《楼宇智能化技术》教学教案.docx

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1、模块一楼宇智 能化基本认识教学设计模块一楼宇智能化基本认识课程类型理论+体验课程性质职业能力课程本次类型理论授课教师*班级楼宇专业学期1本次课时6h累计课时6h教学周1-2周理论课时6h课堂体验课外作业实训要求4人/组考评方式模块检测教学内容模块一楼宇智能化基本认识学习单元1智能建筑基本概述一、智能建筑简介二、智能建筑功能和特点三、智能建筑产生的背景四、世界各国对智能建筑的定义五、智能建筑的技术基础学习单元2智能小区基本概述一、智能小区简介二、智能小区建设原那么三、智能小区功能和特点四、智能小区基本组成学习单元3智能楼宇典型应用一、智能楼宇在公共建筑中的应用 二、智能楼宇在智能家居中的应用 三

2、、智能楼宇在轨道交通中的应用学习单元4智能楼宇开展趋势一、智能楼宇监控管理平台的集成化 二、物联网技术与智能楼宇的系统集成三、新能源与建筑节能的高度融合4.网络通信环境楼宇自动化系统通过现场总线实现DDC与DDC之间；PC与DDC之间的网络连接。 常用的现场总线有LonWorks总线、Profibus总线、CAN总线、HART总线、CC-link 总线等。二、楼宇自动化系统监控1. BAS监控系统的组成(1)空调监控系统空气处理机、新风机组、制冷站、换热站、送排风(2)给排水监控系统给水设备、排水设备、污水处理、锅炉设备、水位监测(3)电力供应监控系统高低压配电开关、电量参数、电力变压器温度、

3、功率 因数、备用电源(4)照明监控系统办公区域、公共区域、生活区域、大楼泛光(5)交通设备监控系统客运电梯、货运电梯、自动扶梯、电梯门状态、运行 状态及故障报警(6)消防监控系统火灾自动报警、消防联动控制(7)平安防范系统视频监控、入侵报警、出入口管理、可视对讲、巡更(8)车库管理系统车辆进出检测、车辆存取控制、车辆档案管理2 . BAS监控系统的监控原那么(1)数字两控制(运行状态、故障报警、手/自动转换、启停控制)(2)模拟量输入(温度、湿度、压力、流量、电量等设定值)(3)模拟量输入(温度、湿度、压力、流量、电量等现行值)(4)模拟量输出(驱动器、执行器、电动机、智能控制单元等控制).建

4、筑机电设备监控系统(1)新风机组主要监控工程送风温度、湿度 新风温度、湿度盘管电动水阀控制 送风加湿器控制过滤网淤塞压差报警 防霜冻低温报警送风机手/自动状态 送风机前后压差检测10送风机运行状态 送风机故障报警 送风机启停控制(2)空气处理机（变风量）主要监控工程送风温度、湿度送风压力盘管电动水阀调节 送风加湿阀调节 送风机手/自动状态 送风机运行模式送风机运行状态送风机故障报警送风机启停控制送风机运行频率 新风温度、湿度 新风风阀开度调节回风温度、湿度回风风阀开度调节 空气质量过滤网淤塞压差报警 防霜冻低温报警（3）制冷站主要监控工程冷冻水供、回水温度冷却水供、回水温度冷冻水回水流量冷水机

5、组（冷冻）电动蝶阀冷冻水供水压力冷冻水泵手/自动状态冷冻水泵运行状态冷冻水泵故障报警冷冻水泵运行使能冷冻水泵运行频率冷冻水泵水流指示11 冷水机组(冷却)电动蝶阀 冷却水供水压力 冷却水泵手/自动状态 冷却水泵运行状态 冷却水泵故障报警 冷却水泵运行使能 冷却水泵运行频率 冷却塔电动蝶阀 冷却塔风机手/自动状态 冷却塔风机运行状态 冷却塔风机故障报警 冷冻泵启停控制(4)换热站主要监控工程 一次例 1供、回水温度 一次例J供、回水压差 一次例J回水流量 一次例水阀调节 二次例J供、回水温度 二次例回水流量 二次例J供水压力 冷水机组(冷冻)电动蝶阀 二次例I水泵手/自动状态 二次例J水泵运行状

6、态 二次例J水泵故障报警 二次例1水泵运行使能 二次例J水泵运行频率 二次例J水泵水流指示(5)送排风主要监控工程 送风机手/自动状态 送风机运行状态 送风机故障报警 送风机启停控制 排风机手/自动状态12 排风机运行状态排风机故障报警 排风机启停控制(6)给排水主要监控工程 二次供水管网压力、流量给水泵手/自动状态 给水泵运行状态给水泵故障报警 给水泵运行使能给水泵运行频率 给水泵水流指示排污泵手/自动状态 排污泵运行状态排污泵故障报警 排污泵启停控制排污泵水流指示 污水池液位指示消防系统高层水箱液位指示(7)照明主要监控工程办公区域照明手/自动状态 办公区域照明运行状态办公区域照明故障报警

7、 办公区域照明启停控制公共区域照明手/自动状态 公共区域照明运行状态公共区域照明故障报警 公共区域照明启停控制生活区域照明手/自动状态 生活区域照明运行状态生活区域照明故障报警 生活区域照明启停控制节日泛光照明手/自动状态 节日泛光照明运行状态13 节日泛光照明故障报警节日泛光照明启停控制(8)供配电主要监控工程变压器温度 瓦斯气体继电器报警高压负荷开关状态 低压负荷开关状态电量参数监测 电源功率因数(9)电梯主要监控工程 电梯运行状态(上、下行)电梯门状态(开、关门) 电梯故障报警电梯应急呼叫4 .消防主要监控工程探测器 消防模块消防其他配套单元 报警输出单元消防喷淋泵 消火栓泵电动防火门

8、防排烟风机正压补风机 防火卷帘消防广播 电梯联动.平安防范主要监控工程 摄像机、左台矩阵控制器 硬盘录像机视频服务器14 视频交换机入侵探测器(有线、无线) 手动报警入侵报警主机 读卡器电子门锁 门禁控制器门禁管理5 .停车场管理主要监控工程进出读卡器 车辆检测闸机控制 车位状态(有车、无车)车辆管理(进入、驶出) 计费管理学习单元2办公自动化系统一、办公自动化系统组成办公自动化系统是指利用先进的科学技术，使局部办公业务活动物化于人以外 的各种现代化办公设备中，由人与技术设备构成服务于某种办公业务目的的人机信 息处理系统。办公自动化系统包含了三个不同的办公层次，即事务层办公系统、信息管理层 办

9、公系统、决策支持层办公系统。办公自动化系统的宗旨是把基于不同技术的办公设备用联网的方式集成为一 体。建立信息的采集、加工、传输、保存体系和计算机终端、打印机、复印机、传 真机等设备的资源共享。1 .事务层办公系统(1)事务层办公系统支持办公部门利用网络完成分散的事务处理(2)事务层办公系统可以是单机系统，也可以是多机系统2.信息管理层办公系统(1)信息管理层办公系统具有办公事务处理的功能(2)信息管理层办公系统具有办公业务处理和管理的功能15(3)信息管理层办公系统为一些公用服务事业单位提供综合数据库(4)信息管理层办公系统多数是以局域网为主体构成的网络系统(5)信息管理层办公系统采用三级通信

10、网络结构.决策支持层办公系统(1)决策支持层系统具有决策或辅助决策功能(2)决策支持层系统是最高级的办公自动化系统(3)决策支持层系统可帮助决策者利用数据和模型求解问题，作出判断二、办公自动化系统的主要功能(1)文字处理(2)数据处理(3)语音处理(4)图形和图像处理(5)行政管理(6)电子邮件(7)个人用户管理(8)档案管理(9)会议管理(10)远程办公(11)综合管理学习单元3通信自动化系统一、通信自动化系统基本组成(1)综合布线系统、(2) 通信系统(3)声讯服务通信系统(4)视频会议系统(5)有线电视系统(6)卫星电视接收系统二、通信自动化系统基本要素(1)网络通信模式(2)网络通信协

11、议16三、通信自动化系统平安保障(1)通信网络平安保障措施(2)软件平安保障措施(3)数据平安保障措施模块小结复习思考题课后记17模块三智 能楼宇现场控制 设备教学设计模块三智能楼宇现场控制设备课程类型理论+体验课程性质职业能力课程本次类型理论+体验授课教师*班级楼宇专业学期1本次课时12h累计课时26h教学周4-7周理论课时8h课堂体验4h课外作业实训要求4人/组考评方式模块检测+技能操作教学内容模块三智能楼宇现场控制设备学习单元1传感器与驱动装置一、传感器的基本概念二、智能楼宇中常用的传感器传感器的实际应用课堂体验.演示传感器的主要功能1 .演示传感器的控制原理.播放传感器的典型控制三、阀

12、门、驱动器、执行器的基本概念 四、智能楼宇中常用的控制阀阀门、执行器的实际应用课堂体验.演示阀门、执行器的主要功能1 .演示阀门、执行器的工作原理.播放阀门、执行器的典型控制学习单元2直接数字控制器一、直接数字控制器概述二、直接数字控制器的硬件结构三、直接数字控制器工作原理四、直接数字控制器编程方法五、直接数字控制器典型应用六、常用的直接数字控制器产品18DDC的课堂体验.演示照明监控系统（DDC控制）的运行1 .演示电梯系统（DDC控制）的运行.演示高层供水系统（DDC控制）的运行学习单元3可编程控制器一、可编程控制器概述二、可编程控制器的系统组成三、可编程控制器的工作原理四、可编程控制器的

13、控制与处理功能五、可编程控制器在建筑设备上的应用六、可编程控制器产品介绍PLC控制的课堂体验.演示污水处理（PLC控制）的运行1 .演示电梯门开、关（PLC控制）的运行.演示物料混配系统（PLC控制）的运行模块小结复习思考题教学目标教学目的：本模块针对智能楼宇中常用的现场控制设备进行学习，通过学习可使学 员基本了解智能楼宇现场控制设备的组成。理解检测设备、控制设备、 执行设备之间的相互关系。掌握现场控制器的各种功能和工作原理。了 解现场控制设备在智能楼宇中的典型应用。教学要求：要求教师结合智能楼宇现场控制设备进行系统的讲解，介绍其功能和特 点，主要结构和工作原理。并结合案例分析向学生传授知识，

14、课堂上可 增加体验和互动环节。教学重点及难点教学重点：传感器与驱动装置；直接数字控制器；可编程序控制器；可编程控制器 控制与处理。教学难点：传感器工作原理；直接数字控制器工作原理；可编程控制器结构与处理 功能。解决方法：课堂教学结合现场演示、教学仿真等手段进行综合讲解。19模块小结复习思考题教学目标教学目的：让学员了解智能楼宇的基本概念、功能和特点；了解智能小区的建设原 那么和基本组成。掌握智能楼宇的技术基础；智能楼宇的典型应用；智能 楼宇的开展趋势。教学要求：要求教师应对楼宇智能化技术进行入门导学，可结合案例分析向学生传 授知识，特别是基本概念要重点强化，课堂上可适当增加体验环节。教学重点及

15、难点教学重点：智能建筑基本概述；智能小区基本概述；智能楼宇典型应用。教学难点：智能建筑功能特点；智能小区建设原那么；智能楼宇典型应用。解决方法：课堂教学结合现场演示、教学仿真等手段进行综合讲解。教学方法及手段教学方法：实施直接导入法；案例教学法。教学手段：教学板书；电子课件；录像插件。教学资源：相关的精品课程；网络教学资源等。教学板书模块一楼宇智能化基本认识课程引入：课程的专业地位，课程的知识结构，课程的服务对象。学习单元1智能建筑基本概述一、智能建筑简介1 .智能建筑的概念智能建筑是集现代建筑技术、现代控制技术、现代通信技术、现代计算机技术于一 体的高科技建筑群体。2 .智能建筑的起源智能建

16、筑诞生于美国康涅狄格洲哈特福德市，名为“都市大厦”，是由美国联合科 技集团在1984年1月兴建的。3 .智能建筑的特征教学方法及手段教学方法：实施直接导入法；案例教学法。教学手段：教学板书；电子课件；录像插件。教学资源：相关的精品课程；网络教学资源等。教学板书模块三智能楼宇现场控制设备智能楼宇现场控制设备通常由检测设备、控制设备、执行设备等组成，它是构成楼 宇自动化的三大基本要素。学习单元1传感器与驱动装置一、传感器的基本概念传感器是一种能感受被测量特性并按照一定规律转换成电量的器件或装置。其信号 需要经过变换和放大处理后构成可执行的电量。1 .传感器的组成传感器通常由敏感元件、转换元件和测量

17、元件组成。2 .传感器的分类(1)按被测量分类：物理量、化学量、生物量(2)按工作原理分类：有源传感器和无源传感器(3)按输出信号性质分类：模拟量传感器和数字量(开关量)传感器。3 .传感器的基本特性(1)静态特性 线性度灵敏度 迟滞重复性 分辩力稳定性 飘移可靠性(2)动态特性20 节跃响应法频率响应法二、智能楼宇中常用的传感器 .开关量传感器(1)温控器(2)气体流量开关(3)压差开关(4)防霜冻低温保护开关(5)电接点压力表(6)水流开关(7)液位开关 .模拟量传感器(1)温度传感器(2)湿度传感器(3)压力、压差传感器(4)电阻式远程压力表(5)静压传感器(6)流量传感器(7)二氧化碳

18、传感器(8)电量变送器三、阀门、驱动器、执行器的概念1 .阀门的基本概念(1)阀门的概念(2)风阀的概念(3)阀门的技术参数 阀体类型阀体材质 阀芯材质阀门类型 阀门口径连接方式21 流体介质流体温度 流体压力流体流量2.驱动器、执行器的基本概念(1)驱动器的概念(2)执行器的概念(3)驱动器、执行器的控制方式1 电动控制比例控制2 电动机控制四、智能楼宇中常用的控制阀3 .开关量控制阀(1)电动二通阀(2)电动三通阀(3)电动球阀(4)电动蝶阀(5)暖气温控阀4 .模拟量控制阀(1)电动比例调节阀(2)电动风阀执行器学习单元2直接数字控制器一、直接数字控制器概述直接数字控制器简称为DDC,目

19、前广泛用于智能楼宇和工业过程控制。1. DDC的概念DDC隶属于嵌入式计算机系统(1) DDC具有通用的数字量输入/输出接口DDC具有通用的模拟量输入/输出接口(2) DDC的通信功能十分强大，支持多种通信协议DDC可完成较复杂的控制和运算22DDC可实现控制现场的本地控制和联网控制2. DDC的分类(1)具有完整一体化结构的可扩展式控制器(2)具有分布式模块化结构的控制器3. DDC的功能(1)具有内部P、PI、PID的模拟运算和自适应的控制功能(2)可实时地管理控制参数、运行状态、能耗记录、蛤值计算(3)具有事件报警与联锁控制功能，并向上位机发送警报信息(4)具有分布式模块组合结构，可随意

20、进行I/O点和特殊模块的选择(5)支持与上位监控计算机联网通信、数据传输、远程控制功能(6)主机具备逻辑控制功能、数据运算功能、趋势存储功能、失电保护功能等(7)具有现场编程接口，一般为RS232接口，支持计算机高级语言编程(8)具有特定的属性定义，可按建筑操作的实际情况作出复杂而精确的控制4. DDC的特点(1)具有多种编程手段，极大地方便了工程技术人员的现场调试(2)控制电路接线少、可靠性高、使用寿命长(3)具有开放性、灵活性、可扩展性(4)编程语言简单、控制能力强、可实现在线监控(5)易于施工、安装、操作和维护(6)内部时钟无需校准，可减少维修保养费用，并长期保持精度二、直接数字控制器的

21、硬件结构1. DDC的基本组成(1)主控系统(2)通信接口I/O 接口2. DDC的硬件功能(1)主控系统：CPU构成的整体控制、运算核心(2)通信接口：支持多种通信协议的信息传输通道(3) I/O接口：接收外部输入信号/输出新号给外部驱动设备三、直接数字控制器工作原理231. DDC控制系统基本组成水流开关 过滤网堵塞 送风机运行 压力传感器 湿度传感器 温度传感器水流开关 过滤网堵塞 送风机运行 压力传感器 湿度传感器 温度传感器输入端口 (DI AI)控制和运算单元(CPU)联网DDC联网DDC监控画面显示、联网输出端口(DO、A0)数据设定、传输AY办公照明 AWUI 排风机 送风机

22、风阀 水泵 电动水阀2. DDC的内部功能(1)逻辑控制功能(2)数值运算功能PID调节功能(4)系统属性及构件(5)内部时钟控制四、直接数字控制器的编程方法1 . BASIC语言编程方法BASIC语言是一种计算机高级语言，它具有一定的语法结构，利用不同的指令可以 构成系统的运算和控制并形成用户程序。2 .图形化编程语言图形化编程是利用图元排列出逻辑控制关系，再根据逻辑控制进行属性定义，变量 赋值、脚本程序、参数设置等。五、直接数字控制器典型应用1. DDC在空调中的应用利用DDC对室内的环境(温度、湿度)实施调节，如新风、回风风阀；盘管水阀； 加湿阀的调节。送风、回风温度；送风、回风湿度；二

23、氧化碳蛤值等参数进行采集。送 风机的状态监测和控制；过滤网堵塞；防霜冻低温报警等参数的采集。2. DDC在换热站中的应用24利用DDC对换热器的一次温度、压力、流量；二次温度、压力、流量进行检测；控 制一次调节水阀的开度；供水泵、变频器的控制；供水泵运行状态、故障报警、水流开 关状态等参数进行采集。六、常用的直接数字控制器产品1 .霍尼韦尔DDC霍尼韦尔是美国的公司，其DDC产品为Excel 5000系列，是一套专门用于智能楼 宇系统的 DDC 产品。主要包括 Excel 10、ExceI 20、ExceI 50、ExceI 100、ExceI 300 Exce I 500 Exce I 60

24、0 Exce I 800 等。2 .江森DDC江森是美国的公司，其DDC产品为DX、FX系列，是一套专门用于智能楼宇系统的 DDC产品。3 .西门子DDC西门子是德国的公司，其DDC产品为PXC Modular. MBC、MEC、PXC、FLNC等，是 一套专门用于智能楼宇系统的DDC产品。4 .清华同方DDC清华同方是中国的公司，其DDC产品为Techcon09系列、Techcon04系列。是一套 专门用于智能楼宇系统的DDC产品。5 .德易安（海湾）DDC德易安（海湾）DDC是近年来异军突起的高科技产品，特别是在高职院校的教学设 备和全国职业技能大赛设备中使用，其DDC产品为HW-BA50

25、00系列和DED-BA-E7500系 列。是一套专门用于智能楼宇系统的DDC产品。学习单元3可编程控制器可编程控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技 术、数字技术和网络通信技术开展起来的一种通用工业自动控制装置，简称为PLC。一、可编程控制器概述1. PLC的概念西门子是德国的公司，其DDC产品为PXC Modular. MBC、MEC、PXC、FLNC等，是一套专门用于智能楼宇系统的DDC产品。25PLC诞生于1968年，由美国通用汽车公司研发(2)第一台PLC用于GM公司汽车装配线PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计(3) PLC采用了

26、可编程的存储器，具有逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算 术运算等操作命令PLC通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或自动化设 备以及生产过程2. PLC的基本说明PLC由硬件系统和软件系统组成(1) PLC主要用于工业控制和楼宇自动化控制3. PLC的功能(1)逻辑处理功能(2)顺序控制功能(3)数据运算功能(4)准确定时功能(高档PLC可进行毫秒级计时)(5)高速计数功能(高档PLC计数频率可高达几百赫兹)(6)中断处理功能(利用此功能可实现各种内外中断)(7)程序与数据存储功能(8)联网通信功能(9)自检测、自诊断功能4. PLC的特点(1)体积小，重量轻，功耗低(2)使用方

27、便，通用性强(3)功能强大、完善、通用，适应面广(4)可靠性高，抗干扰能力强(5)编程方法简单，容易掌握(6)设计、安装、调试和维修方便容易(7)性能价格比好，经济核算(8)系统组网方便、简单二、可编程控制器的系统组成1. PLC的硬件系统26(1)主控局部(2)供电局部(3)通信局部(4)驱动局部2. PLC的软件系统(1)系统程序(2)用户程序3. PLC的内部结构及功能(1)中央处理器(2)存储器(3)输入/输出单元(4)通信接口(5)智能接口模块(6)编程装置(7)电源(8)其他外部设备三、可编程控制器的工作原理1. PLC的扫描工作方式PLC对用户程序的扫描是周而复始的，始终处于循环

28、过程(1) PLC对用户程序逐条解读并加以执行，直到用户程序结束，如此循环PLC的扫描包括执行用户程序、内部处理、通信服务(2) PLC执行一次扫描操作所需的时间，通常为1100 ms2. PLC的工作执行过程PLC的工作模式分为运行模式RUN和停止模式STOPo当PLC处于RUN运行模式时, PLC可通过反复执行用户程序来实现控制功能。同时，还要完成输入采样、执行程序、 输出刷新工作。四、可编程控制器的控制与处理功能(1)逻辑控制(2)顺序控制(3)运动控制27(4)过程控制(5)数据处理(6)通信联网(7)远程控制(8)编程语言五、可编程控制器在建筑设备上的应用1 .在高层供水系统中的应用

29、(1)电动机起动(2)变频器运行PLC控制(4)压力检测(5)继电逻辑控制2 .在群控电梯中的应用群控电梯就是多台电梯集中排列，共用厅外召唤按钮，按规定程序集中调度和控制 的电梯。每台电梯先进行独立的PLC控制(电梯的升降、电梯门的开关、电梯平层等)， 然后再进行群控。无论哪部电梯接收到呼叫命令，都会传输给主站，由主站根据各 部电梯所处的位置协调控制。所以，PLC不仅控制电梯的应答，还控制变频器实现 电梯升降过程中的调速和平层。六、可编程控制器产品介绍1 .西门子PLCS7-200 系列(1) S7-1200 系列S7-300 系列(2) S7-400 系列2 .三菱PLCFX系列(1) A系

30、列Q系列28模块小结复习思考题课后记29向人们提供具有高效、平安、舒适和便利的幽雅环境。4.智能建筑的基本要素结构、系统、服务和管理。二、智能建筑功能和特点1 .智能建筑的组成r防火监控系统(FAS)r楼宇自动化系统(BA5”I保安监控系统(SAS)1 能建筑办公自动化系统(0A5)I通信自动化系统(CAS)2 .智能建筑的功能(1)具有信息处理功能(2)具有建筑机电设备监控功能(3)具有本地控制和远程监控功能(4)具有数据报表、曲线分析功能(5)具有建筑防火功能(火灾自动报警、消防联动控制)(6)具有平安防范功能(视频监控、入侵报警、出入口管理)3 .智能建筑的特点(1)集智能化、集成化、协

31、调化于一体(2)系统稳定性高，扩展能力强，维护方便(3)提高建筑物的平安性、舒适性和高效便捷性(4)具备网络集成和上位机远程监控(5)降低设备维护费用和人工管理费用(6)具有节能减排、低碳环保等特点三、智能建筑产生的背景1 .技术背景(1)与计算机技术、通信技术、控制技术的开展密切相关模块智能楼宇计算机控制技术教学设计模块四智能楼宇计算机控制技术课程类型理论+体验课程性质职业能力课程本次类型理论+体验授课教师*班级楼宇专业学期1本次课时8h累计课时34h教学周7-9周理论课时5h课堂体验3h课外作业实训要求4人/组考评方式模块检测+技能操作教学内容模块四智能楼宇计算机控制技术 学习单元1计算机

32、控制技术 一、计算机控制系统基本概述 二、计算机硬件系统 三、计算机软件系统 四、计算机编程技术 五、计算机网络系统 局域网的建立课堂体验1 .局域网的参数设置2 .局域网IP地址的划分3 .局域网计算机的共享 学习单元2集散控制技术 一、集散控制基本概念 二、集散控制系统功能和特点 三、集散控制系统典型应用 城市污水处理的课堂体验.污水处理控制工艺1 .污水处理控制编程.污水处理远程监控学习单元3组态控制技术 一、组态控制基本概念30二、组态开发过程三、组态运行过程四、组态技术开展趋势高层恒压供水的课堂体验.管网压力的恒定原那么1 .供水泵的工频、变频切换.变频泵的基本控制原理学习单元4现场

33、总线技术一、现场总线技术基本概述二、智能楼宇中的现场总线技术学习单元5无线通信技术一、无线通信技术基本概念二、常用的无线通信技术模块小结复习思考题教学目标教学目的：本模块针对智能楼宇计算机控制技术相关内容进行学习，通过学习可使 学员基本理解计算机控制系统的组成和应用；掌握集散控制技术、组态 控制技术的主要功能和典型应用；了解现场总线技术和无线通信技术的 连接协议和通信方式。教学要求：要求教师结合智能楼宇计算机控制技术中所涉及的内容进行系统的讲解, 介绍其功能和特点，主要结构和运行方式。并结合案例分析向学生传授 知识，课堂上可增加体验和互动环节。教学重点及难点教学重点：计算机控制技术；集散控制技

34、术；组态控制技术；现场总线技术。教学难点：计算机控制系统组成；计算机网络系统；集散控制系统功能和特点。 解决方法：课堂教学结合现场演示、教学仿真等手段进行综合讲解。教学方法及手段教学方法：实施直接导入法；案例教学法。教学手段：教学板书；电子课件；录像插件。31教学资源：相关的精品课程；网络教学资源等。教学板书U!U!智能楼宇计算机控制技术计算机控制技术是以计算机为核心部件的自动控制系统。它承当着数据采集与处 理、顺序控制与数值控制、直接数字控制与监督控制、最优控制与自适应控制、生产管 理与经营调度等任务。学习单元1计算机控制技术一、计算机控制系统基本组成1 .工业控制系统基本组成自动控制方式包

35、括开环控制和闭环控制。主要包括输入给定值、控制器、执行机构、 被控对象、输出被控参数、测量元件、变换单元等。2 .计算机控制系统基本组成计算机控制是利用计算机或数字化控制器实施对被控对象的控制与调节。主要包括 输入数字给定、计算机(数字化控制器)、D/A转换器、执行机构、被控对象、输出被控 参数、传感器、A/D转换器。3 .计算机控制系统控制原理在计算机控制系统中，其内部控制采用的是数字控制，但外部的输入/输出是模拟 量，这就需要对外部输入信号进行A/D转换，变换成数值量传递给计算机控制器。控制 器通过PID算法对其进行运算和调节，将运算结果经D/A转换后输出给执行机构，驱动 被控对象完成状态

36、的改变。4 .计算机控制系统分类(1)操作指导系统(operat i ona I gu i dance system, OGS) (2)直接数字控制系统(direct digital controI, DDC) (3)监督控制系统(supervi sory computer controI, SCO (4)集散控制系统(d i str i buted contro I system, DCS) (5)现场总线控制系统(fieldbus controI system, FCS) (6)网络控制系统(networked controI system, NCS)二、计算机硬件系统(1)主机板32(2

37、)系统总线(3)人机接口(4)通信接口(5)输入/输出通道(6)系统支持(7)磁盘系统三、计算机软件系统(1)系统软件(2)工具软件(3)应用软件四、计算机编程技术(1)机器语言(2)汇编语言(3)高级语言五、计算机网络系统1 .局域网的概念计算机网络是按覆盖范围划分的，局域网(LAN)覆盖区域比拟小，如一个办公室、 一幢办公楼、一所学校、一个企业等。局域网由网络硬件(服务器、工作站、网卡、传 输介质和网络互连设备)和网络软件(实现网络功能提供的必不可少的软件环境)组成。2 .网络体系结构和协议在网络中，最常用的网络体系结构是OSI,称为开放式系统互联参考模型。它共分 七层，从下至上分别是物理

38、层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用 层。它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，通过七个层次化 的结构模型使不同系统不同网络之间实现可靠的通信。TCP/IP协议是当今计算机网络中最为成熟、应用最为广泛的一种网络协议标准。 TCP/IP包括两个协议，即传输控制协议(TCP)和网际协议(IP),但TCP/IP实际上是一组 协议，它包括上百个各种功能的协议，如远程登录、文件传输和电子邮件等，而TCP和 IP是保证数据完整传输的两个最基本的重要协议。3 . IP地址基本概念在计算机寻址中经常会遇到名字、地址和路由这三个术语。IP地址要寻找的33地址长度为32位，以格

39、式表示，每个X为8位，其值为0255 (点分十进 制地址)。IP地址由网络号(网络ID)和主机号(主机ID)两局部构成，分为A、B、C、 D、E五类。(1) A类IP地址用前面8位来标识网络号，其中规定最前面一位为0，后面24 位标识主机地址，即A类地址的第一段取值(即网络号)可以是0000000101111111 的任一数字，转换为十进制后即为1127。A类的IP地址范围为 127. 255. 255. 255。(2) B类IP地址用前面16位来标识网络号，其中最前面两位规定为10，后面 16位标识主机号，即B类地址的第一段为1000000010111111的任一数字，转换成十 进制后为12

40、8191, B类的IP地址范围为191.255. 255.255。(3) C类IP地址用前面24位来标识网络号，其中最前面三位规定为 110，余下 8位标识主机号。即C类地址的第一段为1100000011011111的任一数字，转换成十进 制后为192223。C类的IP地址范围为223. 。(4) D类IP地址用于多重广播组，一个多重广播组可能包括1台或更多主机，或 根本没有。D类地址的最高位为1110,第一段八位体为1110000011101111,转换成十 进制为224239。它的地址范围为224.0. 1. 1239. 。(5) E类IP地址一个不常用的实验性地址，保存作为以后使用。E类

41、IP地址的最 高位为11110,第一段八位体为1111000011110111,转换成十进制为240247。4 .组网硬件设备(1)服务器(2)工作站(3)网络适配器(4)路由器(5)交换机学习单元2计算控制技术一、集散控制基本概念集散控制系统就是利用现场控制器(工业计算机)实现对被控设备的本地控制，再 由上位监控计算机实现集中管理。它充分表达了分而自治和综合协调的特点。1 .集散控制系统概述集散控制系统(DCS)问世于1975年，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的 以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机技术、通信技术、显示技术、控制34技术等4c技术，其基本思想是分散控制、集中管

42、理(操作)，2 .集散控制系统组成DCS由管理级、过程级、操作级组成。管理级主要是指工厂管理信息系统，作为DCS 更高层次的应用。过程级主要由操作员站和工程师站组成，完成系统的操作和组态。操 作级通过内部通讯总线与I/O组件连接，是系统控制功能的主要实施局部。3 .集散控制系统冗余操作DCS可以有多个操作站，以方便操作人员就地控制。每一台操作站可以显示一样的 内容，称为冗余运行。多台操作站的设置原那么可视其系统的复杂程度和I/O点地域分布 情况而定。二、集散控制系统功能和特点1 .集散控制系统功能(1)集中画面监视(2)实时报表(3)趋势曲线(4)操作记录(5)报警管理(6)平安机制2 .集散

43、控制系统特点(1)分散性(2)集中性(3)自治性(4)协调性(5)灵活性(6)先进性(7)可靠性(8)友好性(9)开放性三、集散控制系统典型应用3 .智能楼宇中的应用智能楼宇中的建筑机电设备监控系统属于集散控制系统，它由DDC作为现场控制器,35 实施对制冷站；换热站；新风机组；空气处理机；送、排风机；给、排水；照明；电梯; 供配电等系统的监控，再由上位计算机实施对各台DDC的协调管理。4 .发电厂的应用发电厂采用集散控制系统实现对锅炉；汽轮发电机组；烟气净化塔；袋式除尘器； 引风机等系统的监控，可以完成数据采集、模拟量控制、顺序控制、炉膛平安监控、锅 炉紧急停炉等功能。5 习单元3组态控制技

44、术组态控制技术广泛应用于集散控制和实时监测领域中。它具有功能完善、操作简便、 可视性好、可维护性强等优点。组态控制技术的核心是组态软件，它离不开硬件系统， 是软件系统组态集成后在硬件系统的具体表达。一、组态控制基本概念1 .组态的概念所谓“组态”就是通过对图形、图元进行对象（赋予变量）的定义、制作和编辑， 并设定其状态特征（属性）参数；完成脚本编辑；构件调用等活动的综合实施。2 .组态软件的概念组态软件是一套基于Windows平台的用于快速构造和生成上位机监控系统的操作平 台，它为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发系统，能够实现现场数据采集、 实时和历史数据处理、报警和平安机制、流程控

45、制、动画显示、趋势曲线和报表输出以 及过程监控等功能。3 .组态的实施过程组态软件通常包含两个环境，即组态环境和运行环境，两者的桥梁是实时数据库。 组态环境是工程技术人员为实现计算机控制而实施的开发过程，它最大的特点是能以灵 活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成。运行环境是对组态环境的具体实施，是对组态过程及数据库变量状态信息进行解释 和执行的过程操作。它将数据库中变量的状态输出给外部驱动设备，显示它们的运行结 果，以实现现场控制场景的在线监控（变量状态的显示）和人机交互功能。二、组态开发过程4 .组态软件的功能（1）工程管理器（2）开发系统36(3)界面运行系统(4)实时数据库(5) I/O驱动程序(6)网络通信程序(7)远程通信服务程序Web服务器程序(9)控制策略生成器5 .建立实时数据库(1)在组态系统中，数据库即