楼宇自动化_3_BAS集成技术基础

第三章BAS的系统集成技术基础定义：为了实现各智能化系统之间信息共享以及相互协调、互控和联动的功能，需要将各个分离的系统有机地集成在一个相互关联、统一和协调的系统之中，这种解决方案就是系统集成。实现途径：系统集成是以计算机网络为核心，综合配置建筑内各智能化系统，全面实现对通信自动化系统CAS、办公自动化系统OAS、建筑设备自动化系统BAS(包括安全防范系统SAS、火灾自动报警系统FAS)等的综合管理。技术关键点：实现系统集成的关键在于解决各系统之间的互联性和互操作性，这就需要解决各系统之间的接口、协议、应用软件等问题。第3章BAS的系统集成技术基础第3.1节、DCS的基本原理3.1.1分布式控制系统（DCS）的定义又称集散控制系统。采用分散控制、集中操作、分级管理、综合协调的设计原则，从上到下将系统分为现场控制层、监控层和管理层。在同一层次中，各计算机的功能和地位是相同的，分别承担整个控制系统的相应任务，而它们之间的协调主要依赖上一层计算机的管理，部分依靠与同层中的其他计算机数据通信实现。第3章BAS的系统集成技术基础管理计算机网关操作站工程师站I/O或1＃I/O或2＃I/O或n＃RS-485以太网DCS控制系统原理图管理层监控层现场控制层第3章BAS的系统集成技术基础⑴现场I/O控制站将复杂的被控对象分解为n个简单子对象分别实施相应的控制。主要功能有三项：①实时采集表征生产过程的各种参数和状态信号，经数字化处理后送入存储器储存，形成一个反映生产现场实际工况，而且对所采集的数据信息进行实时更新的动态数据库。②将所采集的实时数据信息通过通讯网络送至操作员站、工程师站及其他现场I/O控制站，实现全系统范围内的控制、监督和管理；同时，现场I/O站第3章BAS的系统集成技术基础还可以接受来自操作员站、工程师站下的指令，实现对现场I/O控制站工艺参数设定值的变更，以及现场工况的人工调控。③担任现场的闭环负反馈控制、顺序控制等任务。⑵操作员站由工业微机、键盘、鼠标、CRT和操作控制台组成，是实现人－机界面功能的网络节点，起着汇总报表及图形显示的作用。第3章BAS的系统集成技术基础⑶工程师站系统工程师通过它可以及时调整系统的配置、参数设定，从而使DCS处于最佳工作状态之下；同时还可对各个现场I/O控制站、各个操作员站的运行状态和网络的通信情况等进行实时监控，及时维护网络节点。⑷DCS的通信网络DCS的基本结构是计算机网络，现场I/O控制站、操作员站和工程师站都是连接在这个网络上的三类节点，均包括CPU和网络接口等，也都有自己特定的网第3章BAS的系统集成技术基础络地址，可通过网络发送和接受数据信息。目前应用最广的网络结构是总线型网和环形网。在这两种网络结构中，各个节点地位平等，它们之间的通信均可通过网络直接进行。为了实现网络节点之间的通信，介质访问控制采用令牌控制方式。令牌是一组特定的二进制码，作为有权占有传输介质的标志。令牌在网络节点之间按顺序轮流传递，形成循环。某个节点在接到令牌的某时段内有权占有传输介质，第3章BAS的系统集成技术基础进行通信，时段结束转交下一个节点，循环反复，各个节点均可定时占有传输介质，发送信息。令牌控制方式不但可以对各个节点占用传输介质的时段加以确定，而且对各个节点占用传输介质的顺序也可进行设定和调整，因此信息传送的实时性好。DCS虽然称为分布式控制系统，但其现场测控层并未彻底实现分布。现场I/O站的控制器与现场自动化仪表（如传感器、执行器）的测控信号联系仍为DC4～20mA的模拟信号，因此为半数字化系统。第3章BAS的系统集成技术基础3.1.2.集散型控制系统的体系结构1．直接控制级（现场控制级）2．过程管理级（操作监控级）3．分层管理级（生产管理级）4．物业管理级（经营管理级）第3章BAS的系统集成技术基础集散型控制系统四层结构模式管理级管理级过程管理级直接控制级批量过程离散过程第四层第三层第二层第一层现场设备连续控制过程分层物业第3章BAS的系统集成技术基础3.1.3.集散控制系统中的组态技术1.组态软件主要解决的问题（1）如何与控制设备之间进行数据交换，将来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来。（2）处理数据报警和系统报警。（3）存储历史数据和支持历史数据的查询。（4）各类报表的生成和打印输出。（5）具有与第三方程序的接口，方便数据共享。（6）为用户提供灵活多变的组态工具。（1）组态软件的安装。（2）工程项目系统分析。（3）设计用户操作菜单。（4）画面设计与编辑。（5）编写程序进行调试。（6）综合调试。2.基于组态软件的工业控制系统的一般组建过程3、常用组态软件（1）InTouch（WONDERWARE公司）（2）FIX系列（Intellution公司)（3）WinCC(西门子）（4）MCGS（昆仑通泰）（5）组态王（亚控）（6）ForceControl（力控）4、组态软件SCKey（1）.SCKey主画面及菜单标题栏状态栏操作显示区菜单栏工具栏操作显示区图5.4SCKey组态软件主画面总体信息菜单项功能简介菜单项名功能说明主机设置进行控制站（主控卡）和操作站的设置编译将组态保存信息转化为控制站（主控卡）和操作站识别的信息，即将.SCK文件转化为.SCO和.SCC文件备份数据备份所有与组态有关的数据到指定的文件夹组态下载将.SCC文件通过网络下载到控制站（主控卡）组态传送将.SCO文件通过网络传送到操作站控制站菜单项功能简介菜单项名功能说明I/O组态对数据转发卡、I/O卡件、I/O点进行各种设置自定义变量对1字节变量、2字节变量、4字节变量、8字节变量和自定义回路（64个）的一些参数进行设置常规控制方案在每个控制站中可以对64个回路进行常规控制方案的设置自定义控制方案在每个控制站中使用SCX语言或图形化环境进行控制站编程折线表定义折线表，在模拟量输入和自定义控制方案中使用操作站菜单项功能简介菜单项名功能说明操作小组设置定义操作小组总貌画面设置总貌画面趋势画面设置趋势曲线画面分组画面设置控制分组画面一览画面设置数据一览画面流程图登录登录流程图文件报表登录登录报表文件自定义键设置操作员键盘上自定义键的功能语音报警对语音报警的参数进行设置菜单项名功能说明状态栏当选中状态栏选项后，状态栏出现在主画面的最下端，显示当前的状态工具栏当选中工具栏选项后，工具栏将出现在主画面的上端错误信息错误信息项被选中时，操作显示区右下方会显示具体错误信息，在大多数的错误条目上双击可直接修改相应的内容，程序启动时不显示，编译之后会自动显示位号查询根据位号或者地址查找位号信息选项设置一些选项，这些选项可能对某个或全部组态文件产生影响查看菜单项功能简介（2）.组态内容1）总体信息组态2）控制站组态控制站组态系统单元登录数据转发卡组态I/O卡件组态信号点组态信号点参数设置组态自定义变量折线表组态系统控制方案组态自定义一字节变量自定义四字节变量自定义回路自定义八字节变量自定义二字节变量自定义控制方案常规控制方案组态控制站组态流程3）操作站组态操作小组设置标准画面（总貌画面、趋势画面、控制分组画面、数据一览画面）组态流程图登录报表制作自定义键语音报警组态等六部分操作站组态标准画面组态总貌画面趋势画面分组画面一览画面流程图登录报表登录自定义键组态语音报警组态操作小组设置操作站组态流程3）操作站组态（1）、功能简介流程图制作窗口5、流程图绘制菜单栏和菜单图标栏（2）.流程图制作流程(1)在组态软件中进行流程图文件登录(2)启动流程图制作软件。(3)设置流程图文件版面格式。(4)根据工艺流程要求，绘制工艺装置的流程图(5)根据监控要求，绘制流程图中的动态监控对象(6)绘制完毕后，用样式工具完善流程图(7)保存流程图文件至硬盘上，以登录时所用文件名保存。(8)在组态软件中进行组态信息总编译,生成代码文件。(9)设置操作员键盘上自定义键的功能第3章BAS的系统集成技术基础3.2.BAS中的现场总线控制（FCS）3.2.1.现场总线控制系统（FCS）现场总线是连接现场智能仪表和自动控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，即现场总线是控制系统中最底层的通信网络，它以串行通信方式取代传统的DC4～20mA模拟信号，能为众多现场智能仪表实现多点连接。它支持处于底层的现场智能仪表，利用公共传输介质与上层系统互相交流信息，具备双向数字通信功能。①现场总线控制系统的基本组成FCS控制系统原理图管理计算机网关现场智能设备网关现场智能设备网关现场智能设备以太网第3章BAS的系统集成技术基础②现场总线控制系统的特点现场通信网络现场总线将通信线一直延伸到生产现场的生产设备，构成现场智能仪表互连的通信网络，信号传输全数字化，抗干扰能力强，精度高。现场设备互连由于现场智能节点之间通过一对信号互连，一对信号传输线使得N个现场智能节点能够双向传输信号。互操作性由于现场总线设备实现了功能模块及其参数的标准化，因此设备间有很好的互操作性。来自不同厂家的现场设备可以异构，组成统一的系统。第3章BAS的系统集成技术基础分散的系统结构每个现场仪表作为一个智能节点，能够完成数据信息的采集、运算、执行控制指令和通信等功能，任何节点发生故障仅影响局部而不会危及全局，从而实现彻底的分散。开放式互连网络现场总线为开放式互连网络，用户根据需求可以自由地集成不同制造商的通信网络，极大方便用户共享网络数据库的信息资源。通信线供电该方式允许现场智能节点直接从通信线摄取能量，节省电源，低功耗。第3章BAS的系统集成技术基础现场设备的智能化和功能自治性现场总线将传感测量、控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。对现场环境的适应性作为网络底层的现场总线对现场环境有较强的适应性，是专门为现场环境设计的，它支持双绞线、同轴电缆、光缆、无线和电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信。第3章BAS的系统集成技术基础③现场总线系统的优点传统的现场控制技术(如BITBUS、RS485、RS422等)的不足之处主要有:主从结构网络上只能有一个主节点，其余为从节点，无法构成多主结构或冗余系统，其潜在的危害是一旦主节点出现故障则整个系统将处于瘫痪状态;数据通信方式为命令响应型，在许多实时性要求较高的场合，这是致命的弱点;错误处理能力不强，不能提供类似LAN的网络管理(NetworkManagement)功能，从而不能对整个系统进行实时、有效、方便的监控和维护。而由于现场总线的上述特点，特别是现场总线系统结构的简化，使得控制系统从设计、安装、投运到正常生产以及检修维护都体现出如下优越性：第三章智能楼宇中的网络集成技术(1)分布式的FCS系统更好地体现了DCS系统“信息集中，控制分散”的思想，具有高度的分散性，可以由现场设备组成自治的控制回路。现场设备具有相当的智能化与功能自主性，可完成控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行情况。(2)FCS提高了系统的准确性和可靠性。现场总线设备的智能化、数字化从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差。由于免去了D/A与A/D变换，使仪表精度也得到极大的提高。FCS的结构比DCS简化，有的FCS系统省略了DCS中控制站这一层，操作站直接与现场仪表相连,设备的连线减少，现场仪表内部功能加强，这样就减少了信号的往返传输，提高了系统的可靠性。第三章智能楼宇中的网络集成技术(3)在现场总线系统中，系统的控制周期大为缩短，改善了系统的调节性能。例如,将PID功能植入到相应的智能传感器中，使得目前FCS可以从DCS的每秒调节2～3次增加到每秒调节10～20次。(4)由于结构上的改变，FCS比传统的DCS更节约硬件设备，减少了安装费用和维护费用。使用FCS可以减少大量的隔离器、端子柜、I/O卡及I/O端口，这样就节省了I/O装置及装置室的空间;同时也减少了大量电缆，可以极大地节省安装费用。另外，由于现场总线设备标准化、功能模块化，使得系统设计简单，易于重构。第三章智