楼宇自控基础
发布时间：2008-04-22 点击次数：1869次
集散控制系统
图 2.1
又称分布式控制系统(DCS—Distributed Control System)，它的特征是“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(下位机)完成被控设备的实时监测、保护与控制。该系统克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中和常规仪表控制功能单一的局限性；以安装于中央监控室并具有很强的数字通信、CRT显示、打印输出与丰富的控制管理软件功能的中央管理计算机(上位机)完成集中操作、显示与优化控制功能，避免了因常规仪表分散控制而造成的人机联系困难，且便于统一管理。
传感器/控制器群针对水、电、气、报警、消防等终端设施进行检测与控制，一般根据监控需求按类或按组控制。对大型DCS，中间还有区域控制中心。
分布式系统将许多台计算机联合起来，共同承担监测与控制管理的工作，所连接的每台计算机既可以独立进行监测和控制工作，又可以在中央控制机指导下工作，还可以与其他计算机协调交换信息，共同完成某项控制任务。其灵活性、可靠性要远高于单台控制器。
图 2.2
如图2.2所示，集散型计算机控制系统主要由四部分构成。
1．中央管理计算机(或称上位机、中央监控计算机)
中央管理计算机设置在中央监控室内，它将来自现场设备的所有信息数据集中提供给监控人员，并接至室内的显示设备、记录设备和报警装置等。由于中央管理计算机是整个BAS的核心，相当于人的大脑，其重要性是不言而喻的。普通商用个人计算机用作中央控制机显然是不合理的。一般为了提高计算机的可靠性通常采用两种方法：
一种是直接采用工业控制 计算机；另一种就是采用容错计算机。工业控制计算机(也称IPC)由于采用了特殊的生产工艺和手段,其稳定性是普通商用PC所无法比拟的。而所谓容错计算机就是采用两台普通PC通过互为冗余备份的方法来充当中央控制主机，一旦其中一台PC出现故障，作为备份的另一台主机可立刻被专用的总线控制电路启动，从而不会导致系统瘫痪。
2．DDC(直接数字控制器，亦称下位机)
DDC作为系统与现场设备的接口，它通过分散设置在被控设备的附近收集来自现场设备的信息，并能独立监控有关现场设备。它通过数据传输线路与中央监控室的中央管理监控计算机保持通信联系，接受其统一控制与优化管理。
3．通信网络
中央管理计算机与DDC之间的信息传送，由数据传输线路(通信网络)实现，较小规模的BAS系统可以简单地使用屏蔽双绞线作为传输介质。
4．传感器与执行器
BAS系统的末端为传感器和执行器，它被装置在被控设备的传感(检测)元件和执行元件上。这些传感元件如温度传感器、相对湿度传感器、压力传感器、流量传感器、电流电压转换器、液位检测器、压差器和水流开关等，将现场检测到的模拟量信号或数字量信号输入至DDC，DDC则输出控制信号传送给继电器、调节器等执行元件，对现场被控设备进行控制。
2.1.5 现场总线技术
集散型控制系统还没有从根本上解决系统内部的通信问题和分布式问题，只是自成封闭系统，以固定集散模式和通信约定构成。因此，这种控制系统还很难适应智能大厦种类繁多的设备检测和控制要求。近年来，专门为实时控制而设计的、能在控制层提供互操作的现场总线技术逐渐成熟，如著名的LonWorks技术。
现场总线网络是局域网络技术在控制领域的延伸和应用，它是将控制系统按局域网络(LAN)的方式进行构造，用网络节点代替LAN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。现场总线网中每个节点间可以实现点到点的信息传送，具有极其良好的互操作性，这样便使整个网络实现了无中心的真正的分布式控制模式。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。近年来，楼宇自动化正
在向着开放系统迅速发展。在实时控制方面，实现可互相操作的现场总线技术的通信协议如LonTalk等也应运而生，为楼宇自动化中的传感器、执行器和控制器之间的网络化操作奠定了基础。
图 2.3
图2.3为一典型现场总线系统结构图。其中，NCU是网络控制器，NCU与中央管理计算机间以N1总线连接，而NCU与下位机(DDC)之间则以N2总线(现场总线网)相连接。
2.1.6 直接数字控制器
直接数字控制器(DDC—Direct Digital Controller)，又称下位机，从某种意义上讲，它是整个楼宇自控系统的关键。“控制器”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。“数字”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。 “直接”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。因此,DDC实际上也是一个计算机，它应具有可靠性高、控制功能强、可编写程序等特点，既能独立监控有关设备，又可通过通信网络接受来自中央管理计算机的统一控制与优化管理。
1．DDC支持的监控点
DDC能够支持以下不同性质的监控点：
(1) 模拟量输入(AI)；
(2) 开关量输入(DI)；
(3) 模拟量输出(AO)；
(4) 开关量输出(DO)。
2．DDC的主要功能
DDC的主要功能包括以下几个方面：
(1) 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(滤波、放大、转换)。
(3) 对现场采集的数据进行分析，确定现场设备的运行状态。
(4) 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。
(5) 根据现场采集的数据执行预定的控制算法(连续调节和顺序逻辑控制的运算)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/最小值控制、焓值计算控制、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行命令(执行时间、事件响应程序、优化控制程序等)。
(8) 通过数据网关(DG)或网络控制器(NCU)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。
DDC拥有BAS所要求的几乎所有功能，基本上已经可以完成所有运作，只是在监控的范围和信息存储及处理能力上有一定限制。因此，直接式数字控制器可以看作是小型的、封闭的、模块化的中央控制计算机。在很小规模、功能单一的BAS中可以仅仅使用一到多台控制器完成控制任务；在一定规模、功能复杂的系统中可以根据不同区域、不同应用的要求采用一组控制器完成控制任务，并依靠中央管理系统随时监视控制和调整控制器运行状态，完成复杂周密的控制操作。
3．常见的专用控制器类型
常见的专用控制器主要包括下述几类：
(1) 空气处理机组控制器；
(2) 空调控制器；
(3) 照明控制器；
(4) 变风量控制器；
(5) 消防报警控制器。
更常用的是模块化控制器。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。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/输出(Analogy/Digital)模块。
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