学习情境2智能建筑相关技术

LOUYUZHINENGHUAJISHU1楼宇智能化技术学习情境2智能建筑相关技术2任务1计算机控制技术基础与案例1任务2计算机网络技术基础2任务3现代通信技术基础与案例3任务4BA系统的检测技术基础4学习情境2智能建筑相关技术任务5楼宇智能化系统的集成技术基础53智能建筑是在现代建筑技术的基础上，融合了现代控制技术、现代计算机技术和现代通信技术。【能力目标】▲具有楼宇智能化工程识图的能力；▲具有指导楼宇智能化工程施工和招投标的能力；▲具有楼宇智能化工程的调试及维护运行能力；▲具有楼宇智能化工程操作与管理能力；▲具有参与楼宇智能化工程的设计能力等。学习情境2智能建筑相关技术4任务描述对计算机控制技术、计算机网络技术、现代通信技术、BA系统的检测技术以及楼宇智能化系统集成技术的组成、功能和特点进行介绍，并通过典型工程案例消化各方面的知识，为后续任务的学习打好基础。任务分析学习计算机控制技术、计算机网络技术、现代通信技术、BA系统的检测技术和楼宇智能化系统的集成技术组成，研究其功能，学会智能建筑涉及的相关技术。学习情境2智能建筑相关技术5自动控制的任务是：连续控制被控对象的物理量按预定规律变化，为达此目的，采用反馈信息构成闭环控制系统，如图2.1所示。控制元件将对被控对象测量值反馈到输入端，与给定值进行比较，得到的偏差信号送控制器，控制器经分析判断后经执行机构对被控对象进行调节，直到被控参数满足预定要求为止。将图2.1中的控制器用计算机来代替，即可构成计算机控制系统，基本框图如图2.2所示。由于计算机的输入和输出信号都是数字信号，因而系统中必须有将模拟信号转换为数字信号的A/D转换器，以及将数字信号转换为模拟信号的D/A转换器。2.1.1计算机控制系统的认识任务1计算机控制技术基础与案例6图2.1闭环控制系统图图2.2计算机控制系统框图任务1计算机控制技术基础与案例7计算机控制系统由计算机、接口电路、外部通信设备和生产过程等组成，如图2.3所示。计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等，它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。任务1计算机控制技术基础与案例8图2.3计算机控制系统组成(a)组成示意；(b)拓扑图任务1计算机控制技术基础与案例91硬件部分硬件主要包括主机、外围设备、过程输入输出设备、人机联系设备和通信设备等。（1）主机主机是计算机控制系统的核心，由中央处理机（CPU）和内存储器（RAM、ROM）组成。主机箱、主机板、主机延长器及主机机房等如图2.4所示。图2.4计算机主机(a)主机箱电源；(b)主机板；(c)主机延长器；(d)主机机房任务1计算机控制技术基础与案例10（2）外部通道或称过程输入输出设备它是主机与生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带，包括模拟量输入通道（AI通道）和开关量输入通道（DI通道）。AI通道先把模拟量信号（如温度、压力、流量等）转换成数字信号再输入，DI通道直接输入开关量信号或数字量信号。过程输出设备包括模拟量输出通道（AO通道）和开关量输出通道（DO通道），AO通道把数字信号转换成模拟信号后再输出，DO通道直接输出开关量信号或数字量信用卡号。过程输入输出设备还必须包括自动化仪表才能和生产过程（或被控对象）发生联系，这些仪表有信号测量变送单元（检测仪表）和信号驱动单元（执行器）等。任务1计算机控制技术基础与案例11（3）通用外部设备常用外围设备按其功能可分为输入设备、输出设备和存储器。（4）人机联系设备操作员与计算机之间的信息交换是通过人机联系设备进行的，如显示器、键盘、专用的操作显示面板或操作显示台等。其作用有三：一是显示生产过程的状态，二是供生产操作，三是显示操作结果。人机联系设备也称为人机接口，是人与计算机之间联系的界面。（5）通信设备用于不同地理位置、不同功能的计算机或设备之间进行信息交换。任务1计算机控制技术基础与案例122软件部分软件是指完成各种功能的计算机程序总和。软件又可分为系统软件和应用软件两大类型。（1）系统软件一般包括操作系统、汇编语言、高级算法语言、过程控制语言、数据库通信软件和诊断程序等。系统软件是由厂家提供的。（2）应用软件一般分为过程输入程序、过程控制程序、过程输出程序、人机接口程序、打印程序和公共服务程序等，以及控制系统组态、画面生成、报表曲线生成和测试等工具性支撑软件。大部分由用户根据需要进行开发。任务1计算机控制技术基础与案例133计算机控制系统工作原理计算机控制系统的控制过程通常可归结为下述两个步骤：（1）数据采集对被控参数的瞬时值进行检测，并传给计算机。（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。上述过程不断重复，使整个系统能够按照一定的动态品质指标进行工作，并且对被控参数和设备本身出现的异常状态及时监督，同时做出迅速处理。任务1计算机控制技术基础与案例141计算机控制系统的结构形式一般可分为集中式系统、集散式系统和现场总线控制系统几种形式。（1）集中式系统（CCS）指由单一的计算机控制系统的所有功能和对所有被控对象实施控制的一种系统结构。智能建筑不采用这种结构。（2）集散式系统（DCS）该系统的分布由被控设备处的现场控制器完成对被控设备的实时监测与控制任务，特征是集中管理、分散控制，克服了集中控制带来的危险性及高度集中和常规功能单一的局限性。智能建筑BAS产品中大多使用该系统结构。2.1.2计算机控制系统的结构形式及分类任务1计算机控制技术基础与案例15（3）现场总线控制系统（FCS）它突破了DCS中通信由应用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于分开化、标准化的解决方案，即可把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的功能；同时把DCS集中与分散相结合的集散系统结构变成了新型的全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身即可实现基本控制功能。任务1计算机控制技术基础与案例162计算机控制系统的分类计算机控制系统可分为操作指导系统、直接数字控制系统和监督计算机控制系统三种类型。（1）操作指导控制系统该系统构成如图2.5所示。图中模拟量输入通道主要由信号变换器、多路切换开关和A/D转换器组成，用来采集模拟信号；开关量输入通道主要由光电耦合器和数字量输入单元组成，用来采集开关触点信号。(2)直接数字控制系统(DDC)图2.6直接数字控制系统该系统的构成如图2.6所示。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。任务1计算机控制技术基础与案例17图2.5操作指导控制系统图2.6直接数字控制系统任务1计算机控制技术基础与案例18任务1计算机控制技术基础与案例（3）监督计算机控制系统SCC系统构成如图2.7所示。图2.7监督计算机控制系统SCC系统采用两级计算机。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，比如最佳给定值和最佳控制量等。图2.7监督计算机控制系统19DDC用计算机与生产过程连接，直接承担控制任务，因而要求可靠性高、抗干扰强，并能独立工作，一般选用模板机或微型机作为DDC用计算机。SCC用计算机承担高级控制与管理任务，信息存储量大，计算任务重，一般选用高档微型机或小型机作为SCC用计算机。SCC系统结构有两种形式：一种是SCC+DDC控制系统，另一种是SCC+模拟调节器控制系统。本文中为SCC+DDC系统。（4）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。任务1计算机控制技术基础与案例20【案例1】采用计算机控制的智能交通控制系统无线通信方案。随着城市车辆的增加，人、车、路三者关系的协调已成为交通管理部门所面临的重要问题。城市交通控制系统是面向全市的交通数据监测、交通信号灯控制与交通诱导的计算机控制系统，它是现代城市交通监控系统中重要的组成部分，主要用于城市道路交通控制。如图2.8示。2.1.3计算机控制系统应用案例图2.8采用计算机控制的智能交通控制系统任务1计算机控制技术基础与案例21【案例2】一卡通系统的建设。将智能卡的强大功能和计算机网络的数字化理念融入企业中，将企业中原先相对独立的身份认证（员工卡）、门禁管理、考勤管理、会议签到、日常生活消费、员工宿舍管理、厂区（库房）巡更管理、水电节能、人事管理、临时访客等各个系统或者事项联为一体，利用一张卡来实现身份识别、消费等功能，并由系统建立统一的身份信息库，为与其他ERP、OA系统的互联互通打好基础，极大地方便职工，提高企业的安全和管理水平，提升企业的形象。企业一卡通系统拓扑图如图2.9所示。任务1计算机控制技术基础与案例22图2.9企业一卡通系统拓扑图任务1计算机控制技术基础与案例23企业一卡通系统的建设目标：（1）建立企业各类管理人员、员工和各种组织机构基本的、统一的信息化标准，强化集中式的信息规范管理，促进企业的人事规范化管理和企业的信息化建设；（2）建立符合企业信息化建设整体规划需求的“一卡通”数据平台，实现相关数据信息的集成及共享；（3）企业内所有的证件都由员工智能IC卡代替，实现身份识别的数据共享；（4）实现员工卡、考勤、门禁、通行身份认证、会议签到、电子巡更、消费、水电节能、人事管理等功能；任务1计算机控制技术基础与案例24（5）在企业一卡通系统基础数据总平台的基础上，通过系统预留的扩展接口和智能控制可以实现与企业现在已运行的各类MIS系统（如人力资源管理、生产管理、ERP、财务管理等管理系统）、OA系统的信息互通，形成全公司范围的数字化管理空间和共享环境，动态实时地反映企业的生产运作情况和统计分析数据，增强领导科学决策的依据，提高企业管理水平。一卡通系统功能总体分为图2.10所示四类应用。表2.1为一卡通子系统内容任务1计算机控制技术基础与案例25图2.10一卡通子系统功能任务1计算机控制技术基础与案例26任务1计算机控制技术基础与案例身份认证子系统消费控制子系统第三方接口系统综合自助类系统考勤管理系统综合消费系统人事管理系统综合查询、挂失系统门禁管理系统通勤车考勤收费系统工资管理系统自助终端通道出入管理系统浴室节水（热水）系统银行圈存系统车辆出入管理系统公寓（公共场所）节水（冷水）会议签到系统智能卡（更衣室、浴室）寄存柜保安智能巡更系统公寓节水系统访客管理系统智能卡自助洗衣机职工福利领用系统智能卡自助电开水器表2.1一卡通子系统内容backbackbackback27任务描述计算机网络技术与通信技术的结合是智能大厦的核心技术。涉及通信网络系统、办公自动化系统和建筑设备自动化系统，延伸到大厦的各个楼层及角落。计算机网络系统已成为智能大厦的重要基础设施之一。任务分析了解计算机网络的概念及组成，熟悉计算机网络的基本功能和特点，掌握计算机网络的拓扑结构。任务2计算机网络技术基础281计算机网络的认知计算机网络是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。计算机网络由主机、终端、网络节点、通信链路等网络元素组成，如图2.11所示。从逻辑功能上看，一个网络可以分为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