第一章第一章 智能楼宇设备自动化系统集成智能楼宇设备自动化系统集成（BASBAS） 第一节第一节 概述概述第二节第二节 系统集成的步骤系统集成的步骤第三节第三节 楼宇自动化控制技术基础楼宇自动化控制技术基础第四节第四节 Lonworks现场总线技术现场总线技术 网络所需要连接的计算机设备多种多样，无论是硬网络所需要连接的计算机设备多种多样，无论是硬件结构、通信接口，还是操作系统、应用软件，都是有件结构、通信接口，还是操作系统、应用软件，都是有很大区别，异种计算机和异种操作系统的互联成为一个很大区别，异种计算机和异种操作系统的互联成为一个很重要、很复杂的课题，一般就称为很重要、很复杂的课题，一般就称为“系统集成系统集成”。 缺点缺点: :用户需求难以明确、软件开发周期长、软硬用户需求难以明确、软件开发周期长、软硬件配合要求高、各子系统的软件和数据库技术不公开，件配合要求高、各子系统的软件和数据库技术不公开，以及专业技术人员缺乏以及专业技术人员缺乏. .目前，比较普遍的做法是以目前，比较普遍的做法是以信息集成或者办公自动化代替完整的系统集成。信息集成或者办公自动化代替完整的系统集成。第一节第一节 概述概述 目前系统集成工作最重要的三项工作是目前系统集成工作最重要的三项工作是集中收集各智集中收集各智能化系统的工作参数能化系统的工作参数，建立综合信息库建立综合信息库和和建立大厦管理的建立大厦管理的统一操作界面统一操作界面。这三项工作最终将实现的功能包括：。这三项工作最终将实现的功能包括： 1、将大厦各智能化系统设备的工作参数收集并集中、将大厦各智能化系统设备的工作参数收集并集中于统一的数据库内；于统一的数据库内； 2、在统一的工作界面上对各智能化系统的工作状态、在统一的工作界面上对各智能化系统的工作状态进行进行“监视监视”； 3、提供完整自动的物业管理和行政管理服务；、提供完整自动的物业管理和行政管理服务； 4、大厦内用户可以通过、大厦内用户可以通过Internet/Intranet实现外部实现外部和内部的信息共享；和内部的信息共享； 5、大厦自身的信息资料、统计资料集成于统一数据、大厦自身的信息资料、统计资料集成于统一数据库内，并不断自动更新，供所需时即时查询。库内，并不断自动更新，供所需时即时查询。第二节第二节 系统集成的步骤系统集成的步骤一一、基本原则基本原则 1、技术先进性；、技术先进性； 2、系统开放性；、系统开放性； 3、操作安全性；、操作安全性； 4、经济合理性；、经济合理性； 5、可管理性；、可管理性； 6、可扩充性。、可扩充性。 二二、系统集成系统集成分为分为设计、实施和测试设计、实施和测试三个阶段。三个阶段。 系统集成的设计：系统集成的设计：包括以下阶段：应用需求的调研、集成核心的选择、包括以下阶段：应用需求的调研、集成核心的选择、集成系统的调研、数据流程的规划、系统集成方案设计、集成系统的调研、数据流程的规划、系统集成方案设计、软件开发方案设计、硬件开发方案设计、可行性研究和软件开发方案设计、硬件开发方案设计、可行性研究和方案最终确定。设计流程方案最终确定。设计流程如图所示如图所示。系统平台是软硬件开发的基础，是系统集成功能的系统平台是软硬件开发的基础，是系统集成功能的具体载体。系统平台具体载体。系统平台如图所示如图所示。 软件开发是实施系统集成的主要工作，软件开发的软件开发是实施系统集成的主要工作，软件开发的基本内容包括三个大类：基本内容包括三个大类：监控及应用程序的开发、信息监控及应用程序的开发、信息及数据的录入和用户界面的制作。及数据的录入和用户界面的制作。. . 系统集成的实施：系统集成的实施：可以分为可以分为软件开发、硬件开发和系统平台软件开发、硬件开发和系统平台的建设。的建设。 硬件开发是系统集成的难点硬件开发是系统集成的难点,主要任务是在不主要任务是在不同通信标准之间建立转换的硬件同通信标准之间建立转换的硬件.如图示如图示.3.3.系统集成的测试系统集成的测试: :包括系统集成功能的测试和系统集成性能的测试包括系统集成功能的测试和系统集成性能的测试. .第三节第三节 楼宇自动化控制技术基础楼宇自动化控制技术基础 一、传感器概述一、传感器概述 传感器、变送器是工业自动化控制及信息检测技传感器、变送器是工业自动化控制及信息检测技术中不可缺少的控制元件。它可以把诸如温度、压力、术中不可缺少的控制元件。它可以把诸如温度、压力、流量、液位、位置等模拟量或开关量转变成电信号，再流量、液位、位置等模拟量或开关量转变成电信号，再由自动化控制仪表或计算机进行控制处理和调节。由自动化控制仪表或计算机进行控制处理和调节。二、楼宇自控中的传感器与控制器二、楼宇自控中的传感器与控制器 1 1楼宇自控中常用的传感器楼宇自控中常用的传感器 (1) (1) 温度传感器温度传感器 (2) (2) 湿度传感器湿度传感器 (3) (3) 压力或压差传感器压力或压差传感器 (4) (4) 流量传感器流量传感器2 2楼宇自控中常用的控制器楼宇自控中常用的控制器(1) (1) 温度控制器温度控制器 (2) (2) 湿度控制器湿度控制器 (3) (3) 防霜冻保护开关防霜冻保护开关 (4) (4) 压差开关压差开关(5) (5) 水流开关水流开关 (6) (6) 液位开关液位开关 三、阀门与电动执行器三、阀门与电动执行器 1 1阀门阀门 (1) (1) 风机盘管电动阀风机盘管电动阀 (2) (2) 二通螺纹线性阀二通螺纹线性阀 (3) (3) 法兰式三通阀法兰式三通阀 2 2电动执行器电动执行器 (1) (1) 电动阀门执行器电动阀门执行器 (2) (2) 风门执行器风门执行器 四四 、集散控制系统集散控制系统 又称分布式控制系统又称分布式控制系统(DCSDistributed (DCSDistributed Control System)Control System)，它的特征是，它的特征是“集中管理，分散控制集中管理，分散控制”，即以分布在现场被控设备处的各种功能性微机，即以分布在现场被控设备处的各种功能性微机( (下下位机位机) )完成被控设备的实时监测、保护与控制。完成被控设备的实时监测、保护与控制。 特点特点: :通用性强通用性强、系统组态灵活系统组态灵活、控制功能完善控制功能完善、数据数据处理方便处理方便. .显示操作集中显示操作集中、人机界面友好人机界面友好、安装简单规安装简单规模化模化、调试方便调试方便、运行安全可靠运行安全可靠. . 它是将控制系统按局域网络它是将控制系统按局域网络(LAN)的方式进行构造，的方式进行构造，用网络节点代替用网络节点代替LAN中的工作站，并将其安装于监控中的工作站，并将其安装于监控现场，直接与各种监控传感器和控制器相连。现场，直接与各种监控传感器和控制器相连。 这种网络集数据采集、分析、控制和网络通信为一这种网络集数据采集、分析、控制和网络通信为一体，十分适合于智能建筑进行分布式网络管理和控制。体，十分适合于智能建筑进行分布式网络管理和控制。五五 、现场总线技术、现场总线技术 现场总线系统结构图现场总线系统结构图六、直接数字控制器六、直接数字控制器 直接数字控制器直接数字控制器(DDCDirect Digital Controller)，又称下位机，又称下位机. “控制器控制器”指完成被控设备特征参数与过程参数的测量指完成被控设备特征参数与过程参数的测量并达到控制目标的控制装置。并达到控制目标的控制装置。“数字数字”的含义是指该控制器利用数字电子计算机来实的含义是指该控制器利用数字电子计算机来实现其功能要求。现其功能要求。 “直接直接”意味着该装置在被控设备的附近，无需再通过意味着该装置在被控设备的附近，无需再通过其他装置即可实现上述全部测控功能。其他装置即可实现上述全部测控功能。 1DDC支持的监控点支持的监控点 (1) 模拟量输入模拟量输入(AI)；(2) 开关量输入开关量输入(DI)； (3) 模拟量输出模拟量输出(AO)；(4) 开关量输出开关量输出(DO)。 2DDC的主要功能的主要功能 (1) 对第三层的数据采样设备进行周期性的数据采集。对第三层的数据采样设备进行周期性的数据采集。 (2) 对采集的数据进行调整和处理对采集的数据进行调整和处理(滤波、放大、转换滤波、放大、转换)。 (3) 对现场采集的数据进行分析，确定现场设备的运对现场采集的数据进行分析，确定现场设备的运行状态。行状态。 (4) 对现场设备运行状况进行检查对比，并对异常状对现场设备运行状况进行检查对比，并对异常状态进行报警处理。态进行报警处理。 (5) 根据现场采集的数据执行预定的控制算法根据现场采集的数据执行预定的控制算法(连续调连续调节和顺序逻辑控制的运算节和顺序逻辑控制的运算)而获得控制数据。而获得控制数据。 (6) 通过预定控制程序完成各种控制功能，包括比通过预定控制程序完成各种控制功能，包括比例控制、比例加积分控制、比例加积分加微分控制、开例控制、比例加积分控制、比例加积分加微分控制、开关控制、平均值控制、最大关控制、平均值控制、最大/最小值控制、焓值计算控最小值控制、焓值计算控制、逻辑运算控制和连锁控制。制、逻辑运算控制和连锁控制。 (7) 向第三层的数据控制和执行设备输出控制和执向第三层的数据控制和执行设备输出控制和执行命令行命令(执行时间、事件响应程序、优化控制程序等执行时间、事件响应程序、优化控制程序等)。 (8) 通过数据网关通过数据网关(DG)或网络控制器或网络控制器(NCU)连接第连接第一层的设备，与各上级管理计算机进行数据交换，向上一层的设备，与各上级管理计算机进行数据交换，向上传送各项采集数据和设备运行状态信息，同时接收各上传送各项采集数据和设备运行状态信息，同时接收各上级计算机下达的实时控制指令或参数的设定与修改指令。级计算机下达的实时控制指令或参数的设定与修改指令。 3常见的专用控制器类型常见的专用控制器类型 (1) 空气处理机组控制器；空气处理机组控制器； (2) 空调控制器；空调控制器； (3) 照明控制器；照明控制器； (4) 变风量控制器；变风量控制器； (5) 消防报警控制器。消防报警控制器。 模块化控制器模块化控制器: 是可编程的、以计算机模块为基础是可编程的、以计算机模块为基础的直接数字式控制器。其基本结构包括一个可内插多的直接数字式控制器。其基本结构包括一个可内插多个模块的机架，一个计算机模块和一个电源供应模块。个模块的机架，一个计算机模块和一个电源供应模块。根据不同的具体应用，还可以内插各种不同用途的通根据不同的具体应用，还可以内插各种不同用途的通信模块、辅助控制模块和输入信模块、辅助控制模块和输入/输出输出(Analogy/Digital)模模块。块。第四节第四节 LonworksLonworks现场总线技术现场总线技术 现场总线控制技术是计算机控制系统中的最新技术，现场总线控制技术是计算机控制系统中的最新技术，是一种开放式、全分布式的网络控制技术。控制过程直是一种开放式、全分布式的网络控制技术。控制过程直接面向现场，各现场智能节点相互独立，又可相互组态，接面向现场，各现场智能节点相互独立，又可相互组态，构成一个开放式、全分布式、可扩展的网络控制系统。构成一个开放式、全分布式、可扩展的网络控制系统。目前，主要有目前，主要有Can、Lonworks、Ff等现场总线技术等现场总线技术. Lonworks技术的通信协议称为技术的通信协议称为Lon Talk通讯协议，通讯协议， Lon Talk通讯协议包含通讯协议包含ISO/OSI中所有七层网络协议，中所有七层网络协议，并固化在并固化在Lonworks产品中，即产品中，即Smart I/O模块中的神经模块中的神经元芯片中。元芯片中。 Lonworks技术使互操作性变成即插即用的技术使互操作性变成即插即用的具体手段。具体手段。A/DD/A数字数字I/D变变换换及及驱驱动动电电路路空调空调照明照明电梯电梯给排水给排水防盗防盗防火防火 现场现场典型的集中控制系统示意图典型的集中控制系统示意图节点控制器节点控制器2节点控制器节点控制器NLON网络网络适配器适配器空调空调照明照明电梯电梯给排水给排水防盗防盗防火防火 现场现场分布式控制系统示意图分布式控制系统示意图节点控制器节点控制器1一、集中式控制和集散式控制方式对比一、集中式控制和集散式控制方式对比 1 1、LAN网络的网络节点（即工作站）是网络的网络节点（即工作站）是PC机等系机等系统计算机，网络总线是高速通信电缆（如同轴电缆或光统计算机，网络总线是高速通信电缆（如同轴电缆或光缆等）；而缆等）；而LON网络的网络节点是一些象火柴盒一样大网络的网络节点是一些象火柴盒一样大小的小的“智能控制节点智能控制节点”（即（即Node），），网络总线可以是低网络总线可以是低速的、普通的双绞线，或建筑物内现有的电源线等。速的、普通的双绞线，或建筑物内现有的电源线等。二、二、LON节点网络和节点网络和LAN局域网络比较局域网络比较 2 2、LANLAN网络传输速度较高，主要用于传输大块的文件网络传输速度较高，主要用于传输大块的文件数据；数据；LONLON网络传输的速度较低，主要应用于控制系统传网络传输的速度较低，主要应用于控制系统传输一些状态和控制信息。输一些状态和控制信息。 3 3、LANLAN网络必须有一个中央服务器，而网络必须有一个中央服务器，而LONLON网络无需中网络无需中央服务器，各节点通过编辑即可自动协调工作，实现无央服务器，各节点通过编辑即可自动协调工作，实现无中央控制机的自动控制系统（这一特点十分适合各种闭中央控制机的自动控制系统（这一特点十分适合各种闭环自动控制系统的要求）。环自动控制系统的要求）。 三、三、LonLon局部网络技术控制系统特点局部网络技术控制系统特点 开发技术体现特点开发技术体现特点: : 1). 1). 硬件、软件和网络设计可以是彼此独立的三个任硬件、软件和网络设计可以是彼此独立的三个任务，这意味着一个节点的功能描述和编程完全不用考虑务，这意味着一个节点的功能描述和编程完全不用考虑这个节点是在一个什么样的网络中工作，增、减节点不这个节点是在一个什么样的网络中工作，增、减节点不必改变网络的物理结构，这也是必改变网络的物理结构，这也是LonLon网络开发技术的最网络开发技术的最大特点；大特点； 2). 2). 用用C C（NeuNeuronron C C）语言来开发编程工具，这一语言来开发编程工具，这一特点使得编程工作从汇编语言中解脱出来。特点使得编程工作从汇编语言中解脱出来。1 1、指定哪些信息是通过网络传递的，也就是定义网络、指定哪些信息是通过网络传递的，也就是定义网络变量。变量。2 2、指定信息传递的发起者和接收者，即做、指定信息传递的发起者和接收者，即做BindingBinding（网络变量捆绑）。网络变量捆绑）。现现 场场 设设 备备DDCDDC控制站控制站DDCDDC控制站控制站DDCDDC控制站控制站 信息网络信息网络现现 场场 设设 备备DDCDDC控制站控制站DDCDDC控制站控制站DDCDDC控制站控制站 信息网络信息网络中央控制计算机中央控制计算机 控制网与信息网的集成控制网与信息网的集成思考思考:1 1、试述、试述BASBAS的功能。的功能。2 2、试述、试述BASBAS的监控范围。的监控范围。3 3、何谓现场总线？、何谓现场总线？系统集成工程的设计流程系统集成工程的设计流程用户需求的调研工作用户需求的调研工作对要求集成的各系统进行技术细节分析对要求集成的各系统进行技术细节分析选择以何系统作为集成核心选择以何系统作为集成核心确定系统集成的数据流程和数据结构确定系统集成的数据流程和数据结构确定系统集成各平台的技术方案确定系统集成各平台的技术方案制定系统集成软件的开发计划制定系统集成软件的开发计划设计需要自行制作的通信硬件接口设计需要自行制作的通信硬件接口可行性论证和工程进度规划可行性论证和工程进度规划确定完整的总体和细节设计方案确定完整的总体和细节设计方案数据库开发软件数据库开发软件前台开发工具前台开发工具后台开发工具后台开发工具其他软件包其他软件包数据库软件数据库软件中间件软件中间件软件办公自动化软件办公自动化软件网络管理软件网络管理软件应应 用用 软软 件件网络通信协议、网络操作系统、网络管理和其他通信接口软件网络通信协议、网络操作系统、网络管理和其他通信接口软件服务器操作系统服务器操作系统前台操作系统前台操作系统控制操作系统控制操作系统信息服务器平台信息服务器平台前台计算机平台前台计算机平台操作计算机平台操作计算机平台安全机制安全机制路由管理路由管理虚拟网管理虚拟网管理网络通信平台网络通信平台物理线路平台物理线路平台系统集成平台的设计内容系统集成平台的设计内容信息数据库平台信息数据库平台数据库安全控制机制数据库安全控制机制操作系统软件平台操作系统软件平台用户管理控制机制用户管理控制机制计算机网络平台计算机网络平台虚拟网安全控制机制虚拟网安全控制机制计算机操作平台计算机操作平台虚拟网安全控制机制虚拟网安全控制机制系统集成软件系统集成软件系统集成软件系统集成软件系统集成的系统平台系统集成的系统平台协协议议甲甲通通信信接接口口卡卡协协议议转转换换软软件件固固化化卡卡协协议议甲甲通通信信接接口口卡卡CPURAM计计 算算 机机 底底 板板 或或 专专 用用 电电 路路 板板通信协议转换硬件通信协议转换硬件