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11秋智能建筑设备控制技术教案(沈滢)


《智能建筑设备控制技术》 教材:建筑设备自动化,中国建筑工业出版社,主编:董春桥

主讲:张锐

《智能建筑设备控制技术》课程教案

一、 重要性 作为一门专业技术,智能建筑设备控制技术课程涉及到电气工程专业、通信 专业和智能专业的多门专业基础课,如电子技术、自动控制技术、计算机及网络 技术,通信技术和系统工程技术等,

通过该门课程的学习,应使学生在学习智能 建筑设备控制技术的同时,复习、巩固上述各门课程的相关知识,掌握综合运用 所学知识解决实际问题的方法和技能。 二、 本课主要内容 建筑设备自动化概述;计算机控制系统与通信网络结构;建筑设备自动化中 的监控设备;空气处理设备的控制;集中空调冷热源与空调水系统的监控;供热 系统的控制与建筑设备自动化系统的故障诊断等。 三、 如何学好该课程 要学好这门课程主要把握几个环节: 1、知识的连续性,一环扣一环,及时消化理解; 2、要掌握好电路、电机拖动及模拟电子技术方面的知识; 3、加强作业练习,作好课堂笔记; 4、利用好答疑时间,发现问题及时解决; 四、参考书 1.建筑设备自动化 李春旺 华中科技大学出版社, 2010.2 机械工业出版社,1999.6



2.智能建筑自动化技术 3. 智能建筑

胡崇岳

张瑞武 清华大学出版社,1996.8 张振昭 机械工业出版社,1999.5

4.楼宇智能化技术

五、学时分配(32 学时) (根据讲课内容原书章节顺序有所改动)
章 1 2 3 4 建筑设备自动化概述 计算机控制系统与通信网络结构 建筑设备自动化中的监控设备 空气处理设备的控制 讲课内容 学时 2 8 4 4
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主讲:张锐

5 6 7 8 合计

集中空调冷热源与空调水系统的监控 给排水监控、电气设备、火灾报警等监测与控制 住宅小区智能化系统 建筑设备自动化系统的故障诊断 测验

4 4 2 2 2 32

六、本课程自学内容 1、施工与管理(2 学时) 提纲:相关设计、安装、调试与验收。 要求:了解施工的全过程。 所需知识:设计、验收的规范和标准。 2、运行与维护(2 学时) 提纲: (1)物业管理的概述。 (2)现代维护理论概述。 要求:掌握运行与维护管理的特点和基本方法。 所需知识:现代维护理论的基本概念。 七、学科前沿知识 1、国内外信息技术的发展状况,神经网络、模糊控制等智能控制技术的结 合的控制技术特点。 2、智能建筑的节能与管理的主要思想及最新发展动态。 八、成绩考核 平时成绩 30 分,平时测验 10 分,期末考试 60 分。 其中平时成绩:作业 10 分、课堂笔记 10 分、出勤 10 分。 九、教案书写说明: 1、带有下划线的为板书内容; 2、思考题一部分是作业题,一部分是课堂讨论题; 3、多媒体教学中,部分内容没有列入教案; 4、课堂讨论主要以习题课为主。

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第 1 章 建筑设备自动化概述
教学目的:通过本章学习,熟悉自智能建筑的基本概念,掌握智能建筑的组成及 核心技术,掌握建筑设备自动化系统及其发展。 教学重点:掌握智能建筑的组成及核心技术,掌握建筑设备自动化系统的功能。 教学难点:建筑设备自动化系统的功能。 第一讲
第 1 章 1.1-1.4 教学目的 及要求 授课学时 2

目的:熟悉自智能建筑的基本概念,组成及核心技术,掌握建筑设备自动 化系统及其发展。 要求:掌握智能建筑的组成及核心技术,掌握建筑设备自动化系统。

教学难点 重点及措施

重点:掌握智能建筑的组成及核心技术,掌握建筑设备自动化系统的功能。 难点:建筑设备自动化系统的功能。 措施:突出重点,重点讲解

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P14 3、4 思考题:建筑设备自动化的技术支撑体系。 讨论我国智能建筑市场状况。

1.1 1.1.1

智能建筑的基本概念 智能建筑 IB(Intelligent Building)

1984 年,由美国人提出,在一座改建后的大厦的宣传词中出现,该大厦采 用计算机技术对楼内的空调、照明、电梯、防火等系统实施监测、控制等综合管 理,为大楼用户提供各类信息服务,事先通信、办公自动化,从此诞生第一座智 能建筑。 我国,智能建筑的建设起始于 1990 年的北京发展大厦,被认为我国智能建 筑的雏形。 该大厦装备了建筑设备自动化系统、 通信网络系统、 办公自动化系统, 但 3 个子系统未实现系统集成,进行统一的控制和管理。 1.1.2 智能建筑的定义

以建筑为平台, 兼备建筑设备、 办公自动化及通信网络系统, 集结构、 系统、 服务、管理及它们之间的最优化组合,向人们提供一个安全、高效、舒适、便利 的建筑环境。
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1.1.3

智能建筑与传统建筑

1.具有传统建筑物的全部功能 2.它具有某种“拟人智能”特性及功能。 主要表现在: (1)具有感知、处理、传递所需信号或信息的能力; (2)是对收集的信息具有综合分析、判断和决策的能力; (3)是具有发出指令并提供动作响应的能力。 1.1.4 智能建筑的类型(用途)

(1)智能办公、商用大楼 智能办公、商用大楼包括:政府机关办公楼,大型企业、公司办公楼、金融 大厦(银行、证券、保险、期货等),商业楼及出租写字楼等单栋智能化大楼。 (2)智能建筑群(广场) 智能建筑由单栋开发到成片开发,形成一个位置相对集中的建筑群体,称为 智能建筑群或智能广场,如医院、学校、酒店、宾馆、商场等。 (3)智能化住宅 智能化住宅多为以生活起居为目的而兴建的多层、高层建筑或建筑群。 (4)智能化小区 智能化小区是指具有一定智能化特点的住宅小区-居住生活信息化、小区物 业管理智能化、IC 卡通用化。 1.1.5 智能建筑的功能

(1)舒适功能 智能建筑提供室内适宜的温度、湿度和新风,提供多媒体音像系统、装饰照 明、公共环境背景音乐等。 (2)安全功能 智能建筑应确保人、财、物的高度安全,以及具有对灾害和突发事件的快速 反应能力。 (3)便捷功能 智能建筑通过建筑物内外四通八达的电话、电视、计算机局域网、因特网等 现代通信手段和各种基于网络的业务办公自动化系统, 为人们提供一个高效便捷

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的工作、学习和生活环境。 1.2 1.2.1 智能建筑的组成及核心技术 智能建筑的核心技术

1)现代计算机技术 当代最先进的计算机技术应该首推的是并行处理、分布式计算机系统。 (2)现代控制技术 常用的控制系统为分布式控制系统 DCS(Distributed Control System), 它采用 多层分级的结构形式,从下而上分为过程控制级、控制管理级、部门管理级和决 策管理级。 (3)现代通信技术 现代通信技术实质上是通信技术与计算机网络技术的结合。 (4)现代图形显示技术(CRT) 现代图形显示技术主要体现在计算机的操作和信息显示的图形化, 即窗口技 术(Windows)与多媒体技术的完美结合。 1.2.2 建筑智能化系统的组成与集成

(1) 建筑设备自动化系统 BAS(Building Automation System) 1)建筑设备监控系统(狭义 BAS) ,它将建筑物或建筑群内的电力、照明、 空调、电梯、给排水以集中监视、控制和管理为目的,构成的综合系统。 2)安全防范系统 SAS(Security Automation System)。 3)火灾自动报警与消防联动系统 FAS(Fire Automation System)。 (2)通信网络系统 CNS(Communication Network System) 通信网络系统包括通信系统、计算机网络、接入系统三大部分,是以数字程 控交换机 PABX 和网络中央集控器为核心, 通过网络布线将相关的设备和介质组 成一体化的系统,并连接无线通信系统、卫星通信系统、有线广播系统、电视会 议系统、Internet 系统、多媒体通信等,通信网络系统也经常称为通信自动化系 统 CAS。 (3)办公自动化系统 OAS(Office Automation System) 主要由办公作业设备

与电子商务、管理信息系统 MIS、决策支持系统 DSS 等部分组成。

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BAS

OAS

图 1-1 建筑集成管理系统组成示意图

(4)综合布线系统 GCS 1.3

综合布线系统是建筑物或建筑群内部之间的传输网络。

建筑设备自动化系统

图 1-3

建筑管理系统 BMS 结构

1.3.1

建筑设备监控系统的功能

(1)设备监控与管理 能够对建筑物内的各种建筑设备实现运行状态监视,起停、运行控制,并提 供设备运行管理,包括维护保养及事故诊断分析,调度及费用管理等。 (2)节能控制 包括空调、供配电、照明、给排水等设备的控制。 1.3.2 建筑设备自动化系统(BAS)的范围及内容 (1)电力系统 安全、可靠的供电是智能建筑正常运行的先决条件。
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(2)照明系统 统。 (3)电梯系统

对于公共建筑,照明系统的能耗仅次于供热、通风与空调系

7 层及以上住宅楼、高层建筑(10 层及以上)均需配备电梯。 暖通空调系统在建筑物中的能耗最大,故在保证提供舒

(4)暖通空调系统

适环境的条件下,应尽量降低能耗。 (5)给排水系统 实现智能建筑给水设备的可靠、节能运行具有积极的意义。

1.3.3 BAS 的自动测量、监测与控制 1. BAS 的自动测量 (1)选择测量 选择测量指在某一时刻,值班人员需要了解某一点参数值,

可选择某点进行参数测量, 并在荧光屏上用数字表示出来, 或用打印机打印出来。 (2)扫描测量 扫描测量是指以选定的速度连续逐点测量,对测量点所取得

的资料都规定上限值和下限值,每隔一定时间扫描一次,如果超出规定值,由蜂 鸣器报警,并在显示器上显示出来,对未运转的设备就跳位,自动把它除外,继 续进行扫描。 (3)连续测量 连续测量是指采用常规仪表进行在线不间断的测量和指示。

2. BAS 的自动监视 (1)监控对象 BAS 的自动监视指对建筑物中的配电设备、空调、卫生、动力设备,火灾 防范设备,照明设备,应急广播设备,电梯设备等。 (2)监视内容 1)状态监视 状态监视和故障监视两种装置并用的情况较多,其目的是监视

设备的起停、开关状态及切换状态。 2)故障、异常监视 及紧急报警。 3)火灾监视 在建筑物中, 应设有火灾自动报警系统, 该系统由火灾探测器、 机电设备发生异常故障时,应分别采取必要的紧急措施

火灾报警装置和消防联动装置等组成。 4)暖通空调系统的监视 暖通空调系统的监视包括:风机、阀门、水泵、冷

热源设备的运行状态监视;测量点的监视;保护装置的监视;温度、压力、流量 的监视等。

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3.BAS 的自动控制 BAS 的自动控制包括建筑设备的起停控制、设定值控制、设备(或系统) 的节能控制与消防系统的控制等。 1.4 1.4.1 ? ? ? ? ? 建筑设备自动化的发展 历史与现状

19 世纪末:机械控制器和电气控制器 20 世纪 50 年代:出现了气动仪表控制系统 20 世纪 70 年代:出现电子仪表和采用小型电子计算机的集中式控制系统 80 年代:出现采用微型计算机的集散型控制系统(DCS) 先后引进了直接数字控制系统 DDC(Direct Digital Control) ; 计算机、模拟仪表混合控制系统; 计算机监督控制系统 SCC 和计算机集散控制系统 DCS。 20 世纪 70 年代后,计算机实现集中控制出现的问题: 1)集中式的计算机控制降低了系统的可靠性,风险高度集中,虽然可采用双

重计算机等冗余技术,但成本提高。 2)模拟信号数字化的工作在计算机端,使得太多太长的现场连线通过各类干 扰环境到达现场,使系统抗干扰的设计和实现都十分困难。 3)系统的规模受到较大的限制。 目前,集散型控制系统(DCS)向现场总线控制系统(FCS)的结构模式过 渡。 1.4.2 建筑设备自动化技术的发展趋势 基于 Web 的 Intranet 网络技术成为建筑物或企业内部的信息主干

(1)网络技术

网络的主流信息。 (2)控制网络技术 在计算机网络技术的推动下,控制系统要向体系结构的开放

性网络互连方向发展,即开放性控制网络具有标准化、可移植性、可扩展性和可 操作性。 (3)智能卡技术 随着半导体芯片技术的不断发展,智能卡体积小、存储容量大、

携带与使用方便、安全性与可靠性好、可脱机运行、一卡多用的优越性能越来越 突出。

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(4)可视化技术 务技术。

此技术是指基于网络化的视像传输、交互和提供多媒体视像服

(5)家庭智能化技术

通过家庭智能化技术,实现家庭中各种与信息相关的通信

设备、家用电器和家庭保安装置集中的或异地的监视和控制,以及进行家庭事务 性管理。 (6)无线电局域网技术 脱了线缆的束缚。 (7)数据卫星通信技术 该技术又称为小型数据通信站(VSAT),是将通信卫星技 该项新技术利用微波、激光、红外线作为传输媒介,摆

术引向多功能、 智能化、 设备小型化, 同时综合应用多波束覆盖、 星载处理技术、 地面蜂窝移动通信和计算机软件技术等。

图 1-5

LonWorks 和 BACnet 的组合方案

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第 2 章 计算机控制系统与通信网络结构
教学目的:通过本章学习,掌握建筑设备自动化系统的技术基础——计算机控制 技术及计算机通信网络技术, 掌握建筑设备自动化控制系统的集成技 术——智能建筑系统集成及综合布线 教学重点:计算机控制系统的组成及网络拓扑结构,系统集成的内容与综合布线 系统的构成及综合布线的优点。 教学难点:计算机控制系统的组成,计算机网络拓扑结构,系统集成的内容,综 合布线系统的构成。 第二讲
第 2 章 2.1.1 教学目的 及要求 教学难点 重点及措施 授课学时 2 目的:了解计算机控制系统的基本原理、基本组成及分类。 要求:掌握计算机的基本组成和分类。 重点:计算机控制系统的组成和分类 难点:计算机控制系统的组成 措施:突出重点,重点讲解 授课方法 讲授 (现代化) 教学手段 作业 思考题 师生互动 P64 1、2 思考题:计算机控制系统的数据预处理技术。 讨论计算机控制系统的分类。 多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

2.1 建筑设备自动化系统的技术基础 2.1.1 计算机控制技术

1.计算机控制系统的基本原理

图 2-1

计算机控制系统的基本框图

(1)数据采集 (2)控制

对被控参数实时检测并转化成标准信号输入到计算机。

计算机对采集的数据信息进行分析、求偏差并按照已确定的控制算法
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进行运算,发出相应的控制指令,产生调节作用施加与被控对象。 2.计算机控制系统的组成

图 2-2

计算机控制系统的组成框图

(1)硬件部分 系设备等。 1)主机。 2)外围设备。

硬件主要包括主机、外围设备、过程输入输出通道、人机联

3)过程输入输出通道。 ①模拟量输入通道(AI)。它将测量变送器输出的、反映生产过程的被控参数 (如温度、 压力、 流量、 物位、 湿度等)的标准电流信号 DC 0~10mA 或 DC 4~20mA 转变为二进制数字信号,经接口送与计算机。其组成如图 2-3 所示。

图 2-3

模拟量输入通道的组成

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图 2-4

信号的采样过程

②数字量输入通道(DI)。它将反映生产过程或设备的、具有二进制逻辑 ―1‖ 和―0‖特征的状态参数信号(如电气开关的闭合/断开、指示灯的亮/灭、继电器或 接触器的吸合/释放、电机的起动/停止等)采集并输送给计算机。其对应的二进制 逻辑―1‖和―0‖数字信号均代表生产过程或设备的一个状态,这些状态作为控制的 依据。它主要由输入调理电路、输入缓冲器和输入地址译码器等组成,如图 2-5 所示。输入调理电路接受反映生产过程或设备的、具有二进制逻辑―1‖和―0‖特征 的状态参数信号。由于采集状态参数信号时,可能存在的瞬间高压、过电流、接 触抖动等现象,必须把采集到的

图 2-5

数字量输入通道的组成结构

图 2-6 输入调理电路的结构形式 a)小功率输入调理电路 b)大功率输入调理电路

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图 2-7

数字量输入接口

③模拟量输出通道(AO)。它是计算机控制系统实现连续

图 2-8

模拟量输出通道的组成结构

④数字量输出通道(DO)。 它是计算机控制系统实现断续控制的关键部分, 主 要由输出寄存器、地址译码器和输出驱动器等组成,如图 2-9 所示。

图 2-9

数字量输出通道的组成结构

图 2-10

数字量输出接口

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图 2-11

输出驱动器的结构形式

4)人机联系设备。 (2)软件部分 样必不可少。 3.计算机控制系统的分类 (1)操作指导控制系统 操作指导控制系统是指计算机的输出只是对系统的 对于计算机控制系统而言,除了硬件组成部分以外,软件同

过程参数进行采集、处理,然后输出反映生产过程的数据信息,并不直接用来控 制生产对象。

图 2-12

操作指导控制系统原理图

(2)直接数字控制系统(DDC)

直接数字控制 DDC(Direct Digital Control)系

统是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。

图 2-13 DDC 控制系统原理图

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(3)计算机监控系统 用两级计算机模式。

计算机监控(SCC, Supervisory Computer Control)系统采

图 2-14

SCC+DDC 控制系统原理图

(4)分布式控制系统(DCS) 分布式控制系统(Distributed Control System)又称 集散控制系统。

图 2-15 DCS 控制系统原理图

1)现场 I/O 控制站。 ①实时采集表征生产过程的各种参数(如温度、压力、流量、物位、湿度、 电流、电压、功率等)和状态信号(如设备的起/停、电气开关的闭/开、触点的吸 合/释放、灯的亮/灭等),经数字化处理后,送入存储器储存,从而形成一个反映 生产现场实际工况,而且对所采集到的数据信息进行实时更新的实时映象(动态 数据库)。 ②将其采集到的实时数据信息通过通信网络上送至操作员站、 工程师站及其 他现场 I/O 控制站, 以便实现全系统范围内的控制、监督和管理;同时,现场 I/O 控制站还可以接受来自操作员站、工程师站的下传指令,实现对现场 I/O 控制站

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工艺参数设定值的变更,以及现场工况的人工调控。 ③担任现场的闭环负反馈控制、批量控制、顺序控制等任务。 2)操作员站。 3)工程师站。 4)DCS 的通信网络。 (5)现场总线控制系统 现场总线控制系统(FCS,Field-bus Control System)

是一种全数字、半双工、串行双向通信系统。 1)现场总线控制系统的基本组成。

图 2-16

FCS 控制系统原理图

2)现场总线控制系统的特点。 ①现场通信网络。现场总线将通信线一直延伸到生产现场的生产设备,构成 现场智能仪表互连的通信网络,信号传输全数字化,抗干扰力强,精度高。避免 了传统的 DC 4~20mA 模拟信号在传输过程中的信号衰减、精度下降、噪声干扰 的引入等问题。 ②现场设备互连。由于现场智能节点之间通过一对信号传输线互连,一对信 号传输线使得 N 个现场智能节点能够双向传输信号。 ③互操作性。由于现场总线设备实现了功能模块及其参数的标准化,因此设 备间有很好的互操作性。来自不同制造厂家的现场设备可以异构,组成统一的系 统。 ④分散的系统结构。FCS 废弃了 DCS 的 I/O 控制站,将其 I/O 单元和控制 功能块分散给现场仪表,用户通过选用现场仪表,并对其统一组态,就可以控制 回路,从而构成虚拟控制站。每个现场仪表作为一个智能节点,能够完成数据信 息的采集、运算,执行控制指令和通信等功能,任何一个节点发生故障仅影响局
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部而不会危及全局,从而实现了彻底的分散,提高了系统的可靠性、灵活性和自 治性。 ⑤开放式互连网络。现场总线为开放式互连网络,所有的技术和标准均是公 开的,面向所有的用户和制造商。因此,用户根据需求可以自由地集成不同制造 商的通信网络,既可以与同类网络互连,也可以与不同网络互连,极大地方便用 户共享网络数据库的信息资源。 ⑥通信线供电。该方式允许现场智能节点直接从通信线(现场总线常用的信 号传输线为双绞线)上摄取能量,节省电源、低功耗、本质安全。 (6)建筑物自动化系统的现场总线 随着现场总线技术在工业自动化领域的

广泛应用, 一些现场总线技术凭借其优势, 逐渐在一些应用领域形成较大的影响。 1)基金会现场总线 FF(Foundation Field-bus)FF 以 ISO/OSI 开放系统互连参考 模型为基础,取其物理层、数据链路层、应用层作为 FF 通信模型的相应层次, 并在应用层上增加了用户层。 2) 局部操作网络 LonWorks(Local Operating Network)LonWorks 是由美国 Echelon 公司在 1991 年推出的实时测控网络,并与 Motorola 和东芝公司共同倡 导的现场总线技术。 3)过程现场总线 PROFIBUS(Process Field Bus)PROFIBUS 是符合德国国家标 准 DIN19245 和 欧 洲 标 准 EN50179 的 现 场 总 线 , 包 括 PROFIBUS-DP 、 PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA 三部分。 4)控制局域网络 CAN(Control Area Network)CAN 是由德国 Bosch 公司推出的, 用于汽车内部的测控网络,其总线规范已成为 ISO11898 标准。 5) 可 寻 址 远 程 传 感 器 高 速 通 道 HART(Highway Addressable Remote Transducer)是由美国 Rosement 公司研制的模拟信号/数字信号混用的过渡性产 品,它在 DC 4~20mA 的模拟信号上叠加 Bell202 标准的双频信号(1200 Hz 和 2200Hz)实现了数字信号通信。

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图 2-17

CIMS 控制系统原理图

(7)计算机集成制造系统 CIMS(Computer Integration Manufacture System) 计算机集成制造系统不但承担着面向过程控制和优化的任务, 而且基于获得的生 产过程信息,完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理,如图 2-17 所示。

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第三讲
第 2 章 2.1.2 教学目的 及要求 授课学时 2

目的:了解网络通信的目的,掌握计算机网络拓扑的结构及计算机 网络的分类。 要求:熟练算机网络拓扑的结构及计算机网络的分类。

教学难点 重点及措施

重点:计算机网络拓扑结构。 难点:计算机网络拓扑结构。 措施:突出重点,重点讲解。

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P193 1-2 思考题:讨论计算机网络的拓扑结构形式和相应特点。 现成总线的发展现状与趋势

2.1.2 计算机通信网络技术 1.计算机通信技术

图 2-18

通信系统模型

(1)单工(Sinplex)

数据信息在信道上只能在一个方向上传送,信源只能发

送,信宿只能接受,如无线电广播和电视广播。 (2)半双工(Half Duplex) 数据信息在信道上能在两个方向上传送,信源和信 宿可交替发送和接受数据信息,但不能同时发送和接受,如航空、航海无线通信 和对讲机通信。 (3)全双工 (Full Duplex) 信源和信宿可同时在信道上双向发送和接受数据

信息,但要求信道具备满足双向通信的双倍带宽,如电话通信。

g (t ) ? a0 ? ? an sin(n?0t ) ? ? bn cos(n?0t ) ? a0 ? ? An cos(n?0t ? ? n )
n ?1 n ?1 n ?1

?

?

?

a0 ?

1 T 2 T 2 T , , g ( t ) dt a ? g ( t )sin( n ? t ) dt b ? g (t )cos(n?0t )dt n 0 n T ?0 T ?0 T ?0

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An ? a 2 ? b2 , ? ? arctan

bn an

图 2-19

周期方波频谱

1)无噪声条件下,奈奎斯特公式 2)有噪声干扰作用下,香农计算公式 2. 计算机网络拓扑结构 1)星形拓扑。

图 2-20

星形拓扑结构

2)总线型拓扑。

图 2-21

总线型拓扑结构

3)环形拓扑。

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图 2-22

环形拓扑结构

4)树形拓扑。

图 2-23

树形拓扑结构

5)星环形拓扑。

图 2-24

星环形拓扑结构

3.计算机网络分类 (1)按照距离分类 1)局域网(LAN,Local Area Network):即在一个适中的地理范围内,通过物 理信道,以适中的数据传输速率,使彼此相互独立的数字通信设备实现互连并进 行通信的一种数据通信系统。 2)广域网(WAN,Wide Area Network):它是利用公共远程通信设施,实现用 户之间的快速信息交换或者为用户提供远程信息资源的服务。
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3)城域网(MAN,Metropolitan Area Network)城域网的覆盖范围在局域网和广 域网之间,一般为 5~50km。 (2)按照传输媒体分类 1)有线网:它使用导向型传输媒体来发送信息。 2)无线网:它使用非导向型传输媒体来进行通信。 (3)按数据交换方式分类 1)共享型网络:即网络上的计算机必须争得传输媒体的使用权后方能传输信 息。 2)交换型网络:它的每个工作站都独立地占有一定带宽,采用分组交换的数 据传输方式,网络运行效能高。 4.开放系统互连参考模型 (1)物理层(Physical Layer) 物理层是 OSI 参考模型的第 1 层, 向下是物理设 备的接口,直接与传输媒体相链接,使比特流通过该接口从信源传递到信宿;向 上为数据链路层提供服务(以建立物理链接和数据传输等方式提供服务)。 (2)数据链路层(Data Link Layer) 数据链路层是 OSI 参考模型的第 2 层,其 主要任务是提供一种可靠的、通过传输媒体传输数据的方法。 (3)网络层(Network Layer) OSI 参考模型的第 3 层是网络层,它主要承担把 信息从一个网络节点传送到另一个网络节点。 (4)传输层(Transport Layer) 传输层是 OSI 参考模型的第 4 层,是高层和低 层之间进行衔接的接口层,也是通信子网和资源子网的界面。 (5)会话层(Session Layer) OSI 参考模型的第 5 层是会话层。 (6)表示层(Presentation Layer) 表示层是 OSI 参考模型的第 6 层,它负责处 理传输数据的格式、语法、语义的问题,由于信源和信宿双方的数据表示不尽相 同,所以需要建立数据交换的格式和约定来确保信源和信宿双方能够相互认识。 (7)应用层(Application Layer) OSI 参考模型的最高层是应用层, 它是用户的 应用程序和网络的接口。 5.TCP/IP

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图2-25

OSI参考模型

(1)TCP(Transmission Control Protocol) 它是一种面向连接的协议, 能够在各 种物理网络上提供可靠的、端到端的数据信息传输,并且可以检测到在传输过程 中数据包出现的各种问题,针对出现的问题,及时地提供重传、排序和延迟处理 等措施,使得数据传输的可靠性极强。 (2)IP(Internet Protocol) IP 以数据报的形式传输数据。 (3)TCP/IP TCP/IP 的体系结构分为四层:物理层/数据链路层(或称网络接

口层)、网络层、传输层和应用层。 1)物理层/数据链路层。 2)网络层。 3)运输层。 4)应用层。 6.BACnet (1)BACnet 数据通信协议的体系结构 就必须参考 OSIRM。
表 2-1 BACnet 数据通信协议的体系结构与 OSIRM 比较 OSIRM 应用层(7) 网络层(3) MS/TP PTP LonTalk 链 数据链路层(2)

BACnet 是一种开放性的计算机网络,

BACnet 数据通信协议的体系结构 BACnet 应用层 BACnet 网络层 ISO8802?2(IEEE802.2)

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路层 ISO8802?2 (IEEE802.3) ARCnet EIA?485 EIA?232 LonTalk 物 物理层(1) 理层

(2)BACnet 数据通信协议的对象

为了实现不同厂家 BA 设备之间的相互通

信,BACnet 采用―对象‖(Object,即具备某种特定功能的数据结构或数据元素的 集合)的概念,将不同厂家 BA 设备的功能抽象为网络间可识别的―目标‖,使用 ―对象标识符‖对 BA 设备进行描述,提供操作数据信息的方法,形成通信软件, 而且并不影响各个 BA 设备厂家的产品内部设计及其组态。
表 2-2 BACnet 数据通信协议的对象及其应用实例 对象名称 模拟输入(Analog Input) 模拟输出(Analog Output) 模拟值(Analog Value) 数字输入(Binary Input) 数字输出(Binary Output) 数字值(Binary Value) 时序表(Calendar) 命令(Command) 应用实例 传感器输入 控制输出 模拟控制系统参数 开关输入 继电器输出 数字控制系统参数 按照时间执行程序定义的日期列表 完成特定操作(如日期设定等)需向多设备的 多对象写多值 设备(Device) 事件登记(Event Enrollment) 其属性表示设备支持的对象和服务 描述可能处于错误状态的事件或其他设备需 要的报警

(3)BACnet 数据通信协议的服务 性是关于对象的进一步阐述和表征。 (4)BACnet 的拓扑结构

对象描述了 BA 设备的抽象通信特征,属

BACnet 网络是一种局域网 LAN,BACnet 设备通过

LAN 传送符合 BACnet 标准的二进制码信息。 (5)BACnet 与企业内部互连网 Internet 的互联 BACnet 设备间的通信采用的

是 BACnet 数据通信协议,Internet 采用的是 IP 协议。

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7. LonTalk 协议 (1)LonWorks 组成 1)LonWorks 节点和路由器。 2)LonTalk。 3)LonWorks 收发器。 4)LonWorks 网络和节点开发工具。 (2)LonWorks 技术的优点 1)网络结构灵活、组网方便。 2)支持多种传输介质,包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等; 两种传输速率:78bit/s 和 1.25Mbit/s,最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质 决定,一般可从 500~2700m;可接入的节点最多为 32385 个。 3)完善的开发工具。 4)无主的网络系统。 5)开发 LonWorks 网络节点的时间较短,也易于维护。 (3)LonTalk LonWorks 技术所使用的通信协议称为 LonTalk。
表 2-3 OSIC 层次 LonTalk 与 OSI 的 7 层协议比较 标准服务 网络应用 数据表示 LON 提供的服务 处理器

7 6 5 4

应用层 表示层 会话层

标准网络变量类型 应用处理器 网络变量、外部帧 处理器 传送

远程遥控动 请求/响应,认证, 处理器 作 网络管理 端对端的可 应答,非应答,点 处理器 靠传输 对点广播,认证等 传输分组 链路层 帧结构 地址,路由 处理器

传送层

3 2

网络层 链路层

帧结构,数据解码, MAC 处理器 CRC 错误检查 P?预测 CSMA ,碰 撞规避,优先级,碰 撞检测

MAC 子层 媒体访问

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1

物理层

电路连接

介质,电气接口

MAC 处理器 XCVA

8.计算机网络的传输媒体 (1)双绞线 双绞线(Twisted Pair)是一种广泛使用而且价廉的传输媒体。

图 2-26

非屏蔽型双绞线电缆的结构

(2)同轴电缆 现在应用较少。

同轴电缆(Coaxial Cable)是局域网过去广泛使用的传输媒体,

图 2-27

同轴电缆的结构

(3)光纤

光纤(Fiber)是一种能够传输光信号的纤细柔软媒体, 其最内层的纤

芯是一种截面积很小、质地脆、易断裂的光导纤维,直径 ? =2~125μm,材质 为玻璃或塑料。

图 2-28

光纤的结构

1)具有很大的带宽,很高的数据传输速率。 2)光纤信号衰减小,传输距离可达 1000km 以上,中继器的间隔较大。 3)光纤耐辐射, 外界的电磁干扰对其无影响, 而光束本身又不向外辐射信号, 安全性好,适于长距离的信号传输。 9.计算机网络的互连设备

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(1)转发器 物理层。 (2)网桥 (3)路由器 (4)网关

转发器(Repeater,包括中继器、集线器)是一种底层设备,作用在

网桥(Bridge)作用在数据链路层。 路由器(Router)作用在网络层。 网关(Gateway)又称作网间连接器,协议转换器,是针对高层协议

(运输层以上)进行协议转换的网络之间的连接器,其通常表现形式为安装在路由 器内部的软件。

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第四讲
第 2 章 2.2.1-2.2.2 教学目的 及要求 教学难点 重点及措施 授课学时 2

目的:了解智能建筑系统集成的目的,内容和集成模式。 要求:掌握智能建筑系统集成的内容和集成模式。 重点:智能建筑系统集成的内容和集成模式。 难点:系统集成的主要内容。 措施:突出重点,重点讲解

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P220 2-3 思考题:讨论系统集成的关键技术。 OPC 技术在楼宇自动化系统集成中的应用。

2.2 建筑设备自动化控制系统的集成技术 系统集成是指从一定得应用需求出发, 将彼此之间存在相互作用的各个子系 统,借助相应的技术进行有机的结合,使之成为一个统一、高效、实用、可靠的 整体。 ——是一种理念、方法或技术手段。 2.2.1 智能建筑系统集成的内容 1.功能集成 将原来分离的各智能化子系统功能进行集成, 从而形成原来各个子系统所没 有的、新的全局性监控功能。 1)IBMS 管理层的功能集成,它包括集中监控和管理功能、信息综合管理功 能、全局事件管理功能、公共通信网络管理功能等的集成。 2)各个智能化子系统的功能集成,即 INS、CNS、BMS 的功能集成。 2.网络集成 指通信设备及通信线路与网络设备及网络线路的有机结合, 其侧重点在网络 协议和网络互连设备上。 3.界面集成 在统一的界面上,实现整个系统的运行和管理。它把 BMS、OAS、CNS 集成在 一个计算机平台上,在统一的界面环境下运行,建立 IBMS。 2.2.2 智能建筑系统集成的模式
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1.智能建筑综合管理的一体化集成模式 将 BMS、 OAS、 CNS 等从各个分离的设备功能和信息等集成到一个相互关联的、 统一协调的系统中,易于对各种信息进行综合管理。它使得整个智能建筑采用统 一的计算机操作平台、统一的界面环境进行操作,实现集中的监控和管理功能。 IBMS 是系统集成的最高目标。 2.以 BMS、INS 为主,面向物业管理的集成模式 BMS、OAS 和智能一卡通系统等进行集成,完成 BMS、OAS 的紧密集成。 3.BMS 集成模式 BMS 实现狭义 BAS 与 FAS、SAS 之间的集成。各个子系统均以 BAS 为核心, 运行在 BAS 的中央监控机上,实现相应的功能。 1)各子系统之间的网络协议(通信协议)一致。 2)以 BAS 为主,其他系统存在不同的通信协议(即存在第三方系统),如图 2-30 所示。 3)采用 OPC 互连软件技术。 4.子系统集成 指对 OAS、CNS 及 BAS 3 个子系统设备的各自集成,是最基本的集成,也是 实现高层次集成的基础。它包括 OAS、CNS、BAS 的集成。

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第五讲
第 2 章 2.2.3 教学目的 及要求 授课学时 2

目的:了解综合布线的概念及特点,了解综合布线系统的构成和应用 范围。 要求:能熟练掌握综合布线系统的构成。

教学难点 重点及措施

重点:综合布线系统的构成及综合布线的优点。 难点:综合布线系统的构成。 措施:突出重点,重点讲解。

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P258 1-2 思考题:简述综合布线系统的作用、构成。 讨论综合布线设计的一般原则。

2.2.3

智能建筑的综合布线技术

1.综合布线及其特点 (1)综合布线(Generic Cabling) 由线缆(如铜缆、光纤等)和相应的连接件(如连接模块、插头、插座、适 配器、配线架等)组成的信息传输通道。它不仅使得建筑物内的电信、图文、数 据、多媒体设备、交换设备等彼此相连,而且能够使上述设备与外部通信网络相 连,实现多种信号在在一套标准的布线系统中传输。 (2)综合布线的优点有: 1)兼容性 兼容性是指它是一个完全独立的,与应用系统相对无关,可适用于多种应用 系统的良好性能。 2)开放性 综合布线采用开放式体系结构,符合多种国际流行标准。因此,它对所有著 名厂商的产品都是开放的;对所有的通信协议都是支持的。 3)灵活性 ? 采用模块化设计,使用标准的线缆和相关连接件,因此,所有的通道均 是通用的。 ? 系统中相关设备的增加或减少,不需改变布线,只需增减相应设备和在
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配线架上进行必要的跳线操作即可。 ? 它组网方式灵活多样,如支持以太网工作站和令牌网工作站并存工作, 方便用户组织信息流。 (4)可靠性 ? 综合布线采用通过 ISO 认证的高品质线缆、相关连接件和组合压接方式 构建高标准信息传输通道。 ? 每条信道都按照技术规范施工,采用专用仪器测试、验收,确保其性能 指标。 ? 应用系统全部采用点对点的链接,任何一条链路发生故障均不影响其它 链路的运行,为故障的检修和正常的运行维护提供了便捷。 (5)先进性 随着信息时代的到来,各种信息都在一套标准的布线中传输,并且对信道的 传输带宽、传输速率要求很高,只有采用综合布线方能满足这些需要。 (6)经济性 与传统的布线方式相比较,综合布线具有良好的初期投资特性,性能价格比 很高;此外,它还具有一定的技术储备,满足今后若干年内的发展需求 (即在不 追加新的投资的情况下,依然保持建筑物的先进性)。 (7)系统性 在建筑物群之间或建筑物内的各个区域都设有相应的连接端口, 形成互连系 统很方便,无需另外布线。 2.综合布线系统及其特点 (1)综合布线系统 GCS “建筑物或建筑群内的传输网络。它不但使得语音、数据通信及交换设备和 其它信息管理系统彼此互联,而且使得这些设备与外部通信网络相连接,包括建 筑物到外部网络的连接点与工作区的信息终端之间的所有线缆及其相关的布线 部件。 ” (2)综合布线系统的特点 1)综合性、兼容性。 2)灵活性。

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3)先进性、扩展性 4)合理的网络结构、先进的管理 5)经济合理、投资回报率高 3.综合布线系统的构成和应用范围 (1)组成:系统由建筑群主干布线子系统、建筑物主干布线子系统、水平 布线子系统和工作区布线子系统等 4 个子系统。

图 2-31

综合布线系统图

图 2-32

建筑群与建筑综合布线系统结构图

1)建筑群主干布线子系统(建筑群子系统) 它由连接各建筑物之间的综合布线线缆、建筑明配线设备 (CD , Campus Distributor)和跳线(Jumper)等组成。 2)建筑物主干布线子系统(干线子系统) 干线子系统由建筑物配线设备(BD,Building Distributor)、跳线以及设备间 到各个楼层交接间的干线线缆组成。传输媒体一般为光纤或双绞线线缆,宜采用 GCS 的专用通道敷设或与弱电竖井合用。 3)水平布线子系统
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它由工作区的信息插座(TO, Information Outlet)

到楼层配线设备(FD, Floor

Distributor)的配线线缆、楼层配线设备和跳线等组成。 4)工作区布线子系统 它由信息插座延伸到终端设备的连接线缆和适配器(或插头)组成。工作区是 放置终端设备的地方,属于非永久性的,随应用种类而改变。 (2)综合布线系统应用范围包括两类: ? ? 一类为单栋建筑物内,如建筑大厦; 另一类为若干建筑物组成的建筑群小区,如住宅小区、校园区等。

综合布线一般适用于建筑物跨度不超过 3000 m,办公面积不超过 100 万 m2 的场所。 GCS 支持 BAS、OAS、CNS 对于多种信息的传输需求,传输速率范围为数 十 kbit/s~1000Mbit/s。 1)设计范围、目标和布线要求 学校的网络管理中心位于实验大楼 5 层,目

前有实验大楼、图书馆大楼、教学楼、办公楼、教工宿舍和学生宿舍等需要与网 管中心连接成校园网,并且各个楼宇基于网络综合布线建设楼宇内局域网。 ? GCS 采用国际标准建议的星形拓扑结构,遵守 ISO/CEI11801 标准,满 足目前和将来的信息传输需要。 ? GCS 的信息出口采用国际标准的 RJ45 插座,传输速率考虑 100 Mbit/s 发展的需求。 ? GCS 满足开放式原则,符合综合业务数据网(ISDN)的要求。

图 2-33

某校园网 GCS 结构示意图

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2)布线系统设计 ? ? 工作区布线子系统设计。 水平布线子系统设计。

图 2-34 水平布线子系统连接线路 E—设备 C—连接点 T—终端设备

? ?

建筑物主干布线子系统(干线子系统)设计。 建筑群主干布线子系统(建筑群子系统)。

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第 3 章 建筑设备自动化的监控设备
教学目的:监控设备是构成自控系统现成硬件不可缺少的设备,通过本章学习, 了解并掌握建筑设备自动化中的监控设备—传感器、变送器、控制器 和执行器。 教学重点:常用传感器和执行器的技术特点,软件控制器的控制算法,调节阀的 选择。 教学难点:软件控制器的控制算法,调节阀的选择。 第六讲
第3章 教学目的 及要求 3.1-3.2 授课学时 2

目的:了解传感器的技术指标,自动控制仪表的分类,掌握 HVAC 传感器要点,模拟控制器和软件控制器。 要求:能熟练掌握 HVAC 传感器要点,模拟控制器和软件控制器。

教学难点 重点及措施

重点:掌握 HVAC 传感器要点,模拟控制器和软件控制器 难点:HVAC 传感器要点和软件控制器 措施:突出重点,重点讲解

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P64 3-4 思考题:超生波流量计的工作原理。 讨论智能传感器的研究。

3.1 传感器与变送器 3.1.1 传感器的常规技术指标 1.性能指标 1)量程(Span):标称范围两极限之差的模。 2)重复性(Repeatability):在相同测量条件下,对同一被测量进行连续多次测 量所得结果之间的一致性。 3)准确度等级(Accuracy Class):符合一定的计量要求,使误差保持在规定极 限以内的测量仪器的等别、级别。 4)灵敏度(Sensitivity):测量仪器响应的变化除以对应的激励变化。 5)漂移(Drift):测量仪器计量特性的慢变化。 6)响应时间(Response Time):激励受到规定突变的瞬间,与响应达到并保持
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其最终稳定值在规定极度限内的瞬间,这两者之间的时间间隔即是响应时间。 7)响应特性(Response Characteristic):在确定条件下,激励与对应响应之间 的关系,如热电阻的电阻值与温度的函数关系。 2.实用与经济指标 1)造价:造价应该包括电源、转换器、信号调节器及连接电缆。 2)维护: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。 3)兼容性:与其他的元件和标准具有可操作性和可互换性。 4)环境;可经受住苛刻或危险环境的能力。 5)干扰:对环境造成(如电磁波或准稳定电磁场)的敏感度。 3.1.2 HVAC 传感器要点简述 1. 温度传感器 (1)热电偶 热电偶是利用由两种不同金属组成的电路,并对电路中流动的电流进行测 量,这两片不同的金属分别连接在参考温度和被测温度。 (2)热电阻 利用金属电阻值对应于温度变化而发生改变的原理。 (3)热敏电阻 热敏电阻是利用半导体的温度电阻值关系曲线,其工作原理与热电阻相类 似,半导体呈现一个负的电阻温度系数。 2.压力传感器 (1)电容式压力传感器 一个金属膜片作为电容器的一个极板,与膜片并列的另一侧安装另一个极 板,如图 3-1 所示。

图 3-1

电容式压力传感器
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(2)电感式压力传感器 电感式压力传感器是通过移动一个机械部件而改变电感量来感受压力。 3.流速与流量传感器 (1)毕托管 毕托管基本上是用在管道通风系统,而且是基于两端开口的管,一根管是迎 着空气流安装,另一根管与气流垂直安装。 (2)热线式风速计 热线式风速计基本上用于通风气流的测量,该仪表灵敏度较高,适宜检测很 低速的流量,这使得它适用于空气流动的测量和导风管内流量的测量。 (3)孔板 孔板是基于管线或通风管两端的压力差进行检测的, 也就是流体通过一个节 流孔而产生节流作用,从而达到测量压力差的目的。 (4)文丘里流量计 除了在管线或通风导管中部逐渐缩小形成一个狭窄小孔 ( 而不是突变的小 孔),并且,在下游的小孔又逐渐地扩大这点之外,文丘里流量计与孔板具有相 似的工作原理。 (5)涡轮流量计 涡轮流量计主要用于管道中的液体流量测量,但它易受磨损和卡塞,特别不 适用于污浊的流体的测量。 (6)旋涡流量计 旋涡流量计适用于液体测量并具有很高的精度, 其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垂直挡体而产生的,其频率是与流体 的流速成比例关系。 (7)电磁流量计 使用一个缠绕管线或输入一个交变电流,穿过流体建立一个电磁场。 (8)超声波流量计 超声波流量测量的原理是基于多普勒效应, 通过流体微粒中反射声波频率的 变化来测量流量。 4.湿度传感器

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(1)机械湿度计 这种湿度计是通过湿气的吸收和解吸改变原材料的体积来测量湿度, 这是一 种最早的湿度测量方法。 (2)干湿球湿度计 把蒸馏过的湿芯线缠绕在一个普通的温度传感器上, 可引起该温度传感器温 度(湿球温度)降低,其干、湿球温度差与相对湿度有一定的关系。 (3)电容式湿度变送器 电容式湿度变送器将空气相对湿度变换为 DC 0~10V 标准信号,这一输出 信号与空气相对湿度成线性关系,传送距离远,性能几乎不需要维护。 5.舒适传感器 6.室内空气质量传感器 7.室内占用传感器 (1)超声波运动传感器(US) 这种传感器利用多普勒效应,它用连续高频(超声)声波充满整个房间。 (2)红外运动传感器(IR) 通过感受运动红外热源,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开关作用。 (3)基于红外的人员计数器 区域的人员数目。 8.火灾探测传感器 (1)烟雾传感器 烟雾是一幢建筑内最重要的危险标志之一。 利用多普勒效应感受反射光,即可计算通过该

1)电离式烟雾传感器。 2)光电式烟雾传感器。 (2)感温式探测器 它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―早中期发现‖的探测器。 (3)感光式探测器 它利用检测火焰的红外光或紫外光进行火灾探测的,属

于―中期发现‖探测器,分红外火焰探测器和紫外火焰探测器,工程上常用作感烟 探测器或感温探测器的补充。 (4)复合式探测器 这是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,主要有感烟感温式探测器、感光感温式和感

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烟感光式几种类型。 (5)可燃气体探测器 它主要是对环境气体中的可燃性气体浓度进行检测,

经对比测定而发出火灾预警信号。 3.2 3.2.1 控制器 自动控制仪表的分类

1.按使用能源分类 (1)电动仪表 电动仪表是以电作为能源及传送信号的仪表,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。 (2)自力式自动控制仪表 这种仪表不需要辅加能源,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。 2.按结构形式分类 (1)基地式仪表 这种仪表以指示、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。 (2)单元式组合仪表 这种仪表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,单元之间统一的标准信号联系 (3)组装电子式调节仪表 这种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,它的基本组件是具有不同功能的功能模件。 3.2.2 模似控制器

1.自力式温度控制器

图 3-2 采暖散热器恒温调节阀 1—调节旋钮(给定值) 2—传感器 3—反力弹簧 4—阀心 5—阀座
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2.电气式模拟控制器 (1)电气式温度控制器

图 3-3 压力感温式温度控制器结构 1—感温包 2—微动开关 3—杠杆 4—偏心轮

(2)电气式压力控制器

图 3-4

波纹管式压力控制器

如图 3-4 所示,波纹管 5 承受被控介质的压力,其上产生的力作用在杠杆 4 的右 端,杠杆左端承受给定弹簧 1 的反力。

图 3-5

风机盘管温控器

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其传感器是由弹性材料制成的感温膜盒。 3.电子式模拟控制器 (1)断续输出的电子式模拟控制器 1)两位式电子模拟控制器。

图 3-6

两位式电子模拟控制器原理框图

图 3-7 两位式电子模拟控制器特性图 a)理想特性 b)实际特性

2)三位式电子控制器。

图 3-8

三位式电子模拟控制器原理框图

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图 3-9 三位式电子模拟控制器特性图 a)理想特性 b)实际特性

3)位式输出的补偿式控制器。

图 3-10

位式输出的补偿式控制器

图 3-11

室外温度补偿特性

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(2)连续输出的电子式控制器

连续输出的电子式控制器有比例 P、比例积

分 PI、比例积分微分 PID 等控制规律,输出信号为 DC 0~10mA、DC 4~20mA、 DC 0~10V 等。 1)连续输出电子控制器的组成。

图 3-12

连续式电子控制器组成框图

2)连续输出的补偿式控制器。 3)连续输出的串级控制器。

图 3-13

连续式串级控制器

4)焓值控制器。

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图 3-14

焓值控制器原理示意图

3.2.3

软件控制器

1.直接数字控制器(DDC) 1)DDC 系统具有如下的特点:①计算机运算速度快,能分时处理多个生产 过程(被控参数),代替几十台模拟控制器,实现多个单回路的 PID 控制。 2)DDC 系统由被控对象(生产过程)、检测变送器、执行器和工业计算机组成,图 3-15 是 DDC 系统的组成框图。

图 3-15 DDC 系统框图

①输入通道 A/D:把传感器或变送器送来的反映被控参数的模拟量(电阻、 电流、电压信号),转换为数字信号送往计算机。为了避免现场输入线路电磁干 扰和变送器交流噪声,用滤波网络对各输入信号分别滤波(见 DDC 控制器框图)。 ②采样器:在时序控制器作用下,以一定的速度按顺序把输入信号送入放大
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器,然后选择送到 A/D 转换器,变成数字信号送入计算机。 ③输出通道 D/A: 把经过计算机计算输出的数字信号转换成能控制执行器动 作的模拟信号 AO 或数字信号 DO。 ④显示报警:是直接数字控制器系统很容易实现的一个重要功能,它能对生 产过程的工况进行监控,以供操作人员监视。 2.计算机控制系统的基本控制算法 (1)PID 控制算法 按照偏差信号的比例 P(Proportional)、积分 I(Integral)和

微分 D(Derivative)进行控制的 PID 算法,以其形式简单、参数易于整定、便于操 作而成为目前控制工程领域应用最为广泛、 经验丰富、 技术成熟的基本控制算法。

图 3-16

模拟 PID 控制系统原理图

图 3-17

位置型 PID 控制系统原理图

图 3-18

增量型 PID 控制系统原理图

增量式 PID 控制算法与位置型 PID 控制算法相比,具有以下优点: 1)增量型 PID 控制算法的输出 Δu(k)仅取决于最近 3 次的 e(k)、 e(k-1)和 e(k-2) 的采样值,计算较为简便,所需的内存容量不大。
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2)由于微机输出增量,所以误动作影响较小,必要时可用逻辑判断的方法去 掉。 3)在手动/自动无扰动切换中,增量型 PID 控制算法要优于位置型 PID 控制 算法。 4)不产生积分失控, 所以能容易获得较好的调节效果, 一旦计算机发生故障, 则停止输出 Δu(k),阀位大小保持发生故障前的状态,对生产过程无影响。 (2)改进型 PID 控制算法 在计算机控制系统中,如果单纯用数字 PID 调节

器去模仿模拟调节器,不会获得更好的效果。 1)积分项的改进有如下方法: ①分离的 PID 控制算法。在 PID 控制中,积分的作用是为了消除残差,提 高控制性能指标。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时,此时系统有较 大的偏差,会造成 PID 运算的积分积累,使得系统输出的控制量超过执行机构 产生最大动作所对应的极限控制量,最终导致系统较大的超调、长时间波动,甚 至引起系统的振荡。 ②变速积分的 PID 控制算法。一般的 PID 控制中,积分系数 KI 是常数,所 以,在整个控制过程中,积分增量保持不变。而系统对积分项的要求则是,偏差 大时,积分作用减弱;偏差小时,积分作用增强。否则,会因为积分系数 KI 的 数值取大了,导致系统产生超调,甚至积分饱和;反之,积分系数 KI 的数值取 小了,造成了系统消除残差过程的延长。 2) 微分项的改进方法如下: ①微分先行的 PID 控制算法。 为了避免给定值的改变, 给系统带来的影响(如 超调量过大、系统振荡等)。可采用微分先行的 PID 控制技术。它只对被控变量 y(t)进行微分,而不对偏差微分,即对给定值无微分作用,消除了给定值频繁升 降给系统造成的冲击。 ②不完全微分 PID 控制算法。普通的 PID 控制算式,对具有高频扰动的生 产过程,微分作用响应过于灵敏,容易引起控制过程振荡,降低调节品质。尤其 是计算机对每个控制回路输出时间是短暂的,而驱动执行器动作又需要一定时 间, 如果输出较大, 在短暂时间内执行器达不到应有的相应开度, 会使输出失真。

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为了克服这一缺点, 同时又要微分作用有效, 可以在 PID 控制输出串入一阶惯性 环节,这就组成了不完全微分 PID 调节器。 3.可编程控制器(PLC)

图 3-20 PLC 的基本组成

4.现场控制单元的软件结构

图 3-21

现场控制单元软件执行顺序

图 3-22

现场控制单元软件结构

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第七讲
第 3 章 3.3-3.4 教学目的 及要求 教学难点 重点及措施 授课方法 作业 思考题 师生互动 授课学时 2 目的:了解执行器的特性,即执行器的输出与输入的关系,正确选取执行 器有利于改善自动控制的调节精度。 要求:掌握调节阀选取。 重点:常用执行器的技术特点、调节阀的选择。 难点:调节阀的选择。 措施:突出重点,重点讲解。 讲授 (现代化) 教学手段 多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

P64 5-6 思考题:阀门的不同流量特性对调节效果有什么影响? 讨论电动阀门选择的方法。

3.3 3.3.1

执行器 膨胀阀

1.热力膨胀阀

图 3-23 内平衡式热力膨胀阀工作原理 1—蒸发器 2—感温包 3—毛细管 4—膨胀阀 5—波纹膜片 6—推杆 7—调节弹簧 8—调节螺钉

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图 3-24 内平衡式热力膨胀阀的结构 1—阀体 2—传动杆 3—螺母 4—阀座 5—阀针 6—调节弹簧 7—调节杆座 8—填料 9—帽盖 10—调节杆 11—填料压盖 12—感温包 13—过滤网 14—螺母 15—毛细管 16—感应薄膜 17—气箱盖

图 3-25 热力膨胀阀和制冷系统能量特性曲线 1—热力膨胀阀能量曲线 2—制冷系统能量曲线

2.电子膨胀阀

图 3-26 电动式电子膨胀阀的组成 1—电动机转子 2—电动机定子 3—螺旋 4—轴 5—针阀 6—节流孔

3.3.2

电磁阀

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图 3-27 直动式电磁阀 1—线圈 2—柱塞阀心 3—弹簧 4—圆盘 5—接线盒 6—外壳

图 3-28 导压式电磁阀 1—线圈 2—柱塞阀心 3—罩子 4—导阀 5—主阀室 6—主阀 7—手动开闭棒 8—盖 9—平衡孔

图 3-29 油用三通电磁阀 1—连接片 2—阀体 3—接管 4—铁心 5—罩壳 6—电磁线圈

3.3.3

电动调节阀

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图 3-30 电动调节阀结构图 1—执行机构 2—调节机构

1.电动执行机构 2.调节阀

图 3-31 直通双座阀

图 3-32

直通单座阀

图 3-33 三通阀 a)合流阀 b)分流阀

3.3.4

电动调节风门

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图 3-34 单叶型风门结构示意图 a)蝶式风门 b)菱形风门

图 3-35 多叶形风门结构示意图 a)平行叶片风门 b)对开叶片风门 c)菱形风门

3.3.5

阀门定位器

图 3-36

电动阀门定位器的工作原理示意图

3.3.6

变频器及晶闸管调功器

1.变频器

图 3-37

变频器控制回路框图

2.晶闸管调功器

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图 3-38 调功器过零触发的 连续输出电压波形示意图

3.4 3.4.1

调节阀的选择与计算 调节阀的流量特性

1.理想流量特性

图 3-39 阀芯形状 1-直线特性阀芯(柱塞) 2-等百分比特性阀芯(柱塞) 3-快开特性阀芯(柱塞) 4-抛物线特性阀芯(柱塞) 5-等百分比特性阀芯(开口型) 6-直线特性阀芯(开口型)

(1)直线流量特性

直线流量特性是指调节阀的相对流量与相对开度成直线

关系,即单位行程变化所引起的流量变化是常数。 (2)等百分比(对数)流量特性 等百分比流量特性指单位相对行程变化所引

起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系, 即调节阀的放大系数随相对流 量的增加而增大。 (3)抛物线流量特性

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(4)快开曲线

调节阀在开度较小时就有较大流量,随开度的增大,流量很快

就达到最大,故称为快开特性,如图 3-40 曲线 4 所示。

图 3-40

直通调节阀理想流量特性

2.工作流量特性

图 3-41 三通调节阀的理想流量特性 1- 直线流量特性 2-等百分比流量特 性 3-抛物线流量特性

图 3-42 串联管道可调比特性 a)管道串联 b)压降特性 S –阀门能力 R-调节阀的实际可调比

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图 3-43 串联管道时直通调节阀工作流量特性(以 为参比值) a)直线流量特性 b)等百分比流量特性

3.4.2

调节阀的流通能力

是衡量阀门流量控制能力的另一个重要的物理量。 定义:阀两端压差为 105Pa、流体密度为 ? ? 1g / cm 时,调节阀全开时的
2

流量( m / h ) 。 3.4.3 调节阀的选择

3

1.流量特性选择

图 3-44 改变阀的放大系数使 系统总的放大系数不变 1—对象 2—调节阀 3—合成

1) 管道系统压降变化情况来选择,见表 3-1。
表 3-1 根据管道系统压降选择调节阀特性 配管状态 S=1~0.6 S=0.6~0.3 S<0.3

实际工作流量特性 直线 等百分比 直线 所选流量特性

等百分比 调节不适宜

直线 等百分比 等百分比 等百分比

2)根据负荷变化情况来选择。

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2.调节阀结构形式的选择 3.调节阀开闭形式的选择 4.阀门工作范围的选择 (1)介质种类 在建筑环境与设备工程中,调节阀通常用于水和蒸气,这些

介质本身对阀件无特殊的要求,因而一般通用材料制作的阀件都是可用的。 (2)工作压力和温度 工作压力和温度也和阀的材质有关,使用时实际工作

压力和温度应不超过厂家生产样本中额定的工作压力和温度值。 5.调节阀口径的计算
表 3-2 阀门直径/mm 流通能力 C/(/h) 双座阀 25 25 8 250 250 32 32 12 16 300 300 40 40 20 25 50 50 32 40 65 65 56 63 80 80 80 100 125 150 200 100 125 150 200 120 200 280 450 调节阀流通能力与其尺寸的关系 3/4 2 4 5 6 7 8 10 12 20 15 20

单座阀 0.08 0.12 0.20 0.32 0.50 0.80 1.2 2.0 3.2 5.0

公称直径/mm 阀门直径/mm 流通能力 C/(/h) 单座阀

双座阀 10

100 160 250 400 630

公称直径/mm 阀门直径/mm 流通能力 C/(/h) 单座阀

双座阀 1000 1600

3.4.4

调节风阀的选择

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1.风阀的流量特性 (1)固有特性 (2)风阀的工作特性 风阀的工作特性又称为安装特性, 其与调节水阀一样,与串接元件有关, 串接元件(如风管、风口)的阻力使风阀 压降随着风阀叶片开度变化而改变,故 而风阀的工作特性与基于恒定的风阀 压降的阀的固有特性是不同的。

图 3-45 多叶调节风阀流量特性 a)平行多叶阀特性 b)对开多叶阀特性

2.风阀的性能 (1)漏风量 态的泄漏量。 (2)额定温度 境温度。 (3)额定压力 最大允许静压差。 (4)额定风速 调节风阀的额定风速是指风阀处于全开状态时,气流进入风 调节风阀的额定压力是指在叶片关闭时,作用在风阀前后的 调节风阀的最大运行温度是指风阀能完成正常功能的最高环 调节风阀的漏风量是指风阀在承受静压的条件下,风阀全关状

阀时的最大速度,也称为最大流入速度。 (5)力矩要求 3.风阀执行器 风阀正常开关运行的力矩需求直接影响到执行器的选择。

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第 4 章 空气处理设备的控制
教学目的:通过本章学习,针对风机盘管、新风机组、空气处理机组等典型空气 处理设备,了解其基本控制环节与方法。 教学重点:掌握新风机组监控系统,定风量、变风量空调自动控制系统的工作原 理。 教学难点:掌握新风机组监控系统,变风量空调自动控制系统的工作原理。

第八讲
第 4 章 4.1-4.3 教学目的 及要求 教学难点 及重点及措施 授课学时 2

目的:了解新风机组监控系统的工作原理,风机盘管的控制过程。 要求:掌握新风机组监控系统的工作原理。 重点:掌握新风机组监控系统的工作原理。 难点:新风机组监控系统的工作原理。 措施:突出重点,图例讲解。

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P98 1 思考题:新风机组的监控内容。 新风机组的控制策略。

4.1 4.1.1

概述 集中空调系统的特点

1.多干扰性 (1)热干扰 1)通过窗户进入的太阳辐射热是时间的函数,将会受到天气阴、晴变化的影 响。 2)室外空气温度通过围护结构对室温产生影响。 3)通过门、窗、建筑缝隙侵入的室外空气对室温产生影响;为了换气 (或保 持室内一定正压)所采用的新风,其温度变化对室温有直接影响。 4)由于室内人员的变动,照明、机电设备的开停所产生的余热变化,也直接 影响室温。

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5)电加热器(空气加热器)电源电压的波动、热水加热器热水压力与温度的波 动、蒸气压力的波动等,都将影响室温。 (2)湿干扰 1)露点恒湿空调系统在运行过程中,可能会由于进入水冷式表面冷却器内的 冷水温度变化、压力变化或者两者同时变化,直接蒸发式表面冷却器内蒸发压力 的变化,喷水室的喷水温度与压力的波动,一次混合后空气温度的变化等因素而 使空调系统的机器露点温度发生变化,从而干扰了系统的机器露点,也就影响到 空调房间内所要求的空气湿度参数。 2)室内散湿量的波动及新风含湿量的变化等都将影响室内湿度的变化。 2.温、湿度相关性 3.多工况 4.1.2 集中空调自动控制系统的特点

1.多工况相互转换方式的控制 2.整体的控制性 3.跨行业、跨系统集成 1)集中空调自动控制系统与消防系统的集成。 2)集中空调自动控制系统与安保系统的集成。 3)集中空调自动控制系统与门禁系统的集成。 4)集中空调自动控制系统甚至跨行业与机场航显系统集成。 4.随着集中空调系统的发展需求而发展 1)窗际热环境的控制策略。 2)信息化的新风控制策略,如根据人数和人员密度分布的新风控制,该方法 在日本新建的大型体育建筑中已被采用。 3)超距离系统监控,如利用手机界面的自动控制等。 5.随着自动控制系统的发展进程而发展 1)现场总线技术的发展。 2)智能型传感器与执行器的发展。 3)无线技术的发展。 4)随着自动控制技术与通信技术的日益融合而发展。

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4.1.3

集中空调自动控制系统

1.集中空调自动控制系统的设计 (1)集中空调自动控制系统的设计原则 的空调自动控制系统。 (2)集中空调设计方法与流程 集中空调设计方法与流程如图 4-1 所示。 ①根据空调系统的用途来设计相应

图 4-1 一般集中空调系统设计方法及流程

2.集中空调自动控制系统的基本内容 1)空调房间的温度、湿度、静压的检测与调节。 2)新风干、湿球温度的检测与报警。 3)一、二次混合风的检测、调节与报警。 4)回风温度、湿度的检测与控制(空调机组)。 5)送风温度、湿度的检测与控制(新风机组)。 6)表面冷却器后空气温度及湿度的检测与控制。 7)喷水室露点温度的检测与调节。 8)喷水室或表面冷却器供水泵出口水温、水压的检测。 9)喷水室或表面冷却器进口冷水温度的检测。 10)空调系统运行工况的自动转换控制。 11)空调、制冷设备工作的自动联锁与保护。 12)喷水室或表面式冷却器用冷水泵转速的自动控制。

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13)空气过滤器进、出口静压差的检测与报警。 14)变风量空调系统送风管路静压检测及风机风量的检测、联锁控制;送、 回风机风量的平衡自动控制。 15)冷源系统中有关温度、压力和流量参数的检测、控制、信号报警、联锁 保护等。 16)热源系统中有关温度、压力和流量参数的检测、控制、信号报警、联锁 保护等。 17)设备的运行台数控制。 18)与火灾报警和消防联动控制系统的联系。 3.集中空调自动控制系统的分类 1)模拟仪表自动控制系统。 2)直接数字控制系统。 4.集散型能量管理系统 1)直接数字控制(DDC)。 2)功率需求控制。 3)设备间歇运行。 4)焓差控制。 5)设定值的再设定控制。 6)夜晚循环。 7)夜风净化。 8)最佳起动。 9)最佳停机。 10)零能量区间。 11)特别时间计划。 12)运行时间监视。 13)时间、事件程序。 4.2 4.2.1 新风机组监控系统 送风温度控制

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图 4-2

新风机组模拟仪表自动控制系统原理

图 4-3

新风机组 DDC 系统流程图

(1)监测功能 1)风机的状态显示、故障报警。 2)测量风机出口空气温湿度参数,以了解机组是否将新风处理到要求的状 态。 3)测量新风过滤器两侧压差,以了解过滤器是否需要更换。 4)检查新风阀状况,以确定其是否打开。 (2)控制功能 1)根据要求起/停风机。 2)自动控制空气-水换热器水侧调节阀,以使风机出口空气温度达到设定值。 3)自动控制蒸汽加湿器调节阀,使冬季风机出口空气相对湿度达到设定值。 4)利用 AO 信号控制新风电动风阀,也可以用 DO 信号控制新风电动风阀。 (3)联锁及保护功能 1)在冬季,当某种原因造成热水温度降低或热水停止供应时,为了防止机组 内温度过低,冻裂空气-水换热器,应由防冻开关 TS 发出信号通过 DDC 系统自
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动停止风机,同时关闭新风阀门。 2)风机停机,风阀、电动调节阀同时关闭;风机起动,电动风阀、电动调节 阀同时打开。 (4)集中管理功能 1)显示新风机组起/停状况,送风温、湿度,风阀、水阀状态。 2)通过中央控制管理机起/停新风机组,修改送风参数的设定值。 3)当过滤器两侧的压差过大、冬季热水中断、风机电动机过载或其他原因停 机时,还可以通过中央控制管理机管理报警。 4)自动/远动控制。 4.2.2 4.2.3 4.2.4 室内温度控制 送风温度与室内温度的联合控制

CO2 浓度控制

图 4-4

CO2 浓度控制器控制新风量

4.2.5

根据焓值控制新风量

1)焓值控制器实质上是焓比较器。 2)焓值控制器与阀门定位器配合,用一个控制器控制三个风门,实现分程控 制。 3)温、湿度传感器可以直接采用焓值传感器。 4)如果处于 B 区,Δh<0,新风阀处于最大开度,室温仍高于给定值,系统 处于失调状态。 5)热水阀与冷水阀开度由室内温度控制器控制。 4.3 4.3.1 4.3.2 风机盘管 风机转速控制 室温控制
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图 4-5 风机盘管控制系统图 a)两管制 b)四管制

(1)温控器手动转换

在各个温控器上设置冬/夏季手动转换开关,使得夏季

时供冷运行,冬季时供热运行。 (2)统一区域手动转换 对于同一朝向或相同使用功能的风机盘管,如果管

理水平较高,也可以把转换开关统一设置,集中进行冬/夏季工况的转换,这样 各温控器上可取消供人工操作使用的转换开关。 (3)自动转换 如果使用要求较高,而又无法做到统一转换,则可在温控器

上设置自动冬、夏季转换开关。

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第九讲
第 4 章 4.4 教学目的 及要求 教学难点 及重点及措施 授课学时 2

目的:了解并掌握空调机组自动控制系统的工作原理。 要求:能分析闭环控制系统的工作原理及特点。 重点:掌握定风量、变风量空调自动控制系统的工作原理。 难点:掌握定风量、变风量空调自动控制系统的工作原理。 措施:突出重点,重点讲解。

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P98 2 思考题:讨论空气处理机组的基本控制功能。 实际工程中回风机的可行的方法。

4.4 空调机组自动控制系统 4.4.1 定风量空调自动控制系统 1.变露点自动控制系统

图 4-6 露点送风夏季工况 在 h-d 图上的表示

图 4-7

变露点空调机组模拟仪表控制原理图
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1)为了测量房间温、湿度,可以在房间代表点设置温、湿度传感器,也可以 在回风管道内设置温、湿度传感器,用以测量房间内的平均温、湿度。 2)由于室内的热、湿负荷并不是恒定值,露点值随室内余热余湿的变化而变 化,故该系统称之为变露点温度控制系统。

图 4-8 定风量空调系统的 DDC 监控图 表 4-1 代号 用途 A、B、C 电动调节阀 DDC 系统外部线路表 数量 代号 用途 4 J、P 工作状态 K、Q 故障状态信号 数量/台 2 2

D、U、W 新风、回风、送风湿度 4 E、V、X 新风、回风、送风温度 2 F G H I、O 过滤器堵塞信号 防冻开关信号 电动调节阀 风机起停控制信号 2 2 4 2

L、R 手/自动转换信号 2 M、S 风机压差检测信号 2 N T 电动蒸汽阀 C 浓度 4 4

(1)检测内容 (2)自动控制内容 定风量系统的自动控制内容主要有空调回风温度自动控

制,空调回风湿度自动控制及新风阀、回风阀及排风阀的比例控制。 1)空调回风温度自动控制系统。

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图 4-9 新风补偿实例 KW—冬季补偿比 KS—夏季补偿比

2)回风湿度自动控制系统。 3)新风电动阀、回风电动阀及排风电动阀的比例控制。 (3)联锁控制 1)空调机组起动顺序控制。 2)空调机组停机顺序控制。 3)火灾停机。 2.定露点自动控制系统 (1)空气处理过程及控制点的选择 定露点自动控制系统由一个集中式空气

处理系统给两个空气区(a 区和 b 区)送风, 而且 a 区和 b 区室内热负荷差别较大, 需增设再热盘管(或电加热器)加热,分别调节 a、b 两区的温度。

图 4-10 空气处理过程 冬季 夏季 1′—室内空气状态 1—室内空气状态 2′—室外空气状态 2—室外空气状态 2″—一次加热后状态 3—混合点 3′—混合点 4—露点 4′—露点 5—送风状态
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5′—送风状态

(2)控制原理图

由上述空气处理过程的分析可知,控制系统中有四个控制

点,分设在四个地方:室内温度控制点两个(分别设在 a 区和 b 区),送风温度控 制点(设在二次加热器 SR2 后面的总风管内)和―露点‖温度控制点(设在淋水室出 风口挡水板后面)。

图 4-11

定露点自动控制原理图

1)露点温度控制系统。 2)送风温度控制系统。 3)室温控制系统。 3.根据焓值控制新风量

图 4-12

利用焓差控制新风量

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图 4-13

焓值自动控制原理图

图 4-14

焓控制器输出与阀位的关系

图 4-15

焓值自动控制系统框图

4.4.2 变风量空调自动控制系统

图 4-16

单风道变风量/系统示意图空调自动控制

1.变风量末端装置控制功能 1)测量控制区域温度,通过末端温度控制器设定末端送风量值。

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2)测量送风量,通过末端风量控制器控制末端送风阀门开度。 3)控制加热装置的三通阀或控制加热器的加热量。 4)控制末端风机起停(并联型末端)。 5)再设空调机组送风参数(送风温度、送风量或者送风静压值)。 6)上传数据到中央控制管理计算机系统或从中央控制管理计算机系统下载 控制设定参数。 2.变风量末端装置 1)按照是否补偿系统送风压力变化分类,有压力相关型(Pressure Dependent) 和压力无关型(Pressure Independent)。 2)按有无风机分类,有基本型和风机动力型(FPB-fan Powered Box),FPB 又 分为串联风机型和并联风机型两种。 3)按单、双风道分类,有单风道型和双风道型。 (1)单风道基本型变风量末端装置 置。 图 4-17 为单风道基本型变风量末端装

图 4-17 单风道基本型变风量末端装置

图 4-18 单风道基本型变风量末端装置 a)控制原理示意图 b)控制特性

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图 4-19 变风量末端装置串级控制框图

(2)风机动力型变风量末端装置 风量末端装置中加设风机的产物。 1)串联型。

风机动力型变风量末端装置是在基本型变

图 4-20 串联式风机动力型变风量末端装置 a)控制原理示意图 b)控制特性(带再加热)

2)并联型。

图 4-21 并联式风机动力型变风量末端装置 a)控制原理示意图 b)控制特性(带再加热)

1)由于各房间风量变化,空调机的总风量将随之变化,如何控制送风机转速 使之与变化的风量相适应,以保证系统的静压满足系统要求,这是变风量空调系 统十分重要的控制环节。 2)如何调整回风机转速使之与变化了的风量相适应 ,从而不使各房间内压力
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出现大的变化。 3)如何确定空气处理室送风温、湿度的设定值。 4)如何调整新、回风阀,使各房间有足够的新风。 3.送风机的控制 (1)定静压变温(CPT,Constant Pressure Variable Temperature)法 静压法。 它也称为定

图 4-22 定静压变温度控制原理 TC—温度控制器 PC—静压控制器 INV—变频器 T—温度传感器 V—执行器

(2)变静压法(最小静压法) 变静压法是 20 世纪 90 年代后期开发并普及推广 的,控制原理如图 4-23 所示。

图 4-23

变静压控制原理图

1)变风量末端装置的风阀是全部处于中间状态 →系统静压过高(系统提供的 风量大于每个末端装置需要的风量)→调节并降低风机转速。 2)变风量末端装置的风阀全部处于全开状态,且风量传感器检测的实际风量 等于温控器设定值→系统静压适合。 3)变风量末端装置的风阀全部处于全开状态,且风量传感器检测的实际风量 低于温控器设定值→系统静压偏低→调节并提高风机转速。
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(3)总风量控制法

以一个典型的变风量控制系统为例,末端装置为压力无

关型(Pressure Independent),控制环节的控制线路如图 4-24 所示。

图 4-24

压力无关型变风量末端控制原理图

4.回风机的控制 1)同时测量总送风量和总回风量,调整回风机转速使总回风量略低于总送风 量,即可维持各房间稍有正压。 2)测量总送风量和总回风道接近回风机入口静压处静压,此静压与总风量的 二次方成正比,由测出的总送风量即可计算出回风机入口静压设定值,调整回风 机转速,使回风机入口静压达到该设定值,即可保证各房间内的静压。 5. 送风参数的确定 6.新风量的控制 1)空调处理室的现场控制机可得到各变风量末端装置风量实测值、风量设定 值、对应的房间温度和房间温度设定值,有些控制器还可得到阀位信息。 2)最适合的送风参数亦可由各变风量末端装置的风量设定值确定:当各变风 量末端装置的风量设定值都低于各自的最大风量,说明送风温差过大,应提高送 风温度(夏季)或降低送风温度(冬季),以减小送风温差。

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图 4-25

二管制变风量(VAV)DDC 系统控制原理图

表 4-2 VAV 的 DDC 系统外部线路表 代号 A、B、C 用途 电动调节阀 数量 代号 用途 4 J、S 工作状态 K、T 故障状态信号 数量 2 2

D、D1、F1 新风、回风、送风湿度 4 E、B1、G1 新风、回风、送风温度 2 F H G I、R 过滤器堵塞信号 防冻开关信号 电动调节阀 风机起停控制信号 2 2 4 2

L、U 手/自动转换信号 2 Z、A1 风机压差检测信号 2 Q E1 电动蒸汽阀 C 浓度 4 4

(1)检测内容

新风、回风、送风温度;CO2 浓度、风管静压、过滤器堵塞

信号、防冻信号和变频器频率;风机和变频器的工作、故障状态;风机起停、手 /自动状态。 (2)控制原理及方法 1)变风量末端设备控制。 2)送风机的控制。 3)根据 CO2 浓度,调节新风和回风的混合比例。 4)按照排定的工作程序表,DDC 系统按时起停机组。 (3)联锁及保护 风机起停;风阀、电动调节阀联动开闭;风机运行后,其

两侧压差低于设定值时,故障报警并停机;过滤器两侧之压差过高而超过设定值 时,自动报警;盘管出口处设置的防冻开关,在温度低于设定值时,报警并开大 热水阀。

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第 5 章 集中空调冷热源与空调水系统的监控
教学目的:集中空调冷热源系统一般以制冷机、热泵、热水机组为主,冷热源系 统是系统的监控重点。通过本章学习,了解冷热源的检测与控制的内 容——制冷机、锅炉及各辅助系统的监测控制。 教学重点:掌握制冷机组的监控内容与监控方式、冷却水系统监控系统,制冷机 组控制策略。 教学难点:冷却水系统监控系统,制冷机组控制策略。 第十讲
第 5 章 5.1-5.2 教学目的 及要求 授课学时 2

目的:了解制冷机组和冷冻站的监控内容,掌握制冷机组和冷冻站的控制 原理。 要求:掌握制冷机组和冷冻站的控制原理。

教学难点 及重点及措施

重点:掌握制冷机组的监控内容与监控方式与冷却水系统监控系统。 难点:制冷机组的监控内容与监控方式与冷却水系统监控系统。 措施:突出重点,重点讲解

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P98 3 思考题:制冷系统哪些部位要进行自动保护? 制冷机组的现代监控手段与传统监控手段有什么不同

5.1 5.1.1

冷水机组的自动控制 冷水机组的监控内容与监控方式

1.监控内容 1)对制冷工艺参数(压力、温度、流量等)进行自动检测。 2)自动控制某些工艺参数,使之恒定或者按一定规律变化。 3)根据编制的工艺流程和规定的操作程序,对机器、设备执行一定的顺序控 制或程序控制。 4)实现自动保护,保证制冷设备的安全运行。 2.BAS 对冷水机组的监控方式 1)不与冷水机组的控制器通信, 而是在冷冻水、 冷却水管路安装水温传感器、 流量变送器,当计算机分析出需要开/关主机或改变出口水温设定值时,就以某
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种方式显示出来,通知值班人员进行相应的操作。 2)采用主机制造商提供的冷冻站管理系统。 3)设法使主机的控制单元与 BAS 通信。

图 5-1 通过通信变换接口实现异型机连接

图 5-2

由现场控制机实现异型机间通信

5.1.2

活塞式制冷机组的自动控制与安全保护

1.蒸发器和冷凝器的自动控制

图 5-3 空调用制冷装置温度自动控制示意图 1—电磁阀 2—热力膨胀阀 3—蒸发器 4—压缩机 5—分油器 6—水量调节阀 7—冷凝器

(1)蒸发器温度(或蒸发压力)的自动控制

空调负荷是经常变化的,因此要求

制冷装置的制冷量也要相应的变化,而制冷量的变化,就是循环的制冷剂流量的 变化,所以需要对蒸发器的供液量进行调节,实现对载冷剂即被冷却介质的温度 控制。

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(2)冷凝器温度的自动控制

冷凝压力偏高,压缩机排气温度会上升,压缩

比增大,制冷量减小,功耗增大,同时还容易导致设备产生事故。 1)水冷式冷凝器冷凝压力的控制。 2)风冷式冷凝器冷凝压力控制。 2.活塞式制冷压缩机的能量调节 (1)压缩机的双位控制 对压缩机进行起、停控制的双位控制方法是最简单

的控制方法,适用于小型压缩机。 (2)压缩机的分级控制 在多台压缩机或用多缸压缩机的制冷系统中,可控

制压缩机的运行台数或气缸数进行能量控制。 (3)旁通能量调节 一种能量调节方式。 (4)压缩机变速能量调节 压缩机制冷量及消耗功率与转速成比例。 旁通能量调节是将制冷系统高压侧气体旁通到低压侧的

3.活塞式制冷压缩机的安全保护 (1)排气与吸气压力自动保护 力过高。 制冷装置在运行过程中,有时会出现排气压

图 5-4 活塞式制冷装置自动保护系统 1—压缩机 2—蒸发器 3—冷凝器 4—膨胀阀 5—高低压控制器 6—油压控制器 7—温度控制器 8—水流控制器 9—吸气压力调节阀 10—电磁阀 11—排气温度传感器

(2)润滑油的自动保护 热。

在制冷压缩机运转过程中,它的运动部件会摩擦发

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(3)断水保护

在制冷装置运行过程中,有时会由于水泵发生故障或其他方

面的原因而造成断水,这对水冷式压缩机和水冷式冷凝器,在高压控制器保护失 灵的情况下,将会造成严重的事故。 (4)冷冻水防冻自动保护 在制冷装置运行中,蒸发器中冷冻水温度过低,

容易发生冻结, 影响压缩机的正常运行, 因此设置了冷冻水防冻结自动保护系统。 (5)油温保护 油温过高也可能使摩擦部件如轴瓦等遭到破坏。 保护电动机安全运转的有过电流继电器、热保护器和保护

(6)电动机保护

电动绕组温度过高时用的热敏电阻等, 这些保护装置和元件的选择使用可根据电 动机技术要求进行。 (7)排气温度保护 压缩机排气温度过高会使润滑条件恶化,润滑油碳化,

影响压缩机寿命, 因此在压缩机排气腔内或排气管上设置温度继电器或温度传感 器,当压缩机排气温度过高时,指令压缩机停机,当温度降低后,再恢复压缩机 的运行。 4.计算机顺序控制 (1)制冷流程控制模式 在刚开机进入制冷模式,水温大于设定温度时,计

算机检测系统会将低压压力控制器短接 2min,防止压缩机刚起动时吸气压力瞬 间低压,低于设定值而引起机组保护。

图 5-5

制冷流程控制模式

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(2)制热流程控制模式

在机组处于停机的情况下,计算机控制系统自动检

测水温,水温小于 2℃时,为防止管路系统冻结,使水泵工作水系统处于循环状 态,当水温小于 1℃,压缩机制热运行,使水温升到 8℃,机组进入停机状态。 5.1.3 螺杆式制冷压缩机能量调节与安全保护系统 1.能量调节系统 1)根据冷水出口温度调节滑阀。

图 5-8

螺杆式压缩机能量调节原理

2)根据冷水进水温度来调节滑阀。 2.安全保护系统 (1)蒸发器冷冻水进、出水温度控制 通过温度传感器检测蒸发器冷冻水进、

出水温度,送入计算机监控系统并与设定值比较,按一定的控制规律控制压缩机 的冷量大小。 (2)冷凝器冷却水进出水温度控制 通过温度传感器检测冷凝器冷却水进、

出水温度,当温度降低时,计算机控制系统发出指令,使水流调节阀调整水的流 量,使水温和冷凝压力保持基本不变。 (3)蒸发器蒸发温度控制 通过温度传感器检测蒸发器制冷剂的蒸发温度,

当温度过低时会实施冷量优先控制,当低于设定极限时,会使蒸发器冻结,此时 机组将进行停机保护。 (4)冷凝器冷凝温度控制 通过温度传感器检测冷凝温度,当冷凝温度过高

时,实施冷量优先控制,超过一定值时实现压缩机停机保护。 (5)压缩机排气温度控制 通过温度传感器检测压缩机的排气温度,当压缩

机的排气温度过高时,表明冷凝压力高于设定值,进行压缩机停机保护。 (6)油压压差控制 使用油压压差控制器检测压缩机吸气压力和油压,使压

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差在规定的范围内,当压缩机油压过高或过低时,会引起压缩机润滑不良。 (7)高压压力 (排气压力 )控制 使用高压压力开关,当排气压力超过设定值

时,压力开关断开,实现压缩机停机保护。 (8)低压压力 (吸气压力 )控制 使用低压压力开关,当吸气压力低于设定值

时,压力开关断开,实现压缩机停机保护。 (9)冷水流量控制 流。 3.计算机控制系统 (1)程序控制系统 为使机组安全、可靠、正常地运行,螺杆式压缩机组的 使用流量开关或压差开关连同水泵联锁来感应系统的水

计算机控制系统根据自身的特点,建立了机组的开机、停机与再循环程序。 1)开机程序控制。 ①按下机组控制箱上的自动(AUTO)按钮。此时,计算机控制系统将接通指 令接点来起动冷冻水泵,检查重置程序并测试所有输入点,包括冷冻水流闭锁点 输入,检查电子膨胀阀动作情况以测定其电子部分及机械部分是否完好。如果这 时发现故障,清晰语言显示器将会显示诊断结果。如果没有发现任何故障,起动 前的检测程序就会完成,并且将会显示机组操作的模式。 ②计算机控制系统将会开始监测冷冻水出水温度, 如果此温度高于设定温度 加上起动温差,程序跳入执行机组起动。首先,起动冷却水泵,并且激励卸载接 点的线圈,关闭油槽内的油加热器并且打开油路中的主电磁阀。接着,计算机控 制系统将会验证冷却水水流是否建立,并且继续建立冷冻水流。在此过程中,不 同的操作模式和时间所留信息,将会显示当前的起动状态。 ③计算机控制系统进入压缩机的起动程序。如果配备的起动器是-△起动形 式的,并且计算机控制系统的目录项目内有接触测试一项,将在规定的计时范围 内激励构成-△的接触器,以测试其接点的接触性能。否则,计算机控制系统将 执行接触器的起动程序。对于-△起动,起动接触器将被激励并在计算机控制系 统目录项目规定的时间迟延后闭合, 转换动作, 以提供给电动机绕组一个全电压, 并且此时压缩机加速至全速。 ④压缩机起动后,计算机控制系统根据冷冻水出水温度来调节滑阀。同时, 计算机控制系统将会计算出压缩机出口过热度以持续保持一个准确的数值。 根据

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冷冻水温度在蒸发器内的温度降,调节电子膨胀阀,使水温符合要求。 2)停机程序控制。 (2)计算机控制系统 计算机控制系统主要由 CPU、存储器、显示屏、A/D

及 D/A 转换、温度传感器、压力传感器、继电器等部件组成。 (3)机组的群控与远程通信 冷水机组的计算机控制屏通过 RS-485 接口,把

信息传送到冷水机的通信接口,多个通信接口的 RS-485 串联连接,把信息送到 中心控制器。 5.1.4 离心式制冷压缩机能量调节与安全保护系统

1.离心式制冷机组能量自动控制 (1)进口导叶调节 来调节制冷量。 进口导叶调节是指通过调节压缩机可调导叶的开度大小

图 5-9 单级离心式制冷压缩机示意图 1—电动机 2—增速齿轮 3—主动齿轮 4—叶轮 5—导叶调节阀

图 5-10

进口导叶开启的自动调节控制流程

(2)变转速调节。 (3)进气节流调节。
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2.离心式制冷压缩机的安全保护 (1) 压力保护 离心式制冷压缩机的压力保护主要有润滑油油压差过低保

护、高压保护和冷媒回收装置小压缩机出口压力过高保护。 (2)温度保护 离心式制冷压缩机的温度保护主要有轴承温度过高保护、蒸

发温度过低保护等。 (3)其他保护 护。 5.1.5 直燃式冷热水机组的能量调节与安全保护系统 离心式制冷压缩机的其他保护主要有电动机保护和防喘振保

1.直燃式冷热水机组能量自动控制

图 5-11 直燃型机组制冷量自动控制原理 1—燃烧器风机 2—空气量控制 3—燃烧器控制 4—燃烧器 5—高压发生器 6—调节电动机 7—计算机控制系统 8、10—温度传感器 9、11—冷/热水出口连接管

1)设置两只以上的喷嘴,根据外界负荷变更喷嘴数量,进行分级调节。 2)利用调节机构来改变进入喷嘴的燃料量。 2.溶液循环量调节 (1)发生器液位控制 通过安装在高压发生器中的电极式液位计检测溶液液

位的变化,通过溶液调节间或变频器控制溶液泵转速来实现对溶液循环量的控 制,使低液位时溶液循环量增大,高液位时溶液的循环量减少或溶液泵停止。 (2)稀溶液循环量控制 通过安装在蒸发器冷水管道上的温度传感器,检测

蒸发器冷水温度,调节进入蒸发器的溶液循环量,使机组的输出负荷发生改变, 保持冷水温度在设定的范围内,送往发生器的稀溶液循环量共有 4 种控制方法,
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下面结合蒸汽型溴化锂吸收式机组讨论循环量控制方法。 1)二通阀控制:一般与加热蒸汽量控制组合使用,放气范围基本保持不变。 2)三通阀控制:不必与加热蒸汽量控制组合使用,与二通阀一样具有热力系 数高、蒸汽单耗小等优点。 3)变频器控制:采用变频器改变溶液泵的转速,来控制输送到高压发生器的 液体流量。 3.直燃式冷热水机组的保护装置 1)安全点火装置。 2)燃料压力保护装置。 3)熄火安全装置。 4)排气高温继电器。 5)空气压力开关。 6)燃烧器风扇过电流保护装置。 4.计算机监控系统 5.2 5.2.1 冷冻站系统的监测与控制 冷冻站的监控内容

1)监测冷冻水供水温度,冷媒水一次回水、二次回水温度,以了解冷媒水的 工作温度是否在合理的范围之内。 2)监测冷媒水一次供、回水压力。 3)监测冷媒水供水流量,与冷冻水供、回水温差相结合,可计算出冷量,以 此作为能源消耗计量的依据。 4)监测冷却水供、回水温度,以了解冷却水的工作温度是否在合理的范围之 内。 5)监测冷媒水一级循环泵、冷冻水二级循环泵、冷却水循环泵及冷却塔风机 的运行和故障状态。 6)补水泵的运行和故障状态。 7)监测补水箱的高液位、低液位和溢流液位,在水箱液位高于高液位和低于 低液位时,起动报警。 8)监测膨胀水箱的高液位、 低液位, 在水箱液位高于高液位和低于低液位时,

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关闭或起动补水泵。 9)设备之间的联锁保护。 10)群控功能:① 一级泵系统。 ②二级泵系统。 5.2.2 机电设备的顺序控制

图 5-17

冷水机组与辅助设备的联锁示意图

图 5-18

单台冷水机组顺序控制步聚

5.2.3

空调闭式冷媒水系统的监控

1.一级泵冷冻水系统的监控 (1)压差控制 当空调机组、风机盘管都采用电动两通阀的空调水系统时,

用户侧属变流量系统,冷源侧需要定流量运行。 (2)冷冻机的台数控制 对于多台机组,其控制方法主要有操作指导控制、

压差控制、恒定供回水压差的流量旁通控制法、回水温度控制与冷量控制。 1)操作指导控制。 2)压差旁通阀位置控制。 3)恒定供回水压差的流量旁通控制法。 4)回水温度控制。 5)冷量控制。

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图 5-22 冷量测量系统的组建方案 a)方案一 b)方案二 c)方案三 d)方案四

1)方案 1:在分水器与集水器之间连接压差旁通管,由分水器引出一条供水 管(如果冷站设在地下室,则到楼上再行分支)。 2)方案 2:方案 2 与方案 1 不同的是在集水器安装两根回水管,故需采用两 个回水流量变送器和两个回水温度传感器,按下式计算冷负荷 Q 3)方案 3:方案 3 的特点是压差旁通管连接在供、回水干管上。 4)方案 4:方案 4 的回水流量计和回水温度传感器安装错误,TE2、FT 测量 的是混水温度和混水流量,而不是用户的回水温度和回水流量。 5.2.3 二级泵冷媒水系统的监控

1.冷水机组台数控制 1)当 t3=t5,t2>t4 时,通过蒸发器的流量 qm0 大于用户侧流量 qm,由于冷 水机组的制冷量等于用户侧空调负荷,即 2)当 t3<t5,t2=t4 时,用户侧流量大于蒸发器侧流量,两者之比为 2.次级泵控制 (1)次级泵台数控制 采用这种方式时,次级泵全部为定速泵,同时还应对

压差进行控制,因此设有压差旁通电动阀。 1)压差控制。 2)流量控制。 (2)变速控制 变速控制是针对次级泵为全变速泵而设置的,其被控参数既

可是次级泵出口压力,又可是供、回水管的压差。
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(3)联合控制

联合控制是针对定-变速泵系统而设的,空调水系统采用一台

变速泵与多台定速泵组合,其被控参数既可是压差也可以是压力。 5.2.4 冷却水系统的监测控制

1)保证冷却塔风机、冷却水泵安全运行。 2)确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过。 3)根据室外气候情况及冷负荷,调整冷却水运行工况,使冷却水温度在要求 的设定温度范围内。 5.2.5 冷冻站监控系统

(1)监测内容 冷却水供、回温度;冷冻水、冷却水供回水管水流开关信号;冷冻水供、回 水压差信号及回水流量信号;冷水机组正常运行、故障及远程/本地转换状态; 冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机工作、故障及手/自动状态。 (2)联锁及保护 1)根据排定的工作程序表,DDC 按时起停机组。 2)通过 DDC 对各设备运行时间的积累,实现同组设备的均衡运行。 3)DDC 对冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机的起停控制时间应与冷水机组 的要求一致。 4)水泵起动后,水流开关检测水流状态,发生断水故障,自动停机。 5)设置时间延时和冷量控制上下限范围,防止机组频繁起动。 (3)控制 1)测量冷冻水系统供、回水温度及回水流量,计算空调实际冷负荷,根据冷 负荷确定冷水机组起停台数,以达到最佳节能效果。 2)根据冷却水回水温度, 决定冷却塔风机的运行台数, 自动起停冷却塔风机, 并通过控制其旁路电动调节阀的开度,调节流入冷却塔的水量。 3)测量冷水系统供、 回水总管之压差, 控制其旁通阀开度, 以维持压差平衡。 5.2.6 冷源侧变流量运行

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图 5-26

温差控制法原理图

1)温差控制法是指保持供水温度为 7℃,供回水温差 Δt 为 5℃。 2)压差控制法是指在供、回水总管间设压差控制器,在运行过程中不管负荷 如何变化,供、回水总管间压差保持不变,末端装置的流量完全由电动二通阀控 制。

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第十一讲
第 5 章 5.3-5.4 教学目的 及要求 授课学时 2

目的:了解锅炉监控的内容及锅炉的监控系统,了解冰蓄冷空调系统的运 行方式及制冷机组控制策略。 要求:掌握制冷机组的控制策略

教学难点 及重点及措施

重点:制冷机组控制策略。 难点:制冷机组控制策略。 措施:突出重点,重点讲解。

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P98 4 思考题:结合图 5-37,讨论制冷机优先的控制方法。 如何合理选择运行模式使蓄能空调系统节能?

5.3 5.3.1

锅炉的监控 锅炉监控内容简介 显示、记录锅炉的水位,热媒的温度、压力、流量,给水流

(1)自动检测

量,炉膛负压和排烟温度等运行参数。 (2)起动/停止和运行台数的控制 行起停控制。 (3)自动控制 当锅炉在运行过程中受到干扰的影响,其参数偏离工艺要求 按照预先编制的程序,对锅炉及其辅机进

的设定值时,自动化系统及时产生调节作用克服干扰的影响,使其参数重新回到 工艺要求的设定值,实现安全、经济运行的目的。 (4)自动保护 当锅炉及其辅助设备的运行工况发生异常或关键运行参数越

限时,立即发出声光报警信号;同时采取联锁保护措施进行处理,避免事故(如 损坏设备和危及人身安全)的发生或扩大。 1)蒸汽压力超压自动保护。 2)蒸汽超温自动保护。 3)低油压自动保护。 4)高、低油温自动保护。 5)低气压自动保护。 6)风压高、低自动保护。
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7)汽包水位高、低自动保护。 8)为了保证燃油与燃气锅炉的安全运行, 必须设置燃油/燃气压力上下限控制 及其越限声光报警装置、熄火自动保护装置和灭火自动保护装置。 9)电动机过载自动保护。 10)灭火自动保护。 5.3.2 锅炉燃烧的自动控制

1.燃油与燃气锅炉燃烧系统的监控

图 5-27

单闭环比值控制系统

图 5-28

燃气加热炉炉温控制系统原理图

图 5-29 燃油与燃气锅炉燃烧系统的 DDC 监控原理图 TT—温度变送器 PT—压力变送器 FT—流量变送器 LT—液位变送器 —电动调节阀
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2.燃煤锅炉燃烧系统的监控

图 5-30

燃煤锅炉燃烧系统的监控原理图

5.3.3

锅炉水位的自动控制

图 5-32

单数给水控制系统的监控原理图

图 5-33

双参数给水控制系统的监控原理图

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图 5-34

三参数给水控制系统的监控原理图

5.3.4

锅炉监控系统

1.锅炉运行参数的监测 1)锅炉出口、入口热水温度 TE201~TE204。 2)锅炉出口热水压力 PT201~PT204。 3)锅炉出口热水流量 FE201~FE204。 4)锅炉回水干管压力 PT205, 在 DDC 和 COS 显示, 并为补水泵提供控制信 号。 5)锅炉用电计量。 6)单台锅炉的热量计算。 7)水泵的状态显示及故障报警。 8)电锅炉的工作状态与故障报警。 2.锅炉的控制 (1)锅炉补水泵的自动控制 采用 PT205 压力变送器测量锅炉回水压力。 锅炉在冬季供暖时,根据分水器,集水器的

(2)锅炉供水系统的节能控制

供、回水及回水干管的流量测量值,实时计算空调房间所需热负荷,按实际热负 荷自动起停电锅炉和给水泵的台数。 3. 锅炉的联锁控制锅炉的安全保护 (1)起停顺序控制 炉一给水泵。 (2)锅炉的安全保护 当由于某种原因造成循环水泵停止或循环水量减小, 起动顺序控制:给水泵→电锅炉 ;停车顺序控制:电锅

以及锅炉内水温太高,出现汽化现象时,DDC 接受到水温超高的信号后,立即 进入事故处理程序: 恢复水的循环, 停止锅炉运行, 启动排空阀, 排出炉内蒸汽,
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降低炉内压力,防止事故发生,同时响铃报警,通知运行管理人员,必要时还可 通过手动补入冷水排除热水,进行锅炉降温。 5.4 5.4.1 蓄能空调系统的控制 冰蓄冷空调系统的运行方式

图 5-36 带有冰蓄冷的冷冻站盐水系统

1.直接供冷模式 1)若 80%≤Vmax≤90%,则水泵及冷冻机的水温设定值都应维持现状。 2)若 Vmax>90%,Δt1<Δtmin,且 t 供>t 供,min,则水温过高,应将冷冻 机出口温度设定值降低 0.25℃。 3)若 Vmax>90%,Δt1>Δtmax,则流量不足,应将水泵转速提高 5%。 4)若 Vmax<80%,Δt2>Δtmax,且 t 供<t 供,max,则水温过低,应将冷 冻机出口温度升高 0.25。 5)若 Vmax<80%,Δt2<Δtmin,则流量太大,应将水泵转速降低 5%。 2.蓄冷模式 3.同时蓄冷和供冷的模式 4.从贮冰罐取冷的模式 5.冷冻机和贮冰罐联合供冷的模式 5.4.2 冷水机组控制策略

1.冷水机组优先控制策略 2.限定需求控制策略 3.蓄冰设备优先控制策略
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4.定比例控制 5.预测控制 特点: 1)可以降低运行费用,但降低的额度取决于负荷预测的准确度。 2)尽可能地利用夜间低谷时间廉价电力制冰。 3)防止冰槽冷量过早耗尽,以至于出现下午峰期供冷不足的现象。 4)尽量缩短制冷机在峰期供冷时间。 5)尽量防止制冷机在峰期低负荷运行。 根据图 5-37,监测与控制内容: 1)自动检测室外温度和湿度,用于蓄冰优化控制。 2)监测换热器一次侧的供、回水温度,确定是否需要防冻保护。 3)监测蓄冰设备进出口温度。 4)监测蓄冰设备液位,根据蓄冰设备液位,计算蓄冷量。 5)监测制冷机进出口乙二醇温度。 6)根据工况转换要求,控制冷冻水泵、冷却水泵、制冷机、冷却塔的顺序起 停及相关阀门的顺序调节,并检测其运行状态。 7)检测乙二醇膨胀水箱和储水箱高、低液位,并根据乙二醇膨胀水箱液位自 动控制乙二醇补水泵的运行。 8)根据系统供、回水压力自动调节旁通阀的开度,以保证系统管网压力和流 量稳定。

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第 6 章 其他建筑设备的监测与控制
教学目的:通过本章学习,掌握建筑给排水监控系统、建筑供配电监控系统、照 明监控系统及电梯监控系统的基本组成与方法, 了解火灾自动报警系 统的基本组成以及主要设备的功能, 同时掌握火灾自动控制系统的报 警、检测以及控制原理。了解建筑安全防范各子系统的组成与原理。 教学重点:掌握建筑给排水监控系统,掌握火灾自动控制系统的报警、检测以及 控制原理。 教学难点:恒压供水系统监控,消防联动控制系统

第十二讲
第 6 章 6.1-6.2 教学目的 及要求 授课学时 2

目的:掌握建筑给排水监控系统、建筑供配电监控系统、照明监控系统及 电梯监控系统的基本组成与方法。 要求:掌握上述系统的工作原理及特点。

教学难点 及重点及措施

重点:掌握建筑给排水监控系统。 难点:恒压供水系统监控。 措施:突出重点,重点讲解。

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P98 5-6 思考题:照明控制的方式及实现方法。 电梯监控系统的功能及监控的内容。

6.1 6.1.1

建筑给排水监控 给水系统监控

1.给水系统监控功能 1)水箱液位显示及报警。 2)水泵起停控制。 3)水泵运行状态显示及过载报警。 4)水流、水压状态显示。 5)累计各设备运行时间,并据此制定各设备的检修保养计划,提示管理人员 定时维修。
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2.给排水设备中监控的物理量 (1)液位信号 行的重要参数。 1)控制液位。 2)报警液位。 3)指示液位。 4)液位信号。 (2)压力信号 给水系统的运行状态一般可由压力信号反映出来,压力过高 对供水系统来说,所有的水池、水箱中的液位是保证系统运

或过低均会影响给水系统的正常运行。 (3)压差信号 建筑给排水系统中有些部位的压力差往往标志着设备的运行

工况,必须及时了解,一旦超限时必须及时进行处理。 (4)流量信号 (5)温度信号 测量。 (6)运行状态信号 在给、排水系统中都设有水泵等运转设备,了解这些设 流量信号一般用于系统给、用水量的大小的观察和计量。 温度信号一般常用于热水系统和冷却水循环系统中对水温的

备的运行状态,是十分必要的。 3.建筑给水系统的监控 (1)重力高位水箱给水系统监控 现代建筑多为高层,城市供水管网的供水

压力往往不能满足整个建筑的供水要求,一般只能满足较低楼层的用水需要,而 对于较高的楼层则需要采取一定措施提高供水压力。 1)水泵的起停控制。 2)监测与报警。 3)设备运行时间统计和用电量统计。 (2)压力式恒压给水系统监控 供水系统,以满足供水要求。 1)气压给水方式。 2)调速恒压给水 为取消由庞大水箱供水,可采用压力式恒压

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图 6-2

恒压供水系统原理图

6.1.2

排水系统的监控

1.排水系统的监测 1)污水处理池、污(废)水集水井的高低液位显示及越限报警。 2)水泵运行状态显示 3)水泵过载报警 信号。 2.排水系统的控制 监测水泵的起停及有关压力、流量等有关参数。

监视水泵的运行状态,当水泵出现过载时停机并发出报警

图 6-3

典型排水系统监控原理图

3.设备运行时间累计与用电量累计 6.2 6.2.1 电气设备监控系统 供配电系统

1.供配电系统的一般概念

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图 6-4

电力系统示意图

1)电力系统中不同电压等级的电力线路及其联系的变电站(所)称为电网。 2)将来自电网的电源经电力变压器变换成另一电压等级后,再由配电线路送 至各变电所或供给各用电负荷的电能供配电场所称为变配电所,简称变电所。 3)引入电源不经过电力变压器变换,直接以同级电压重新分配给附近的变电 所或供给各用电设备的电能供配场所称为配电所。 2.建筑供配电系统的负荷等级 (1)保安型负荷 (2)保障型负荷 (3)一般负荷 保证大楼内人身安全及智能化设备安全、可靠运行的负荷。 保障大楼运行的基本设备负荷。 除上述负荷以外的负荷,如:一般的电力、照明、暖通空调

设备、冷水机组、锅炉等。 3.建筑供配电系统主接线方式

图 6-5

智能建筑变电所主接线方式
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4.供配电系统的监控 (1)供配电监控系统的对象 供配电监控系统监控对象为高压系统、低压系

统、 直流系统、 变压器、 备用发电机系统的有关设备的状态控制, 以及系统电流、 电压、 功率等参数的监测, 监测的信号由相应设备上的电压互感器、 电流互感器、 电度传感器、温度传感器及开关设备辅助触点上获得,经过变送器转换为统一的 直流参量,再经过 A/D 转换送入现场监控器中。 (2)监控对象的特点 1)供电可靠性要求高。 2)用电设备多,有电气照明设备、电梯设备、给排水设备、冷热源设备、洗 衣房设备、厨房设备、暖通空调设备、消防用电设备及弱电设备等。 3)电气线路多,电气设备用房多。 4)耗电量大。 (3)监测内容 1)线路状态监测与报警。 2)高压电源监测。 3)备用电源监测与报警。 4)变压器监测与报警。 5)负荷监测与报警。 6)系统电量计量与报警。 7)系统保护监测与报警。 8)火灾时,切断相关区域的非消防电源。 (4)供配电系统的自动控制 供配电综合自动化系统可对系统的主开关、断

路器等设备的工作状态进行自动控制。 1)高低压断路器、开关设备按顺序自动接通、分断,高、低压母线联络断路 器按需要自动接通、分断。 2)柴油发电机组备用电源的开关设备按顺序自动投入或自动脱离,即由开关 设备的自动分、合闸实现备用电源与市电供电的转换。 (5)节能管理 现场监控站的监控器根据用电量的统计与分析,通过预先编

制的程序对用电高峰和低谷用电状况下变压器投入的台数进行合理的控制, 提高

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变压器的利用率, 而且供配电专用监控系统通过软件对用户用电量的监测、 分析、 预测,对系统负荷做相应的控制与调整,最终达到节约用电的目的。 (6)BAS 的监测 1) 监测参数:电压、电流、断路器状态、功率因数等。 2) 报警:故障状态报警,变压器温升越限报警。 3) 电量计量:自动计算有功功率、无功功率,统计动力照明各回路耗电量。 6.2.2 照明设备监控

1.照明监控系统的一般的概念 (1)照明系统的组成 照明系统由照明装置及其电气设备组成。 根据预先设定的程序控制各类照明灯具的开

(2)照明设备监控系统的任务

启、关闭,监视照明配电系统的工作状态并对系统进行管理,保证其正常工作, 达到照明设计的要求,产生满意的视觉效果;并通过对照明系统的有效控制达到 节能目的。 (3)照明系统的控制方式 目的。 1)波动开关控制方式。 2)断路器控制方式。 3)定时控制方式。 4)光电感应控制方式。 5)智能控制方式。 2.照明智能控制的优点 1)提高照明质量,改善视觉环境。 2)节省能源,提高管理水平,减少系统运行费用。 3)保护灯具、延长灯具寿命。 4)友好的图形操作界面。 3.照明监控系统内容 (1)走廊、楼梯等公共区域照明监控 走廊、楼梯等公共区域的照明控制方 合理的照明控制可以达到舒适照明和节能的双重

法通常采用定时控制或采用定时与声光控制相结合的控制方式。 (2)办公室照明监控 办公室照明应为办公人员提供一个良好、舒适的视觉

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环境,以提高工作效率。 (3)障碍照明、建筑物泛光照明监控 定,一般装设在建筑物顶端。 (4)应急照明及照明设备的联动监控 明系统做出相应的联动配合。 6.2.3 电梯系统监控 当建筑内有突发事件发生时,需要照 航空障碍灯根据当地航空部门要求设

1. 电梯系统监控的内容 (1)按设定的运行时间表起/停电梯、监视电梯运行方式、运行状态、故障 及紧急状况检测与报警。 1)运行方式监测:包括自动、司机、检修、消防等方式检测; 2)运行状态监测:包括起动/停止状态、运行方向、所处楼层位置、安全、 门锁、急停、开门、关门、关门到位、超载等,通过自动检测并将各状态信息通 过 DDC 送监控系统主机,动态地显示出各台电梯的实时状态。 3)故障检测:包括电动机、电磁制动器等各种装置出现故障后,自动报警, 并显示故障电梯的地点、发生故障时间、故障状态等。 4)紧急状况检测:通常包括火灾、地震状况检测、发生故障时是否关人等, 一经发现,立即报警。 (2)多台电梯群控管理 以装有多部电梯的办公大楼为例,在上、下班和午

餐时间的客流十分集中,而其他时间比较空闲。 1)在客流量很小的―空闲状态‖,空闲轿厢中有一台在基站待命,其他所有轿 厢被分散到整个运行行程上。 2)上班时, 几乎没有下行乘客,客流基本上都上行,可转入―上行客流方式‖, 各区电梯都全力输送上行乘客,乘客走出轿厢后,立即反向运行。 3)下班时,则可转入―下行客流方式‖。 4)午餐时,上、下行客流量都相当大,可转入―午餐服务方式‖,不断地监视 各区域的客流、随时向客流量大的区域分派轿厢以缓解载客高峰。 (3)配合消防系统协同工作 发生火灾或地震灾害时,普通电梯直驶首层、

放客,切断电梯电源;消防电梯由应急电源供电,在首层待命。 (4)配合安全防范系统协同工作 接到防盗信号时,根据保安要求自动行驶

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至规定楼层,并对轿厢门实行监控。 2. 电梯监控系统的构成

图 6-11

电梯监控系统结构图

1)设定智能建筑中每一部电梯的显示画面。 2)第二种画面显示一个实际轿厢内部的面对呼梯盒的画面。 3.BAS 对电梯系统的监测 1)状态检测:电梯的上升、下降以及运行状态。 2)报警:故障、地震以及火灾报警。

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第十三讲
第 6 章 6.3-6.4 教学目的 及要求 授课学时 2

目的:了解火灾自动报警系统的基本组成以及主要设备的功能,同时掌握 火灾自动控制系统的报警、检测以及控制原理。了解建筑安全防范 各子系统的组成与原理。 要求:掌握火灾自动控制系统的控制原理。了解建筑安全防范各子系统的 组成与原理。

教学难点 及重点及措施

重点:消防联动控制系统。 难点:消防联动控制系统。 措施:突出重点,重点讲解。

授课方法

讲授。

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P98 7-8 思考题:火灾联动控制系统的主要功能有哪些? 讨论火灾报警系统的组成及各部分功能。

6.3 6.3.1

火灾自动报警与消防联动控制系统 火灾自动报警系统

图 6-13

火灾自动报警系统原理框图

1.火灾报警控制器 (1)声光报警功能 当火灾探测器将检测到的火警信号送达火灾报警控制器

时,火灾报警控制器应能接收、甄别火灾信号,当确认是火灾时,则应向消防系 统及报警装置发出声光报警信号。 (2)故障检测功能 火灾报警控制器能对系统以及指定回路、指定探测器进

行自动测试,确保控制器及整个系统正常工作。 (3)记忆功能 当出现火灾报警或系统故障报警时,火灾报警控制器能记忆

火灾或故障的地址与时间,并长期保存,直到人工复位,记忆才会消除。 (4)联动输出功能 新型的火灾报警及联动控制系统中的火灾报警控制器均
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已兼有联动控制器很大一部分功能,因此火灾报警控制器在发出火警信号的同 时,经过延时,能够输出高低电平或开关触点式的联动灭火信号,对消防水泵、 排烟设备、避难诱导设备和火灾事故广播的控制。 (5)电源 火灾报警控制器内部均备有浮充电源,除为自身供电外,还要采

用信号叠加的方式为火警探测器供电。 (6)联网功能 智能建筑中的火灾自动报警与联动控制系统既要能独立地完

成火灾报警信息的采集、处理、判断和确认,实现自动报警与联动控制,同时还 应能通过通信方式与建筑物的整个消防系统、 建筑管理系统及城市消防中心实现 信息共享和联动控制。 (7)打印输出 可以外接打印机。 2.火灾警报装置 6.3.2 消防联动控制系统 一般附有热敏打印机,可打印报警信息、测试结果,有的还

1.消防联动控制的内容 1)火灾报警及广播控制,即疏散广播、警铃控制。 2)防排烟设施控制,即防火门、防火卷帘的控制,防火水幕控制,排烟控制, 正压送风控制。 3)灭火系统控制,如消防水泵控制、喷淋水泵控制、气体自动灭火控制。 4)消防电梯控制。 5)消防通信及其他消防设施的控制。

图 6-15

火灾自动报警及消防联动控制系统的原理框图

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2.消防联动控制系统在确认火灾后应具有以下功能: 1)系统能切断有关部位的非消防电源,并接通警报装置及火灾应急照明灯和 疏散标志灯。 2)系统能控制电梯全部停于首层并接受其反馈信号。 3)消防控制设备对室内消火栓系统应有以下控制和显示功能:控制消防水泵 的起、停;显示消防水泵的工作、故障状态;显示起泵按钮的位置。 4)消防控制设备对自动喷水和喷雾灭火系统应有以下控制和显示功能:控制 系统的起、停;显示喷洒水泵的工作、故障状态;显示水流指示器、报警阀、安 全信号阀的工作状态。 5)消防控制设备对管网气体灭火系统应有以下控制和显示功能:显示系统的 手动、自动工作状态;在报警、喷射各阶段,控制室应有相应的声、光警报信号, 并能手动切除声响信号;在延时阶段,应自动关闭防火门、窗,停止通风空调系 统,关闭有关部位防火阀;显示气体灭火系统防护区的报警、喷放及防火门(防 火卷帘)、通风空调等设备的状态。 6)消防控制设备对泡沫灭火系统应有以下控制和显示功能:控制泡沫泵及消 防水泵的起、停;显示系统的工作状态。 7)消防控制设备对干粉灭火系统应有以下控制和显示功能:控制系统的起、 停;显示系统的工作状态。 8)消防控制设备对常开防火门的控制,应符合以下要求:门的任一侧火灾探 测器报警后,防火门应自动关闭;防火门关闭信号应送到消防控制室。 9)消防控制设备对防火卷帘的控制,应符合以下要求:疏散通道上的防火卷 帘两侧,应设置火灾探测器组及警报装置,且两侧应设置手动控制按钮;疏散通 道上的防火卷帘下降到底(应按下列程序自动控制下降:感烟探测器动作后,卷 帘下降至地(楼)面 1.8m;感温探测器动作后,卷帘下降到底);用作防火分隔的 防火卷帘,火灾探测器动作后,卷帘应下降到底;感烟、感温火灾探测器的报警 信号及防火卷帘的关闭信号应送至消防控制室。 6.4 6.4.1 安全防范系统 安全防范系统的任务

1.防范

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2.报警 3.监视与记录 6.4.2 安全防范系统的构成

图 6-21

安全防范系统框图

1. 入侵报警系统 (1)基本要求 1)实现对设防区域中重要出入口、周界及建筑物内区域、空间的非法入侵进 行实时监控,能正确无误地报警。 2) 系统应能按时间、部位、区域任意进行设防或撤防。 3)系统能显示、打印记录报警的部位、区域和时间,存档备查,能提供与报 警联动的电视监控、灯光照明等控制信号,并能实时显示现场报警及有关联动报 警的位置图形。 4)必须留有与外部公安 110 报警中心联网的接口。 (2)系统结构与组成 入侵报警系统负责对建筑物内外各规定点、线、面和

区域的巡查报警任务,一般由探测器、区域报警控制器和报警控制中心三部分组 成,如图 7-22 所示。

图 6-22

入侵报警系统框图
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1)入侵探测器

入侵探测器用于探测非法入侵行为。
表 6-1 入侵探测器种类 报警器种类 开关式报警器 主动式红外报警器、激光报警器 玻璃破碎报警器,振动式报警器

警戒范围 点控制型 线控制型 面控制型 空间控制型

微波报警器、超声波报警器,被动红外报警器、声控报警器、视频报警器、 周界报警器

2)入侵报警控制器

入侵报警控制器接受来自入侵探测器发出的报警信号,

一旦有警情发生,可发出声光报警并在控制器上指示出入侵发生的部位和时间。 3)报警控制中心 6.4.3 报警控制中心接收各区域报警器送来的报警信息。

电视监控系统

图 6-23

电视监控系统结构框图

(1)摄像部分

包括安装在现场的摄像机、支架和电动云台等设备,完成对

景物的摄像并将其转换成电信号。 (2)传输部分 传输系统包括摄像机输出的视频信号传输和控制中心发出的

控制信号传输两大部分。 (3)显示与记录部分 显示与记录设备安装在控制室内,主要由监视器、录

像机(或硬盘录像系统)和一些视频处理设备构成。 (4)控制设备 阵切换器等。 6.4.4 出入口控制系统 控制设备包括:视频切换器、画面分割器、视频分配器、矩

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图 6-24

出入口控制系统框图

6.4.5

巡更系统

1.巡更系统的要求 1)保证巡更值班人员按规定的巡更路线、顺序与时间到达指定的巡更点巡 视,不能迟到和绕道。 2)对巡更人员自身安全要充分保护。 2.巡更系统构成

图 6-25

巡更系统组成示意图

6.4.6 停车场管理系统

图 6-26

停车场管理系统框图
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第 7 章 住宅小区智能化系统
教学目的:通过本章学习,熟悉自智能建筑的基本概念,掌握智能建筑的组成及 核心技术,掌握建筑设备自动化系统及其发展。 教学重点:掌握智能建筑的组成及核心技术,掌握建筑设备自动化系统的功能。 教学难点:建筑设备自动化系统的功能。

第十四讲
第 7 章 7.1-7.2 教学目的 及要求 授课学时 2

目的:了解智能小区设计要求,掌握住宅小区安全防范系统,家庭中心控 制器、建筑设备监控等工作原理。 要求:掌握住宅小区安全防范系统,建筑设备监控等工作原理。

教学难点 及重点及措施

重点:住宅管理系统组成及其工作原理。 难点:住宅管理系统组成及其工作原理。 措施:突出重点,重点讲解。

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P121 1-4 思考题:如何理解住宅小区智能化? 住宅小区自动化系统有哪些系统组成?

7.1

概述 小康住宅小区电气设计在总体上应满足的要求: 1)高度的安全性。 2)舒适的通信方式。 3)综合的信息服务。 4)家庭智能化系统。 住宅小区智能化系统具有的特点: 1)高度的安全性。 2)舒适的人性化居住环境。 3)宽带数字化通信方式。 4)便利的综合社区信息服务。 5)家居智能化。
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6)物业管理智能信息化。 7.2 7.2.1 住宅(小区)集成管理系统 住宅(小区)安全防范系统(SAS) 周界防卫手段可以采用红外对射报警器、低压电网,也

(1)周界防越系统

可以用振动电极,但住宅小区不是军事禁区和重要禁地。 (2)CCTV 系统 在小区的大门处、主干道、小区周界、公共场所、停车处、

公寓楼入口门厅安装闭路电视(CCTV)监控系统,实时监视并能与报警系统联动、 实时录像或事件录像。 (3)巡更系统 (4)访客对讲系统 在每幢公寓楼入口处安装访客对讲系统,访客需经主人

确认后方可进入公寓内,有条件时最好使用彩色可视分机。 (5)小区门禁系统 小区门禁系统由控制器、进出门读卡器、报警传感器、

警报器、电磁锁、出门按钮、门传感器组成。 (6)停车场管理系统 停车场管理系统主要由车辆自动识别子系统、收费子

系统、保安监控系统组成。 1)车辆自动识别装置。 2)临时车票发放及检验装置。 3)挡车器(道闸机)。 4)车辆探测器和车位提示牌。 5)监控摄像机。 7.2.2 家庭中心控制器 (1)家庭报警 1)门禁系统。 2)红外线报警系统。 (2)对讲防盗门 对讲防盗门是实现住户与管理中心、住户与住户来访者直

接通话的一种快捷方式,方便小区内住户之间的信息交流及来客、朋友的访问。 (3)家庭紧急求助 在每户中安装紧急求助按钮。 在每户中都安装火灾报警探头和煤气泄漏报警传

(4)火灾与煤气泄漏报警

感器,当发生安全报警时,报警信息将立即传送到小区物业管理中心。

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(5)家电设备及环境调控自动化管理

随着人们物质生活水平的不断提高,

家电设备的普及率也不断上升, 每家每户所拥有的家用电器总数超过五六台已是 非常普遍的现象。 (6)物业管理及三表远程抄送 家庭智能化的根本目的就是要为居民提供安

全、方便、舒适、温馨、有趣的家居环境,消除住户的生活麻烦,同时也能为物 业管理公司尽可能提供现代化的技术手段。 7.2.3 信息网络系统 1.计算机网络系统 2.小区综合布线系统 3.信息服务系统 1)建立小区内综合信息服务数据库, 实现综合信息服务, 如交通、 旅馆查询、 财务指南、影视查询、网络游戏、信息资料库等。 2)建立小区内网与 Internet 的 Web 服务器(ISP),实现信息下载、与 Internet 代理服务、综合信息查询与 Web 发布、电子邮件服务(E-mail)、电子新闻与报刊 服务。 3)提供?三网合一‖的 HFC 综合接入网平台, 可实现电话服务、 交互式电视电 影服务(如视频点播)、提供宽带接入,实现可视电话、电视会议以及家庭办公等 多媒体综合业务服务。 7.2.4 通信网络系统(CNS) 1.接入网系统 (1)常规的 Internet 接入方式 1)通过普通电话线,用 Modem 拨号接入,用户终端可以是PC或电视机配 ―机顶盒‖。 2)通过普通电话线,用 B-ISDN 适配器拨号接入,用户终端可以是PC或电 视机配―机顶盒‖。 (2)宽带 Internet 接入方式的选择 的传输频带。 1)计算机局域网接入。 2)ADSL 接入。 ―宽带‖是指每一用户可独享 1Mbit/s 以上

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3)HFC 网接入。 2.电话通信系统 3.电视接收系统 7.2.5 建筑设备监控系统(CMS)

1.小区设备监控系统的主要内容 (1)小区给排水监控系统 小区给排水系统是小区的重要生活设施,担负着

为小区居民提供生活用水和及时排放小区雨、污水的任务。 (2)小区变配电监控系统 随着人们居住和生活水平的不断提高,小区内的

机电设施越来越多,系统也越来越复杂,家庭的电器设备也日益增多,于是对小 区的供电质量也提出了更高的要求。 (3) 小区灯光照明监控系统 小区公共照明系统主要包括生活照明 ( 小区周

界、道路、门厅等)和景观照明两个部分。 (4)小区电梯运行监控系统 电梯是小区高层建筑必备的楼内交通工具,电

梯是否处于正常运行状态,直接关系到居民上下楼是否便利和安全。 (5)其他设备监控系统 设备。 2.社区广播与背景音乐 3.电子公告及物业管理 4.一卡通收费 7.2.6 火灾自动报警系统(FAS) 1.建筑物火灾报警系统的功能 (1)水灭火系统 监控其运行状态。 (2)防排烟系统 当系统确认发生火灾后,立即开启着火层及其上、下层的 消火栓按钮动作时,系统可自动/手动起、停消火栓泵,并 地下车库、地下人防工程等建筑,一般都配有通风

正压送风阀(口),同时自动起动顶层相应加压风机,使楼梯前室通道为正压,防 止烟气侵入,保证人员疏散逃生时的环境安全。 (3)火灾事故广播系统 当系统确认发生火灾后,系统可自动切断背景音乐

广播,或在消防值班室控制柜上手动控制,接通着火层及其上、下层的扬声器进 行紧急广播,指导楼内人员疏散。

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(4)电梯迫降系统

当确认发生火灾后,系统立即迫降所有电梯至首层,并

自动切断客、货电梯的电源,仅保留消防电梯供消防人员使用。 (5)卷帘门控制 当防火通道上的卷帘门两边的感烟探测器报警时,系统控

制卷帘门下降到距地面 1.8m 处,挡烟并让人员疏散。 (6)其他联动控制 当确认发生火灾后,系统会手动/自动将着火层及其上、

下层的报警闪灯或声光报警器启动,提醒楼内人员及时疏散,并由消防值班室手 动切断着火层及其上、下层的非消防电源。 2.小区火警系统网络功能 1)可以访问系统中每个分站的监控点。 2)可以完成报警及报警处理。 3)可以监视网上所有设备运行状态。 4)按设定的程序完成联动控制。 5)时间和日期自动变换。 6)报警事件分析及处理记录。 7)文件及报表。 8)火警建筑物图形显示操作。 9)具有保安巡更的功能。 7.2.7 系统硬件与软件 1. 智能化系统的硬件 2.系统软件 1)软件应具有高的可靠性和安全性。 2)软件人机界面图形化,采用多媒体技术,使系统具有处理声音及图像的功 能。 3)软件应符合标准,便于升级和更多地支持硬件产品。 4)软件应具有可扩充性。 7.2.8 智能化住宅小区各智能系统集成

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第 8 章 建筑设备自动化系统故障诊断
教学目的:本章主要学习被控对象电气部分及控制部分的故障,通过本章学习, 了解控制设备内部, 传感器、 执行器的故障, 计算机控制网络的故障, 和冷热源设备电气部分的故障。 教学重点:掌握故障诊断任务与方法。 教学难点:掌握故障诊断任务与方法。 第十五讲
第 8 章 8.1-8.4 教学目的 及要求 授课学时 2

目的:了解控制设备内部,传感器、执行器的故障,计算机控制网络的故 障,和冷热源设备电气部分的故障。 。 要求:掌握各种故障诊断任务与排除故障的一般方法。

教学难点 及重点及措施

重点:掌握各种故障诊断任务与排除故障的一般方法。 难点:掌握各种故障诊断任务与排除故障的一般方法。 措施:突出重点,重点讲解。

授课方法

讲授

(现代化) 教学手段

多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。

作业 思考题 师生互动

P320 1-4 思考题:最简单的传感器故障诊断的方法有哪些? 绘制基于 BAS 的空调系统过程监控与故障处理方框图。

8.1 8.1.1

控制设备内部故障 故障诊断(FDD,Fault Detection and Diagnosis)的任务与方法

1.故障诊断的任务 (1)故障检测 从可测或不可测的估计变量中,判断运行的系统是否发生故

障,一旦系统发生意外变化,应发出报警。 (2)故障的诊断 的设备。 (3)故障修复 判断故障的严重程度及对系统的影响和发展趋势,针对不同 如果系统发生了故障,给出故障源的位置,区别产生故障

情况采取不同措施,其中包括保护系统的启动。 2.故障诊断方法 (1)按诊断故障的设备分类 1)以检测仪表为主体的监视装置。
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2)检测仪表配备软硬件分析装置。 3)计算机辅助监视与诊断系统。 (2)按依据的理论分类 目前,故障诊断所依据的理论一般是指基于解析冗

余的故障诊断技术,按―解析冗余‖的理论分类,所采用的故障诊断方法有硬件冗 余法和软件冗余法两种。 1)硬件冗余法。 2)软件冗余法。 ①基于知识的方法。所谓―知识‖,即专家的操作经验,以专家和操作者的先 验知识为核心,通过推理获取故障诊断结构,形成故障-征兆模式集合,使之能 对某一给定的征兆产生的原因做出解释,并给出因果关系成立程度的数值性关 系,构成知识库。在工程实践中,系统或对象的精确数学模型往往无法得到,而 基于知识的 FDD 方法恰恰不需要精确的数学模型,因而得到了高度重视,其中 基于症状的方法相对成熟并得到了较多成功的应用。 基于定性模型的方法近年来 在欧洲得到了迅猛发展。 ②基于解析模型的方法。对于没有运行操作及维修经验的新系统,系统先验 知识难以获取。另外,专家的知识也有局限性,如对于源于计算机软件的故障、 对室内环境(如室温等)无立即或直接影响的元器件故障等,专家的先验知识就难 以作出判断,这些因素造成诊断知识库不完备。当遇到一个没有相关规则与之对 应的新故障时,基于知识的方法就会显得无能为力,而基于解析模型的方法因其 简单,是发展最早、研究最多的一种故障诊断方法。这种方法的原理是将被诊断 过程的可测信息与由系统动态模型计算得到的信息进行比较,产生残差,并对残 差进行分析处理而得到故障的信息。 该方法的优点是能深入系统本质的动态性质 和实时诊断,且方法简单。其缺点是通常难以获得系统模型,由于建模误差、扰 动及噪声的存在,使得鲁棒性问题日益突出。

图 8-2

基于模型的故障诊断框图

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③基于信号处理的办法。基于信号的故障诊断是直接利用信号模型,如相关 函数、高阶统计量、频谱、自回归滑动平均、小波技术等,提取幅值、相位、频 谱等特征值,可用这些特征值分析、判断和处理故障。例如,基于小波变换的故 障诊断方法是一种新的信号处理方法,是一种时间-尺度分析方法,具有多分辨 率分析的特点。连续小波变换可区分信号突变和噪声,离散小波变换可检测随机 信号频率结构的突变。一般来说,有三种基于小波变换的故障诊断方法:利用观 测信号的奇异性进行故障诊断;利用观测信号频率结构的变换进行故障诊断;利 用脉冲响应函数的小波变换进行故障诊断。小波变换不需要系统的数学模型,对 噪声的抑制能力强,有较高的灵敏度,运算量也不大,是一种很有前途的故障诊 断方法。 8.1.2 控制设备故障

1.传感器性能的故障

图 8-4 传感器故障类型 a)偏差故障 b)漂移故障 c)精度等级下降 d)完全失效故障

(1)偏差故障(Bias) 偏差故障主要是指正确测量值与故障测量值相差某一恒 定的常数的一类故障,如图 8-4a 所示。 (2)漂移故障(Drifting) 漂移故障是指故障大小随时间发生变化的一类故障, 如图 8-4b 所示。 (3)精度等级下降 (Precision Degradation) 偏差故障与漂移故障是正确测量

值与故障测量值出现了偏差,如果用该类传感器对同一量多次测量时,其测量的
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平均值也就存在着偏差。 (4)完全失效故障(Complete Failure) 完全失效故障是指测量信号不随实际

信号变化而变化,始终保持零(没有信号)、某一恒定值或者最大值。 2.执行器性能的故障 1)反馈与指令间偏差过大。 2)执行器恒偏差;执行器输出出现突变型或缓变型偏差;增益逐渐衰减;恒 增益。 3)执行机构卡死或调节阀心脱落。 4)执行器振荡故障或粘滞效应等。 8.2 其他故障

8.2.1 传感器的选型与安装位置引起的故障 1.传感器的性能指标不满足监控要求 (1)传感器的精确度 在多台冷冻机的冷源系统中,冷冻机的运行台数是根

据用户侧实际负荷来进行控制的,故而实际冷量的测量的准确性非常重要。 (2)传感器时间常数过大 以温度传感器为例,由于传感器时间常数过大(热

惯性大)使其反映的温度值与真实值有差异。 2.传感器的安装位置 (1)流量传感器的安装 1)流量传感器前后所要求的水平管道距离应满足所选的产品要求。 2)安装位置能正确反映被测量。 (2)温度传感器的安装 死区。 3.压差开关 (1)风压差开关 风压差开关在空调机组中用于过滤器阻塞状况和风机运行 温度传感器不能安装在有局部冷热源的地点及气流

状态的检测,在工程中用得很普遍,而对于其量程的合理选择、正确的安装及报 警值的合理设定是等方面认识不足,造成风压差开关的工作状况不理想。 (2)水静压差传感器的安装 具有一级泵的变水量冷机水系统中,当用户侧

水流量变化时,将导致通过制冷机蒸发器的水流量变化,从制冷机安全运行角度 则不允许这一流量减少很多,因而在系统中通常设压差旁通管压差控制环节,即

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在制冷机蒸发器进出口设压差传感器,通过 DDC 控制安装在旁通管阀上的旁通 调节阀开度,达到维持制冷机蒸发器进出口压差在设定值范围内,从而达到维持 制冷机蒸发器的水流量不变的目的。 1)安装位置。 2)辅助阀门。 4.水流开关 8.2.2 执行器故障

1.调节阀 (1)阀门口径 在国内许多工程中发现设计者在调节阀门的选择中,特别是

选择阀门口径时随意性较为严重。 (2)流量特性 (3)阀权度 (4)辅助阀门 调节阀的特性应根据使用场合来选择。 设计时要使阀的阀权度有足够的数值。 空调机组中设置冷热水调节阀的应安装相应的辅助阀门。

1)可保证机组在自控系统未投入使用前进行手动操作,以便使风、水、电系 统可进行调试及试运行。 2)便于检修。 2.调节风门 (1)新风量的控制 在空调系统中,新回风管均设有电动风阀,根据季节对

其进行不同方式的控制,以达到舒适度和节能的要求。 (2)风阀流量特性 常用的风阀有对开型和顺开百叶型,对开型风阀的特性

类似等百分比阀,顺开百叶型风阀近似线性特性阀。 (3)执行机构的选择 根据风阀尺寸选择合适转矩的风门执行机构,执行器

通常按照其转矩 1N· m 控制 0.2m2 风阀面积计算。 8.3 8.3.1 计算机控制网络的故障 故障种类及预防 由于在同一供电电网中的负载的变化,

(1)任何断电、电源冲击和电源失效

电容性负载和电感性负载的突然接入和切除,均会造成网络电压的波动和冲击; 有时由于网络局部故障或其他原因还会造成短时停电,一旦电源供电恢复正常, 则控制系统的工作应能正常运行,这是一种可恢复的故障。
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1)利用交流稳压电源供电。 2)采用不间断供电电源 UPS。 3)在计算机硬件方面采用内存掉电保护电路等。 (2)外围设备失效 其他严重问题。 (3)网络或机内通信失效 (4)软件失效 有些通信错误会带来终端线路停止工作。 其失效虽然一般不会引起系统停止工作,但也可能引起

软件失效是指软件在运行中出现了为设计要求不可接受的偏

离或缺陷,或者计算机病毒干扰,导致系统的紊乱或瘫痪等严重后果。 (5)环境影响 工作失效。 工程上常用的抑制干扰方法: 1)在电源系统抑制干扰。 2)模拟量输入通道干扰的抑制。 (6)人为错误 效或损坏。 8.3.2 故障诊断 如操作人员对特殊的错误反映会引起错误操作,会导致系统失 如空调失效、电磁干扰、温湿度等环境因素都能导致计算机

图 9-10

故障管理流程图

8.4 8.4.2

冷热源设备电气部分故障 冷水机组所应用的电气与控制设备故障

1.故障诊断和排除的一般方法
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(1)故障检测

用万用表、示波器或专用仪器遵循一定的方法,如框图分析

法、故障树法、模糊诊断法等,对照技术规范,测试系统的实际功能,以获得故 障尽可能多的信息,精确确定是某种故障而非误操作造成的或是一种误解。 (2)故障定位 根据故障症状及系统工作原理分析、搜索故障的起因,即首

先确定哪个子系统出了问题,再确定子系统中哪个模块出了故障,最后确定模块 中损坏的元件。 (3)故障修复 即更换修复故障元件,然后测试整个系统功能。

2.活塞式冷水机组 (1)压缩机不运转 1)电源开路,电源断路器跳闸。 2)控制电路断路器开路。 3)冷却水循环泵不运转。 4)线电压低。 5)压缩机热保护器开路。 6)压缩机电动机故障。 (2)压缩机停机 故障原因和检修方法:

1)低压控制器动作(吸气压力过低等原因)。 2)高压控制器动作(排气压力超高等原因)。 3)油压过低,油压控制器动作。 4)热保护器动作起跳。 (3)压缩机不卸载 以解决。 3.螺杆式制冷机组常见电气故障分析 (1)螺杆式冷水机组起动困难或不能起动 1)油加热器不工作,油加热器故障或供油保护温控器故障。 2)压力控制器调整不当或有故障,可按规定调整,检修或更换。 3)能量调节装置未卸到零位,可通过卸载到 0 来处理。 (2)压缩机无故停机 1)高压、油温、精滤器压差、油压差等保护控制器任一个的触头动作。 故障原因一般为卸载线圈烧毁,可通过更换卸载线圈加

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2)压缩机过载,需查明原因,对症处理。 3)控制电路有脱线、器件损坏等故障。 (3)能量调节装置不动作或不灵活 故障原因一般为:故障原因包括油压不

足, 指示器失灵, 油路不能, 油活塞和滑阀卡住或漏油, 以及控制回路有故障等。 (4)压缩机不上载 以解决。 (5)机组连续工作不停机 故障原因一般为控制电器失灵(温控器、交流接触 故障原因一般为电磁阀接错线,可通过调整正确接法加

器等),可通过检修或更换加以解决。 4.离心式压缩机 (1)压缩机不能起动 故障原因一般为:电源故障,如过载继电器动作或熔

断器断线;导叶不能全关而带载荷起动引起这种故障。 (2)电动机过负荷 故障原因一般为:热负荷过大,吸入液体制冷剂和排气

压力过高等将会引起这种故障。 5.氨活塞式压缩机 (1)压缩机不能正常起动 产生这故障的原因有:电源故障,包含电动机(包

括起动器)、熔断器,中间继器、触点及线路等失灵,电网电压太低及缺相运行 等,这都可由检修电动机和线路、调整电压来处理;控制部分故障,有能量调节 装置、温控器和自动保护装置等失灵。 (2)压缩机起动停机 由于控制部分故障导致停机,如温控器幅差太小;压

力和压差调定值不适,使压力、压力差和油压差等控制器动作;电动机超载,使 热继电器动作;电流过大,熔断器烧断等。 8.4.3 电气与控制设备故障案例分析

1.螺杆式制冷压缩机故障短路排除法 2.空调室温自控系统故障 1)检查室内温度传感器。 2)检查调节器是否有正常输出。 3)查执行器的工作情况。

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第十六讲

测验

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