樓宇自控基礎
發(fā)布時間：2008-04-22 點擊次數(shù)：2251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)場被控設備處的各種功能性微機(下位機)完成被控設備的實時監(jiān)測、保護與控制。該系統(tǒng)克服了計算機集中控制帶來的危險性高度集中和常規(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算機(上位機)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聯(lián)系困難，且便于統(tǒng)一管理。
傳感器/控制器群針對水、電、氣、報警、消防等終端設施進行檢測與控制，一般根據(jù)監(jiān)控需求按類或按組控制。對大型DCS，中間還有區(qū)域控制中心。
分布式系統(tǒng)將許多臺計算機聯(lián)合起來，共同承擔監(jiān)測與控制管理的工作，所連接的每臺計算機既可以獨立進行監(jiān)測和控制工作，又可以在中央控制機指導下工作，還可以與其他計算機協(xié)調(diào)交換信息，共同完成某項控制任務。其靈活性、可靠性要遠高于單臺控制器。
圖 2.2
如圖2.2所示，集散型計算機控制系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成。
1．中央管理計算機(或稱上位機、中央監(jiān)控計算機)
中央管理計算機設置在中央監(jiān)控室內(nèi)，它將來自現(xiàn)場設備的所有信息數(shù)據(jù)集中提供給監(jiān)控人員，并接至室內(nèi)的顯示設備、記錄設備和報警裝置等。由于中央管理計算機是整個BAS的核心，相當于人的大腦，其重要性是不言而喻的。普通商用個人計算機用作中央控制機顯然是不合理的。一般為了提高計算機的可靠性通常采用兩種方法：
一種是直接采用工業(yè)控制 計算機；另一種就是采用容錯計算機。工業(yè)控制計算機(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。而所謂容錯計算機就是采用兩臺普通PC通過互為冗余備份的方法來充當中央控制主機，一旦其中一臺PC出現(xiàn)故障，作為備份的另一臺主機可立刻被專用的總線控制電路啟動，從而不會導致系統(tǒng)癱瘓。
2．DDC(直接數(shù)字控制器，亦稱下位機)
DDC作為系統(tǒng)與現(xiàn)場設備的接口，它通過分散設置在被控設備的附近收集來自現(xiàn)場設備的信息，并能獨立監(jiān)控有關現(xiàn)場設備。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)控計算機保持通信聯(lián)系，接受其統(tǒng)一控制與優(yōu)化管理。
3．通信網(wǎng)絡
中央管理計算機與DDC之間的信息傳送，由數(shù)據(jù)傳輸線路(通信網(wǎng)絡)實現(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，它被裝置在被控設備的傳感(檢測)元件和執(zhí)行元件上。這些傳感元件如溫度傳感器、相對濕度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、電流電壓轉(zhuǎn)換器、液位檢測器、壓差器和水流開關等，將現(xiàn)場檢測到的模擬量信號或數(shù)字量信號輸入至DDC，DDC則輸出控制信號傳送給繼電器、調(diào)節(jié)器等執(zhí)行元件，對現(xiàn)場被控設備進行控制。
2.1.5 現(xiàn)場總線技術(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)還很難適應智能大廈種類繁多的設備檢測和控制要求。近年來，專門為實時控制而設計的、能在控制層提供互操作的現(xiàn)場總線技術(shù)逐漸成熟，如著名的LonWorks技術(shù)。
現(xiàn)場總線網(wǎng)絡是局域網(wǎng)絡技術(shù)在控制領域的延伸和應用，它是將控制系統(tǒng)按局域網(wǎng)絡(LAN)的方式進行構(gòu)造，用網(wǎng)絡節(jié)點代替LAN中的工作站，并將其安裝于監(jiān)控現(xiàn)場，直接與各種監(jiān)控傳感器和控制器相連。現(xiàn)場總線網(wǎng)中每個節(jié)點間可以實現(xiàn)點到點的信息傳送，具有極其良好的互操作性，這樣便使整個網(wǎng)絡實現(xiàn)了無中心的真正的分布式控制模式。這種網(wǎng)絡集數(shù)據(jù)采集、分析、控制和網(wǎng)絡通信為一體，十分適合于智能建筑進行分布式網(wǎng)絡管理和控制。近年來，樓宇自動化正
在向著開放系統(tǒng)迅速發(fā)展。在實時控制方面，實現(xiàn)可互相操作的現(xiàn)場總線技術(shù)的通信協(xié)議如LonTalk等也應運而生，為樓宇自動化中的傳感器、執(zhí)行器和控制器之間的網(wǎng)絡化操作奠定了基礎。
圖 2.3
圖2.3為一典型現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中，NCU是網(wǎng)絡控制器，NCU與中央管理計算機間以N1總線連接，而NCU與下位機(DDC)之間則以N2總線(現(xiàn)場總線網(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，從某種意義上講，它是整個樓宇自控系統(tǒng)的關鍵。“控制器”指完成被控設備特征參數(shù)與過程參數(shù)的測量并達到控制目標的控制裝置。“數(shù)字”的含義是指該控制器利用數(shù)字電子計算機來實現(xiàn)其功能要求。 “直接”意味著該裝置在被控設備的附近，無需再
通過其他裝置即可實現(xiàn)上述全部測控功能。因此,DDC實際上也是一個計算機，它應具有可靠性高、控制功能強、可編寫程序等特點，既能獨立監(jiān)控有關設備，又可通過通信網(wǎng)絡接受來自中央管理計算機的統(tǒng)一控制與優(yōu)化管理。
1．DDC支持的監(jiān)控點
DDC能夠支持以下不同性質(zhì)的監(jiān)控點：
(1) 模擬量輸入(AI)；
(2) 開關量輸入(DI)；
(3) 模擬量輸出(AO)；
(4) 開關量輸出(DO)。
2．DDC的主要功能
DDC的主要功能包括以下幾個方面：
(1) 對第三層的數(shù)據(jù)采樣設備進行周期性的數(shù)據(jù)采集。
(2) 對采集的數(shù)據(jù)進行調(diào)整和處理(濾波、放大、轉(zhuǎn)換)。
(3) 對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進行分析，確定現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)。
(4) 對現(xiàn)場設備運行狀況進行檢查對比，并對異常狀態(tài)進行報警處理。
(5) 根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)執(zhí)行預定的控制算法(連續(xù)調(diào)節(jié)和順序邏輯控制的運算)而獲得控制數(shù)據(jù)。
(6) 通過預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、開關控制、平均值控制、最大/最小值控制、焓值計算控制、邏輯運算控制和連鎖控制。
(7) 向第三層的數(shù)據(jù)控制和執(zhí)行設備輸出控制和執(zhí)行命令(執(zhí)行時間、事件響應程序、優(yōu)化控制程序等)。
(8) 通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關(DG)或網(wǎng)絡控制器(NCU)連接第一層的設備，與各上級管理計算機進行數(shù)據(jù)交換，向上傳送各項采集數(shù)據(jù)和設備運行狀態(tài)信息，同時接收各上級計算機下達的實時控制指令或參數(shù)的設定與修改指令。
DDC擁有BAS所要求的幾乎所有功能，基本上已經(jīng)可以完成所有運作，只是在監(jiān)控的范圍和信息存儲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算機。在很小規(guī)模、功能單一的BAS中可以僅僅使用一到多臺控制器完成控制任務；在一定規(guī)模、功能復雜的系統(tǒng)中可以根據(jù)不同區(qū)域、不同應用的要求采用一組控制器完成控制任務，并依靠中央管理系統(tǒng)隨時監(jiān)視控制和調(diào)整控制器運行狀態(tài)，完成復雜周密的控制操作。
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) 空氣處理機組控制器；
(2) 空調(diào)控制器；
(3) 照明控制器；
(4) 變風量控制器；
(5) 消防報警控制器。
更常用的是模塊化控制器。模塊化控制器是可編程的、以計算機模塊為基礎的直接數(shù)字式控制器。其基本結(jié)構(gòu)包括一個可內(nèi)插多個模塊的機架，一個計算機模塊和一個電源供應模塊。根據(jù)不同的具體應用，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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