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1、沈阳建筑大学沈阳建筑大学智能建筑设备控制技术智能建筑设备控制技术智能建筑设备控制技术智能建筑设备控制技术主讲教师：沈滢主讲教师：沈滢教室：甲教室：甲1-401/1-401/周一，周一，3 3、4 4 A1-201/A1-201/周三，周三，3 3、4 4，周四，周四，1 1、2 223第第1 1章章 建筑设备自动化概述建筑设备自动化概述本章主要内容：本章主要内容：1.11.1智能建筑的基本概念智能建筑的基本概念1 1.2.2智能建筑的组成及核心技术智能建筑的组成及核心技术1.31.3建筑设备自动化系统建筑设备自动化系统1.41.4建筑设备自动化的发展建筑设备自动化的发展231.11.1智能建筑

2、的基本概念智能建筑的基本概念 1.1.1智能建筑智能建筑(IntelligentBuilding,IB)1.公共建筑：高级商务办公楼、高级住宅、商场、医院、公共建筑：高级商务办公楼、高级住宅、商场、医院、图书馆、博物馆、体育场馆、机场、车站等图书馆、博物馆、体育场馆、机场、车站等2.智能住宅小区智能住宅小区1984年美国年美国1990年我国年我国231.1.2智能建筑的定义智能建筑的定义1.11.1智能建筑的基本概念智能建筑的基本概念 美国：美国：通过优化其结构、系统、服务、管理四个基本要通过优化其结构、系统、服务、管理四个基本要素及其相互关系来提供一个投资合理，又拥有高效优素及其相互关系来提

3、供一个投资合理，又拥有高效优质的服务，使人们工作和生活舒适便利的环境。质的服务，使人们工作和生活舒适便利的环境。欧洲：欧洲：创造一种可以使住户有最大效率环境的建筑，同创造一种可以使住户有最大效率环境的建筑，同时该建筑可以使之有效地管理资源，而在硬件设备方时该建筑可以使之有效地管理资源，而在硬件设备方面的寿命成本最小。面的寿命成本最小。231.1.2智能建筑的定义智能建筑的定义1.11.1智能建筑的基本概念智能建筑的基本概念 日本：日本：v1)作为收发信息和辅助管理效率的轨迹；作为收发信息和辅助管理效率的轨迹；v2)确保在建筑里工作的人们满意和便利；确保在建筑里工作的人们满意和便利；v3)建筑管

4、理合理化，以便用低廉的成本，提供更周到的管建筑管理合理化，以便用低廉的成本，提供更周到的管理服务；理服务；v4)针对变化的社会环境、复杂多样化的办公，以及主动地针对变化的社会环境、复杂多样化的办公，以及主动地经营策略，做出快速灵活经济的响应。经营策略，做出快速灵活经济的响应。231.1.2智能建筑的定义智能建筑的定义1.11.1智能建筑的基本概念智能建筑的基本概念 新加坡：新加坡：v1)具有保安、消防与环境控制等自动化控制系统，以及自具有保安、消防与环境控制等自动化控制系统，以及自动调节大厦内的温度、湿度、灯光等参数的各种设施，动调节大厦内的温度、湿度、灯光等参数的各种设施，以创造舒适、安全的

5、环境；以创造舒适、安全的环境；v2)具有良好的通信网络设施，使信息能在建筑物内传输和具有良好的通信网络设施，使信息能在建筑物内传输和共享；共享；v3)能够提供足够的对外通信设施与能力。能够提供足够的对外通信设施与能力。23以以建筑建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、管及通信网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的理及它们之间的最优化最优化组合，向人们提供一组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。1.1.2智能建筑的定义智能建筑的定义1.11.1智能建筑的基本概念智能建筑的

6、基本概念 我国：我国：2主要表现在：主要表现在：1.11.1智能建筑的基本概念智能建筑的基本概念 1.1.3智能建筑与传统建筑智能建筑与传统建筑1.1.具有传统建筑物的全部功能具有传统建筑物的全部功能2.2.它具有某种它具有某种“拟人智能拟人智能”特性及功能。特性及功能。（1 1）具有感知、处理、传递所需信号或信息的能力；）具有感知、处理、传递所需信号或信息的能力；（2 2）是对收集的信息具有综合分析、判断和决策的能力；）是对收集的信息具有综合分析、判断和决策的能力；（3 3）是具有发出指令并提供动作响应的能力。）是具有发出指令并提供动作响应的能力。231.1.4智能建筑的类型（用途）智能建筑

7、的类型（用途）1.11.1智能建筑的基本概念智能建筑的基本概念 1.智能办公、商用大楼智能办公、商用大楼2.智能建筑群（广场）智能建筑群（广场）3.智能化住宅智能化住宅4.智能化小区智能化小区231.11.1智能建筑的基本概念智能建筑的基本概念 1.1.5智能建筑的功能智能建筑的功能（1）舒适功能）舒适功能（2）安全功能）安全功能（3）便捷功能）便捷功能231.智能建筑的组成及核心技术智能建筑的组成及核心技术1.2.1智能建筑的核心技术智能建筑的核心技术(1)现代计算机技术现代计算机技术当代最先进的计算机技术应该首推的是并行处理、分当代最先进的计算机技术应该首推的是并行处理、分布式计算机系统。

8、布式计算机系统。(2)现代控制技术现代控制技术常用的控制系统为分布式控制系统常用的控制系统为分布式控制系统DCS（DistributedControlSystem)23(3)现代通信技术现代通信技术现代通信技术实质上是通信技术与计算机网络技术的结现代通信技术实质上是通信技术与计算机网络技术的结合。卫星通信、光纤通信、数据通信、计算机网络通信、合。卫星通信、光纤通信、数据通信、计算机网络通信、移动通信等。移动通信等。(4)现代图形显示技术现代图形显示技术(CRT)现代图形显示技术主要体现在计算机的操作和信息显示现代图形显示技术主要体现在计算机的操作和信息显示的图形化，即的图形化，即窗口技术窗口技

9、术(Windows)与与多媒体技术多媒体技术的结合。的结合。1.智能建筑的组成及核心技术智能建筑的组成及核心技术1.2.1智能建筑的核心技术智能建筑的核心技术231.智能建筑的组成及核心技术智能建筑的组成及核心技术1.2.2建筑智能化系统的组成建筑智能化系统的组成1.建筑设备自动化系统建筑设备自动化系统BAS1)建筑设备监控系统建筑设备监控系统电力、照明、空调、给排水电力、照明、空调、给排水2)安全防范系统安全防范系统SAS3)消防报警系统消防报警系统FAS231.智能建筑的组成及核心技术智能建筑的组成及核心技术2.办公自动化系统办公自动化系统OAS(OfficeAutomationSyste

10、m)主要由办公作业设备与电子商务、管理信息系统主要由办公作业设备与电子商务、管理信息系统MIS、决策支持系统、决策支持系统DSS等部分组成。等部分组成。（1）通用办公自动化系统）通用办公自动化系统（2）专用办公自动化系统）专用办公自动化系统1.2.2建筑智能化系统的组成建筑智能化系统的组成231.智能建筑的组成及核心技术智能建筑的组成及核心技术3.通信网络系统通信网络系统CNS（CommunicationNetworkSystem）通信系统通信系统 计算机网络计算机网络 接入系统接入系统1.2.2建筑智能化系统的组成建筑智能化系统的组成三者需通过综合布线系统三者需通过综合布线系统GCS（Gen

11、ericCablingSystem）和）和计算机网络技术进行有机集成计算机网络技术进行有机集成（俗称大（俗称大3A集成），是以管理集成），是以管理为目的所做的管理信息集成。为目的所做的管理信息集成。1.智能建筑的组成及核心技术智能建筑的组成及核心技术1.2.2建筑智能化系统的组成建筑智能化系统的组成1.3建筑设备自动化系统建筑设备自动化系统1.3.1建筑设备自动化系统的功能建筑设备自动化系统的功能能够对建筑物内的各种建筑设备实现运行状态监能够对建筑物内的各种建筑设备实现运行状态监视，起停、运行控制，并提供设备运行管理，包括视，起停、运行控制，并提供设备运行管理，包括维护保养及事故诊断分析，调度

12、及费用管理等。维护保养及事故诊断分析，调度及费用管理等。（1）设备监控与管理）设备监控与管理（2）节能控制）节能控制包括空调、供配电、照明、给排水等设备的控制。包括空调、供配电、照明、给排水等设备的控制。1.3.2BAS的范围及内容的范围及内容1.3.3BAS的自动测量、监测与控制的自动测量、监测与控制1.BAS的自动测量的自动测量(1)选择测量选择测量指在某一时刻，值班人员需要了解选择测量选择测量指在某一时刻，值班人员需要了解某一点参数值，可选择某点进行参数测量，并在荧光屏上某一点参数值，可选择某点进行参数测量，并在荧光屏上用数字表示出来，或用打印机打印出来。用数字表示出来，或用打印机打印出

13、来。(2)扫描测量扫描测量是指以选定的速度连续逐点测量，扫描测量扫描测量是指以选定的速度连续逐点测量，对测量点所取得的资料都规定上限值和下限值，每隔一定对测量点所取得的资料都规定上限值和下限值，每隔一定时间扫描一次，如果超出规定值，由蜂鸣器报警，并在显时间扫描一次，如果超出规定值，由蜂鸣器报警，并在显示器上显示出来，对未运转的设备就跳位，自动把它除外，示器上显示出来，对未运转的设备就跳位，自动把它除外，继续进行扫描。继续进行扫描。(3)连续测量连续测量是指采用常规仪表进行在线不间断连续测量连续测量是指采用常规仪表进行在线不间断的测量和指示。的测量和指示。2.BAS的自动监视的自动监视（1）监控

14、对象）监控对象BAS的自动监视指对建筑物中的配电设备、的自动监视指对建筑物中的配电设备、空调、卫生、动力设备，火灾防范设备，照空调、卫生、动力设备，火灾防范设备，照明设备，应急广播设备，电梯设备等明设备，应急广播设备，电梯设备等（2）监视内容）监视内容1)状态监视状态监视2)故障、异常监视故障、异常监视3)火灾监视火灾监视4)暖通空调系统的监视暖通空调系统的监视 1.3.3BAS的自动测量、监测与控制的自动测量、监测与控制3.BAS的自动控制的自动控制1.3.3BAS的自动测量、监测与控制的自动测量、监测与控制BAS的自动控制包括建筑设备的起停控制、的自动控制包括建筑设备的起停控制、设定值控制

15、、设备（或系统）的节能控制与消设定值控制、设备（或系统）的节能控制与消防系统的控制等。防系统的控制等。1.4建筑设备自动化的发展现状建筑设备自动化的发展现状1.4.1历史与现状历史与现状19世纪末：机械控制器和电气控制器世纪末：机械控制器和电气控制器20世纪世纪50年代：出现了气动仪表控制系统年代：出现了气动仪表控制系统20世纪世纪70年代：出现电子仪表和采用小型电子计算机的年代：出现电子仪表和采用小型电子计算机的集中式控制系统集中式控制系统计算机实现集中控制出现的计算机实现集中控制出现的问题问题：1)集中式的计算机控制降低了系统的可靠性，风险高度集集中式的计算机控制降低了系统的可靠性，风险高

16、度集中，虽然可采用双重计算机等冗余技术，但成本提高。中，虽然可采用双重计算机等冗余技术，但成本提高。2)模拟信号数字化的工作在计算机端，使得太多太长的现模拟信号数字化的工作在计算机端，使得太多太长的现场连线通过各类干扰环境到达现场，使系统抗干扰的设计场连线通过各类干扰环境到达现场，使系统抗干扰的设计和实现都十分困难。和实现都十分困难。3)系统的规模受到较大的限制。系统的规模受到较大的限制。1.4.1历史与现状历史与现状为了提高控制系统的可靠性，克服计算机集中控制危险集为了提高控制系统的可靠性，克服计算机集中控制危险集中的致命弱点，提出了一种新的控制思想中的致命弱点，提出了一种新的控制思想危险分

17、散，危险分散，管理集中。管理集中。v80年代：出现采用微型计算机的分布式控制系统年代：出现采用微型计算机的分布式控制系统(DCS)DCS是一种管理控制的模式，实质是集中管理，分散控制。是一种管理控制的模式，实质是集中管理，分散控制。分布式控制系统向现场总线控制系统的结构模式过渡。分布式控制系统向现场总线控制系统的结构模式过渡。1.4.1历史与现状历史与现状1.4.2建筑设备自动化技术的发展趋势建筑设备自动化技术的发展趋势（1）网络技术）网络技术基于基于Web的的Intranet网络技术成为建筑网络技术成为建筑物或企业内部的信息主干网络的主流信息。物或企业内部的信息主干网络的主流信息。（2）控制

18、网络技术）控制网络技术在计算机互连网络技术的推动下，在计算机互连网络技术的推动下，控制系统要向体系结构的开放性网络互连方向发展。控制系统要向体系结构的开放性网络互连方向发展。开放性控制网络具有标准化、可移植性、可扩展性和可开放性控制网络具有标准化、可移植性、可扩展性和可操作性。操作性。根据美国公布的根据美国公布的21世纪的技术：计算机、信息和通信世纪的技术：计算机、信息和通信研究报告书，研究报告书，21世纪世纪BAS应具备：应具备：LongWork和和BACnet的组合方案的组合方案1.4.2建筑设备自动化技术的发展趋势建筑设备自动化技术的发展趋势（3）智能卡技术）智能卡技术体积小、存储容量大

19、、携带与使用方体积小、存储容量大、携带与使用方便、安全性与可靠性好、一卡多用。便、安全性与可靠性好、一卡多用。（4）可视化技术）可视化技术此技术是指基于网络化的视像传输、此技术是指基于网络化的视像传输、交互和提供多媒体视像服务技术。交互和提供多媒体视像服务技术。（5）家庭智能化技术）家庭智能化技术通过家庭智能化技术，实现家庭通过家庭智能化技术，实现家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置，中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置，进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理。进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理。1.4.2建筑设备自动化技术的发展趋势建筑设备自动

20、化技术的发展趋势（6）无线电局域网技术）无线电局域网技术该项新技术利用微波、激光、该项新技术利用微波、激光、红外线作为传输媒介，摆脱了线缆的束缚。红外线作为传输媒介，摆脱了线缆的束缚。（7）数据卫星通信技术）数据卫星通信技术又称为小型数据通信站又称为小型数据通信站（VSAT）是将通信卫星技术引向多功能、智能化、设备小型）是将通信卫星技术引向多功能、智能化、设备小型化，同时综合应用多波束覆盖、星载处理技术、地面蜂窝移化，同时综合应用多波束覆盖、星载处理技术、地面蜂窝移动通信和计算机软件技术等。动通信和计算机软件技术等。第第2章章计算机控制系统与通信网络结构计算机控制系统与通信网络结构主要内容：主

21、要内容：2.1建筑设备自动化系统的技术基础建筑设备自动化系统的技术基础2.1.1计算机控制技术计算机控制技术2.1.2计算机通信网络技术计算机通信网络技术2.2建筑设备自动化控制系统的集成技术建筑设备自动化控制系统的集成技术2.2.1智能建筑系统集成的内容智能建筑系统集成的内容2.2.2智能建筑系统集成的模式智能建筑系统集成的模式2.2.3智能建筑的综合布线技术智能建筑的综合布线技术2.1.1计算机控制技术计算机控制技术1.计算机控制系统的基本原理计算机控制系统的基本原理（1）组成：计算机控制系统一般由计算机、）组成：计算机控制系统一般由计算机、D/A转换器、执行器、被控对象、测量变送器和转换

22、器、执行器、被控对象、测量变送器和A/D转转换器组成，是闭环负反馈系统。换器组成，是闭环负反馈系统。（2）计算机控制系统的控制过程）计算机控制系统的控制过程数据采集数据采集控制控制上述过程循环往复，使得被控参数按照指定的规律变化，上述过程循环往复，使得被控参数按照指定的规律变化，满足要求。同时对被控参数的满足要求。同时对被控参数的变化范围变化范围和设备的和设备的运行状态运行状态实时监督，一旦发生越限或异常情况，声光报警，迅速采实时监督，一旦发生越限或异常情况，声光报警，迅速采取应急措施做出回应，防止事故的发生或扩大。取应急措施做出回应，防止事故的发生或扩大。2.计算机控制系统的组成计算机控制系

23、统的组成(1)硬件部分硬件部分主要包括主要包括:1)主机主机2)外围设备外围设备3)过程输入输出通道过程输入输出通道4)人机交互设备人机交互设备5)通信设备通信设备3)过程输入输出通道过程输入输出通道模拟量输入通道（模拟量输入通道（AI）作用作用：标准电流信号：标准电流信号010mADC或或420mADC转变为转变为二进制数字信号二进制数字信号,经接口送与计算机。经接口送与计算机。I/V（电流（电流/电压）变换器：电压）变换器：将测量变送器输出的将测量变送器输出的010mADC或或420mADC变换为变换为05VDC、010VDC或或15VDC满足满足A/D转换器的输入转换器的输入量程信号需要

24、。量程信号需要。多路开关（多路开关（Multiplex）：）：将各个输入信号依次地连接到公用放大器或将各个输入信号依次地连接到公用放大器或A/D转换转换器上。器上。采样保持器：采样保持器：按照一定的时间间隔按照一定的时间间隔T（采样时间）把时间和幅值上均连（采样时间）把时间和幅值上均连续的模拟电压信号，转变为在离散时刻续的模拟电压信号，转变为在离散时刻0、T、2T、kT的离散电压信号，在时间上是离散的，但在幅值上仍的离散电压信号，在时间上是离散的，但在幅值上仍是连续的。采样宽度是连续的。采样宽度表示采样开关的闭合时间。表示采样开关的闭合时间。A/D转换器：转换器：基于双斜积分式或逐次比较式的转

25、换方法将模拟量转基于双斜积分式或逐次比较式的转换方法将模拟量转换成数字量（二进制数字信号）。换成数字量（二进制数字信号）。主要技术指标：主要技术指标：l转换时间转换时间l分辨率分辨率l线性误差线性误差数字量输入通道（数字量输入通道（DI）：）：作用作用：它将反映生产过程或设备的、具有二进制逻辑：它将反映生产过程或设备的、具有二进制逻辑“1”和和“0”特征的状态参数信号采集并输送给计算机，其对应特征的状态参数信号采集并输送给计算机，其对应的二进制逻辑的二进制逻辑“1”和和“0”数字信号均代表生产过程或设备数字信号均代表生产过程或设备的一个状态，这些状态作为控制的依据。的一个状态，这些状态作为控制

26、的依据。组成组成：主要由输入调理电路、输入缓冲器和输入地址译码器：主要由输入调理电路、输入缓冲器和输入地址译码器等组成等组成.模拟量输出通道（模拟量输出通道（AO）作用作用：把计算机输出的控制指令（数字量形式）转换成模：把计算机输出的控制指令（数字量形式）转换成模拟电流信号，以便驱动相应的执行器，产生调节作用克服拟电流信号，以便驱动相应的执行器，产生调节作用克服各种干扰对被控参数的影响，保证被控参数按照指定的规各种干扰对被控参数的影响，保证被控参数按照指定的规律变化，满足要求。律变化，满足要求。组成组成：主要由接口电路、：主要由接口电路、D/A转换器、输出保持器和转换器、输出保持器和V/I转转

27、换器等组成。换器等组成。D/A转换器转换器：数字量转换为模拟量。：数字量转换为模拟量。D/A转换器的输出电压转换器的输出电压或电流信号与二进制数和参考电压成比例。或电流信号与二进制数和参考电压成比例。输出保持器输出保持器：将：将D/A转换器输出的离散模拟量信号变成连续转换器输出的离散模拟量信号变成连续模拟量信号，在新的控制信号到来之前，维持本次控制信号模拟量信号，在新的控制信号到来之前，维持本次控制信号不变。不变。V/I转换器转换器：即电压：即电压/电流转换器，对于电压型电流转换器，对于电压型D/A转换器而转换器而言，将其电压输出信号转换为言，将其电压输出信号转换为010mADC或或420mA

28、DC，去控制电动角行程（去控制电动角行程（DKJ）或电动直行程（）或电动直行程（DKZ）执行器，产）执行器，产生连续调节作用或通过变频器控制电机的转速。生连续调节作用或通过变频器控制电机的转速。数字量输出通道（数字量输出通道（DO）组成组成：主要由输出寄存器、输出地址译码器和输出驱动：主要由输出寄存器、输出地址译码器和输出驱动器等组成。器等组成。4）人机交互设备）人机交互设备作用作用：操作员与计算机之间的信息交流是通过人机交互：操作员与计算机之间的信息交流是通过人机交互设备进行的。例如键盘、显示器、操作面板或操作台等。设备进行的。例如键盘、显示器、操作面板或操作台等。功能功能：显示设备的状态、

29、显示操作的结果、供操作人员：显示设备的状态、显示操作的结果、供操作人员操作。操作。5)通信设备通信设备一是计算机系统内部的通信设备一是计算机系统内部的通信设备内总线通信设备内总线通信设备主要用于计算机系统内部各器件之间的通信主要用于计算机系统内部各器件之间的通信二是计算机系统之间的通信设备二是计算机系统之间的通信设备外总线通信设备或网络通外总线通信设备或网络通信设备信设备主要用于计算机自动控制系统之间的通信。主要用于计算机自动控制系统之间的通信。(2)软件部分软件部分按照使用的语言划分按照使用的语言划分:机器语言、汇编语言和高级语言；机器语言、汇编语言和高级语言；按其功能划分：系统软件、应用软

30、件等。按其功能划分：系统软件、应用软件等。3.计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类（1）操作指导控制系统）操作指导控制系统特点：该系统属于开环控制结构，即自动检测人工调节。特点：该系统属于开环控制结构，即自动检测人工调节。结构简单，控制灵活、安全，尤其适用于被控对象的数学结构简单，控制灵活、安全，尤其适用于被控对象的数学模型不明确或试验新的控制系统。但仍需要人工参与操作，模型不明确或试验新的控制系统。但仍需要人工参与操作，效率不高，不能同时控制多个对象。效率不高，不能同时控制多个对象。（2）直接数字控制系统（）直接数字控制系统（DDC）:用一台计算机对多个参数进行实时数据采集，按照一定用一

31、台计算机对多个参数进行实时数据采集，按照一定的控制算法进行运算，然后输出调节指令到执行机构，直的控制算法进行运算，然后输出调节指令到执行机构，直接对生产过程施加连续调节作用，使被控参数按照工艺要接对生产过程施加连续调节作用，使被控参数按照工艺要求的规律变化。求的规律变化。（3）计算机监督系统（）计算机监督系统（SCC）-（SupervisoryComputerControl）采用采用两级两级计算机模式。计算机模式。SCC用计算机按照描述生产过程的数学模型和反映生产过用计算机按照描述生产过程的数学模型和反映生产过程的参数信息，实时计算出最佳设定值送与程的参数信息，实时计算出最佳设定值送与DDC计

32、算机或模计算机或模拟控制器。拟控制器。由由DDC计算机或模拟控制器根据实时采集的数据信息，计算机或模拟控制器根据实时采集的数据信息，按照一定的控制算法进行运算，然后输出调节指令到执行机按照一定的控制算法进行运算，然后输出调节指令到执行机构，直接对生产过程施加连续调节作用，使被控参数完按照构，直接对生产过程施加连续调节作用，使被控参数完按照工艺要求的规律变化，确保生产工况处于最优状态。工艺要求的规律变化，确保生产工况处于最优状态。SCC系统的结构形式系统的结构形式:uSCCDDC控制系统控制系统uSCC模拟调节器控制系统。模拟调节器控制系统。SCCDDC控制系统控制系统4）分布式控制系统（）分布

33、式控制系统（DCS）（）（DistributedControlSystem）又称集散控制系统。它采用分散控制、集中操）又称集散控制系统。它采用分散控制、集中操作、分级管理、综合协调的设计原则，从下到上将系统作、分级管理、综合协调的设计原则，从下到上将系统分为现场控制层、监控层、管理层。分为现场控制层、监控层、管理层。现场控制层现场控制层:主要完成主要完成DDC的功能；的功能；监控层监控层:主要完成主要完成SCC的功能；的功能；管理层管理层:完成范围更广，层次更高的管理、控制、协调的功能。完成范围更广，层次更高的管理、控制、协调的功能。1）现场）现场I/O控制站（现场控制机）。控制站（现场控制机

34、）。基于基于“分解原理分解原理”，将复杂的被控对象分解为，将复杂的被控对象分解为n个简个简单子对象分别实施相应的控制。只要单子对象分别实施相应的控制。只要n个子对象的控制个子对象的控制指标满足要求，则整个复杂被控对象的控制指标也就指标满足要求，则整个复杂被控对象的控制指标也就满足工艺的要求。满足工艺的要求。现场现场I/O控制站的主要功能：控制站的主要功能：实时采集表征生产过程的实时采集表征生产过程的各种参数各种参数(如温度、压力、流量、如温度、压力、流量、物位、湿度、电流、电压、功率等物位、湿度、电流、电压、功率等)和和状态信号状态信号(如设备的起如设备的起/停、电气开关的闭停、电气开关的闭/

35、开、触点的吸合开、触点的吸合/释放、灯的亮释放、灯的亮/灭等灭等)，经，经数字化处理后，送入存储器储存，从而形成一个反映生产现场数字化处理后，送入存储器储存，从而形成一个反映生产现场实际工况，而且对所采集到的数据信息进行实时更新的实时映实际工况，而且对所采集到的数据信息进行实时更新的实时映象象(动态数据库动态数据库)。将其采集到的实时数据信息通过将其采集到的实时数据信息通过通信网络通信网络上送至操作员站、上送至操作员站、工程师站及其他现场工程师站及其他现场I/O控制站，以便实现控制站，以便实现全系统全系统范围内的控范围内的控制、监督和管理；同时，现场制、监督和管理；同时，现场I/O控制站还可以

36、接受来自操作控制站还可以接受来自操作员站、工程师站的下传员站、工程师站的下传指令指令，实现对现场，实现对现场I/O控制站工艺控制站工艺参数参数设定值设定值的变更，以及现场工况的人工调控。的变更，以及现场工况的人工调控。担任现场的闭环负反馈控制、批量控制、顺序控制等任务。担任现场的闭环负反馈控制、批量控制、顺序控制等任务。2）操作员站）操作员站组成组成:工业微机、键盘、鼠标器、工业微机、键盘、鼠标器、CRT和操作控制台和操作控制台作用：作用：是实现人是实现人-机界面功能的网络节点，使操作人员及时机界面功能的网络节点，使操作人员及时了解现场工况、各种运行参数的当前值、是否有异常了解现场工况、各种运

37、行参数的当前值、是否有异常情况发生及其声光报警、连锁保护动作等。情况发生及其声光报警、连锁保护动作等。可以通过输入设备（如键盘、鼠标器）对生产过程可以通过输入设备（如键盘、鼠标器）对生产过程进行调控，确保安全生产、优质高产、节能降耗。进行调控，确保安全生产、优质高产、节能降耗。3）工程师站）工程师站主要对主要对DCS进行离线的配置、组态，在线的系统监控进行离线的配置、组态，在线的系统监控和维护网络节点的工作。系统工程师通过它可以及时调和维护网络节点的工作。系统工程师通过它可以及时调整系统的配置、参数设定，从而使整系统的配置、参数设定，从而使DCS处于最佳的工作处于最佳的工作状态之下。状态之下。

38、对各个现场对各个现场I/O控制站、各个操作员站的控制站、各个操作员站的运行状态运行状态和和网网络的通信络的通信情况等进行实时监控。一旦发现异常，报知系情况等进行实时监控。一旦发现异常，报知系统工程师及时采取相应的措施，进行调整或维修，保证统工程师及时采取相应的措施，进行调整或维修，保证DCS能够连续、正常运行，不会因此对生产过程造成损能够连续、正常运行，不会因此对生产过程造成损失。失。4）DCS的通信网络的通信网络基本结构是计算机网络，面向被控对象的现场基本结构是计算机网络，面向被控对象的现场I/O控制站、控制站、面向操作人员的操作站、面向监控管理人员的工程师站都面向操作人员的操作站、面向监控

39、管理人员的工程师站都是连接在这个网络上的三类节点，均包括是连接在这个网络上的三类节点，均包括CPU和网络接口和网络接口等，也都具有自己特定的网络地址，可以通过网络发送和等，也都具有自己特定的网络地址，可以通过网络发送和接受数据信息。接受数据信息。网络中的各节点地位平等、资源共享、且相互独立，形网络中的各节点地位平等、资源共享、且相互独立，形成信息集中、控制和危险分散、可靠性提高的功能结构。成信息集中、控制和危险分散、可靠性提高的功能结构。DCS的网络结构还具有极强的扩充性，能够方便、的网络结构还具有极强的扩充性，能够方便、灵活地满足灵活地满足DCS的升级和扩充要求。的升级和扩充要求。DCS的通

40、信网络是一个计算机控制网络，不同于普的通信网络是一个计算机控制网络，不同于普通的计算机网络，要满足良好的实时性、较高的安全通的计算机网络，要满足良好的实时性、较高的安全性、可靠性和较强的环境适应性的特殊要求。性、可靠性和较强的环境适应性的特殊要求。计算机网络常用的拓扑结构：计算机网络常用的拓扑结构：星形（星形（Star）、总线形（）、总线形（Bus）、环形（）、环形（Ring）DCS是半数字化系统。是半数字化系统。现场现场I/O控制站的控制器与控制站的控制器与现场传感器、执行器的测控信号仍为模拟信号。现场传感器、执行器的测控信号仍为模拟信号。（5）现场总线控制系统（）现场总线控制系统（FCS）

41、（Field-busControlSystem）是一种）是一种全数字全数字、半双工半双工、串行双向串行双向通信系统。用于连接现场智能仪表，全部采用通信系统。用于连接现场智能仪表，全部采用数字信号数字信号传输。因此传输。因此FCS是全数字化系统。是全数字化系统。应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。化、多点通信的底层控制网络。现场总线控制系统的基本组成现场总线控制系统的基本组成现场智能节点（能够完成数据信息的采集、运算，

42、执行现场智能节点（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的智能仪表）控制指令和通信等功能的智能仪表）管理计算机管理计算机满足系统通讯的计算机网络满足系统通讯的计算机网络现场总线控制系统的现场总线控制系统的特点特点现场通信网络。现场通信网络。现场设备互连。现场设备互连。互操作性。互操作性。分散的系统结构。分散的系统结构。开放式互连网络。开放式互连网络。通信线供电。通信线供电。（6）建筑物自动化系统的现场总线）建筑物自动化系统的现场总线基金会现场总线基金会现场总线FF（FoundationFieldbus）FF以以ISO/OSI开放系统互连参考模型为基础，取其开放系统互连参考模型为

43、基础，取其物理层、数据链路层、应用层作为物理层、数据链路层、应用层作为FF通信模型的相应通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。层次，并在应用层上增加了用户层。局部操作网络局部操作网络LonWorks（LocalOperatingNetwork）由美国由美国Echelon公司在公司在1991年推出的实时测控网络，年推出的实时测控网络，并与并与Motorola和东芝公司共同倡导的现场总线技术。它和东芝公司共同倡导的现场总线技术。它采用了采用了OSI参考模型全部的七层协议结构。参考模型全部的七层协议结构。LonWorks技术的技术的核心核心是具备通信和控制功能的是具备通信和控制功能的Neur

44、on芯片。其最大优点是完全的开放性、高可靠性和芯片。其最大优点是完全的开放性、高可靠性和低成本，适合现场低成本，适合现场DDC的互操作。的互操作。过程现场总线过程现场总线PROFIBUS（ProcessFieldBus）符合德国国家标准符合德国国家标准DIN19245和欧洲标准和欧洲标准EN50179的现场的现场总线，它也只采用了总线，它也只采用了OSI模型的物理层、数据链路层、应用模型的物理层、数据链路层、应用层。层。PROFIBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总主站对总线具有控制权，主站

45、间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的主站，可向从站发送、获取信息。线的控制权。取得控制权的主站，可向从站发送、获取信息。控制局域网络控制局域网络CAN（ControlAreaNetwork）由德国由德国Bosch公司推出的，用于汽车内部的测控网络，其公司推出的，用于汽车内部的测控网络，其总线规范已成为总线规范已成为ISO11898标准。标准。CAN是一种对等式（是一种对等式（PeertoPeer）的现场总线，采用了）的现场总线，采用了ISO/OSI开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型的物理层、数据链路层和应用层。的物理层、数据链路层和应用层。可寻址远程传感器高速通道可寻址远程传

46、感器高速通道HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）由美国由美国Rosement公司研制的模拟信号公司研制的模拟信号/数字信号混用的数字信号混用的过渡性产品，它在过渡性产品，它在420mADC的模拟信号上叠加的模拟信号上叠加Bell202标标准的双频信号（准的双频信号（1200Hz和和2200Hz）实现了数字信号通信。）实现了数字信号通信。HART采用采用ISO/OSI开放系统互连参考模型的物理层、数开放系统互连参考模型的物理层、数据链路层和应用层。据链路层和应用层。支持总线供电，本质安全。使用双绞线，传输距离一支持总线供电，本质安全。使用双绞线，传输距

47、离一般可达般可达1500m。（7）计算机集成制造系统）计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntegrationManufactureSystem）CIMS承担着面向过程控制和优化的任务；承担着面向过程控制和优化的任务；基于获得的生产过程信息，完成整个生产过程的综合管基于获得的生产过程信息，完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理。理、指挥调度和经营管理。2.1.2计算机通信网络技术计算机通信网络技术组成：组成：负责信息处理的资源子网向网络提供可以使用的负责信息处理的资源子网向网络提供可以使用的资源（如微机、工作站、主机、工控机等）；资源（如微机、工作站、主机、工控机等）；承担信

48、息传递的通信子网利用通信媒质（如电缆、承担信息传递的通信子网利用通信媒质（如电缆、光纤、微波、红外线等）传递信息。光纤、微波、红外线等）传递信息。1.1.计算机通信技术计算机通信技术消息：关于数据、文字、图像和语音等的称谓。消息：关于数据、文字、图像和语音等的称谓。信息：包含在消息中的新内容。信息：包含在消息中的新内容。信号：指信息的载体与表现形式（如电、光、声音等），信号：指信息的载体与表现形式（如电、光、声音等），是随时间变化的物理量。根据不同的角度，分为连续时间是随时间变化的物理量。根据不同的角度，分为连续时间和离散时间信号、模拟信号和数字信号、周期信号和非周和离散时间信号、模拟信号和数

49、字信号、周期信号和非周期信号。期信号。通信的目的：传递信息。通信的目的：传递信息。信源：产生和发送信息的设备信源：产生和发送信息的设备信宿：接受信息的设备信宿：接受信息的设备信道：它们之间的通信线路信道：它们之间的通信线路噪声：信号在传递过程中可能受到的各种干扰噪声：信号在传递过程中可能受到的各种干扰数据通信方式：数据通信方式：并行传输并行传输串行传输串行传输单工（单工（Sinplex）。数据信息在信道上只能在一个方向上）。数据信息在信道上只能在一个方向上传送，信源只能发送，信宿只能接受。如无线电广播和电传送，信源只能发送，信宿只能接受。如无线电广播和电视广播。视广播。半双工（半双工（Half

50、Duplex）。数据信息在信道上能在两）。数据信息在信道上能在两个方向上传送，信源和信宿可交替发送和接受数据信息，个方向上传送，信源和信宿可交替发送和接受数据信息，但不能同时发送和接受。如航空、航海无线通讯和对讲机但不能同时发送和接受。如航空、航海无线通讯和对讲机通讯。通讯。全双工（全双工（FullDuplex）。信源和信宿可同时发送和）。信源和信宿可同时发送和接受数据信息，要求信道具备满足双向通信的双倍带宽。接受数据信息，要求信道具备满足双向通信的双倍带宽。如电话通信如电话通信2.计算机网络的拓扑结构及其分类计算机网络的拓扑结构及其分类(1)拓扑结构拓扑结构星形拓扑星形拓扑总线形拓扑总线形拓