BAS系统概述.ppt

BAS系统基础知识集散控制系统DCS（1）集散控制系统特点 DCS(Distributed Control System)又称分散式或分布式控制系统。具有如下特点：A.采用分级递阶式控制；B.采用物理上的分散结构，实现了分散控制；C.具有计算机通信系统，可实现综合控制；D.可设置多功能的CRT操作站以实现集中监控与操作。(2)DCS系统结构通信接口DDC/PLCAI DI AO DO过程对象过程对象现场控制级传感器执行器BUS低速总线DDC/PLC网关操作员站工程师站监控级中速总线服务器中央监控计算机路由器中央 管理级Ethernet 10-100Mbps高速总线A.现场控制级(DDC)由现场控制器（DDC）和其它现场设备组成。DDC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。DDC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。通信接口DDC/PLCAI DI AO DO过程对象过程对象现场控制级传感器执行器BUSB.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。一般它带有操作员站和工程师站。a.操作员站 实现在线监督b.工程师站 对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制和维护。网关操作员站工程师站监控级中速总线C.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。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息网联网，实现信息共享。服务器中央监控计算机路由器中央 管理级Ethernet 10-100Mbps高速总线(3)DCS的通信网络A.中央监控计算机与DDC之间的通信 能适应现场恶劣环境；传输速率不低于9600bps；传输距离不大于1.2km，可采用UTP作为传输介质；抵抗高电压入侵。B.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DCS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输大量的数据和图像等信息，而且有一定的实时性要求。现场总线控制系统FCS(1)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，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。集散控制系统（DCS）于八、九十年代占主导地位。DCS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。FCS正是顺应以上潮流而诞生。(2)现场总线控制系统定义 现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS)是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一种全数字、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。FCS放弃了DCS所必需的I/O模块和现场控制站，控制功能分散到现场设备上。(3)DCS与FCS结构示意图操作站现场控制站现场自动化设备(测量、执行)DCS结构示意图操作站现场自动化设备(测量、计算、执行、报警、趋势等)FCS结构示意图控制室现场(4)现场总线的优点 A.全数字化 B.全分布 C.双向传输 D.自诊断 E.节省布线及控制室空间 F.多功能仪表 G.开放性 H.互操作性 I.智能化与自治性(5)现场总线主要特征 A.数字式通信方式取代设备级的模拟量和开关量信号；B.在车间级与设备级通信的数字化网络；C.工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命；D.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；E.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。(6)现场总线的要求A.传输速度快 B.响应时间短 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时间。C.巡回时间短 系统与所有通信对象都至少完成一次通信所需的时间。(7)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连接自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设控制器和现场智能仪表设备，网线上传输的是小批备，网线上传输的是小批量数据信息，如检测信息、量数据信息，如检测信息、状态信息、控制信息等，状态信息、控制信息等，传输速率低，但实时性高。传输速率低，但实时性高。是一种实时控制网络。是一种实时控制网络。用于连接局域区域的各台用于连接局域区域的各台计算机，网线上传输的是计算机，网线上传输的是大批量的数字信息，如文大批量的数字信息，如文本、声音、图像等，传输本、声音、图像等，传输速率高，但不速率高，但不 要求实时性。要求实时性。是一种高速信息网络。是一种高速信息网络。实现实现方式方式可采用各种通讯介质，如可采用各种通讯介质，如双绞线、电力线、光纤、双绞线、电力线、光纤、无线、红外线等，实现成无线、红外线等，实现成本低。本低。需要专用电缆，如同轴电需要专用电缆，如同轴电缆、光纤等，实现成本高。缆、光纤等，实现成本高。(8)当前比较流行的现场总线A.Lonworks 局部操作网络B.BACnet 楼宇自动化与控制网络C.Profibus 过程现场总线D.HART 可寻址远程传感器高速通道E.CAN 控制局域网络F.FF 现场总线基金会G.ModbusH.Controllogix(9)Lonworks(9)Lonworks总线总线1)1)楼宇自动化系统的特点A.测控点分散；B.被控设备种类多，且本身配有控制系统。1992年美国的Echelon公司推出的实时测控网络局部操作网络(Local Operating Networks,LonworksLonworks)。Lonworks是专门为实时控制而设计的，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泛应用。2)Lonworks模型分层 Lonworks采用开放式ISO/OSI模型全部7层通信协议结构，如下表：3)Lonworks总线技术 A.Lonworks结点a.神经元结点：以神经元芯片为核心的控制结点，采用MIP结构。b.HoseBase结点：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。B.路由器 使Lonworks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。C.神经元芯片a.Lonworks技术的核心，内部包括三个CPU：第1个CPU为介质访问控制处理器，处理LonTalk协议的1、2层；第2个CPU为网络处理器，处理LonTalk协议的3-6层；第3个CPU为应用处理器，执行应用程序，实现LonTalk协议的第7层。b.种类 MC143120：不支持外部存储器，本身带有ROM。MC143150：支持外部存储器，适合复杂应用D.Lonworks通信a.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。最大速率为1.25Mbps时，最多64个结点，最大通信距离30m；EIA-485(RS-485)收发器：39kbps；变压器耦合驱动：b.电源收发器 通信线和电源线共用一对双绞线。c.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220V或其它交/直流电力线上。d.其它收发器 无线收发器、光纤收发器等。4)Lonworks在楼宇自动化系统中的应用智能变送器工程师站操作员站网关路由器空调系统控制器编程组态及控制照明配电系统控制器给排水系统控制器终端控制器网关变送器去其它Lonworks网络Lonworks去其它InternetLonworks(10)BACnetBACnet BACnet(Building Automation and Control Network)是由美国暖通空调工程师协会(ASHRAE)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。规定了计算机控制器之间所有对话方式。BACnet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、变配电和其它建筑设备系统的服务和协议。1)BACnet结构2)BACnet数据通信协议 目的：使不同厂商生产的DDC通过网络可以实现数据交换。A.BACnet的18种标准对象 定义了18种标准对象类型，通过不同对象的组合，实现DDC不同的控制功能，从而实现对DDC任务的描述。B.BACnet的18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、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。3)采用BACnet的楼宇自动化系统 变风量空调系统变风量空调系统空气处理单元1#楼宇分表空调监控系统保安系统BAS照明系统编程系统冷热源系统给排水系统1#楼宇 BACnet协议路由器Internet变风量空调系统变风量空调系统空气处理单元2#楼宇分表空调监控系统保安系统BAS照明系统编程系统冷热源系统给排水系统2#楼宇 BACnet协议路由器路由器工作站工作站工作站数据库服务器BACnetBACnetBACnet4)LonWorks与BACnet混合应用计算机LAN控制器专用网络结构A计算机LAN控制器Lonworks网络结构B网关计算机BACnet控制器Lonworks网络结构C网关计算机BACnet控制器结构D网关BACnet网络(需要时设置)Lonworks网络现场总线的典型连接方式现场总线网络结构图1 现场总线网络结构图2 现场总线网络结构图3 现场总线网络结构图4