第3节 楼宇自动化

楼宇自动化技术一一. .自动控制含义自动控制含义控制器-给定量偏差执行机构被控对象输出量测量装置扰动1.1.计算机控制系统计算机控制系统 执行机构+-被控对象DA转换器控制器输出量给定量AD转换器测量装置中央处理器模拟量数字量A/D转换开关量模拟量数字量开关量显示、管理InternetD/A转换计算机控制系统的构成计算机控制系统的构成主 机 、 外 部 设 备 、 总 线过 程 输 入 输 出 设 备人 机 设 备 、 通 信 设 备信 号 传 感 器 、 执 行 机 构 、 被 控 对 象控 制 计 算 机硬 件 部 分计算机控制系统操作系统汇 编 程 序 ， 解 释 、 编 译 程 序通 信 软 件 、 诊 断 程 序过 程 输 入 输 出 程 序 、 过 程 控 制 程 序公 共服 务 程 序 、 工 具 软 件应 用 软 件系 统 软 件人 机 接 口 程 序 、 打 印 程 序软 件 部 分2.直接数字控制系统直接数字控制系统3.集散型控制系统集散型控制系统4.现场总线控制系统现场总线控制系统二.集散型控制系统 （1 1）计算机控制系统阶段）计算机控制系统阶段 1 1）数字计算机控制系统）数字计算机控制系统 2 2）计算机、模拟仪表混合控制系）计算机、模拟仪表混合控制系统统 3 3）计算机监视控制系统）计算机监视控制系统 （2 2）集散控制系统阶段）集散控制系统阶段 1.1.集散型控制系统的发展历史集散型控制系统的发展历史 （3 3）集散型控制系统经历的三代历程）集散型控制系统经历的三代历程 DCSDCS基本结构分为过程控制单元、操作显基本结构分为过程控制单元、操作显示站、数据通信网络和管理计算机四部分。示站、数据通信网络和管理计算机四部分。集散型控制系统四层结构模式集散型控制系统四层结构模式管理级管理级过程管理级直接控制级批量过程 离散过程第四层第三层第二层第一层现场设备连续控制过程分层物业2.2.集散型控制系统的基本结构与功能集散型控制系统的基本结构与功能 DCSDCS的骨架的骨架系统网络系统网络 DCSDCS的现场的现场I/OI/O控制站控制站 DCSDCS的操作员站的操作员站 DCSDCS的工程师站的工程师站典型的典型的DCSDCS体系结构体系结构 工程师站操作员站系统网络现场控制站操作监控级现场控制级管理级管理机服务器3.集散控制系统的特点集散控制系统的特点 功能全、采用网络通信技术、实现了人机对话功能全、采用网络通信技术、实现了人机对话技术、系统扩展灵活、可靠性高、管理能力强、使用技术、系统扩展灵活、可靠性高、管理能力强、使用方便、完备的开放系统、采用先进的计算机技术、具方便、完备的开放系统、采用先进的计算机技术、具有综合性和专业性有综合性和专业性三三. . 集散型控制系统的现场控制站集散型控制系统的现场控制站n集散型控制系统一般分为三级集散型控制系统一般分为三级 1.管理级管理级 2.操作监控级操作监控级 3.现场控制级现场控制级n现场输入与输出单元现场输入与输出单元 模拟量输入模拟量输入(AI)(AI)通道通道 端子板、信号调理器、端子板、信号调理器、A/DA/D模板、柜内模板、柜内 连接电缆连接电缆 模拟量输出模拟量输出(AO)(AO)通道通道 开关量输入开关量输入(SI)(SI)通道通道 开关量输出开关量输出(SO)(SO)通道通道 脉冲量输入脉冲量输入(PI)(PI)通道通道现场主控单元INOUTSET输入处理SUB图2-8 输入指示器(PVI)输入指示器（输入指示器（PVIPVI）现场主控单元INOUT输入信号处理功能图2-10 常规PID控制器PV(PV、 PV、MV、 MV）SUBSV控制运算 输出信号 处理功能MVCAS/AUTSETCASAUT/MANMAN 常规常规PIDPID调节器调节器 现场通信接口现场通信接口n串行接口串行接口 设计设计波特率数据位校验停止位COM口96007E11应用软件包工控平台软件实时数据库RtDb小型DCS的驱动器串行口RS81MPAF/S031小型DCS的操作站（MOPS）现场控制单元 上位机与通信软件及通信系统上位机与通信软件及通信系统 抗干扰措施现场信号电缆的屏蔽接地原则现场信号电缆的屏蔽接地原则 (a)(b)I/O设备I/O设备四四. . 集散型控制系统操作站集散型控制系统操作站n操作站的基本组成操作站的基本组成 操作站的分类操作站的分类 操作站的主要功能操作站的主要功能操作与显示功能n功能键的功能功能键的功能E78HIJKABCD功能键（32个，带有显示灯）操作与显示功能n工位号操作工位号操作n操作画面操作画面OPE：MARK1AUTNROPN23456CLS78910CNDAOF100.00.01112131415161718191 1工位标记工位标记 2 2回路状态回路状态 3 3报警状态报警状态 4 4指针指针5 5操作输出限制值操作输出限制值 6 6操作输出值操作输出值 7 7仪表图说明仪表图说明 8 8操作标记操作标记9 9CMPCMP标记标记 1010CASCAS标记标记1111分系统状态分系统状态 1212分报警状态分报警状态1313仪表图刻度仪表图刻度 1414上上限报警设定值（红）上上限报警设定值（红）1515上限报警设定值（绿）上限报警设定值（绿）1616设定值设定值 1717测量值测量值1818下限报警设定值（绿）下限报警设定值（绿）1919下下限报警设定值（红）下下限报警设定值（红）操作与显示功能n报警功能报警功能n操作指导信息功能操作指导信息功能n流程图功能流程图功能数据通信TCP/IPTCP/IP分层模型分层模型应用层传输层（TCP）网际网层（IP）网络接口层硬 件数据通信主机和现场控制站的数据流向示意图主机和现场控制站的数据流向示意图 现场控制站发 送缓冲器接 收缓冲器发送缓冲器接收缓冲器发送缓冲器接收缓冲器发送缓冲器接收缓冲器数据库人机界面操作员站实时数据库以太网现场控制站控制主机以太网五五. . 集散型控制系统软件技术集散型控制系统软件技术n操作系统 基本概念基本概念 实时多任务操作系统实时多任务操作系统 任务、任务调度、任务互斥与同步、任务之间的数据传递、任务、任务调度、任务互斥与同步、任务之间的数据传递、存储器管理、设备管理、文件管理存储器管理、设备管理、文件管理数据库n数据库管理方式及数据库数据库管理方式及数据库n实时数据库实时数据库n实时数据库的作用实时数据库的作用 1.实时数据库是楼宇机电设备运行产生各种数实时数据库是楼宇机电设备运行产生各种数据的集成平台据的集成平台 2.实时数据库是操作信息、数据监测显示的平实时数据库是操作信息、数据监测显示的平台台 3.实时数据库是先进控制、装置优化的平台实时数据库是先进控制、装置优化的平台数据库n实时数据库基本内容实时数据库基本内容 实时数据库中的时间约束实时数据库中的时间约束 事务调度事务调度 并发控制并发控制 缓冲区管理缓冲区管理 I/OI/O调度调度数据库n实时数据库的设计方法实时数据库的设计方法 1.实时数据库的设计过程实时数据库的设计过程 需求分析、建立数据模型和设计各类型数据的结需求分析、建立数据模型和设计各类型数据的结构、确定数据物理存储介质和存取方式、设计实时数构、确定数据物理存储介质和存取方式、设计实时数据库管理任务模块、提供一组其他任务对实时数据库据库管理任务模块、提供一组其他任务对实时数据库访问和管理的接口访问和管理的接口数据库2.实时数据库设计的技术要点实时数据库设计的技术要点 数据模型的确定数据模型的确定 存储结构和介质选择存储结构和介质选择 存取方式和途径的确定存取方式和途径的确定 完整性和一致性的维护方法完整性和一致性的维护方法数据库“控制控制”联系联系ERER图图 采集数据计算数据控制算法参数控制M1M21数据库一种简单的实时数据库结构一种简单的实时数据库结构 采集点记录最大数目采集点记录偏移量输出控制点记录最大数目输出控制点偏移量开关量记录最大数目开关量点记录偏移量采集点记录数据输出控制点记录数据开关量点记录数据采集点记录偏移输出控制点偏移开关量记录偏移数据库数据库的体系结构数据库的体系结构 应用A应用B应用C应用D应用E外模式1外模式2外模式3模式内模式数据库外模式/模式映像模式/内模式映像六六. .集散型控制系统组态集散型控制系统组态系统组态软件功能系统组态软件功能 系统组态软件功能系统配置站组态板组态数据库组态模拟量输入点组态模拟量输出点组态开关量输入点组态开关量输出点组态脉冲量输入点组态历史数据库组态控制算法组态编译数据下载其他功能系统组态软件的功能软件总体结构软件总体结构系统组态对象建模系统仿真维护与故障自诊断集 成 服 务 平 台系统置数据处理实时数据库仪表库用户定时任务一用户定时任务二网络通信信息处理现场监控站1现场监控站2现场监控站n操作员站系统组态软件的功能DCSDCS组态软件结构示意图组态软件结构示意图 监视画面组 态内部仪表型号表125种操作站通信总线组态表格工业过程I/O过程数据DCS系统现场控制站、反馈控制应用软件系统组态显示操作编 译1128通信数据缓存区内部仪表数据组态字现场控制站组态软件的设计n系统软件体系结构系统软件体系结构离线状态（工程师站）初始化系统并采集运行（操作员站）在线状态（有操作权限）组态软件的设计n系统组态软件总统方案设计系统组态软件总统方案设计工程师站组态软件调整图监控/工艺图监视/报警界面/历史数据/历史趋势/报表打印/在线组态并下装初始化通信卡、DMA现 场 控 制 站操作员站监控软件系统组态/数据库组态/调整图组态/历史库组态/流程图组态/报表组态/下装组态信息调用动态链接库共 享 内 存DMA传输进程间通信创建共享内存现 场 总 线 或 局 域 网通信接口软件系统组态软件总体方案设计示意图系统组态软件总体方案设计示意图 组态软件的设计n系统系统PCPC软件设计软件设计 1 1初始化采集程序的设计初始化采集程序的设计 2 2工程师站组态软件的设计工程师站组态软件的设计 组态软件主要分为系统组态、数据库组态、回路组态软件主要分为系统组态、数据库组态、回路组态、流程图组态、报表组态。组态、流程图组态、报表组态。 3 3操作员站监控软件的设计操作员站监控软件的设计集散型控制系统组态 nDCSDCS的系统组态的系统组态 包括硬件组态和软件组态两部分包括硬件组态和软件组态两部分nDCSDCS的控制组态的控制组态 选用应遵循的原则选用应遵循的原则nDCSDCS的画面组态的画面组态集散型控制系统组态nDCSDCS的维护组态的维护组态n数据库组态数据库组态n历史库数据组态历史库数据组态n控制算法组态控制算法组态n编译编译n数据下装数据下装七七. .集散型控制系统的工程设计集散型控制系统的工程设计nDCSDCS设计设计 DCSDCS工程设计步骤工程设计步骤 DCSDCS工程设计内容工程设计内容 控制器和控制器和I/OI/O模件的配置原则模件的配置原则 确定确定DCSDCS的应用范围的应用范围 利用各家利用各家DCSDCS的优势及特点的优势及特点 在在DCSDCS上尝试新的控制策略上尝试新的控制策略DCS详细设计n系统选型的原则系统选型的原则 可靠性、维修性、先进性、经济性、厂家的实力可靠性、维修性、先进性、经济性、厂家的实力供货与服务供货与服务n评估方式评估方式评估因素加权系数数据A厂家B厂家C厂家可靠性10等级分8等级分7等级分5额定值80额定值70额定值50维修性9等级分7等级分7等级分5额定值63额定值63额定值45先进性6等级分7等级分6等级分5额定值42额定值36额定值30经济性8等级分6等级分7等级分10额定值48额定值56额定值80厂家实力9等级分9等级分9等级分5额定值81额定值81额定值45服务水平10等级分9等级分9等级分10额定值90额定值90额定值100合 计52404396350百分比%77.67667.3供货周期（周）252020价格（万元）295285270DCSDCS选型评估数据表选型评估数据表 DCS的工程组态n须遵循的组态设计原则须遵循的组态设计原则 1 1采用规范化、模块化组态方法采用规范化、模块化组态方法 2 2考虑系统使用与维护的方便考虑系统使用与维护的方便 3 3掌握一定的组态技巧掌握一定的组态技巧