現(xiàn)，可以方便地利用已積累的成熟技術(shù)，而且可以在被控對象的數(shù)學(xué)模型或參數(shù)不很清楚的情況下，經(jīng)過在線整定達(dá)到滿意的效果。因此，將模擬調(diào)節(jié)規(guī)律離散化的數(shù)字PID算法，已被工業(yè)過程計算機(jī)控制系統(tǒng)普遍采用，成為DDC系統(tǒng)的基本算法。 數(shù)字PID控制算法，模擬量調(diào)節(jié)器的理想PID算式為 式中e(t)——偏差(設(shè)定值與實際輸出值之差) u(t)——控制量 Kp——比例放大系數(shù) Ti一積分時間常數(shù) Td——微分時間常數(shù) 寫成傳遞函數(shù)形式 為了能在計算機(jī)上實現(xiàn)，必須將連續(xù)形式的微分方程化為離散形式的差分方程。設(shè)了為采樣周期(與系統(tǒng)時間常數(shù)相比，T足夠小)，k為采樣序號(k=0，1，2，……)，可用矩形法計算而積以差分代替微分 式中e(k)——第k次采樣所得偏差值 e(k-1)——第(k-1)次采樣所得偏差值 u(k)——第k時刻的控制量 上式中的采樣周期T越小(與系統(tǒng)時間常數(shù)比較而言)，則被控過程與連續(xù)控制過程越接近，又稱為“準(zhǔn)連續(xù)控制”。 3.2分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 分布式控制系統(tǒng)(DistributedControlSystems簡稱DCS)20世紀(jì)于70年代中期出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來，它將計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和通信技術(shù)匯集于一體，可對分散在現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行控制，又可方便地集中管理、操作，與以往的控制系統(tǒng)相比，既避免了單臺計算機(jī)集中控制的不足，又克服了常規(guī)儀表人機(jī)交互困難的缺點(diǎn)。 分布式控制系統(tǒng)的多臺微型計算機(jī)取代了集中控制系統(tǒng)的單臺計算機(jī)，從體系結(jié)構(gòu)上分散了危險性，提高了可靠性。其基本結(jié)構(gòu)功能如圖3所示，圖中現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站、工程師站、操作員站、監(jiān)控計算機(jī)和管理計算機(jī)通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)被有機(jī)地結(jié)合起來，組成分級分布控制系統(tǒng)。 3.2.1分布式控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)
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