建筑智能化技术22课件

2.2.1 2.2.1 计算机控制系统计算机控制系统2.2.1.1 2.2.1.1 模拟信号的数字化模拟信号的数字化 步骤：采样（抽样）、量化和编码步骤：采样（抽样）、量化和编码 (1)(1)采样采样1)1)定义定义 将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号。将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号。2)2)要求要求 用时间离散的采样序列代替原来时间连续的模拟信号，用时间离散的采样序列代替原来时间连续的模拟信号，要求离散的采样序列能不失真地恢复出原模拟信号。要求离散的采样序列能不失真地恢复出原模拟信号。3)3)奈奎斯特采样定理奈奎斯特采样定理 若采样频率若采样频率f fs s不低于连续信号最高截止频率不低于连续信号最高截止频率f fm m的的2 2倍倍时时(即即f fs s 2f 2fm m)，采样得到的信号能完全表达原信号的所，采样得到的信号能完全表达原信号的所有信息。有信息。2.2.1 计算机控制系统2.2.1.1 模拟信号的数字化14)4)对象对象 连续的模拟信号连续的模拟信号(时间上时间上连续，幅度上连续连续，幅度上连续)。5)5)方法方法 以一定的时间间隔读取模以一定的时间间隔读取模拟信号的值（称为样值），每拟信号的值（称为样值），每个样值即为原模拟信号的瞬时个样值即为原模拟信号的瞬时值。值。6)6)结果结果 得到一个时间上不连续（离散）的信号，称为原信得到一个时间上不连续（离散）的信号，称为原信号的号的PAMPAM（Pulse Amplitude ModulationPulse Amplitude Modulation）脉冲幅度调制）脉冲幅度调制信号。信号。(幅度连续，波形离散幅度连续，波形离散)t tf(t)f(t)PAMPAM信号信号0采样采样4)对象5)方法6)结果tf(t)PAM信号0采样2(2)(2)量化量化1)1)定义定义 对连续变化的样值幅度进行离散化处理，即将信号可能对连续变化的样值幅度进行离散化处理，即将信号可能取值分成若干级，每个信号按四舍五入就近取某级的值。取值分成若干级，每个信号按四舍五入就近取某级的值。2)2)对象：对象：PAMPAM信号样值。信号样值。3)3)方法：方法：12 23 34 4量化值量化值 量化级量化级3.51.50.52.501230线性量化示意图线性量化示意图A.规定幅度等级；规定幅度等级；B.B.对每一个量化级规定一个量对每一个量化级规定一个量化值；化值；C.对处于同一量化级内的对处于同一量化级内的PAMPAM样样值，不论其实际大小如何，均值，不论其实际大小如何，均取值为该量化级的量化值。取值为该量化级的量化值。(2)量化1234量化值 量化级3.51.50.52.5034)4)结果：量化的结果：量化的PAMPAM信号信号5)5)量化量化PAMPAM和原和原PAMPAM的关系：的关系：存在量化误差存在量化误差(数学数学)存在量化噪声存在量化噪声(信号信号)6)6)降低量化误差的方法：降低量化误差的方法：增加量化级数；增加量化级数；根据信号的大小划分不同的量化级根据信号的大小划分不同的量化级 (非线非线性量化性量化)。4)结果：量化的PAM信号4(3)(3)编码编码 1)1)定义：定义：给一特定事物一特定符号，即用一组二进制脉冲给一特定事物一特定符号，即用一组二进制脉冲来代表已经量化的样值幅度。来代表已经量化的样值幅度。2)2)对象：量化的对象：量化的PAMPAM样值幅度样值幅度 3)3)方法方法 确定编码位数确定编码位数 确定码型确定码型4)4)结果结果 PCMPCM信号信号(Pulse Code Modulation)(Pulse Code Modulation)脉冲编码脉冲编码调制信号调制信号 (3)编码 5模拟信号数字化的三个过程模拟信号数字化的三个过程 采样采样 量化量化 编码编码定义定义将时间上连续的信将时间上连续的信号处理成时间上离号处理成时间上离散的信号散的信号对连续变化的样值幅度进对连续变化的样值幅度进行离散化处理行离散化处理用一组二进制用一组二进制脉冲来代表已脉冲来代表已经量化的样值经量化的样值幅度幅度方法方法以一定的时间间隔以一定的时间间隔读取模拟信号的值读取模拟信号的值规定幅度等级；对每一个规定幅度等级；对每一个量化级规定一个量化值；量化级规定一个量化值；对处于同一量化级内的对处于同一量化级内的PAMPAM样值，均取值为该量化级样值，均取值为该量化级的量化值。的量化值。编码位数的确编码位数的确定；码型的确定；码型的确定。定。对象对象连续的模拟信号连续的模拟信号PAMPAM信号信号量化的量化的PAMPAM样样值值结果结果PAMPAM信号信号量化的量化的PAMPAM样值样值PCMPCM信号信号模拟信号数字化的三个过程 采样 量6tf(t)T/85T/86T/87T/8TT/43T/8T/72.2.1.2 2.2.1.2 基本计算机控制系统基本计算机控制系统A/DA/D计算机计算机D/AD/A控制对象控制对象 r(tr(t)e(te(t)e(ke(k)u(ku(k)u(t)u(t)y(t)直接数字控制系统直接数字控制系统 DDCDirect Digital ControlDDCDirect Digital Control计算机监督控制系统计算机监督控制系统 SCCSupervisory Computer ControlSCCSupervisory Computer Control可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器 PLCProgammable Logic ControllerPLCProgammable Logic Controller2.2.1.2 基本计算机控制系统A/D计算机D/A控制对象8(1)(1)直接数字控制系统直接数字控制系统DDCDDC A/DA/DCPUCPUD/AD/A采样采样对象对象执行器执行器A.A.计算机在参与闭环的控制过程中，不需要中间环节计算机在参与闭环的控制过程中，不需要中间环节（调节器），而用计算机的输出（断续的形式）去直（调节器），而用计算机的输出（断续的形式）去直接控制调节阀门等执行机构。接控制调节阀门等执行机构。B.DDCB.DDC系统中的计算机能完全取代模拟调节器，实现多系统中的计算机能完全取代模拟调节器，实现多回路的回路的PIDPID调节，且不需改变硬件，只通过程序改变就调节，且不需改变硬件，只通过程序改变就能有效地实现较复杂的控制。能有效地实现较复杂的控制。(1)直接数字控制系统DDC A/DCPUD/A采样对9 DDCDDC一般不设置一般不设置CRTCRT显示器和操作键盘，但可通过显示器和操作键盘，但可通过计算机或编程器对其进行编程和对系统参数进行修改。计算机或编程器对其进行编程和对系统参数进行修改。DDC一般不设置CRT显示器和操作键盘，但可通过计算10a.a.计算机模块计算机模块 通过输入模块完成数据采集、滤波、非线性校正、各种补通过输入模块完成数据采集、滤波、非线性校正、各种补偿运算、上下限报警及累积量计算等；偿运算、上下限报警及累积量计算等；经过运算，输出模经过运算，输出模块输出控制信号，驱动块输出控制信号，驱动执行机构完成对控制对执行机构完成对控制对象的控制；象的控制；可通过远程驱动模可通过远程驱动模块和远程执行器实现远块和远程执行器实现远程控制。程控制。C.C.模块化模块化DDCDDC控制器的组成结构控制器的组成结构a.计算机模块 经过运算，输出模块输出控制信号，驱动执行机11b.b.通信模块通信模块 将测量值和状态监测信号送到中央管理计算机数据库，将测量值和状态监测信号送到中央管理计算机数据库，供实时显示、数据处理、优化计算、报警打印等。供实时显示、数据处理、优化计算、报警打印等。中央管理计算机的管理、控制指令同样可通过通信模中央管理计算机的管理、控制指令同样可通过通信模块送入块送入DDCDDC控制器计算机模块，实现系统的直接调控。控制器计算机模块，实现系统的直接调控。DDCDDC控制器的通信方式控制器的通信方式 点对点点对点(Peer to Peer)(Peer to Peer)方式：方式：通信速率达通信速率达115.2kbps115.2kbps。RS485RS485方式：方式：总线长度长度达总线长度长度达1.2km1.2km。b.通信模块12c.c.内部总线内部总线 一般采用一般采用VMEVME总线，支持多总线，支持多CPUCPU的的1616位位/32/32位总线。位总线。d.d.电源模块电源模块 采用隔离变压器，将其一次、二次线圈间的屏蔽层可采用隔离变压器，将其一次、二次线圈间的屏蔽层可靠接地，隔离共模干扰；靠接地，隔离共模干扰；具有过压具有过压/欠压显示功能；欠压显示功能；带有板内微处理器，提供高质量的带有板内微处理器，提供高质量的24V DC24V DC稳压电源；稳压电源；长寿命后备锂电池。长寿命后备锂电池。c.内部总线13e.e.输入输入/输出模块输出模块 模拟输入模块模拟输入模块(AI)(AI)受控对象中有许多连续性的物理量，用仪表检测后受控对象中有许多连续性的物理量，用仪表检测后可通过可通过AIAI模块送入模块送入DDCDDC进行进行处理。其标准电信号有：进行进行处理。其标准电信号有：电阻信号：电阻信号：100 100、500 500、1k1k、10k10k、20k20k；电压信号：电压信号：1-5V DC1-5V DC、0-5V DC0-5V DC、0-10V DC0-10V DC等；等；电流信号：电流信号：4-20mA DC4-20mA DC。模拟输出模块模拟输出模块(AO)(AO)输出输出4-20mA DC4-20mA DC电流信号或电流信号或1-5V DC1-5V DC、0-5V DC0-5V DC、0-0-10V DC10V DC电压信号，用以操作调节阀、风门、转速等。电压信号，用以操作调节阀、风门、转速等。e.输入/输出模块14 数字输入模块数字输入模块(DI)(DI)输入各种限位开关、继电器、电气联动机构、电磁阀输入各种限位开关、继电器、电气联动机构、电磁阀门联动触点的开、关状态等二位信号。门联动触点的开、关状态等二位信号。数字输出模块数字输出模块(DO)(DO)用于电机启用于电机启/停、电磁阀门、继电器、指示灯、声报停、电磁阀门、继电器、指示灯、声报警器等开关控制。警器等开关控制。脉冲输入模块脉冲输入模块(PI)(PI)转速计、涡轮流量计、脉冲电量表等脉冲信号的输入。转速计、涡轮流量计、脉冲电量表等脉冲信号的输入。数字输入模块(DI)15(2)(2)计算机监督控制系统计算机监督控制系统SCCSCC A/DA/DCPUCPUD/AD/A采样采样对象对象DDCDDC SCCSCC一一般般作作为为上上位位机机监监督督下下位位DDCDDC的的计计算算机机，构构成成二二级级控控制制系系统统。一一级级为为监监控控级级SCCSCC，完完成成高高一一级级的的最最优优化化分分析析和和计计算算，并并给给出出最最佳佳给给定定值值，送送给给DDCDDC级级计算机直接控制生产过程。计算机直接控制生产过程。两两台台计计算算机机之之间间通通过过接接口口进进行行信信息息交交换换，当当DDCDDC出现故障时，可由出现故障时，可由SCCSCC机代替。机代替。(2)计算机监督控制系统SCC A/DCPUD/A采样16(3)(3)可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器PLCPLC PLC PLC由如下四部分组成由如下四部分组成 A.A.控制功能部件控制功能部件：接受输入信息，按存储器存储的：接受输入信息，按存储器存储的数据和指令进行数据和逻辑运算，并将结果送到输出数据和指令进行数据和逻辑运算，并将结果送到输出部件。部件。B.B.存储器存储器：RAMRAM存放临时程序或信息；存放临时程序或信息；ROMROM存放已经存放已经成熟的程序和其它必要信息。成熟的程序和其它必要信息。C.C.输入输入/输出部分输出部分：包括输入输出模块、光电隔离：包括输入输出模块、光电隔离及接口电路。及接口电路。D.D.编程器编程器：(3)可编程逻辑控制器PLC172.2.2 2.2.2 集散控制系统集散控制系统DCSDCS（1 1）集散控制系统特点）集散控制系统特点 DCS(Distributed Control System)DCS(Distributed Control System)又称分散式或又称分散式或分布式控制系统。具有如下特点：分布式控制系统。具有如下特点：A.A.采用分级递阶式控制；采用分级递阶式控制；B.B.采用物理上的分散结构，实现了分散控制；采用物理上的分散结构，实现了分散控制；C.C.具有计算机通信系统，可实现综合控制；具有计算机通信系统，可实现综合控制；D.D.可设置多功能的可设置多功能的CRTCRT操作站以实现集中监控与操作。操作站以实现集中监控与操作。2.2.2 集散控制系统DCS（1）集散控制系统特点18(2)DCS(2)DCS系统结构系统结构(2)DCS系统结构19服务器服务器中央监控计算机中央监控计算机路由器路由器中央中央 管理级管理级Ethernet 10-100MbpsEthernet 10-100Mbps高速总线高速总线DDC/PLCDDC/PLCDCSDCS结构图结构图网关网关操作员站操作员站工程师站工程师站监监控控级级中速总线中速总线通信接口通信接口DDC/PLCDDC/PLCAI DI AO DOAI DI AO DO过程对象过程对象过程对象过程对象现现场场控控制制级级传感器传感器执行器执行器BUSBUS低速总线低速总线服务器中央监控计算机路由器中央 管理级Ethernet 20 由现场控制器（由现场控制器（DDCDDC）和其它现场设备组成。）和其它现场设备组成。DDCDDC直接与现场装置相连，对现场控制对象的状态和直接与现场装置相连，对现场控制对象的状态和参数进行监测和控制。参数进行监测和控制。DDCDDC还与第二级的计算机相连，接受上层计算机的指还与第二级的计算机相连，接受上层计算机的指令和管理信息，并向上传递现场采集的数据。令和管理信息，并向上传递现场采集的数据。通信接口通信接口DDC/PLCDDC/PLCAI DI AO DOAI DI AO DO过程对象过程对象过程对象过程对象现现场场控控制制级级传感器传感器执行器执行器BUSBUSA.A.现场控制级现场控制级(DDC)(DDC)由现场控制器（DDC）和其它现场设备组成。通信接口DDC/21 对现场控制进行监控和组态，实现控制过程的动对现场控制进行监控和组态，实现控制过程的动态最优化。一般它带有态最优化。一般它带有操作员站操作员站和和工程师站工程师站。a.a.操作员站操作员站 实现在线监督实现在线监督b.b.工程师站工程师站 对对DCSDCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制和维护。督、控制和维护。网关网关操作员站操作员站工程师站工程师站监监控控级级中速总线中速总线B.B.监控级监控级 对现场控制进行监控和组态，实现控制过程的动态最优化。22 管理整个系统，并对监控级实现监控。能对被控对管理整个系统，并对监控级实现监控。能对被控对象进行监督，制定计划，进行成本核算，对设备和人员象进行监督，制定计划，进行成本核算，对设备和人员进行管理，以实现被控过程的静态最优化和综合自动化。进行管理，以实现被控过程的静态最优化和综合自动化。管理级主要进行信息管理，属通信网络，一般是高管理级主要进行信息管理，属通信网络，一般是高速以太局域网。可以通过网关、网桥或路由器与其它信速以太局域网。可以通过网关、网桥或路由器与其它信息网联网，实现信息共享。息网联网，实现信息共享。服务器服务器中央监控计算机中央监控计算机路由器路由器中央中央 管理级管理级Ethernet 10-100MbpsEthernet 10-100Mbps高速总线高速总线C.C.中央管理级中央管理级 管理整个系统，并对监控级实现监控。能对被控对象进行监23(3)DCS(3)DCS的通信网络的通信网络A.A.中央监控计算机与中央监控计算机与DDCDDC之间的通信之间的通信 能适应现场恶劣环境；能适应现场恶劣环境；传输速率不低于传输速率不低于9600bps9600bps；传输距离不大于传输距离不大于1.2km1.2km，可采用，可采用UTPUTP作为传输介质；作为传输介质；抵抗高电压入侵。抵抗高电压入侵。B.B.多台中央监控计算机与管理计算机之间的通信多台中央监控计算机与管理计算机之间的通信 在具有多台中央管理计算机的在具有多台中央管理计算机的DCSDCS系统中，常用网络系统中，常用网络型中央监控系统结构。中央管理计算机之间需要互相传型中央监控系统结构。中央管理计算机之间需要互相传输大量的数据和图像等信息，而且有一定的实时性要求。输大量的数据和图像等信息，而且有一定的实时性要求。(3)DCS的通信网络242.2.3 2.2.3 现场总线控制系统现场总线控制系统FCSFCS(1)(1)现场总线产生的原因现场总线产生的原因 模拟仪表控制系统于六七十年代占主导地位。但精度低，模拟仪表控制系统于六七十年代占主导地位。但精度低，易受干扰。易受干扰。集中式数字控制系统于七八十年代占主导地位。对控制集中式数字控制系统于七八十年代占主导地位。对控制器本身要求很高，必须具有的处理能力和极高的可靠性。器本身要求很高，必须具有的处理能力和极高的可靠性。当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）于八、九十年代占主导地位。）于八、九十年代占主导地位。DCSDCS虽然号称分布式控制系统，实际上只能算半分布，测控层虽然号称分布式控制系统，实际上只能算半分布，测控层并没有实现彻底分布，控制依赖于控制站。并没有实现彻底分布，控制依赖于控制站。FCSFCS正是顺应以上潮流而诞生。正是顺应以上潮流而诞生。2.2.3 现场总线控制系统FCS(1)现场总线产生的原因25(2)(2)现场总线控制系统定义现场总线控制系统定义 现场总线控制系统现场总线控制系统(Fieldbus Control System,(Fieldbus Control System,FCS)FCS)是是用于过程控制现场仪表与控制室之间的用于过程控制现场仪表与控制室之间的一种全数一种全数字、半双工、串行双向通信系统，作为一种局域网，用字、半双工、串行双向通信系统，作为一种局域网，用于连接现场智能仪表。于连接现场智能仪表。FCSFCS放弃了放弃了DCSDCS所必需的所必需的I/OI/O模块和现场控制站，控模块和现场控制站，控制功能分散到现场设备上。制功能分散到现场设备上。(2)现场总线控制系统定义26(3)DCS(3)DCS与与FCSFCS结构示意图结构示意图操作站操作站现场控制站现场控制站现场自动化设备现场自动化设备(测量、执行测量、执行)DCSDCS结构示意图结构示意图操作站操作站现场自动化设备现场自动化设备(测量、计算、执行、报警、趋势等测量、计算、执行、报警、趋势等)FCSFCS结构示意图结构示意图控制室控制室现场现场(3)DCS与FCS结构示意图操作站现场控制站现场自动化27(4)(4)现场总线的优点现场总线的优点 A.A.全数字化全数字化 B.B.全分布全分布 C.C.双向传输双向传输 D.D.自诊断自诊断 E.E.节省布线及控制室空间节省布线及控制室空间 F.F.多功能仪表多功能仪表 G.G.开放性开放性 H.H.互操作性互操作性 I.I.智能化与自治性智能化与自治性(4)现场总线的优点28(5)(5)现场总线主要特征现场总线主要特征 A.A.数字式通信方式取代设备级的模拟量和开关数字式通信方式取代设备级的模拟量和开关量信号；量信号；B.B.在车间级与设备级通信的数字化网络；在车间级与设备级通信的数字化网络；C.C.工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命；革命；D.D.使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层；企业信息网络底层；E.E.工厂计算机网络到现场级设备的延伸，支撑工厂计算机网络到现场级设备的延伸，支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。现场级与车间级信息集成的技术基础。(5)现场总线主要特征 29(6)(6)现场总线的要求现场总线的要求A.A.传输速度快传输速度快 B.B.响应时间短响应时间短 指突然发生意外事件时，仪表将该事件传输指突然发生意外事件时，仪表将该事件传输到网络上或执行器接收到该信息马上执行所需的到网络上或执行器接收到该信息马上执行所需的时间。时间。C.C.巡回时间短巡回时间短 系统与所有通信对象都至少完成一次通信所系统与所有通信对象都至少完成一次通信所需的时间。需的时间。(6)现场总线的要求30(7)(7)现场总线与局域网的区别现场总线与局域网的区别项目项目现场总线现场总线局域网局域网功能功能连接自动化最底层的现场控连接自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备，制器和现场智能仪表设备，网线上传输的是小批量数据网线上传输的是小批量数据信息，如检测信息、状态信信息，如检测信息、状态信息、控制信息等，传输速率息、控制信息等，传输速率低，但实时性高。是一种实低，但实时性高。是一种实时控制网络。时控制网络。用于连接局域区域的各台计用于连接局域区域的各台计算机，网线上传输的是大批算机，网线上传输的是大批量的数字信息，如文本、声量的数字信息，如文本、声音、图像等，传输速率高，音、图像等，传输速率高，但不但不 要求实时性。是一种高要求实时性。是一种高速信息网络。速信息网络。实现实现方式方式可采用各种通讯介质，如双可采用各种通讯介质，如双绞线、电力线、光纤、无线、绞线、电力线、光纤、无线、红外线等，实现成本低。红外线等，实现成本低。需要专用电缆，如同轴电缆、需要专用电缆，如同轴电缆、光纤等，实现成本高。光纤等，实现成本高。(7)现场总线与局域网的区别项目现场总线局域网功能连接自31(8)(8)当前比较流行的现场总线当前比较流行的现场总线A.Lonworks A.Lonworks 局部操作网络局部操作网络B.BACnet B.BACnet 楼宇自动化与控制网络楼宇自动化与控制网络C.Profibus C.Profibus 过程现场总线过程现场总线D.HART D.HART 可寻址远程传感器高速通道可寻址远程传感器高速通道E.CAN E.CAN 控制局域网络控制局域网络F.FF F.FF 现场总线基金会现场总线基金会G.ModbusG.ModbusH.ControllogixH.Controllogix(8)当前比较流行的现场总线32(9)Lonworks(9)Lonworks(9)Lonworks(9)Lonworks总线总线总线总线1)1)1)1)楼宇自动化系统的特点楼宇自动化系统的特点A.A.测控点分散；测控点分散；B.B.被控设备种类多，且本身配有控制系统。被控设备种类多，且本身配有控制系统。19921992年美国的年美国的EchelonEchelon公司推出的实时测控网络公司推出的实时测控网络局部操作网络局部操作网络(Local Operating Networks,(Local Operating Networks,LonworksLonworksLonworksLonworks)。LonworksLonworks是专门为是专门为实时控制实时控制而设计的，是在控制层而设计的，是在控制层提供互操作的现场总线。因此，在楼宇自动化中得到广提供互操作的现场总线。因此，在楼宇自动化中得到广泛应用。泛应用。(9)Lonworks总线332)LonworksLonworks模型分层模型分层 LonworksLonworks采用开放式采用开放式ISO/OSIISO/OSI模型全部模型全部7 7层通信协议层通信协议结构，如下表：结构，如下表：2)Lonworks模型分层 343)Lonworks3)Lonworks总线技术总线技术 A.LonworksA.Lonworks结点结点a.a.神经元结点神经元结点：以神经元芯片为核心的控制结点，采用：以神经元芯片为核心的控制结点，采用MIPMIP结构。结构。b.b.HoseBaseHoseBase结点结点：将神经元芯片作为通信协议处理器，用：将神经元芯片作为通信协议处理器，用高性能主机实现复杂测控功能。高性能主机实现复杂测控功能。3)Lonworks总线技术 35B.B.路由器路由器 使使LonworksLonworks突破传统现场总线的限制，通信不受通信突破传统现场总线的限制，通信不受通信介质、距离和速率的限制。介质、距离和速率的限制。C.C.神经元芯片神经元芯片a.Lonworksa.Lonworks技术的核心，内部包括三个技术的核心，内部包括三个CPUCPU：第第1 1个个CPUCPU为为介质访问控制处理器介质访问控制处理器，处理，处理LonTalkLonTalk协议协议的的1 1、2 2层；层；第第2 2个个CPUCPU为为网络处理器网络处理器，处理，处理LonTalkLonTalk协议的协议的3-63-6层；层；第第3 3个个CPUCPU为为应用处理器应用处理器，执行应用程序，实现，执行应用程序，实现LonTalkLonTalk协议的第协议的第7 7层。层。b.b.种类种类 MC143120MC143120：不支持外部存储器，本身带有：不支持外部存储器，本身带有ROMROM。MC143150MC143150：支持外部存储器，适合复杂应用：支持外部存储器，适合复杂应用B.路由器 36D.LonworksLonworks通信通信a.a.双绞线收发器双绞线收发器 直接驱动收发器：利用神经元芯片的端口作为收发器。最大速直接驱动收发器：利用神经元芯片的端口作为收发器。最大速率为率为1.25Mbps1.25Mbps时，最多时，最多6464个结点，最大通信距离个结点，最大通信距离30m30m；EIA-485(RS-485)EIA-485(RS-485)收发器：收发器：39kbps39kbps；变压器耦合驱动：变压器耦合驱动：b.b.电源收发器电源收发器 通信线和电源线共用一对双绞线。通信线和电源线共用一对双绞线。c.c.电力线收发器电力线收发器 将通信数据调制成载波信号或扩频信号，通过耦合器耦合到将通信数据调制成载波信号或扩频信号，通过耦合器耦合到220V220V或其它交或其它交/直流电力线上。直流电力线上。d.d.其它收发器其它收发器 无线收发器、光纤收发器等。无线收发器、光纤收发器等。D.Lonworks通信37E.LonworksE.Lonworks开发工具开发工具a.a.结点开发工具结点开发工具NodeBuilderNodeBuilder 在线仿真器在线仿真器,只能完成结点开发功能，不具备网络功只能完成结点开发功能，不具备网络功能。能。b.b.结点和网络安装工具结点和网络安装工具LonBuilderLonBuilder 主要开发工具，由结点开发器、网络管理器、协议主要开发工具，由结点开发器、网络管理器、协议分析器、报文统计器、案例程序和开发板组成。分析器、报文统计器、案例程序和开发板组成。c.c.网络管理工具网络管理工具LonManageLonManage 由一系列软件开发包和接口卡组成。由一系列软件开发包和接口卡组成。d.LNSd.LNS 为用户提供客户机为用户提供客户机/服务器网络结构。服务器网络结构。E.Lonworks开发工具38F.LonworksLonworks的通信协议的通信协议 采用采用7 7层层LonTalkLonTalk通信协议通信协议,通过网络变量直接面通过网络变量直接面向对象进行通信。向对象进行通信。F.Lonworks的通信协议394)Lonworks4)Lonworks技术和技术和RS485RS485总线的区别总线的区别 LonworksLonworksRS485RS485总线总线1 1现场总线，有完整的控制网络体系，现场总线，有完整的控制网络体系，包括从物理层到应用层以至网络操包括从物理层到应用层以至网络操作系统的全部内容。作系统的全部内容。仅仅是网络物理层的一种规仅仅是网络物理层的一种规范。范。2 2支持多介质，如：双绞线、同轴电支持多介质，如：双绞线、同轴电缆、电力线、缆、电力线、光纤、无线、红外等。光纤、无线、红外等。不能支持多介质不能支持多介质 3 3开放性好，不同厂家的产品可在同开放性好，不同厂家的产品可在同一网络上协调工作。一网络上协调工作。不同厂家的产品很难在一个不同厂家的产品很难在一个网上工作。网上工作。4 4支持总线式、星形、自由拓扑等多支持总线式、星形、自由拓扑等多种拓扑结构。种拓扑结构。只支持总线式拓扑结构。只支持总线式拓扑结构。5 5网络每段的长度可达网络每段的长度可达27002700米，每网米，每网络段可以有络段可以有6464个节点。个节点。网络每段一般只能达网络每段一般只能达1000m1000m，且每段只有，且每段只有3232个节点。个节点。4)Lonworks技术和RS485总线的区别 Lonwo40LonworksLonworksRS485RS485总线总线6 6支持域、子网、节点等完整的网络结构。支持域、子网、节点等完整的网络结构。每个网络的一个域最多支持每个网络的一个域最多支持32 38532 385个节个节点。点。很难与此相比。很难与此相比。7 7处理器有处理器有3 3个个CPUCPU，可以处理复杂的网络，可以处理复杂的网络通信、应用程序。通信、应用程序。处理器只有一个处理器只有一个CPUCPU，很难处理复杂的网络很难处理复杂的网络通信、应用程序。通信、应用程序。8 8耐共模干扰的能力强，可以适应恶劣的耐共模干扰的能力强，可以适应恶劣的环境。环境。抗干扰能力差。抗干扰能力差。9 9对等通信网络，各节点地位均等，无主对等通信网络，各节点地位均等，无主节点，节点，可靠性高、实时性好。可靠性高、实时性好。一般为主从式结构。一般为主从式结构。1010维护容易，可直接从网络上下装程序。维护容易，可直接从网络上下装程序。很难做到这一点。很难做到这一点。LonworksRS485总线6支持域、子网、节点等完整的网414)Lonworks4)Lonworks在楼宇自动化系统中的应用在楼宇自动化系统中的应用智能变送器智能变送器工程师站工程师站操作员站操作员站网关网关路由器路由器空调系统空调系统控制器控制器编程组态编程组态及控制及控制照明配电系照明配电系统控制器统控制器给排水系给排水系统控制器统控制器终端控制终端控制器器网关网关变送器变送器去其它去其它LonworksLonworks网络网络Lonworks去其它去其它InternetInternetLonworks4)Lonworks在楼宇自动化系统中的应用智能变送器工程42(10)(10)BACnetBACnetBACnetBACnet BACnet(Building Automation and Control BACnet(Building Automation and Control Network)Network)是由美国暖通空调工程师协会是由美国暖通空调工程师协会(ASHRAE)(ASHRAE)提出和批准的楼宇自动控制通信协议标准，用于提出和批准的楼宇自动控制通信协议标准，用于楼宇能量管理和控制系统的通信协议。规定了计楼宇能量管理和控制系统的通信协议。规定了计算机控制器之间所有对话方式。算机控制器之间所有对话方式。BACnetBACnet规范的是楼宇内机电设备控制器之间规范的是楼宇内机电设备控制器之间的数据通信，实现计算机控制的空调、给排水、的数据通信，实现计算机控制的空调、给排水、变配电和其它建筑设备系统的服务和协议。变配电和其它建筑设备系统的服务和协议。(10)BACnet431)BACnet1)BACnet结构结构1)BACnet结构442)BACnetBACnet数据通信协议数据通信协议 目的：使不同厂商生产的目的：使不同厂商生产的DDCDDC通过网络可以实现数通过网络可以实现数据交换。据交换。A.BACnetA.BACnet的的1818种标准对象种标准对象 定义了定义了1818种标准对象类型，通过不同对象的组合，种标准对象类型，通过不同对象的组合，实现实现DDCDDC不同的控制功能，从而实现对不同的控制功能，从而实现对DDCDDC任务的描述。任务的描述。B.BACnetB.BACnet的的1818种标准对象的类型种标准对象的类型 设备对象、输入输出对象、命令对象、时序表对象、设备对象、输入输出对象、命令对象、时序表对象、事件登记对象、文件、组、环对象、多态输入输出对象、事件登记对象、文件、组、环对象、多态输入输出对象、通知对象、程序对象。通知对象、程序对象。2)BACnet数据通信协议45对象名称对象名称 应用举例应用举例 对象名称对象名称 模拟输入模拟输入(AI)(AI)传感器输入传感器输入日历日历(Calendar)(Calendar)模拟输出模拟输出(AO)(AO)控制输出控制输出 环路环路(Loop)(Loop)数字输入数字输入(DI)(DI)开关输入开关输入 设备设备(Device)(Device)数字输出数字输出(DO)(DO)继电器输出继电器输出 文本文本(File)(File)数字值数字值(DV)(DV)数字控制系统参数数字控制系统参数 通知等级通知等级(Notification(Notification Class)Class)模拟值模拟值 (AV)(AV)设置的阈值或模拟控制系统参设置的阈值或模拟控制系统参数数 事件登计事件登计(Event(Event Enrollment)Enrollment)命令命令(Command)(Command)为完成诸如日期设定等待定操为完成诸如日期设定等待定操作而向多设备的多对象写多值作而向多设备的多对象写多值 多状态输入多状态输入(Multi State Input)(Multi State Input)时间表时间表(Schedu1e)(Schedu1e)为按时间执行程序定义的日期为按时间执行程序定义的日期列表列表 多状态输出多状态输出(Multi State(Multi State Output)Output)组组(Group)(Group)程序程序(Program)(Program)对象名称 应用举例 对象名称 模拟输入(AI)传感器输入日历46C.BACnetC.BACnet的标准属性的标准属性a.BACneta.BACnet定义了定义了123123种标准属性种标准属性(对对象的进一步描述对对象的进一步描述)。b.b.每个对象的属性分为每个对象的属性分为必须必须和和可选可选两种。两种。c.BACnetc.BACnet对象必须的属性对象必须的属性 对象标识符对象标识符：标识设备内一个对象，：标识设备内一个对象，3232位编码；位编码；对象名对象名：唯一的设备对象名称，用字符串表示；：唯一的设备对象名称，用字符串表示；对象类型对象类型：标识对象类型。：标识对象类型。C.BACnet的标准属性473)BACnet3)BACnet服务功能服务功能 用于访问和管理用于访问和管理1818种标准对象发出的信息，指定完种标准对象发出的信息，指定完成一定的操作，或通知发生了某些事件的手段。成一定的操作，或通知发生了某些事件的手段。BACnetBACnet共定义了共定义了3535种服务功能，分为种服务功能，分为5 5大类：大类：报警和事件服务报警和事件服务 (Alarm and Event)(Alarm and Event)；文件访问服务文件访问服务 (Fi1e Access);(Fi1e Access);对象访问服务对象访问服务 (Object Access);(Object Access);远程设备管理服务远程设备管理服务 (Remote Device Management)(Remote Device Management)；虚拟终端服务虚拟终端服务 (Virtual Terminal)(Virtual Terminal)。3)BACnet服务功能484)BACnet4)BACnet网络网络A.BACnetA.BACnet设备通过局域网传送符合设备通过局域网传送符合BACnetBACnet标准二进制标准二进制码的信息。码的信息。B.BACnetB.BACnet采用五种网络技术进行信息数据传送采用五种网络技术进行信息数据传送.Ethernet Ethernet、ARCnetARCnet、MS/TP(MS/TP(主从主从/令牌环令牌环)、PTP(PTP(点对点点对点)、LonTalkLonTalk。局域网局域网标标 准准数据速率数据速率EthernetEthernetISO/IEC 8802-3ISO/IEC 8802-310-100 Mbps10-100 MbpsARCnetARCnetATA/ANSI 878.1ATA/ANSI 878.10.156-10 Mbps0.156-10 MbpsMS/TPPS MS/TPPS ANSI/ASHRAE 135-1995ANSI/ASHRAE 135-19959.6-78.4 Kbps9.6-78.4 KbpsLonTalkLonTalkPROPRIETARYPROPRIETARY4.8-1250 Kbps 4.8-1250 Kbps 4)BACnet网络局域网标 准数据速率EthernetI495)BACnet5)BACnet类别和功能组类别和功能组A.BACnetA.BACnet的性能级的性能级 根据设备的初始化功能和执行功能，性能级分根据设备的初始化功能和执行功能，性能级分1-61-6级，级，高的性能级别包含低的性能级别的功能。高的性能级别包含低的性能级别的功能。5)BACnet类别和功能组50B.BACnetB.BACnet的功能组的功能组a.BACneta.BACnet定义了定义了1313个功能组个功能组 时钟、手动工作站、微机工作站、事件发生、事时钟、手动工作站、微机工作站、事件发生、事件回应、数值改变发生、数值改变回应、重新初始化、件回应、数值改变发生、数值改变回应、重新初始化、虚拟操作者界面、虚拟终端、设备通信、时间控制、虚拟操作者界面、虚拟终端、设备通信、时间控制、文件。文件。b.b.功能组是性能级的补充，低性能级的设备要实现本功能组是性能级的补充，低性能级的设备要实现本性能级不具备的功能，可通过网络通信中的功能组从性能级不具备的功能，可通过网络通信中的功能组从系统内获取有关数据来实现该功能，从而使低性能级系统内获取有关数据来实现该功能，从而使低性能级设备可通过网络通信实现高性能级功能。设备可通过网络通信实现高性能级功能。B.BACnet的功能组516)6)采用采用BACnetBACnet的楼宇自动化系统的楼宇自动化系统 变风量空变风量空调系统调系统变风量空变风量空调系统调系统空气处空气处理单元理单元1#1#楼宇楼宇分表分表空调监空调监控系统控系统保安保安系统系统BAS照明照明系统系统编程编程系统系统冷热源冷热源系统系统给排水给排水系统系统1#楼宇楼宇 BACnet协议协议路由器路由器InternetInternet变风量空变风量空调系统调系统变风量空变风量空调系统调系统空气处空气处理单元理单元2#2#楼宇楼宇分表分表空调监空调监控系统控系统保安保安系统系统BAS照明照明系统系统编程编程系统系统冷热源冷热源系统系统给排水给排水系统系统2#楼宇楼宇 BACnet协议协议路由器路由器路由器路由器工作站工作站工作站工作站工作站工作站数据库服务器数据库服务器BACnetBACnetBACnet6)采用BACnet的楼宇自动化系统 变风量空调系统变风量527)LonWorks7)LonWorks与与BACnetBACnet混合应用混合应用计算机计算机LAN控控制制器器专专用用网网络络结构结构A A计算机计算机LAN控控制制器器LonworksLonworks网络网络结构结构B B网关网关计算机计算机BACnet控控制制器器结构结构D D网关网关BACnetBACnet网络网络(需要时需要时设置设置)LonworksLonworks网络网络计算机计算机BACnet控控制制器器LonworksLonworks网络网络结构结构C C网关网关7)LonWorks与BACnet混合应用计算机LAN控制53A.A.结构结构A A 已过时，系统不开放，不能实现交互式操作，很难适已过时，系统不开放，不能实现交互式操作，很难适应种类繁多的设备检测和控制要求，最终将被淘汰。应种类繁多的设备检测和控制要求，最终将被淘汰。B.B.结构结构B B 用户不能自由选择。如果用户想对现有系统升级、改用户不能自由选择。如果用户想对现有系统升级、改造，或想换用其它厂家的设备，只能用网关的方案。造，或想换用其它厂家的设备，只能用网关的方案。C.C.结构结构C C和结构和结构D D 开始考虑用户的要求，即开始考虑用户的要求，即互操作性互操作性，用户可以在一个，用户可以在一个系统中实现不同厂家设备之间的互操作，允许混合配置各系统中实现不同厂家设备之间的互操作，允许混合配置各种设备。目前仅限于设备层，价格昂贵，但应用前景好。种设备。目前仅限于设备层，价格昂贵，但应用前景好。A.结构A54（1111）五种现场总线性能对照表）五种现场总线性能对照表特性特性现场总线类型现场总线类型FFFFProfibusProfibusHARTHARTCANCANLonWorksLonWorks应用范围应用范围仪表仪表PLCPLC智能变送器智能变送器汽车汽车楼宇及工业自动化楼宇及工业自动化OSIOSI网络层次网络层次1 1，2 2，7 7，8 81 1，2 2，7 71 1，2 2，7 71 1，2 2，7 71-71-7通信介质通信介质双绞线、电缆、双绞线、电缆、光纤、无线等光纤、无线等双绞线、双绞线、光纤光纤电源信号线电源信号线双绞线、双绞线、光纤光纤双绞线、电力线、双绞线、电力线、电缆、光纤、无线电缆、光纤、无线介质访问方式介质访问方式令牌、主从令牌、主从令牌、主从令牌、主从令牌、查询令牌、查询位仲裁位仲裁P-PP-P，CSMACSMA纠错方式纠错方式CRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRC通信速率通信速率MbpsMbps2.52.51.21.21.21.21 11.251.25最大节点数最大节点数32321281281515110110248248优先级优先级有有有有有有有有有有保密性保密性身份认证身份认证本安性本安性是是是是是是是是是是开发工具开发工具有有有有有有有有（11）五种现场总线性能对照表特性现场总线类型FFProfi55