第2讲 楼宇自动化控制基础

楼宇自动化控制基础楼宇自动化控制基础第2讲（补充内容）智能建筑（楼宇智能建筑（楼宇//大楼）大楼）GooverGoover智能楼宇是社会信息化通过现代计算机(Computer)技术、现代控制(Control)技术、现代通信(Communication)技术、现代图形（CathodeRayTube）技术，俗称“4C技术”实现对一个高层建筑的再包装和再提高。智能建筑定义：智能建筑定义：“通过对建筑物的44个基本要素个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的内在联系，以最优化最优化的设计的设计，提供一个投资合理投资合理又拥有高效率高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全安全的环境空间。”GooverGoover智能建筑系统组成智能建筑系统组成BA——BuildingAutomation，楼宇自动化楼宇自动化CA——CommunicationAutomation，通信自动化OA——OfficeAutomation，办公自动化SCS——StructureCablingSystem，综合布线SI——SystemIntegration，系统集成GooverGoover智能楼宇智能楼宇3A3A系统系统智能楼宇的基本结构（图1-1）智能楼宇物业管理系统BAFASAOACA广义的BA空调自动化系统电梯控制系统智能数字照明给排水自动控制供配电综合自动化火灾报警控制自动消防系统联动系统巡更系统视频监控系统入侵报警系统出入口控制车库管理系统智能卡管理数字信息分析处理电子商务综合业务管理辅助决策计算机网络通信网络卫星通信有线电视GooverGoover建筑设备管理/监控（自动化）系统(狭义的BAS)中包含5个子系统：空调自动化系统、供配电综合自动化系统、智能数字照明控制系统、给排水自动控制系统和电梯控制系统GooverGoover楼宇自动化控制系统的类型楼宇自动化控制系统的类型楼宇自动化控制系统可分为三种类型：基本型楼宇自动化控制系统工作环境简单；规模结构可调；“即插即用”模式综合型楼宇自动化控制系统系统化，综合化；局域网开放型楼宇自动化控制系统控制器网络化；智能节电；通信GooverGoover楼宇自动化系统结构楼宇自动化系统结构BAS结构由如下四部分组成：中央控制器区域控制器现场设备通信网络中央站（工作站）网关分站子站子站现场设备微型控制器„„„控制器控制器控制器局域网分站分站InternetGooverGoover楼宇自动化控制技术基础楼宇自动化控制技术基础——设备与系统的监视、测量、控制与调节主要内容主要内容1、检测技术与常用传感器2、自动控制基本原理与系统组成3、楼宇电气控制基础1.1检测技术概述楼宇自动化系统中，需要对温度、湿度、压温度、湿度、压力、流量力、流量、浓度、液位等参数进行检测和控制；同时要对建筑内部关系人身安全、设备与系统运行安全、环境与财产安全的因素与专题进行全面监视。必须及时掌握描述它们特性、运行过程的各参数和反映安全状态各相关变量，首先要求测量这些参数和变量的值。11检测技术与常用传感器检测技术与常用传感器1.21.2楼宇自动化系统常用传感器楼宇自动化系统常用传感器1.2.1温度传感器（1）电阻测温——阻值随温度变化铜电阻（-5°C~150°C)、铂电阻（200°C~600°C）、热敏电阻（-200°C~0°C、-50°C~50°C、0°C~300°C）（2）半导体测温——PN结结电压…（3）热电偶测温——电势热电阻温度传感器热电阻温度传感器半导体热敏电阻(-50°C~300°C)热电势温度传感器热电势温度传感器(1)以热电偶为材料的热电势传感器–两种材料（导体或半导体）组成回路，接点处温度不同，出现热电势，产生电流。–一端温度恒定（自由端or冷端），一端插在被测温度处（工作端or热端），测出的电势为被测温度的函数。(2)以半导体PN结为材料的热电势传感器–利用温度变化造成半导体PN结结电压变化热电偶温度计热电偶温度计通常可测-200~1600°C热电偶的种类与结构热电偶的种类与结构①铂铑10-铂热电偶(分度号为S)②铂铑13-铂热电偶(分度号为R)③铂铑30-铂铑6热电偶(分度号为B)④镍铬-镍硅热电偶(分度号为K)⑤镍铬-康铜热电偶(分度号为E)⑥铜-康铜热电偶(分度号为T)⑦铁-康铜热电偶(分度号为J)*热电偶冷端补偿——由于自由端距热源较近，温度波动较大，给测量带来误差。（1）补偿导线延伸法（（22）冰点法）冰点法多用于实验室（（33）计算修正法）计算修正法（（44）仪表零点校正法）仪表零点校正法（（55）补偿电桥法）补偿电桥法1.2.21.2.2湿度传感器湿度传感器1.阻抗式湿度传感器——阻抗式湿敏元件阻抗与温度非线性关系。(1)金属氧化物湿度传感器(2)磁胶体湿度传感器2.电容式湿度传感器——湿度影响聚合物介电常数，从而改变电容，电容与湿度基本线性。1.2.31.2.3压力传感器压力传感器1.利用金属弹性制成的压力传感器——最常用：弹簧、弹簧管、波纹管和弹性膜片；压力转换成位移，位移通过磁电或其它电学方法转换成电物理量。(1)电阻式压差传感器——滑动电阻触点位移(2)电容式压差传感器——金属平板电容(3)霍尔压差传感器——半导体元件，Hall效应，均匀梯度磁场，测量动态和快脉冲压力2.压电式压力传感器压电效应——压电材料在一定方向受力产生形变时，内部产生极化现象，在其表面产生电荷。(1)压电陶瓷传感器常用钛酸钡（BaTiO3）、锆钛酸钡(2)有机压电材料传感器3.半导体压力传感器——利用Si晶体压电电阻效应1.2.41.2.4流量传感器流量传感器测量流量的方法很多，常用节流式、速度式、容积式、和电磁式。1.节流式根据前后压差或推力板孔、喷嘴、靶、转子等2.2.速度式速度式涡轮装置，涡流流量计3.3.容积式容积式椭圆齿轮流量计——精密齿轮一个转动周期排出一定量流体，累计转动圈数；用于精密测量。4.4.电磁式电磁式适于测量电液体流量；无需节流、无接触，工作可靠，精度高，线性好，范围大，反应快。1.2.51.2.5液位检测传感器液位检测传感器1.电阻式液位传感器液体介质中安装金属接点；或容器内安装浮筒，与滑动电阻器滑动触点连接。结构简单，价格便宜。2.电容式液位传感器液体液位连续精密测量金属棒/金属外筒电容H——液面高度1.2.61.2.6空气质量传感器空气质量传感器监测室内CO2——新风机组，补充新鲜空气；检测车库CO2和CO浓度——排风机，空气质量与环境安全半导体气体传感器，正负离子吸附，异常时，载流子浓度变化。制作和使用方便，成本低，响应快，灵敏度高。22自动控制基本原理与系统组成自动控制基本原理与系统组成2.1闭环控制/调节系统的组成1.单回路控制/调节系统2.多回路控制/调节系统3.比值控制/调节系统4.复合控制/调节系统2.22.2控制器调节特性及其选择控制器调节特性及其选择1.位置式调节(1)双位置调节空调系统风机盘管温控器(2)三位置调节滞环区——不至于引起调节器动作偏差2.2.比例调节比例调节(P)(P)3.3.积分调节（Ｉ）积分调节（Ｉ）４４..比例积分调节（比例积分调节（PIPI））5.5.比例微分调节（比例微分调节（PDPD））6.6.比例、积分、微分式调节（比例、积分、微分式调节（PIDPID））２２..３执行器３执行器————执行机构执行机构++调节机构调节机构2.3.1执行机构根据调节器发出的调节直流，驱动调节机构动作角行程、直线行程；气动、电动、液动最常见：阀门驱动器、风门驱动器2.3.2调节机构1.调节阀三通阀三通阀2.风门(阀)空调通风系统中，应用最多；若干叶片，转动时改变风道等效截面积，改变风门阻力系数；叶片形状决定风门流量特性。3.其它执行器电磁阀、电动碟阀etc.(2)调节阀的流量特性①固有流量特性2.42.4调节器的参数整定调节器的参数整定2.4.1闭环控制系统的性能指标——稳、准、快稳定性：保持设定值；扰动或改变设定，恢复或保持新值，平稳工作。正确性：被调参数与设定值偏差满足（静态）精度；调节过程，动态偏差不超过一定界限。快速性：回到稳态恢复时间短。1.衰减比n和衰减率φ2.最大动态偏差y1和超调量σ%3.残余偏差或静差ε4.调节时间和振荡频率①误差积分(IE)②绝对误差积分(IAE)③平方误差积分(ISE)④时间与绝对误差乘积积分(ITAE)2.4.22.4.2调节器参数整定调节器参数整定控制系统安装完成或系统维修结束后，对控制系统调节器的参数进行整定，以得到某种意义下的最佳性能指标。和最佳指标对应的调节器参数值叫做最佳整定参数。“最佳”没有统一标准：首要考虑动态稳定性，尽量提高准确性和快速性指标，即绝对误差的时间积分最小。1.响应曲线法——阶跃响应，近似为纯滞后一阶惯性。τ、T、K比例度常用的参数整定方法常用的参数整定方法例题例题2.2.经验整定法经验整定法33楼宇电气控制基础楼宇电气控制基础3.1常用低压电器3.1.1接触器1.交流接触器；2.直流接触器3.1.2继电器1.电磁式继电器(1)电流继电器(2)电压继电器(3)中间继电器2.时间继电器3.热继电器4.速度继电器5.固态继电器3.1.3熔断器3.1.43.1.4低压开关低压开关1.刀开关2.转换开关1.塑料外壳式断路器2.直流快速断路器3.限流断路器4.漏电保护断路器3.1.53.1.5低压断路器低压断路器3.1.63.1.6主令电器主令电器1.按钮2.行程开关3.万能转换开关3.23.2基本电气控制电路基本电气控制电路3.2.1异步电动机启动控制线路3.2.23.2.2电动机正反转控制电动机正反转控制3.2.33.2.3双速异步电动机的高低速双速异步电动机的高低速