课2智能建筑的相关技术

情境二智能建筑相关技术一、计算机控制技术基础二、计算机网络技术基础三、现代通信技术基础四、BA系统的检测技术五、楼宇智能化系统的集成技术建筑智能化系统的结构建筑智能化系统的结构由上层的智能建筑综合管理系统（IBMS:IntelligentBuildingManagementSystem）和下层的三个智能化子系统构成：建筑设备管理系统（BMS:BuildingManagementSystem）、通信网络系统（CNS:CommunicationNetworkSystem）和办公自动化系统（OAS:OfficeAutomationSystem）。建筑智能化系统的结构•BMS,CNS和OAS三个子系统通过综合布线系统（GCS:GenericCablingSystem）联结成一个完整的智能化系统，由IBMS统一监管。•BMS包括建筑设备自动化系统BAS（BuildingAutomationSystem）、消防自动化系统FAS（FireAutomationSystem)、安防自动化系统SAS（SafetyAutomationSystem)。•整个建筑智能化系统是建立在建筑（环境）这个平台（基础）之上的。建筑智能化系统的结构智能建筑的核心技术根据美国最近公布的《21世纪的技术：计算机、通信》研究报告书：应用将建立在互联网网络的基础之上，并且具有良好的人机交互多维信息处理能力。在技术上，发展的重点将是虚拟技术、协同工作技术、可视化技术；在应用上，必须密切结合应用需求，强调综合集成。智能建筑的核心技术智能建筑扮演的就是信息高速公路上的站点，先进的信息技术（以微电子技术为基础、以计算机技术、通信技术为标志）必然会很快在智能建筑中得到应用。从技术角度看，相对于传统建筑，智能建筑主要是广泛采用了3C高新技术，即现代计算机技术(Computer)、现代通信技术(Communication)和现代控制技术(Control)。3C技术的核心是信息技术。智能建筑的核心技术现代控制技术现代计算机技术现代通信技术现代计算机技术计算机是２０世纪发展最为迅速的学科，新的技术可谓日新月异。微处理器技术软件技术多媒体技术信息安全技术微处理器技术随着半导体集成电路制造工艺的飞速发展，作为计算机“大脑”的中央处理器无论是从体积还是从功能上都有了难以置信的变化。•微处理器30年来的发展基本符合“摩尔定律”，即工作速度每18个月增加1倍，而成本则每18个月降低1半。微处理器技术除了速度、集成度的极大提高外，微处理器的发展还经历了从CISC（复杂指令集计算机）技术到RISC（精简指令集计算机）技术（在同样主频、同样工艺尺寸、同样芯片面积情况下可大大提高速度）、从单微处理器到多微处理器并行处理技术的发展。软件技术在智能建筑中除了采用微处理器等计算机硬件技术产品外，也采用了很多先进的软件技术。例如：面向对象技术客户/服务器技术计算机支持协同工作技术面向对象技术•面向对象技术与客户机/服务器技术是20世纪90年代计算机技术发展的两大代表。•面向对象技术包括面向对象程序设计语言、面向对象的软件开发方法和面向对象数据库等方面。•面向对象软件开发技术将最终取代传统的结构化软件开发技术。•国内已经在智能建筑BMS，OAS应用软件开发中采用了面向对象技术。客户/服务器技术客户/服务器（C/S：Client/Server）技术是一种优化的网络计算模式。它将一个计算机应用分解为两个部份，交由网络上不同的计算机来分别执行。把复杂的计算任务留给后端的服务器（高性能计算机）处理，而把一些频繁与用户打交道的简单任务交给前端客户机（PC机）来处理，客户机与服务器之间是一种请求/响应的关系。客户/服务器技术浏览器/服务器(B/S:Brower/Server）技术是在C/S技术的基础上，将客户机上的应用程序简化为统一的浏览器软件，使得应用系统的开发和维护集中在服务器端，大大降低了应用软件的开发周期和成本。Internet和Intranet就是采用的B/S技术。智能建筑中的各种信息服务系统现在也主要采用B/S模式。计算机支持协同工作技术计算机支持协同工作（ComputerSupportedforCooperativeWork，简称CSCW）是指在计算机技术支持的环境中（即CS），一个群体协同工作完成一项共同的任务（即CW）。CSCW是在现代社会中，以人们的协同工作方式为背景，并且以计算机技术、通信技术、多媒体技术的发展和融合为基础，具有广泛的应用领域为前提条件而形成的。它涉及到众多的学科领域，如计算机，管理学，通信，分布系统，人工智能，社会学，心理学，组织理论等等。多媒体技术多媒体技术是一种基于计算机技术的综合技术，包括数字化信息处理技术、多媒体计算机系统技术、多媒体数据库技术、多媒体通信技术和多媒体人机界面技术等。多媒体计算机（MPC）和视频点播（VOD）是多媒体产品的代表。信息安全技术随着计算机网络应用和社会信息化的发展，信息的安全性问题变得日益重要起来。包括密码技术、反病毒技术、防火墙技术等在内的信息安全技术被广泛使用。计算机信息安全技术是由计算机管理派生出来的一门科学技术，其研究目的是为了改善计算机系统和应用中的某些不可靠因素，以保证计算机正常运行、信息被授权合法使用。信息安全技术•传统的计算机信息系统安全着眼于单个计算机，主要强调计算机病毒对于计算机运行和信息安全的危害，在安全防范方面主要研究计算机病毒的防治。•而在网络时代，计算机信息系统安全要着眼于网络安全，必须有足够的安全措施，能够全方位地针对各种不同的威胁和脆弱性，这样才能确保信息的保密性、完整性和可用性。现代通信技术如果说建立在微电子技术及软件技术基础之上的计算机是智能建筑与现代社会的大脑，那么由程控交换机、光纤网、卫星通信、数字微波通信、计算机网络、HFC（同轴电缆光纤混合网）及其它现代化通信设备构成的通信网络就是智能建筑及现代信息社会的神经系统。现代通信技术的一个重要特点，是通信技术与计算机技术的紧密结合。现代通信技术计算机技术和其它新技术的介入，使现代通信技术形成了许多分支，如卫星通信、光纤通信、数据通信、计算机网络通信、移动通信等等。现代控制技术PID调节控制仪随着高新科技的发展，新的控制理论、控制技术以及新的控制系统不断出现。如非线性控制、智能控制、自适应控制、模糊控制、分布式控制、神经网络控制等。在智能建筑中将越来越多地采用这些现代控制技术。比如：集散控制技术模糊控制技术神经网络控制技术集散控制技术采用集散控制技术的集散控制系统，又称分布式控制系统，是一种通过某种通信网络将分布在控制对象现场（附近）的现场控制器、传感器、执行器和监控中心的中央管理机等连接起来，共同完成分散控制和集中管理的综合控制系统。模糊控制技术所谓模糊控制，是指将工艺操作人员的经验加以总结，运用语言变量和模糊逻辑的理论归纳出控制算法的控制。自组织模糊控制器具有自学习、自适应能力，能在运行过程中自动修改、调整和完善，使系统达到十分满意的运行效果。神经网络控制技术神经网络控制是由大量的同时也是简单的处理单元（或称神经元）广泛地互相连接而形成的复杂网络系统。它具有以其可学习的特性和其高度并行的结构所带来的容错性强、并行计算、便于用大规模并行电路实现等优点，及其可逼近任一非线性函数的能力。如采用神经元芯片作为核心的LonWorks现场总线技术，可实现真正的分布式控制。一、计算机控制技术闭环控制系统图/计算机控制系统框图计算机控制系统框图计算机控制系统框图计算机控制系统由计算机，接口电路、外部通讯设备和生产过程等组成如图所示计算机控制系统工作原理（1）数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并输给计算机。（2）控制：对采集到的表征被控制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，适时地对接收机构发出控制信号。二、计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类:操作指导系统(开环)、直接数字控制系统和监督计算机控制系统1、操作指导控制系统2、直接数字控制系统(DDC)计算机通过AI和DI采集实时数据，再按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，是一个闭环控制系统监督计算机控制系统（SCC）采用两级计算机，其中DDC用计算机（称第一级）完成上述直接数字控制功能；SCC用计算机（称为第二级）则根据反映生产过程工况的数据和数字模型进行必要的计算，给DDC用计算机提供各种控制信息，如最佳给定值和最佳控制量等（如高效、低消耗、低成本等）。分散控制系统（DCS）DCS系统采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，自下而上分为若干层，分别完成控制、监督和管理的功能。分散控制系统的定义及组成：分散控制系统是将计算机技术、控制技术、图形显示技术和通信技术汇集于一体，可对分散在现场的设备进行控制，又可方便集中管理操作包括现场控制站、操作员站、工程师站、监控计算机、管理计算机、数据通信网络二、计算机网络技术1、计算机网络的概念及组成：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。由主机、终端、网络节点、通信链路等网络元素组成，如图所示。从逻辑功能上看，一个网络可以分为两个子网：资源子网和通信子网。资源子网由主机、终端及相关软件组成。通信子网由负责信息数据传输和交换等通信处理的设备、线路组成。计算网络组成示意2、计算机网络的基本功能：数据快速传送和集中处理、资源共享、提高可用性和可靠性、实现分布处理3、计算机网络的拓扑结构是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系。计算机网络的拓扑结构既有规则的总线型、环型，也有不规则的网型。在智能建筑中主要使用局域网。其常见的拓扑结构有三种：星型、环型和总线拓扑如图所示。a)星型拓扑b)环型拓扑c)总线拓扑三、现代通信技术是实现大厦内部、大厦与大厦、大厦与国内、国外信息交流不可缺少的关键技术。它在作为未来“信息高速公路”网站主结点的智能大厦中的地位和作用不言而喻。1、信息高速公路的组成由干线、支线和结点构成。它是在光纤干线上将信息（如图象、声音、文字等）转换成数字信号，再经切换送到支线（电缆或电话线）上，最终送到结点（用户终端。）（1）、干线部分它是信息高速公路的骨架，是局域网、有线网、数据网、无限网和程控网之间的桥梁。其中，局域网包括校园网、小型企业的信息网等；有限网包括有限电视、图文电视等；数据库包括图书资料、电子书刊以及各种信息数据等组成的数据网；无限网包括卫星通信、微波通信、移动通信组成的无线寻呼、电话网、程控交换网等。（2）、支线部分构成某个局域的现代化信息环境。以校园网为例可提供图书资料服务、文件服务、打印服务、行政信息管理等功能。（3）、结点部分包括各种信息的发送和接收设备，构成用户的信息环境。按照信息环境的差异可以分为各种不同的用户：办公室信息环境、家庭信息环境等。2、信息高速公路的特点（1）数字化：（2）高速化：（3）网络化：（4）小型化：（5）双向性：（6）多媒体化：（7）多样化：四、BA系统的检测技术是以微电子技术基本手段的检测技术，分为两大类：一类是对电压、电流、阻抗等电量参数的检测：另一类则是运用一定的转换手段，把非电量（如温度、湿度、压力、流速等）转换为电量，然后进行检测，将非电量转换为电量的器件，通常称为传感器。传感器在自动检测技术中占极为重要的地位，在某些场合成为解决实际问题的关键，非电量自动检测单元的基本结构用图描述。非电量自动检测单元的基本结构典型传感器1、传感器的概念及组成：传感器即检测器是一种能把特定的被测量信息（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。由敏感元件和转换元件组成辅助电源敏感元件转换元件信号调节与转换电路被测量电量2、传感器分类分类法型式说明按基本效应分物理型、化学型、生物型等分别以转换中的物理效应、