智能建筑概论第二章

第二章智能建筑信息技术基础防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.1计算机控制技术(1)计算机控制基本原理电子技术计算机应用技术自动控制技术计算机控制技术防灾科学与安全技术研究所/消防工程系控制器执行机构被控对象测量元件给定值计算机被控参数扰动D/A转换器A/D转换器计算机控制系统基本框图(1)计算机控制基本原理A/D转换器：将模拟信号转换为数字信号的模数（AnalogtoDigital，A/D）转换器D/A转换器：将数字信号转换为模拟信号的数模（DigitaltoAnalog，D/A）转换器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系计算机控制系统的控制过程(1)计算机控制基本原理数据采集决策控制对连续量的变化过程进行控制，要求控制系统能够满足实时性要求，即在确定的时间内对输入量进行处理并做出反应。防灾科学与安全技术研究所/消防工程系开关量输入通道人机联系装置模拟量输入通道传感变送被变控对象执行机构开关量输出通道A/D接口A/D接口模拟量输出通道被变控对象主机接口显示器接口操作器接口记录接口存储计算机控制系统的硬件组成框图(1)计算机控制基本原理防灾科学与安全技术研究所/消防工程系计算机控制系统的软件组成(1)计算机控制基本原理软件系统软件应用软件操作系统汇编语言高级算法语言过程控制语言数据库通信软件诊断程序●●●●●●过程输入程序打印程序过程控制程序过程输出程序人机接口程序控制系统组态公共服务程序画面生成报表曲线生成●●●防灾科学与安全技术研究所/消防工程系(2)计算机控制系统典型形式①数据采集和操作指导控制系统数据采集和操作指导控制系统，含计算机信息采集系统（DataAcquisitionSystem，DAS）和操作控制系统（DataProcessSystem，DPS）。操作人员执行结构输入通道显示打印报警计算机生产过程开环系统结构简单安全可靠需要引入人工操作，以致速度不快、被控对象数量受限防灾科学与安全技术研究所/消防工程系②直接数字控制系统(2)计算机控制系统典型形式直接数字控制系统（DirectDigitalControl，DDC）是目前国内外应用较为广泛的计算机控制系统。闭环控制系统没有操作人员的直接参与实时性好可靠性和适应性较强在自控系统中得到了普遍应用操作人员输入通道DDC计算机生产过程设定值显示打印报警防灾科学与安全技术研究所/消防工程系③监督控制系统(2)计算机控制系统典型形式监督控制系统（SupervisoryComputerControl，SCC）有两种结构形式：1）SCC+模拟调节器的控制系统模拟调节器SCC计算机生产过程显示打印报警管理命令调节测量防灾科学与安全技术研究所/消防工程系③监督控制系统(2)计算机控制系统典型形式2）SCC+DDC分级控制系统DDC计算机SCC计算机生产过程显示打印报警管理命令调节测量防灾科学与安全技术研究所/消防工程系④集散控制系统（第三章详细介绍）(2)计算机控制系统典型形式集散控制系统（DistributedControlSystem，DCS）又称分布控制系统或分散控制系统。第一级：现场控制级第二级：监控级第三级：企业管理级其基本思想是分散控制集中操作分级管理配置灵活组态方便现场设备中央站管理级10Mbps以太网TCP/IP现场控制器现场控制器现场控制器9.6-76.8kbpsRS-485管理计算机监控级现场控制级防灾科学与安全技术研究所/消防工程系⑤现场总线控制系统（第三章详细介绍）(2)计算机控制系统典型形式现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，FCS）是在集散控制系统的基础上发展起来的，是新一代分布式控制系统。现场总线的含义及优越点主要表现在以下方面：（1）现场通信网络（2）互操作性（3）分散功能模块（4）通信线供电（5）开放式互连网络（6）“傻瓜”性防灾科学与安全技术研究所/消防工程系(3)工业控制计算机工业控制计算机（IndustrialPersonalComputer，IPC）是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的设备总称。是用于实现工业生产过程控制和管理的计算机，又称过程计算机，它是自动化技术工具中最重要的设备。防灾科学与安全技术研究所/消防工程系(3)工业控制计算机②IPC的主要特点①IPC的组成结构可靠性实时性扩充性兼容性防灾科学与安全技术研究所/消防工程系(4)可编程控制器可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计，适应多品种，小批量生产的需求。防灾科学与安全技术研究所/消防工程系(4)可编程控制器（1）可靠性高（2）适用性强（3）易学易用（4）维护方便，容易改造（5）体积小，重量轻，能耗低②PLC的主要特点①IPC的组成结构防灾科学与安全技术研究所/消防工程系③PLC编译语言(4)可编程控制器在可编程控制器中有多种程序设计语言：梯形图语言、布尔助记符语言（语句表）、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。防灾科学与安全技术研究所/消防工程系梯形图(4)可编程控制器③PLC编译语言防灾科学与安全技术研究所/消防工程系语句表（布尔助记符程序设计语言）③PLC编译语言(4)可编程控制器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系(5)单片机单片微型计算机简称单片机（SingleChipMicrocomputer），又称微控制器（MicroComputerUnit）。目前国外已普遍称之为微控制器MCU（MicroControllerUnit）。防灾科学与安全技术研究所/消防工程系(5)单片机①MCU的构成防灾科学与安全技术研究所/消防工程系②MCU的主要特点系统结构简单，使用方便，实现模块化可靠性高处理功能强，速度快低电压，低功耗，便于生产便携式产品控制功能强环境适应能力强(5)单片机防灾科学与安全技术研究所/消防工程系③单片机开发系统(5)单片机仿真器keilC编译器窗口防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(1)传感器概述传感器Transducer/Sensor被测量信息物理量化学量生物量●●●电信号（或其他形式信息）传输处理存储显示控制记录防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(1)传感器概述传感器构成框图防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(2)传感器分类按用途分类传感器力/压力敏传感器能耗传感器液位传感器热敏传感器射线辐射传感器加速度传感器位置传感器速度传感器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(2)传感器分类按原理分类传感器振动传感器气敏传感器磁敏传感器生物传感器湿敏传感器真空度传感器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(2)传感器分类按输出信号分类传感器模拟传感器开关传感器膺数字传感器数字传感器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(3)传感器选型测量对象与测量环境线性范围频率响应特性灵敏度精度稳定性传感器选型考虑因素防灾科学与安全技术研究所/消防工程系(4)传感器的特性2.2传感器及执行器传感器的特性静态特性动态特性线性度漂移灵敏度分辨力迟滞稳定性静态误差阈值重复性瞬态响应特性频率响应特性防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理电阻式传感器电阻式液位传感器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理电感式传感器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理电容式传感器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理压电式加速度传感器压电式传感器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理磁电式传感器磁电式(无源)转速传感器恒磁通式磁电传感器结构图防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理霍尔传感器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理热电式传感器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(5)不同种类传感器工作原理光电式传感器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(6)智能传感器本身消除异常值和例外值1具有信号处理功能2随机整定和自适应3具有一定程度的存储、识别和自诊断功能4内含特定算法并可根据需要改变5智能传感器具备以下条件防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(6)智能传感器智能传感器的主要特征是敏感技术和信息处理技术的结合防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.2传感器及执行器(6)智能传感器智能传感器的商用产品防灾科学与安全技术研究所/消防工程系执行器（FinalControllingElement）自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。2.2传感器及执行器(7)执行器防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.3计算机测控系统接口技术(1)控制器控制器（Controller）是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.3计算机测控系统接口技术(2)数字量和模拟量接口I/O接口防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.3计算机测控系统接口技术(2)数字量和模拟量接口D/A转换器数字量模拟量R－2R梯形电阻解码网络原理图防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.3计算机测控系统接口技术(2)数字量和模拟量接口A/D转换器数字量模拟量逐次逼近式A/D转换防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.3计算机测控系统接口技术(2)数字量和模拟量接口D/A转换器主要参数分辨率工作温度输入编码输出电平稳定时间A/D转换器主要参数分辨率工作温度转换时间转换精度量程防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.3计算机测控系统接口技术(3)通信总线接口技术计算机和外部交换信息，称为通信（Communication）。通信并行通信串行通信全双工方式半双工方式同步通信异步通信防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.3计算机测控系统接口技术(3)通信总线接口技术标准的异步通信数据格式防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.4自动控制相关技术机械技术电子电工技术微电子技术信息技术传感器技术接口技术信号变换技术(1)机电一体化机电一体化智能化模块化网络化微型化绿色化系统化防灾科学与安全技术研究所/消防工程系2.4自动控制相关技术(2)计算机容错技术容错（Fault-tolerance）容忍故障，考虑故障一旦发生时能够自动检测出来并使系统能够自动恢复正常运行。容错软件实现容错技术，主要依靠冗余结构冗余信息冗余时间冗余冗余附加技术防灾科学与安全技术研究所/消防工程系故障限制故障检测故障屏蔽重试诊断重组恢复修复重构2.4自动控制相关技术(2)计算机容错技术容错系统的一般阶段