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樓宇自控基礎(chǔ)
發(fā)布時(shí)間：2008-04-22 點(diǎn)擊次數(shù)：2173次
集散控制系統(tǒng)
圖 2.1
又稱分布式控制系統(tǒng)(DCS—Distributed Control System)，它的特征是“集中管理，分散控制”，即以分布在現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備處的各種功能性微機(jī)(下位機(jī))完成被控設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、保護(hù)與控制。該系統(tǒng)克服了計(jì)算機(jī)集中控制帶來的危險(xiǎn)性高度集中和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性；以安裝于中央監(jiān)控室并具有很強(qiáng)的數(shù)字通信、CRT顯示、打印輸出與豐富的控制管理軟件功能的中央管理計(jì)算機(jī)(上位機(jī))完成集中操作、顯示與優(yōu)化控制功能，避免了因常規(guī)儀表分散控制而造成的人機(jī)聯(lián)系困難，且便于統(tǒng)一管理。
傳感器/控制器群針對(duì)水、電、氣、報(bào)警、消防等終端設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)與控制，一般根據(jù)監(jiān)控需求按類或按組控制。對(duì)大型DCS，中間還有區(qū)域控制中心。
分布式系統(tǒng)將許多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)合起來，共同承擔(dān)監(jiān)測(cè)與控制管理的工作，所連接的每臺(tái)計(jì)算機(jī)既可以獨(dú)立進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制工作，又可以在中央控制機(jī)指導(dǎo)下工作，還可以與其他計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)交換信息，共同完成某項(xiàng)控制任務(wù)。其靈活性、可靠性要遠(yuǎn)高于單臺(tái)控制器。
圖 2.2
如圖2.2所示，集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成。
1．中央管理計(jì)算機(jī)(或稱上位機(jī)、中央監(jiān)控計(jì)算機(jī))
中央管理計(jì)算機(jī)設(shè)置在中央監(jiān)控室內(nèi)，它將來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的所有信息數(shù)據(jù)集中提供給監(jiān)控人員，并接至室內(nèi)的顯示設(shè)備、記錄設(shè)備和報(bào)警裝置等。由于中央管理計(jì)算機(jī)是整個(gè)BAS的核心，相當(dāng)于人的大腦，其重要性是不言而喻的。普通商用個(gè)人計(jì)算機(jī)用作中央控制機(jī)顯然是不合理的。一般為了提高計(jì)算機(jī)的可靠性通常采用兩種方法：
一種是直接采用工業(yè)控制 計(jì)算機(jī)；另一種就是采用容錯(cuò)計(jì)算機(jī)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(也稱IPC)由于采用了特殊的生產(chǎn)工藝和手段,其穩(wěn)定性是普通商用PC所無法比擬的。而所謂容錯(cuò)計(jì)算機(jī)就是采用兩臺(tái)普通PC通過互為冗余備份的方法來充當(dāng)中央控制主機(jī)，一旦其中一臺(tái)PC出現(xiàn)故障，作為備份的另一臺(tái)主機(jī)可立刻被專用的總線控制電路啟動(dòng)，從而不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。
2．DDC(直接數(shù)字控制器，亦稱下位機(jī))
DDC作為系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的接口，它通過分散設(shè)置在被控設(shè)備的附近收集來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息，并能獨(dú)立監(jiān)控有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。它通過數(shù)據(jù)傳輸線路與中央監(jiān)控室的中央管理監(jiān)控計(jì)算機(jī)保持通信聯(lián)系，接受其統(tǒng)一控制與優(yōu)化管理。
3．通信網(wǎng)絡(luò)
中央管理計(jì)算機(jī)與DDC之間的信息傳送，由數(shù)據(jù)傳輸線路(通信網(wǎng)絡(luò))實(shí)現(xiàn)，較小規(guī)模的BAS系統(tǒng)可以簡單地使用屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)。
4．傳感器與執(zhí)行器
BAS系統(tǒng)的末端為傳感器和執(zhí)行器，它被裝置在被控設(shè)備的傳感(檢測(cè))元件和執(zhí)行元件上。這些傳感元件如溫度傳感器、相對(duì)濕度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、電流電壓轉(zhuǎn)換器、液位檢測(cè)器、壓差器和水流開關(guān)等，將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的模擬量信號(hào)或數(shù)字量信號(hào)輸入至DDC，DDC則輸出控制信號(hào)傳送給繼電器、調(diào)節(jié)器等執(zhí)行元件，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備進(jìn)行控制。
2.1.5 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
集散型控制系統(tǒng)還沒有從根本上解決系統(tǒng)內(nèi)部的通信問題和分布式問題，只是自成封閉系統(tǒng)，以固定集散模式和通信約定構(gòu)成。因此，這種控制系統(tǒng)還很難適應(yīng)智能大廈種類繁多的設(shè)備檢測(cè)和控制要求。近年來，專門為實(shí)時(shí)控制而設(shè)計(jì)的、能在控制層提供互操作的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)逐漸成熟，如著名的LonWorks技術(shù)。
現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)是局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制領(lǐng)域的延伸和應(yīng)用，它是將控制系統(tǒng)按局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)的方式進(jìn)行構(gòu)造，用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)代替LAN中的工作站，并將其安裝于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，直接與各種監(jiān)控傳感器和控制器相連?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)間可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的信息傳送，具有極其良好的互操作性，這樣便使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了無中心的真正的分布式控制模式。這種網(wǎng)絡(luò)集數(shù)據(jù)采集、分析、控制和網(wǎng)絡(luò)通信為一體，十分適合于智能建筑進(jìn)行分布式網(wǎng)絡(luò)管理和控制。近年來，樓宇自動(dòng)化正
在向著開放系統(tǒng)迅速發(fā)展。在實(shí)時(shí)控制方面，實(shí)現(xiàn)可互相操作的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的通信協(xié)議如LonTalk等也應(yīng)運(yùn)而生，為樓宇自動(dòng)化中的傳感器、執(zhí)行器和控制器之間的網(wǎng)絡(luò)化操作奠定了基礎(chǔ)。
圖 2.3
圖2.3為一典型現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中，NCU是網(wǎng)絡(luò)控制器，NCU與中央管理計(jì)算機(jī)間以N1總線連接，而NCU與下位機(jī)(DDC)之間則以N2總線(現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng))相連接。
2.1.6 直接數(shù)字控制器
直接數(shù)字控制器(DDC—Direct Digital Controller)，又稱下位機(jī)，從某種意義上講，它是整個(gè)樓宇自控系統(tǒng)的關(guān)鍵?！翱刂破鳌敝竿瓿杀豢卦O(shè)備特征參數(shù)與過程參數(shù)的測(cè)量并達(dá)到控制目標(biāo)的控制裝置?！皵?shù)字”的含義是指該控制器利用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)其功能要求。 “直接”意味著該裝置在被控設(shè)備的附近，無需再
通過其他裝置即可實(shí)現(xiàn)上述全部測(cè)控功能。因此,DDC實(shí)際上也是一個(gè)計(jì)算機(jī)，它應(yīng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)、可編寫程序等特點(diǎn)，既能獨(dú)立監(jiān)控有關(guān)設(shè)備，又可通過通信網(wǎng)絡(luò)接受來自中央管理計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制與優(yōu)化管理。
1．DDC支持的監(jiān)控點(diǎn)
DDC能夠支持以下不同性質(zhì)的監(jiān)控點(diǎn)：
(1) 模擬量輸入(AI)；
(2) 開關(guān)量輸入(DI)；
(3) 模擬量輸出(AO)；
(4) 開關(guān)量輸出(DO)。
2．DDC的主要功能
DDC的主要功能包括以下幾個(gè)方面：
(1) 對(duì)第三層的數(shù)據(jù)采樣設(shè)備進(jìn)行周期性的數(shù)據(jù)采集。
(2) 對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整和處理(濾波、放大、轉(zhuǎn)換)。
(3) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
(4) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查對(duì)比，并對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警處理。
(5) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)定的控制算法(連續(xù)調(diào)節(jié)和順序邏輯控制的運(yùn)算)而獲得控制數(shù)據(jù)。
(6) 通過預(yù)定控制程序完成各種控制功能，包括比例控制、比例加積分控制、比例加積分加微分控制、開關(guān)控制、平均值控制、最大/最小值控制、焓值計(jì)算控制、邏輯運(yùn)算控制和連鎖控制。
(7) 向第三層的數(shù)據(jù)控制和執(zhí)行設(shè)備輸出控制和執(zhí)行命令(執(zhí)行時(shí)間、事件響應(yīng)程序、優(yōu)化控制程序等)。
(8) 通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)(DG)或網(wǎng)絡(luò)控制器(NCU)連接第一層的設(shè)備，與各上級(jí)管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，向上傳送各項(xiàng)采集數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，同時(shí)接收各上級(jí)計(jì)算機(jī)下達(dá)的實(shí)時(shí)控制指令或參數(shù)的設(shè)定與修改指令。
DDC擁有BAS所要求的幾乎所有功能，基本上已經(jīng)可以完成所有運(yùn)作，只是在監(jiān)控的范圍和信息存儲(chǔ)及處理能力上有一定限制。因此，直接式數(shù)字控制器可以看作是小型的、封閉的、模塊化的中央控制計(jì)算機(jī)。在很小規(guī)模、功能單一的BAS中可以僅僅使用一到多臺(tái)控制器完成控制任務(wù)；在一定規(guī)模、功能復(fù)雜的系統(tǒng)中可以根據(jù)不同區(qū)域、不同應(yīng)用的要求采用一組控制器完成控制任務(wù)，并依靠中央管理系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)視控制和調(diào)整控制器運(yùn)行狀態(tài)，完成復(fù)雜周密的控制操作。
3．常見的專用控制器類型
常見的專用控制器主要包括下述幾類：
(1) 空氣處理機(jī)組控制器；
(2) 空調(diào)控制器；
(3) 照明控制器；
(4) 變風(fēng)量控制器；
(5) 消防報(bào)警控制器。
更常用的是模塊化控制器。模塊化控制器是可編程的、以計(jì)算機(jī)模塊為基礎(chǔ)的直接數(shù)字式控制器。其基本結(jié)構(gòu)包括一個(gè)可內(nèi)插多個(gè)模塊的機(jī)架，一個(gè)計(jì)算機(jī)模塊和一個(gè)電源供應(yīng)模塊。根據(jù)不同的具體應(yīng)用，還可以內(nèi)插各種不同用途的通信模塊、輔助控制模塊和輸入/輸出(Analogy/Digital)模塊。
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