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智能建筑技术基础智能建筑技术基础数据通信基础知识 1.基本概念u 信号：信号：以时间为自变量自变量，以表示消息(或数据)的某个参量(振幅、频率或相位)为因变量因变量信号按其因变量的取值是否连续可分为模拟信号和数字信号u 模拟信号：模拟信号：信号的因变量完全随连续消息的变化而变化的信号模拟信号的自变量可以是连续的，也可以是离散的可以是连续的，也可以是离散的；但其因变量一定是连续的一定是连续的u 数字信号：数字信号：表示消息的因变量是离散离散的，自变量时间的取值也是离散的也是离散的信号u 通信：通信：将表示消息的信号从发送方(信源)传递到接收方(信宿)既然信号可分为模拟信号和数字信号，与之相对应的，通信也可分为模拟通信和数字通信u 信道：信道：用来传输表示消息的电信号的介质或通路它可以是双绞线、同轴电缆、光缆、微波以及卫星链路等u 噪声源：噪声源：包括了影响该系统的所有噪声，如脉冲噪声(工业噪声等)和随机噪声(信道噪声、发送设备噪声、接收设备噪声等)智能建筑技术基础智能建筑技术基础2 模拟通信和数字通信（1 1）模拟通信）模拟通信u利用模拟信号来传递消息u普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信信源调制器信道解调器信宿噪声源智能建筑技术基础智能建筑技术基础（2 2）数字通信）数字通信u利用数字信号来传递消息u计算机通信、数字电话以及数字电视都是数字通信信源信源编码器信道编码器调制器信道信道译码器信源译码器信宿解调器噪声源智能建筑技术基础智能建筑技术基础（3 3）数字通信优点）数字通信优点u抗干扰能力强u可实现高质量的远距离通信u能适应各种通信业务，各种消息（电报、电话、图像和数据等）都可以被变换为统一的二进制数字信号进行传输u能实现高保密通信u通信设备的集成化和微型化（4 4）数字通信缺点）数字通信缺点 数字通信的最大缺点是占用的频带宽占用的频带宽。
以电话为例，一路模拟电线KHz 信道带宽，而一路数字电线 Kbps，所需占用的带宽要远远大于4 KHz 智能建筑技术基础智能建筑技术基础3 数据通信基础理论（1）傅立叶变换 信号具有时域和频域两种最基本的表现形式和特性时域特性反映信号随时间变化的情况信号的时域特性表示出信号随时间变化的情况如正弦信号就可以表示为：f(t)=ASin(2ft+)其中：A：振幅 f：频率：初始相位幅度、频率以及相位是周期信号f(t)的3个重要特性智能建筑技术基础智能建筑技术基础傅立叶变换：任何一个周期为周期为T T 的函数f(t)都是由无穷多个正弦函数和余弦函数合成：智能建筑技术基础智能建筑技术基础 （2）信号的频谱与带宽信号的频谱与带宽u频谱频谱：f(t)各次谐波的振幅An 按照频率高低依次排列起来所形成的谱状图形u绝对带宽绝对带宽：信号频谱所覆盖的频率范围u有效带宽有效带宽(简称带宽简称带宽)：信号的大部分能量都集中在一个较小的范围之内，这段频带称为带宽带宽u信号的带宽越大，利用这种信号传送数据的速率就越高，要求传输介质的带宽也越大常见信号的频谱和带宽：声音信号的频谱大致在20 Hz 2000 kHz 的范围(低于20 Hz 的信号为次声波，高于2000 KHz的信号为超声波)，但用一个窄得多的带宽就能产生可接受话音的重现，因而线 kHz。
电视信号的频谱为0 4 MHz，因此其带宽为4 MHz智能建筑技术基础智能建筑技术基础 （3）信道的截止频率与带宽信道的截止频率与带宽v没有任何信道能毫无损耗地通过所有频率分量；v所有的传输信道和设备对不同的频率分量的衰减程度是不同的；v截止频率截止频率：信号在信道传输过程中某个分量的振幅衰减到原来的0.707(即输出信号的功率降低了一半)时所对应的那个频率称为信道的截止频率(cut-off frequency)；v通常情况是频率为0 到fc 赫兹范围内的谐波在信道传输过程中不发生衰减(或其衰减是一个非常小的常量)，而在此fc 频率之上的所有谐波在传输过程中衰减很大；v截止频率反映了传输介质本身所固有的物理特性智能建筑技术基础智能建筑技术基础说明：在线路中可安装滤波器以限制每个用户使用的带宽v 截止频率：fcv 带宽：f2-f1 a)单通滤波器 b)双通滤波器0.7070.707AAfc f1 f2智能建筑技术基础智能建筑技术基础 （4 4）信道最大数据传输率）信道最大数据传输率数据传输率数据传输率：单位时间内能传输的二进制位数NyquistNyquist(奈魁斯特奈魁斯特 1924)1924)定理定理：对于无噪声无噪声的理想信道，任意连续信号f(t)通过一个带宽为B 的信道后，其输出信号为一个带宽为B 的时间连续信号g(t)。
如果要输出数字信号，还必须以一定的速率对g(t)进行等间隔的抽样抽样速度高于每秒2B 次是无意义的，因为信号中高于信道带 宽B 以外的高频分量已被信道衰减掉如果g(t)由V 个离散化的电 平组成，即每次抽样的可能结果为V 个离散化电平之一，则该信道的最大的数据传输率Rmax为：Rmax=2Blog2V(比特/秒)例如，一个无噪声带宽为3000Hz 的信道不能传送速率超过6000比特/秒的二进制数字信号智能建筑技术基础智能建筑技术基础 ShannonShannon香农定理香农定理：对于有噪声有噪声的信道，带宽为BH z，信噪比为S/N的信 道，其最大数据传输率Rmax为：Rmax=Blog2(1+S/N)(比特/秒)其中，S 表示信号功率，N 表示噪声功率，信号噪比通常使用10log10S/N 来表示，单位是分贝(dB)例如，对于一个带宽为3 kHz，信噪比为35dB 的信道，无论其使用多少个量化电平，也不管采样速度多快，其数据传输率不可能大于35000比特/秒，计算过程如下：35=10 log10(S/N)S/N=10 3.5=3162Rmax=Blog2(1+S/N)=3000*log2(1+3162)3000*11.6334880bps 智能建筑技术基础智能建筑技术基础（5 5）波特率（）波特率（baudbaud）和比特率（）和比特率（bitbit）的关系）的关系波特率：波特率：信号每秒钟变化的次数，也称调制速率。
比特率：比特率：每秒钟传送的二进制位数波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关系例：每个信号值可表示位，则比特率是波特率的倍；每个信号值可表示位，则比特率和波特率相同智能建筑技术基础智能建筑技术基础 计算机通信网络技术计算机通信网络技术 1.1.计算机通信技术计算机通信技术 信源信源信宿信宿噪噪声声信道信道 通信的目的是传递信息通信的目的是传递信息产生和发送信息的设备称产生和发送信息的设备称为信源，接受信息的设备称为信宿为信源，接受信息的设备称为信宿它们之间的通信它们之间的通信线路称作信道信号在传递过程中可能受到的各种干线路称作信道信号在传递过程中可能受到的各种干扰叫噪声扰叫噪声智能建筑技术基础智能建筑技术基础 2.2.计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构 指网络中各站点（或节点）和链路相互连接的方法指网络中各站点（或节点）和链路相互连接的方法和形式和形式星形拓扑星形拓扑 网络中任何一个站点网络中任何一个站点向另一个站点发送数据信向另一个站点发送数据信息，必须先向中央节点发息，必须先向中央节点发出申请，由中央节点在两站点出申请，由中央节点在两站点之间建立通路，方可进行通信之间建立通路，方可进行通信。
HUBHUB智能建筑技术基础智能建筑技术基础 总线型拓扑总线型拓扑 总线型拓扑采用单根传输媒体作为主干（称为总线）总线型拓扑采用单根传输媒体作为主干（称为总线），所有的站点均通过相应的输入，所有的站点均通过相应的输入/输出接口直接链接在输出接口直接链接在总线上，属于多点连接式网络中所有的站点平等地总线上，属于多点连接式网络中所有的站点平等地共享总线；但是一次仅能一个站点发送信息，需要一共享总线；但是一次仅能一个站点发送信息，需要一种传输媒体访问控制策略，以便决定下次由哪个站点种传输媒体访问控制策略，以便决定下次由哪个站点发送信息，一般采用分布式控制策略发送信息，一般采用分布式控制策略智能建筑技术基础智能建筑技术基础 环形拓扑环形拓扑 环形拓扑的站点之间采用点对点的链接，信号在环环形拓扑的站点之间采用点对点的链接，信号在环中由一个站点单向地传输到另一个站点，直到到达目中由一个站点单向地传输到另一个站点，直到到达目标站点为止标站点为止智能建筑技术基础智能建筑技术基础 树形拓扑树形拓扑 网络中任何一个站点向另一个站点发送信息时，首网络中任何一个站点向另一个站点发送信息时，首先由根节点接受该信息，然后经其广播发送到全网的先由根节点接受该信息，然后经其广播发送到全网的各个站点。
其优缺点与星形拓扑基本相同各个站点其优缺点与星形拓扑基本相同SERVERSERVERHUBHUBHUBHUBHUBHUBHUBHUB智能建筑技术基础智能建筑技术基础 星环形拓扑星环形拓扑 由一些连接在环形上的集线器再连接星形结构接到由一些连接在环形上的集线器再连接星形结构接到每个用户站，兼备星形和环形拓扑的优点每个用户站，兼备星形和环形拓扑的优点HUBHUBHUBHUBHUBHUBHUBHUB智能建筑技术基础智能建筑技术基础 3.3.计算机网络的传输媒体计算机网络的传输媒体 传输媒体是将发送端（信源）和接受端（信宿）的传输媒体是将发送端（信源）和接受端（信宿）的计算机或其他数字化设备链接起来，实现通信的物理计算机或其他数字化设备链接起来，实现通信的物理通路通路双绞线双绞线非屏蔽型双绞线电缆的结构非屏蔽型双绞线电缆的结构智能建筑技术基础智能建筑技术基础 同轴电缆同轴电缆智能建筑技术基础智能建筑技术基础 光纤光纤智能建筑技术基础智能建筑技术基础国内颁布的智能建筑法规文件国内颁布的智能建筑法规文件 1997年，建设部发布了建筑智能化系统工程设计管理暂行规定1998年，建设部发布了智能建筑设计及系统集成资质管理规定。
1999年，我国开始建设智能住宅小区建设部于1999年12月，发布了全国住宅小区智能化系统示范工程建筑要点与技术导则2000年，信息产业部先后主编了推荐性国家标准建筑与建筑群布线系统工程设计规范(GBT50311-2000)和建筑与建筑群布线系统工程验收规范(GBT50312-2000)2000年10月，国家建设部和国家质量监督局共同制定、颁布了我国第一个智能建筑设计国家标准智能建筑设计标准(GBT50314-2000)2002年，我国颁布了智能建筑工程质量验收规范(GB50307-2002)2005年10月，国家建设部联合科技部颁发了绿色建筑技术导则，为引导、促进和规范绿色建筑的发展奠定了基础智能建筑技术基础智能建筑技术基础智能建筑智能建筑系统系统集成模式集成模式 智能建筑技术基础智能建筑技术基础第一层次为子系统纵向集成，是设备控制层的集成，目的在于各子系统的具体功能的实现第二层次为横向集成，是监控管理层的集成，主要体现各子系统的联动和优化整合在确立各子系统重要性的基础上，实现几个关键子系统的协调优化运行、报警联动控制等再生功能第三层次为一体化集成，即在横向集成的基础上，实现中央一体化集成管理系统，即实现网络集成、功能集成和软件界面的集成。
智能建筑技术基础智能建筑技术基础综合布线系统（PDS,Premises Distribution System，又译为：GCS，Generic Cabling System）是智能建筑的“神经中枢”系统通过综合布线系统把其他三大系统有机地综合起来，实现建筑物内各种数据、图像等信息的快速传输和共享智能化建筑系统的中心，是以计算机为主体的控制管理中心，它通过综合布线系统与各种终端（电话、电脑、传真和数据采集等）和传感器终端（如烟雾、压力、温度、湿度传感等）连接，“感知”建筑内各个空间的信息，并通过计算机处理加工，给出相应的对策，再通过通信终端或控制终端（如步进电机、阀门、电子锁或开关等）作出相应的反应，使得建筑物显示出“智能”，这样建筑物内的所有设施都实行按需控制，提高了建筑物的管理和使用效率，降低了能耗智能建筑技术基础智能建筑技术基础系统集成技术系统集成技术（1）Internet/Intranet技术：因特网的普及和延伸使TCP/IP协议成为事实上的国际标准Intranet的发展与千兆位以太网的成功应用，使以太网成为智能建筑系统集成的基础（2）现场总线技术：现场总线技术的发展使以太网正在从管理层、控制层向现场层延伸。
（3）中间件技术：浏览器/服务器计算模式将成为智能建筑集成系统主要的计算模式，中间作将成为智能建筑系统集成的桥梁（4）OPC枝术：OPC枝术及ODBC技术为系统集成开辟了新的途径，采用OPC技术及ODBC技术实现智能建筑系统集成将成为智能建筑系统集成的主要方式OPCOPC(OLE(OLE for for Process Process Control,Control,用用于于过过程程控控制制的的OLE)OLE)是是一一个个工工业业标标准准 Object Object Linking Linking and and EmbeddingEmbedding，对对象象连连接接与与嵌嵌入入，简简称称OLEOLE技技术术OLE OLE 不不仅仅是是桌桌面面应应用用程程序序集集成成，而而且且还还定定义义和和实实现现了了一一种种允允许许应应用用程程序序作作为为软软件件“对对象象”(数数据据集集合合和和操操作作数数据据的的函函数数)彼彼此此进进行行“连连接接”的的机机制制，这这种种连连接接机机制制和和协协议议称称为为组组件件对对象象模模型型（COMCOM））智能建筑技术基础智能建筑技术基础系统集成的实现途径系统集成的实现途径（1）采用统一通信协议实现系统集成的方式（BACnet、Lonworks）。
（2）采用协议转换实现系统集成的方式（3）采用OPC技术实现系统集成的方式（4）采用ODBC/JDBC技术实现系统集成的方式OPC(OLE for Process Control,用于过程控制的OLE)的一个工业标准开放数据库互连（ODBC）是MICROSOFT提出的数据库访问接口标准 智能建筑技术基础智能建筑技术基础计算机网络基础知识计算机网络基础知识 1.1.计算机网络的分类局域网100m、城域网10km和广域网100km2.2.计算机网络的功能（1）数据通信(通信子网)E-mail、IP Phone（2）资源共享(资源子网)硬件资源的共享，如打印机、大容量磁盘、CD-ROM等软件资源的共享，如程序、数据等（3）提高系统处理能力在同一网内的多台计算机可通过协同操作和并行处理来提高整个系统的处理能力，并使网内各计算机负载均衡（4）其他应用网络实时交谈、VOD、网络游戏、网上教学、网上书店、网上购物、网上订票、网上电视直播、网上医院、网上证券交易、虚拟现实以及电子商务(BtoB、BtoC)3.计算机网络拓扑结构（1）总线网络u分布式控制方式，各节点通过总线直接通信u“文雅的交谈方式”：带冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)u在重负荷下效率明显降低u安装简单，价格低廉，便于扩充（2）环状网络u各计算机形成一个逻辑环路，数据包在环路上以固定方向流动u令牌控制：只有获得了令牌的计算机才能发送数据智能建筑技术基础智能建筑技术基础智能建筑技术基础智能建筑技术基础（3）星形网络u采用集中控制方式u物理布局为星形，逻辑上可以是总线网络、令牌环网u结构简单，便于管理，扩充方便（4）树形网络u星形结构的变种，天然的分级结构u灵活，可靠，覆盖距离较远，控制简单（5）网状网络u容错能力最强u建网费用高，布线困难u主要用于WAN、MAN及INTERNET4.计算机网络重点知识（1）计算机网络体系结构uOSI七层参考模型（物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层）uTCP/IP参考模型（Host to Network、网络层、传输层，应用层）a.物理层负责发送和接收比特流，而不管其具体含义。
物理层也包含连接策略：电路交换、报文交换和分组交换b.数据链路层为物理层提供错误检测错误检测技术包括奇偶校验位和其他检错码或纠错码数据链路层也包括竞争策略冲突检测让多个同时发起传输的设备能够检测到冲突的存在于是每个设备都等待一段随机时间后重新进行传输而在令牌网中，随着令牌的传递，令牌在网络节点中循环流动只有获得令牌的节点才能传输数据智能建筑技术基础智能建筑技术基础c.网络层包含路由策略路由算法负责在两节点间寻找最便宜的路径；d.传输层提供缓冲、多路复用和连接管理等功能连接管理确保被延迟的报文不会给正常的连接建立或释放请求带来影响；e.会话层负责管理用户间的会话在半双工通信中，会话层决定谁可以说话，谁必须收听同时它还允许定义同步点，以应付在高层出现的故障在主同步点间的数据必须缓存起来，以备恢复当一系列请求要么不被处理，要么就必须一起处理时，会话层也允许将这些请求加以封装；f.表示层解决数据表示中存在的差异问题它允许两个信息存储方式不同的系统交换信息表示层也提供数据压缩功能，以减少传输量另外它还实现加密和解密；g.最后，也是最高层，即应用层，它包括许多用户服务，比如电子邮件、文件传输和虚拟终端等。
它直接与用户或应用程序通信；智能建筑技术基础智能建筑技术基础（2）计算机网络协议（3）网络应用开发（邮件、网管系统）智能建筑技术基础智能建筑技术基础计算机控制技术计算机控制技术 1.1.计算机控制系统的基本原理计算机控制系统的基本原理计算机计算机D/AD/A转换器转换器执行执行机构机构被控对象被控对象被控参数被控参数干扰干扰给定值给定值传感器传感器=敏感元件敏感元件+变送器变送器A/DA/D转换器转换器+-自动控制的任务是控制某些参数按照指定的规律变自动控制的任务是控制某些参数按照指定的规律变化，满足设计要求控制过程包括数据采集和控制两化，满足设计要求控制过程包括数据采集和控制两个环节个环节智能建筑技术基础智能建筑技术基础=执行器执行器+调节器调节器智能建筑技术基础智能建筑技术基础计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成 生生 产产 过过 程程测量测量变送变送A/DA/D转换转换 接口接口总总 线线 CPU CPUCPUCPU CPU CPURAMRAM CPU CPUROMROM主机主机 系统软件系统软件 应用软件应用软件软件软件信号信号驱动驱动D/AD/A转换转换 接口接口开关开关输入输入 接口接口开关开关输出输出 接口接口 接口接口 键盘终端键盘终端 接口接口 打印机打印机 接口接口 磁盘磁盘 接口接口 人机联系人机联系 接口接口 通讯设备通讯设备外围外围设备设备计算机控制系统的组成框图计算机控制系统的组成框图智能建筑技术基础智能建筑技术基础计算机控制基础知识 1.发展历史 第一代控制系统：50年代前的气动信号控制系统PCSPCS；第二代控制系统：420mA等电动模拟信号控制系统；第三代控制系统：60年代数字计算机集中式控制系统；第四代控制系统：70年代中期以来的集散式分布控制系统DCSDCS；第五代控制系统：90年代以来现场总线控制系统FCSFCS。
智能建筑技术基础智能建筑技术基础2.集散控制系统DCS（1）定义DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令（2）结构u过程级：主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分；u操作级：包括操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态；u管理级：管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用（3）特点：分散控制集中管理 【DCSDCS是是分布式控制系统分布式控制系统的英文缩写（的英文缩写（Distributed Control SystemDistributed Control System），在国），在国内自控行业又称之为内自控行业又称之为集散控制系统集散控制系统】智能建筑技术基础智能建筑技术基础智能建筑技术基础智能建筑技术基础（4）DDC控制器 智能楼宇中的集散型计算机控制系统是通过通信网络系统将不同数目的现场控制器与中央管理计算机连接起来，共同完成各种采集、控制、显示、操作和管理功能智能楼宇中的现场控制器采用计算机技术，又称直接数字控制制器直接数字控制制器，简称DDCDDC。
现场控制器根据控制功能，可分为专用控制器和通用控制路专用控制器是为专用设备控制研发的控制器，如楼宇自动功化系统中的空调机控制器、灯光控制器等通用控制器可用于多种设备的控制通用控制器常采用模块化结构，使得系统配置更为灵活为适应各种不同的现场环境，DDC控制器应具有防尘、防潮、防电磁干扰、抗冲击、抗振动及耐高低温等恶劣环境的能力【直接数字控制系统(Direct Digital Control简称DDC)，是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式】智能建筑技术基础智能建筑技术基础 在集散控制系统中，各种现场检测仪表（如各种传感器、变送器等）送来的测量信号均由现场控制器进行实时的数据采集、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所有测量值、状态监测值经通信网络传送到中央管理计算机数据库，并进行实时显示、数据管理、优化计算、报警打印等DDC控制器将现场测量信号与设定值进行比较，按照产生的偏差由DDC控制器完成各种开环控制、闭环反馈控制，控制驱动执行机构完成对被控参数的控制DDC控制器能接受中央管理计算机发来的各种直接操作命令，对监控设备和控制参数进行直接控制，提供了对整个被控过程的直接控制与调节功能。
【PLC=Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程是工业控制的核心部分】智能建筑技术基础智能建筑技术基础DDC控制器基本组成 智能建筑技术基础智能建筑技术基础模块化DDC结构示意图 智能建筑技术基础智能建筑技术基础计计 算算 机机生生 产产 过过 程程模拟量输入通道模拟量输入通道数字量输入通道数字量输入通道显示记显示记录打印录打印操作操作人员人员操作器操作器执行器执行器操作指导控制系统原理图操作指导控制系统原理图直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDCDDC）用一台计算机对多个参数进行实时数据采集，按照用一台计算机对多个参数进行实时数据采集，按照一定的控制算法进行运算，然后输出调节指令到执行一定的控制算法进行运算，然后输出调节指令到执行机构，直接对生产过程施加连续调节作用，使被控参机构，直接对生产过程施加连续调节作用，使被控参数按照工艺要求的规律变化。
数按照工艺要求的规律变化计计 算算 机机生生 产产 过过 程程CRTCRT打印机打印机报警报警操作台操作台输入通道输入通道（AI,DIAI,DI）输出通道输出通道（AO,DOAO,DO）DDCDDC控制系统原理图控制系统原理图智能建筑技术基础智能建筑技术基础智能建筑技术基础智能建筑技术基础 SCCSCC系统较系统较DDCDDC系统更接近生产实际的变化情况，是系统更接近生产实际的变化情况，是操作指导系统和操作指导系统和DDCDDC系统的综合与发展，不但能进行定系统的综合与发展，不但能进行定值调节，而且也能进行顺序控制、最优控制和自适应控值调节，而且也能进行顺序控制、最优控制和自适应控制制生生 产产 过过 程程SCCSCC计计算算机机DDCDDC计算机计算机调节调节测量测量最佳设定值最佳设定值工艺参数工艺参数记录记录显示显示打印打印SCC+DDCSCC+DDC控制系统原理图控制系统原理图智能建筑技术基础智能建筑技术基础智能建筑技术基础智能建筑技术基础管理计算机管理计算机网关网关操作站操作站工程师站工程师站I/OI/O或或1 1I/OI/O或或2 2I/OI/O或或n nRS-485RS-485以太网以太网DCSDCS控制系统原理图控制系统原理图管管理理层层监监控控层层现现场场控控制制层层智能建筑技术基础智能建筑技术基础3 现场总线）概念 现场总线FCSFCS是（工业数据总线）控制现场智能化设备之间的数字式、双向传输、多结点和多分支结构的数字通信网络，也被称为开放式、数字化多点通信的底层控制网络。
集散型控制系统（DCS）是把控制网络连接到现场控制器（DDC）而现场总线控制系统（FCS）则把通信线一直连接到现场设备它把单个分散的测量控制设备变成网络结点，以现场总线为纽带，组成一个集散型的控制系统它适应于控制系统向分散化、网络化、标准化和开放性发展的趋势，是继集散型控制系统（DCS）之后的新一代控制系统智能建筑技术基础智能建筑技术基础（2）现场总线FCS与DCS比较 集散型控制系统（DCS）中的现场控制器输入端连着传感器、变送器，输出端连着执行器由控制器完成对现场设备的控制传输的是模拟量信号和开关量信号，是一对一的物理连接随着电子技术、计算机技术、通信技术、控制技术等的不断发展，自动控制系统的现场仪表与装置的技术水平迅速提高，出现了大量的智能化现场设备智能化的现场设备不仅能检测、转换、传递现场参数（温度、湿度、压力等），接收控制、驱动信号执行调节、控制功能外，还含有运算、控制、校验和自诊断功能，智能化的现场设备自身就能完成基本的控制功能这种智能化现场设备具有很强的通信能力通过标准化的网络，将智能化的现场设备联系在一起，构成现场总线控制系统，实现了彻底的集散控制【FCS:FCS:现场总线控制系统（现场总线控制系统（FieldbusFieldbus Control System)Control System)】智能建筑技术基础智能建筑技术基础（3 3）现场总线特点现场总线特点现场总线（现场总线（FieldbusFieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。
由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因问题由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视现场总线控制系统现场总线控制系统FCSFCS作为新一代控制系统，一方面，突破了作为新一代控制系统，一方面，突破了DCSDCS系统系统采用通信采用通信专用网络专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了克服了封闭系统封闭系统所造成的缺陷；另一方面把所造成的缺陷；另一方面把DCSDCS的集中与分散相结合的的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场场可以说，开放性、分散性、可以说，开放性、分散性、互可操作性与互用性互可操作性与互用性、智能化与功能自治智能化与功能自治性性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征与数字通讯是现场总线系统最显著的特征智能建筑技术基础智能建筑技术基础 现场总线控制系统的基本组成现场总线控制系统的基本组成 FCSFCS控制系统原理图控制系统原理图管理计算机管理计算机网关网关现现场场智智能能设设备备网关网关现现场场智智能能设设备备网关网关现现场场智智能能设设备备以太网以太网智能建筑技术基础智能建筑技术基础4 智能建筑中常用的现场总线）Lonworks总线 它是由美国Echelon公司于1990年正式公布而形成的现场总线标准。
LonWorks总线层通信协议，采用了面向对象的设计方法它把单个分散的测量控制设备变成网络结点，通过网络实现集散控制通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通信速率从300kbps至1.5Mbps不等，直接通信距离可达2700 m（78kLps，双绞线）；支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线和电力线等多种通信介质，并开发了相应的安全防爆产品开发环境：神经元芯片；Lon Talk协议；节点开发工具（NodeBuilder，LonBuild）智能建筑技术基础智能建筑技术基础（2）BACnet总线 专用于楼宇自控网络的BACnet数据通信协议是1995年由美国采暖制冷空调学会（ASHRARE，American Society of Heating，Air-Conditioning and Refrigerating Engineers）正式公布制定的BACnet标准本身既不是产品也不是软件，而是一个面向BAS系统内部数据通信及信息交换的协议由于BACnet是由非盈利性学会制定的标准，因此具有完全的开放性和广泛的参与性BACnet通信协议在BAS中具有举足轻重的作用，是一个系统集成层面的标准，可以绑定多种下层物理协议标准。
对于建筑物自动化BAS而言，选择的标准是LonWorks适用于信息量较小、传送速率小于1.25M/s的BA场合；对于传送速率较高、数据网络信息量大的BA，则采用BACnet通信标准较为合适智能建筑技术基础智能建筑技术基础检测技术与常用传感器 1.概述 在楼宇自动化系统中，往往需要对温度、湿度、压力、流量、浓度、液位等参数进行检测和控制，使之处于最佳的工作状态，以便用最少的材料及能源消耗，获得较好的经济效益；同时，也要对建筑内部关系到人身安全、设备与系统运行安全、环境与财产安全的因素和状态进行全面监视，及时发现危险源或险情，并采取有效的防范措施，保证建筑环境的质量与安全，最大限度地保护人身与财产安全从计量的角度来讲，测量就是把待测的物理量直接或间接地与另一个同类的已知量进行比较，并将已知量或标准量作为计量单位，进而定出被测量是该计量单位的若干倍或几分之几，也就是求出待测量与计量单位的比值作为测量的结果智能建筑技术基础智能建筑技术基础自动检测技术归纳起来分为两大类：一）是电压、电流、电量、电抗、功率因数等电量参数的测量；二）是运用一定的转换手段，把非电量（如温度、湿度、压力、流量、液位等）参数转变为电量参数，然后进行检测。
这些非电量参数到电量参数的转换，是根据电学性质或原理与被测非电量之间的特定关系来实现的如热敏电阻就是温度变化引起被测物体电阻的变化，然后根据电学原理，将温度值变化为对应的电流或电压值将非电量转换为电量的器件，通常称为传感器传感器传感器在自动检测技术中占有极为重要的地位，在某些场合成为解决实际问题的关键智能建筑技术基础智能建筑技术基础电量自动检测单元的基本结构 智能建筑技术基础智能建筑技术基础非电量自动检测单元的基本结构 智能建筑技术基础智能建筑技术基础2.楼宇自动化系统常用传感器 温度传感器湿度传感器压力传感器流量传感器液位检测传感器空气质量传感器 传感器与变送器传感器的常规技术指标传感器的常规技术指标 1.1.性能指标性能指标 包括量程、重复性、准确度等级、灵敏度、飘移、包括量程、重复性、准确度等级、灵敏度、飘移、响应时间、响应特性等响应时间、响应特性等2.2.实用与经济指标实用与经济指标 1 1）造价）造价 包括电源、转换器、信号调节器及连接电包括电源、转换器、信号调节器及连接电缆通常安装传感器的造价占很重要的一部分缆通常安装传感器的造价占很重要的一部分2 2）维护）维护 任何专门的维护和重新标定都要求涉及额任何专门的维护和重新标定都要求涉及额外的人力和费用。
外的人力和费用传感器与变送器 3 3）兼容性）兼容性 与其他的元件和标准具有可操作性和可与其他的元件和标准具有可操作性和可互换性互换性4 4）环境）环境 可经受住苛刻或危险环境的能力可经受住苛刻或危险环境的能力5 5）干扰）干扰 对环境造成（如电磁波或准稳定电磁场）对环境造成（如电磁波或准稳定电磁场）的敏感度的敏感度传感器与变送器HVACHVAC传感器要点简述传感器要点简述 1.1.温度传感器温度传感器 是空调环境中最重要的控制参数，包括热电偶、热是空调环境中最重要的控制参数，包括热电偶、热电阻和热敏电阻电阻和热敏电阻传感器与变送器 2.2.压力传感器压力传感器 压力传感器被安装在送风系统以监视内部压力压力传感器被安装在送风系统以监视内部压力（1 1）电容式压力传感器）电容式压力传感器 典型情况下测量范围为典型情况下测量范围为69kPa69kPa68900kPa68900kPa通常用通常用于测量通风过滤器或于测量通风过滤器或VAVVAV系统送风机的控制系统送风机的控制传感器与变送器 （2 2）电感式压力传感器）电感式压力传感器 通过移动一个机械部件而改变电感量来感受压力通过移动一个机械部件而改变电感量来感受压力。
该机械机构是基于磁铁心与电感线圈的相对运动该机械机构是基于磁铁心与电感线圈的相对运动电感式压力传感器大约电感式压力传感器大约0.08mm0.08mm的移动就可产生的移动就可产生10mV10mV的输出电压因此，对于静态和动态测量，该的输出电压因此，对于静态和动态测量，该传感器能产生一个很大的输出、分辨能力强以及具有传感器能产生一个很大的输出、分辨能力强以及具有较高的信噪比较高的信噪比通常被应用在压力相对较低的通风系通常被应用在压力相对较低的通风系统统传感器与变送器 3.3.流速与流量传感器流速与流量传感器 （1 1）毕托管）毕托管 用于管道通风系统用于管道通风系统（2 2）热线式风速仪）热线式风速仪 用于通风气流的测量用于通风气流的测量该仪表灵敏度高，适合检测该仪表灵敏度高，适合检测很低速的流量，适用于空气流动的测量和导风管内流很低速的流量，适用于空气流动的测量和导风管内流量的测量量的测量热线风速仪可用于大量程的流量测量，可从很低热线风速仪可用于大量程的流量测量，可从很低（0.03m/s0.03m/s）到超声速，并且可以测量不稳定的流量）到超声速，并且可以测量不稳定的流量对于送风管内流量测量，其耐用性不如毕托管。
对于送风管内流量测量，其耐用性不如毕托管传感器与变送器 （3 3）孔板）孔板 基于管线或通风管两端的压力差进行检测基于管线或通风管两端的压力差进行检测孔板结构简单，但易被流体磨损，特别是一些污浊并孔板结构简单，但易被流体磨损，特别是一些污浊并带有微粒的流体，在过去孔板曾被广泛用于管道流体的带有微粒的流体，在过去孔板曾被广泛用于管道流体的测量由于结构简单，因此在测量由于结构简单，因此在HVACHVAC改造项目中，通常改造项目中，通常仍采用已安装在现场的大部分孔板仍采用已安装在现场的大部分孔板（4 4）文丘里流量计）文丘里流量计 工作原理与孔板相似，但节流中的压力损失几乎全部工作原理与孔板相似，但节流中的压力损失几乎全部可恢复，不易被磨损但体积较大，价格较贵可恢复，不易被磨损但体积较大，价格较贵传感器与变送器 （5 5）涡轮流量计）涡轮流量计 用于管道中的液体流量测量，但易受磨损和卡塞，不用于管道中的液体流量测量，但易受磨损和卡塞，不使用于污浊的流体测量使用于污浊的流体测量（6 6）旋涡流量计）旋涡流量计 适用于液体流量测量并具有很高精度工作原理是基适用于液体流量测量并具有很高精度工作原理是基于由旋涡而产生压力波动的频率，旋涡是由于流体冲击于由旋涡而产生压力波动的频率，旋涡是由于流体冲击垂直挡体而产生的，其频率与流体流速成比例。
垂直挡体而产生的，其频率与流体流速成比例（7 7）电磁流量计）电磁流量计 适用于水或泥浆流量测量，不能测适用于水或泥浆流量测量，不能测气体流量气体流量（8 8）超声波流量计）超声波流量计传感器与变送器 4.4.湿度测量湿度测量 （1 1）机械湿度计）机械湿度计 通过湿气的吸收和解吸改变原材料的体积进行测量，通过湿气的吸收和解吸改变原材料的体积进行测量，是一种较早的湿度测量方法，但非线性严重且易飘移，是一种较早的湿度测量方法，但非线性严重且易飘移，已被电子器件所取代已被电子器件所取代（2 2）干湿球湿度计）干湿球湿度计 该测量方法稳定并可达到一定的精度，但通过湿球该测量方法稳定并可达到一定的精度，但通过湿球温度计的风速必须足够高温度计的风速必须足够高该湿度计不适用于该湿度计不适用于HVACHVAC控控制制传感器与变送器 （3 3）电容式湿度变送器）电容式湿度变送器 将空气湿度变换为将空气湿度变换为DC0DC010V10V标准信号，该信号与空标准信号，该信号与空气相对湿度成线性关系，传送距离远，性能稳定，几气相对湿度成线性关系，传送距离远，性能稳定，几乎不用维护目前被认为是一种较好的传感器。
乎不用维护目前被认为是一种较好的传感器5.5.舒适传感器舒适传感器 舒适不是一个可直接测量的参数，基于舒适不是一个可直接测量的参数，基于FangerFanger方程，方程，考虑考虑6 6个参数即居住人员变化率、居住人员衣服保温、个参数即居住人员变化率、居住人员衣服保温、干球温度、湿气含量、风速及平均辐射温度干球温度、湿气含量、风速及平均辐射温度，这，这6 6个参个参数的集合用来估计一个数的集合用来估计一个“预测均权预测均权”（PMVPMV））传感器与变送器 PMVPMV被认为能够作为绝大多数人舒适感觉的模型被认为能够作为绝大多数人舒适感觉的模型PMVPMV为负值表示凉的感觉，正值表示暖的感觉为负值表示凉的感觉，正值表示暖的感觉PMVPMV准则已经作为一种国际标准，即准则已经作为一种国际标准，即ISO7730ISO7730舒适性传感器的测量原理对舒适性传感器的测量原理对PMVPMV方程作了简化，称方程作了简化，称之为新之为新PMVPMV方程方程该传感器检测空气温度、平均辐射该传感器检测空气温度、平均辐射温度及空气流速，温度及空气流速，并转换为电信号并转换为电信号在在BASBAS系统中，为达到实时控制的目的，可以估算出系统中，为达到实时控制的目的，可以估算出一个房间的舒适度以代表全体居住者所能接受的舒适度。
一个房间的舒适度以代表全体居住者所能接受的舒适度传感器与变送器 6.6.室内空气质量传感器室内空气质量传感器 由于室内空气质量优劣易引起建筑综合症室内空由于室内空气质量优劣易引起建筑综合症室内空气质量传感器由一个镀有薄层的半导体管、一对电极气质量传感器由一个镀有薄层的半导体管、一对电极及半导体内的微型加热元件组成及半导体内的微型加热元件组成在保持温度不变的在保持温度不变的情况下，半导体吸收居住人员身上散发出的气体，导情况下，半导体吸收居住人员身上散发出的气体，导致电子的释放，由此改变两个电极间的电阻而产生一致电子的释放，由此改变两个电极间的电阻而产生一个信号人体中散发的全部气体混合物与二氧化碳含个信号人体中散发的全部气体混合物与二氧化碳含量成比例关系量成比例关系该仪表很灵敏且响应快，适用于舒适该仪表很灵敏且响应快，适用于舒适通风的通风的IAQIAQ应用和空调中的应用应用和空调中的应用传感器与变送器 7.7.室内占用传感器室内占用传感器 室内占有传感器有两个任务：当室内被占用时，保持室内占有传感器有两个任务：当室内被占用时，保持照明灯和空调接通；反之断开空调和照明灯照明灯和空调接通；反之断开空调和照明灯。
（1 1）超声波运动传感器（）超声波运动传感器（USUS）利用多普勒效应，用连续高频声波充满整个房间，在利用多普勒效应，用连续高频声波充满整个房间，在检测范围内，任何运动都会引起原来发射频率的漂移，检测范围内，任何运动都会引起原来发射频率的漂移，通过与发射波频率的比较即可辨识出回波频率的任何变通过与发射波频率的比较即可辨识出回波频率的任何变化对于小运动的高灵敏度是这种传感器的主要特点，化对于小运动的高灵敏度是这种传感器的主要特点，但对于空调起动、人员及无生命物体的移动容易出现检但对于空调起动、人员及无生命物体的移动容易出现检测错误测错误传感器与变送器 （2 2）红外运动传感器（）红外运动传感器（IRIR）通过感受通过感受运动红外热源运动红外热源如人员、叉式升降机或其他的如人员、叉式升降机或其他的散热物体，该传感器能对室内的照明或空调执行相应的散热物体，该传感器能对室内的照明或空调执行相应的开关作用开关作用红外运动探测对空调或风机的起动不会产生错误动作，红外运动探测对空调或风机的起动不会产生错误动作，是一种较可靠的运动传感器然而，在远距离情况下，是一种较可靠的运动传感器然而，在远距离情况下，它的灵敏度相对较低。
它的灵敏度相对较低（3 3）基于红外的人员计数器）基于红外的人员计数器 利用多普勒效应感受反射光，可计算通过该区域的人利用多普勒效应感受反射光，可计算通过该区域的人员数目员数目传感器与变送器 8.8.火灾探测传感器火灾探测传感器 （1 1）烟雾传感器）烟雾传感器 1 1）电离型烟雾传感器）电离型烟雾传感器 该传感器对开始快速燃烧的火焰有响应该传感器对开始快速燃烧的火焰有响应在传感器在传感器内部，有一个存放参照气体的干净容器和另一个可从内部，有一个存放参照气体的干净容器和另一个可从室内引入现场气体的容器室采用一片放射性材料对室内引入现场气体的容器室采用一片放射性材料对这个容器发射放射线，如果存放现场气体容器的放射这个容器发射放射线，如果存放现场气体容器的放射线衰减量没有超标，那么辨识结果为不存在烟雾线衰减量没有超标，那么辨识结果为不存在烟雾传感器与变送器 2 2）光电式烟雾传感器）光电式烟雾传感器 该传感器对开始慢速发烟的火焰有响应该传感器对开始慢速发烟的火焰有响应发烟的火发烟的火焰产生大量浓密的、少热量的黑烟，并且在爆发出火焰产生大量浓密的、少热量的黑烟，并且在爆发出火焰之前可能发烟要持续几小时。
光电式烟雾传感器最焰之前可能发烟要持续几小时光电式烟雾传感器最适用于起居室、卧室和厨房适用于起居室、卧室和厨房（2 2）感温式探测器）感温式探测器 是一种能在引燃阶段后期检测到环境温度上升到某是一种能在引燃阶段后期检测到环境温度上升到某一预定值的一预定值的“中早期发现探测器中早期发现探测器”分为定温式、差分为定温式、差温式和差定温式三种类型温式和差定温式三种类型传感器与变送器 （3 3）感光式探测器）感光式探测器 利用检验火焰的红外光或紫外光进行火焰探测，利用检验火焰的红外光或紫外光进行火焰探测，属属于于“中期发现中期发现”探测器工程上常用作感烟探测器或探测器工程上常用作感烟探测器或感温探测器的补充感温探测器的补充（4 4）复合式探测器）复合式探测器 近年来新出现的一种探测器，主要为解决在某些环近年来新出现的一种探测器，主要为解决在某些环境中单一参数检测不甚可靠的问题，主要有感温感烟境中单一参数检测不甚可靠的问题，主要有感温感烟探测器、感光感温探测器等探测器、感光感温探测器等传感器与变送器 （5 5）可燃气体探测器）可燃气体探测器 主要对环境气体中的可燃性气体浓度进行检测，主要对环境气体中的可燃性气体浓度进行检测，经经对比测定而发出火灾预警信号。
它不仅可以及早预报对比测定而发出火灾预警信号它不仅可以及早预报火灾的发生，同时还可以对煤气、天然气的泄漏及其火灾的发生，同时还可以对煤气、天然气的泄漏及其气体中毒事件进行预报气体中毒事件进行预报控制器自动控制仪表的分类自动控制仪表的分类 1.1.按使用能源分类按使用能源分类 （1 1）电动仪表）电动仪表 以电作为能源及传送信号以电作为能源及传送信号的仪表，传送距离远，便的仪表，传送距离远，便于与计算机配合，在生产自动化中被广泛应用于与计算机配合，在生产自动化中被广泛应用电动仪表分为电动仪表分为电气式电气式和和电子式电子式两大类两大类（2 2）自力式自动控制仪表）自力式自动控制仪表 这种仪表这种仪表不需要辅加能源不需要辅加能源，只是传感器从被控介质，只是传感器从被控介质中取得能量，就足以推动执行器动作中取得能量，就足以推动执行器动作控制器 2.2.按结构形式分类按结构形式分类 （1 1）基地式仪表）基地式仪表 以指示、记录仪表为主体，附加调节装置而组成，即以指示、记录仪表为主体，附加调节装置而组成，即把变送、控制、显示等部分装在一个壳内形成整体利把变送、控制、显示等部分装在一个壳内形成整体。
利用一台仪表可完成一个简单控制系统的功能用一台仪表可完成一个简单控制系统的功能（2 2）单元式组合仪表）单元式组合仪表 根据自动检测与控制的要求，将整套仪表划分为能独根据自动检测与控制的要求，将整套仪表划分为能独立实现一定功能的若干单元，单元之间由统一的标准信立实现一定功能的若干单元，单元之间由统一的标准信号联系号联系控制器 （3 3）组装电子式调节仪表）组装电子式调节仪表 又称功能模件式或插入式仪表是在单元组合仪表又称功能模件式或插入式仪表是在单元组合仪表的基础上发展起来的成套仪表装置，基本组件是具有的基础上发展起来的成套仪表装置，基本组件是具有不同功能的功能模件不同功能的功能模件功能模件是指各种典型线路构成的标准电路板，每功能模件是指各种典型线路构成的标准电路板，每种电路板具有一种或数种功能，并有同一规格尺寸、种电路板具有一种或数种功能，并有同一规格尺寸、输入输出端子、电源和信号线输入输出端子、电源和信号线控制器模拟控制器模拟控制器 1.1.自力式温度控制器自力式温度控制器 用于采暖散热器上，集传感器、用于采暖散热器上，集传感器、控制器与调节阀为一体进行控制，控制器与调节阀为一体进行控制，也称恒温控制阀。
也称恒温控制阀阀门从全开到全关位置时，阀门从全开到全关位置时，室温变化范围为室温变化范围为0.50.52.02.0控制器 2.2.电气式模拟控制器电气式模拟控制器 （1 1）电气式温度控制器）电气式温度控制器用于房间用于房间温度控制温度控制 控制器 （2 2）电气式压力控制器）电气式压力控制器用于制冷压缩机用于制冷压缩机高低压保护高低压保护控制器 控制器 3.3.电子式模拟控制器电子式模拟控制器 （1 1）断续输出的电子式模拟控制器）断续输出的电子式模拟控制器 1 1）两位式电子模拟控制器）两位式电子模拟控制器传感器传感器测量测量电路电路给定给定电路电路放大放大电路电路显示显示e(ue(u)开关开关电路电路e(Ie(I)1K1K1K1K两位式电子模拟控制器原理框图两位式电子模拟控制器原理框图 控制器两位式电子模拟控制器特性图两位式电子模拟控制器特性图a)a)理想特性理想特性 b)b)实际特性实际特性P P1 10 0-e(Ie(I)e(Ie(I)a)a)P P1 10 0-e(Ie(I)e(Ie(I)b)b)1k1k吸合吸合呆滞区呆滞区 控制器 2 2）三位式电子模拟控制器）三位式电子模拟控制器传感器传感器测量测量电路电路给定给定电路电路放大放大电路电路开关开关 电路电路1K1K三位式电子模拟控制器原理框图三位式电子模拟控制器原理框图开关开关 电路电路2K2K1 12 2反向输入端输入反向输入端输入 控制器三位式电子模拟控制器特性图三位式电子模拟控制器特性图a)a)理想特性理想特性 b)b)实际特性实际特性P P1 10 0e ea)a)1 11k1k吸合吸合2k2k吸合吸合P P1 10 0e eb)b)1 。
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