智能建筑基礎知識

模塊三智能樓宇現場控制設備

智能樓宇現場控制設備通常由檢測設備（傳感器）、控制設備（控制器）、執行設備（執行器）等組成。現場控制器接收來自現場的輸入信息，實時地與設定值進行比較并進行PID運算，實現各種邏輯控制，并將最終結果輸出給執行裝置（閥門、風門、電動控制單元等）完成對應的機械動作（位移、旋轉）。本模塊針對智能樓宇中常用的現場控制設備進行學習，使學生對智能樓宇的控制和調節有個初步的認識和了解。1模塊三1傳感器與驅動裝置2直接數字控制器3可編程控制器2學習單元1傳感器與驅動裝置一、傳感器的基本概念3

傳感器是一種能感受被測量特性并按照一定規律轉換成電量（或氣體、光源信號）的器件和裝置。傳感器測量的信號一般比較弱，需要經過變換和放大處理形成可執行的電量。傳感器通常由敏感元件、轉換元件和測量元件組成。學習單元1傳感器與驅動裝置傳感器的組成4學習單元1傳感器與驅動裝置傳感器的分類按被測量分類物理量、化學量、生物量。如成分、位移、速度、加速度、溫度、濕度、壓力、流量、黏度、濃度等。

按能量傳遞方式分類有源傳感器。如熱電偶、壓電陶瓷、電磁式、電動式傳感器等。無源傳感器。如電阻式、電感式、電容式等。按輸出信號性質分類開關量傳感器。電感、電容、光電、液位、壓差、水流等。模擬量傳感器。溫度、壓力、流量、電量、空氣質量。

傳感器的主要用途開關量傳感器。航天、航空、自控、樓宇、生物、醫學、交通、冶金等領域。

5學習單元1傳感器與驅動裝置傳感器的靜態特性6學習單元1傳感器與驅動裝置傳感器的靜態特性幾種擬合直線7學習單元1傳感器與驅動裝置傳感器的靜態特性非線性特性遲滯特性重復特性漂移特性8學習單元1傳感器與驅動裝置傳感器的動態特性階躍響應法頻率響應法9學習單元1傳感器與驅動裝置二、智能樓宇中常用的傳感器10學習單元1傳感器與驅動裝置開關量傳感器單冷控制冷/熱控制機械溫控器電子溫控器11學習單元1傳感器與驅動裝置開關量傳感器氣體流量開關壓差開關防霜凍開關水流開關液位開關12學習單元1傳感器與驅動裝置模擬量傳感器遠程壓力表壓差傳感器溫度傳感器濕度傳感器13學習單元1傳感器與驅動裝置模擬量傳感器靜壓傳感器渦輪流量計渦輪流量傳感器14學習單元1傳感器與驅動裝置三、閥門、驅動器、執行器概念15學習單元1傳感器與驅動裝置閥門的基本概念閥門的概念。閥門是一種機械裝置，用來控制流動的液體或氣體，可安裝于管道上。閥門的安裝形式分為螺紋連接和法蘭連接。

風閥的概念。風閥是用來驅動風門的一種機械裝置，它對外輸出角度，通常安裝在各種風道上。如新風機或空氣處理機的新風量控制。風閥可實現開關量控制或模擬量控制。16學習單元1傳感器與驅動裝置閥門的技術參數連接方式；閥體類型；1閥體和閥芯的材質；2閥門類型；3閥門口徑；4567流體介質；流體溫度和壓力；8流體流量。17學習單元1傳感器與驅動裝置驅動器/執行器概念驅動器概念。驅動器是指能夠實現閥門、風門動作（打開、關閉）切換的控制裝置。如電磁控制，電機控制、氣動控制、液壓控制等。執行器概念。執行器接收調節儀表或其他控制裝置的信號，并按一定調節規律調節被控對象。它是一種工業自動化儀表，如調節閥、擋板和電磁閥等均屬此類。18學習單元1傳感器與驅動裝置驅動器/執行器控制電動控制。電動控制依據電磁控制原理，由線圈、鐵心、閥桿等組成。線圈得電后產生電磁力或旋轉扭矩，推動閥桿完成直線或旋轉運動。

比例控制。比例控制依據儀表控制原理，由電磁轉換裝置或伺服系統組成。它接收外部儀表信號，輸出可調節的機械位移或旋轉角度。19學習單元1傳感器與驅動裝置驅動器/執行器控制電機控制。電機控制通常用來控制扭矩較大的閥門或風門，依靠電機的多圈旋轉，實現閥門的打開（電機正轉）或關閉（電機反轉）。電機控制除了有過載保護信號外，還設有閥門開、關限位，閥門開、關扭矩報警，如電動蝶閥。或旋轉運動。20學習單元1傳感器與驅動裝置四、智能樓宇中常用的控制閥21學習單元1傳感器與驅動裝置開關量控制閥電動二通閥電動三通閥電動球閥暖氣溫控閥電動蝶閥22學習單元1傳感器與驅動裝置模擬量控制閥電動比例調節閥電動風閥執行器23學習單元2直接數字控制器一、直接數字控制器概述24學習單元2直接數字控制器DDC的概念

直接數字控制器（DDC）為嵌入式計算機系統，“數字”是指它可以利用計算機完成控制功能，“直接”意味著它可以安裝在被控設備附近。它能夠實現對被控量的參數測量或邏輯（運算）控制。DDC具有數字量（模擬量）輸入/輸出接口，支持多種通訊協議，既能實現本地控制，也可將分布在不同位置的DDC通過網絡連接起來，實現上位計算機的監控和管理。25學習單元2直接數字控制器DDC的分類可擴展式一體機模塊分布式26學習單元2直接數字控制器DDC的功能支持上位機聯網通信、數據傳輸、遠程監控功能

；具有內部P、PI、PID的算法和自適應控制功能

；1實時管理控制參數、運行狀態、能耗記錄、焓值計算

；2具有事件報警與聯鎖控制功能；3具有分布式模塊組合結構，I/O點數可隨意進行組合；4567具備邏輯控制、數據運算、趨勢存儲、失電保護功能；具有現場編程接口，可實現在線程序修改和調試；8可按建筑操作的實際情況作出復雜而精確的編程控制。27學習單元2直接數字控制器DDC的特點易于施工、安裝、操作和維護；具有多種編程手段，方便技術人員的現場調試

；1控制電路接線少、可靠性高、使用壽命長

；2具有開放性、靈活性、可擴展性

；3編程語言簡單、控制能力強、可實現在線監控

；456內部時鐘無需校準，可減少維修保養費用。28學習單元2直接數字控制器二、直接數字控制器硬件結構29學習單元2直接數字控制器DDC的基本組成CPU控制器DDC硬件結構組成通信接口I/O通用模塊I/O特殊模塊編程器或手操器30學習單元2直接數字控制器DDC的基本組成數字量輸入邏輯結構模擬量輸入邏輯結構數字量輸出邏輯結構模擬量輸出邏輯結構31學習單元2直接數字控制器三、直接數字控制器工作原理32學習單元2直接數字控制器DDC控制系統基本組成33學習單元2直接數字控制器DDC的內部功能邏輯控制數值控制PID調節系統屬性及構件內部時鐘控制34學習單元2直接數字控制器四、直接數字控制器編程方法35學習單元2直接數字控制器BASIC語言編程方法36學習單元2直接數字控制器BASIC語言編程方法37學習單元2直接數字控制器BASIC語言編程方法38學習單元2直接數字控制器圖形化語言編程方法39學習單元2直接數字控制器圖形化語言編程方法40學習單元2直接數字控制器五、直接數字控制器典型應用41學習單元2直接數字控制器中央空調上的應用換熱站上的應用42學習單元2直接數字控制器六、常用的直接數字控制器產品43學習單元2直接數字控制器霍尼韋爾DDC產品EXCEL10系列EXCEL50系列EXCEL100系列EXCEL500系列44學習單元2直接數字控制器美國江森DDC產品DX-9100-154DX-9100-8454FX05FX-1545學習單元2直接數字控制器美國江森DDC產品DX-9100-154DX-9100-8454FX05FX-1546學習單元2直接數字控制器西門子DDC產品PXC系列PXC系列擴展PXC系列組合47學習單元2直接數字控制器清華同方DDC產品PXC系列組合PXC系列擴展48學習單元2直接數字控制器德易安DDC產品DED-BA-E7500HW-BA-500049學習單元3可編程控制器一、可編程控制器概述50學習單元3可編程控制器PLC的概念可編程控制器（PLC）誕生于美國。國際電工委員會對PLC的定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用了可編程的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或自動化設備以及生產過程。51學習單元3可編程控制器PLC硬件系統組成52學習單元3可編程控制器PLC軟件編程環境53學習單元3可編程控制器PLC的主要應用54學習單元3可編程控制器PLC的功能高速計數功能；邏輯處理功能；1順序控制功能；2數據運算功能；3內部定時功能；4567中斷處理功能；程序與數據存儲功能；8網絡通信功能。55學習單元3可編程控制器PLC的特點編程方法簡單，容易掌握

；體積小、重量輕、功耗低；1使用方便、通用性強；2功能強大、完善、通用，適應面廣

；3可靠性高，抗干擾能力強

；4567設計、安裝、調試和維修方便容易

；性能價格比好，經濟核算

；8系統組網方便、簡單

。56學習單元3可編程控制器二、可編程控制器系統組成57學習單元3可編程控制器PLC的硬件系統PLC硬件系統。PLC的硬件系統主要由中央處理器、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口和電源等部分組成。中央處理器是PLC的核心，相當于人的大腦；輸入/輸出單元相當于人的眼、耳、手、腳，是聯系現場設備與中央處理器之間的接口電路；通信接口用于PLC與外部設備進行通信

。

58學習單元3可編程控制器PLC的硬件系統可擴展式一體機分布式模塊機59學習單元3可編程控制器PLC的軟件系統

PLC的軟件系統包括系統程序和用戶程序。系統程序一般由系統診斷程序、輸入處理程序、編譯程序和監控程序組成。它是由生產廠家直接固化在存儲器中、屬于永久存儲的程序和指令，用戶不能直接讀寫與更改。PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據控制要求編寫的程序。它的好壞直接決定了PLC在實際應用中的價值。60學習單元3可編程控制器PLC的內部結構及功能中央處理器

PLC屬于計算機家族，它的核心部件是中央處理器（CPU）。CPU是PLC的控制中樞。它是由運算器、控制器和寄存器等組成。不同型號的PLC所選的CPU芯片也不同，CPU芯片的性能直接關系到PLC處理控制信息的能力與速度，PLC的功能將隨著CPU芯片技術的發展而不斷提高。61學習單元3可編程控制器PLC的內部結構及功能存儲器

存儲器是用來保存系統或用戶相關程序、參數、變量和其他數據信息的專用存儲單元。它包括RAM和ROM。RAM可實現電寫入和電擦除，而ROM的信息是通過專用的程序寫入器進行程序寫入，要想刪除這部分程序則需在紫外線的照射下完成，在PLC中存儲器主要用于存放系統程序、用戶程序及工作數據。62學習單元3可編程控制器PLC的內部結構及功能I/O單元

輸入/輸出單元是PLC的CPU與現場輸入、輸出裝置或其他外部設備之間相連接的接口部件。輸入單元采集信息的類型有兩種，數字量輸入（DI）信號和模擬量輸入（AI）信號。輸出單元用來連接被控對象中的各種執行元器件，其連接類型也是兩種，數字量輸出（DO）信號和模擬量輸出（AO）信號。63學習單元3可編程控制器PLC的內部結構及功能PLC輸入接口電路64學習單元3可編程控制器PLC的內部結構及功能PLC輸出接口電路65學習單元3可編程控制器PLC的內部結構及功能通信接口

通信接口是保障PLC與其他外設之間數據通信的一種數據通道，一般PLC都會配有各種通信接口（或通信模塊）。PLC通過這些通信接口與監視器、打印機、其他PLC、計算機等設備進行通信，實現不同的功能，更好地為系統控制服務。66學習單元3可編程控制器PLC的內部結構及功能智能接口

智能接口可連接智能模塊，常用的智能模塊有高速計數模塊、閉環控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。它有自己的CPU和控制系統及總線接口。它可以對外設的局部現場進行單獨控制與調節，通過總線與PLC相連，進行數據交換，并在PLC的協調管理下獨立地進行工作。67學習單元3可編程控制器PLC的內部結構及功能編程裝置

編程裝置是進行PLC程序設計的主要工具。用戶通過編程器可實現用戶程序的離線編程和在線編程，程序上傳到PLC后，還可以借助于編程裝置對用戶程序進行調試或修改。并可實現PLC內部狀態和參數的監控。通常編程裝置分為簡易編程器和圖形編程器兩種。68學習單元3可編程控制器PLC的內部結構及功能電源

PLC的電源模塊可將交流電源轉換成供CPU、存儲器所需的直流電源，它的好壞直接影響到PLC的功能和可靠性。是整個PLC的能源供給中心。一般PLC可以使用廠家提供的專用電源模塊（推薦），也可以使用外部開關電源。專用電源模塊的品質應該比較好，比普通電源具有更高的穩定性和抗干擾能力。69學習單元3可編程控制器PLC的內部結構及功能其他外部設備

PLC還有許多外部設備，如EPROM寫入器、外存儲器、人/機接口裝置等。它們可以輔助PLC完