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三、自动控制的原理是什么?
自动控制理论(或原理)是自动化技术的灵魂。
它是控制论的一个分支,我们先介绍控制论。
控制论
1948年,美国著名科学家维纳(NorbertWiener,1894-1964)撰写的《控制论:
或在动物和机器中的通信和控制》一书出版,标志着控制论的正式诞生。
控制论是研究包括人在内的生物系统、包括工程在内的非生物系统以及与二者有关的社会经济系统内部的通信、控制、组织、平衡、稳定、计算及其与周围环境相互反馈作用的科学方法论。
控制论可以粗分为三大分支:
工程控制论、生物控制论和经济控制论。
工程控制论的主体理论都分叫自动控制理论或自动控制原理。
四、什么是智能建筑?
世界上第一座智能化大楼(IB)于1984年出现在美国的哈密瓜特福特市。
智能建筑是利用信息技术(计算机、通信和其他智能技术)建造、具有通信自动化(CA)、楼宇自动化(BA)和办公自动化(OA)功能的建筑。
智能建筑的目的是为用户营造一个适应信息化社会需要,高效率、安全和舒适的办公环境。
智能建筑的组成见图1,智能建筑一般称3A系统,也可称5A系统。
楼宇管理自动化包括消防自动化(FA)和保安自动化(SA),如把二者独立出来,则可称智能建筑为5A系统。
1、通信自动化
智能建筑通信自动化系统的组成如图2所示,通信自动化是智能建筑的中枢系统,它要保证楼内外各种信息交流的畅通。
智能建筑综合管理系统(MA)
综合布线系统(SCS)
3A系统
办公自动化(OA)
楼宇自动化(BA)
通信自动化(CA)
保安自动化(SA)
消防自动化(FA)
5A系统
图1智能建筑的组成
程控电话系统
宽带局域网系统
闭路电视系统
通信自动化系统
集中控制计算机
电视会议系统
卫星通信系统
其他系统
图2通信自动化系统的组成
(1)程控电话系统
该系统使内外通话畅通无阻:
具有内部通话缩位拨号功能,使内部通话经济、方便;
同时能直接从市话网拨入楼内、从楼内拨出到市话网,而不需要转接。
有的系统还设立了语音信箱功能,供客人留言,并能提示主人语音信箱中有留言邮件。
(2)宽带局域网系统
该系统采用光缆和主干网连接、有足够的出口带宽,用户无论进行内部计算机通信还是和外部互联网连接都快速方便。
(3)闭路电视系统使用户能看到本地电视台播放的和卫星转播的高质量电视画面,见图3:
采集图像显示
摄像机1
图像采集与处理板
软/硬件解压
MJPEG压缩
工业PC机
PentiumII600MHz
摄像机16
回放
音频输入
显示
回放图像
图像存储
响应报警
图像分割显示
回放
录像
报警探测器
局域网
硬盘存储器
硬盘扩展器
电话线本地监控
远程监控
图3多点监视用硬盘录像机的原理
(4)电视会议系统
电视会议系统使主人足不出户便能和全国甚至全球的同仁们“面商”大计,也能用于远程教育、远程医疗等。
(5)卫星通信系统
智能大楼作为卫星通信系统的一个地球站,能实现楼内一个用户或多个用户通过卫星通信系统和外界通信。
(6)集中控制计算机
负责智能建筑通信自动化系统的集中、统一监控。
2、楼宇自动化
智能建筑楼宇自动化系统的组成如图4所示,楼宇自动化综合应用了计算机、通信和自动化控制技术,对楼宇中的各种设备进行监控,达到高效、安全、节能等目的。
(1)空调系统
空调系统包括制冷、供热和通风,智能建筑采用集中空调系统。
控制系统通过对相关设备的运行速度或启动、停止的控制,达到既能
满足用户要求又能节约能源的目的。
空调系统
给排水系统
变配电系统
楼宇自动化系统
照明系统
消防系统
保安系统
图4楼宇自动化系统的组成
(2)给排水系统
采用二次加压设备直接给楼宇(包括高层楼宇)供水、高层楼宇不再采用楼顶水箱供水。
加压设备采用变频调速电动机,通过调节电动机的转速(而不是开、停)使水压保持恒定,提高了供质量、避免了电动机的频繁启动(延长了设备寿命)、节约了能源。
废水池设置了水位过高报警装置。
(3)变配电系统
该系统配备了双回路电源系统,某一电源意外断电时,电源切换装置自动切换到另一回路电源。
该系统还配备了不间断电源(UPS),意外停电时能短时间给计算机等重要设备供电。
监测装置能对电压、电流、功率、电能、变压器的温升等参数进行自动监测,发现异常情况能及时报警。
(4)照明系统
照明系统能对楼宇内外的照明灯的状态进行监视和控制。
能按照预先编制的,周期长达一年的,综合考虑了日落日出时间、夜间的不同时间段、节假日时间、环境照度等多种因素的照明程序自动开关灯。
能按照预先编制的事故照明方案照明。
能实现场景变换无穷的艺术照明。
(5)消防系统
该系统在楼宇很多部位装有火灾探测器(如感烟器、感光器、感温器),发现火灾能自动报警、自动启动通风装置和灭火装置。
自动灭火装置有水喷淋、一氧化碳气体喷淋和干粉固体喷淋系统。
(6)保安系统
该系统采用智能卡(IC卡)门禁系统管理本楼人员出入楼门和办公室门,重要部位采用指纹或面像识别系统,采用闭路电视监控系统监视并记录人员的活动,采用红外线探测系统防范破门或破窗而入的不速之客。
(7)电梯系统
该系统能对多部电梯实行统一调度,客人使用电梯时利用墙面上的键盘输入要去的楼层号,计算机分析计算后利用显示屏告诉客人等候时间。
(8)集中控制计算机
集中控制计算机负责整个楼宇自动化系统的集中、统一监控。
3、办公自动化
通信自动化是智能建筑的神经中枢,楼宇自动化是智能建筑的基础条件,办公自动化是用户使用智能建筑的目的。
为了实现办公自动化,在通信自动化和楼宇自动化的基础上,还须要配备各种办公硬件设备(如计算机及外围设备)和各种办公软件(如人事、财务、物业管理软件)。
办公自动化系统包括政务(或生产、科研、商业)管理系统、物业管理系统、人事管理系统、财务管理系统、停车管理系统等,具体需要哪些系统要根据智能建筑的具体用途而定。
智能建筑管理单位的办公自动化系统的组成见图5:
4、综合布线系统
前面谈到智能建筑由很多子系统组成,如何传输这些子系统的信
办公自动化系统OAS
专用数据库系统
办公事务处理系统
个人事务处理系统
决策支持系统
公文处理
电子邮件
文档管理
信息查询
文字处理
人事管理
电子地图
电子表格
后勤管理
管理决策
日程处理
行政管理
电子会议
个人资料
会务管理
外事管理
图5管理单位的办公自动化系统
号呢?
传统的布线方法(非结构化布线)是各子系统分别布线、各自为战。
这种方法的缺点是显而易见的:
线缆不同,插座各异,各子系统需要分别独立设计;
布线复杂,施工困难;
不易统一管理;
灵活性差,需求变化时更改布线很困难。
综合布线系统(GCS)则能克服上述缺点,是目前国际上最先进的布线系统。
(1)综合布线系统的组成
综合布线系统由5个独立的子系统组成:
工作区子系统、水平配线子系统、垂直干线子系统、设备间子系统和建筑群子系统,见图6:
工作区子系统由信息插座和终端设备(如计算机、电话机、传真机)构成。
信息插座采用标准插座(如RJ45),终端设备能直接或通过适配器转接和信息插座连接。
一个信息插座的服务面积可设计为10m2。
水平配线子系统由楼层配线间(IDF)和IDF至多个信息插座之间的连接线构成。
配线间内设置线架(跳线架),跳线架上有垂直干线输入接线架和输出(至信息插座)接线架。
二者之间连接的接线位置能方便地改变(称跳线),从而能方便地改变二者之间的接线关系。
当终端设备改变时(如从计算机改为电话),仍可使用原来的插座,只要通过跳线改变按线关系即可。
连线常采用4对(8芯)双绞线。
IDF
MDF
主机
PABX
从电话局来的电缆
图6综合布线系统
垂直干线子系统是指设备间和各楼层配线间的干线。
干线采用对绞线或光缆,芯线的对数视需要而定。
设备间子系统设备间内装有主计算机(服务器),电话交换机(PABX)和主配线架(MDF),计算机和交换机通过MDF和垂直干线连接。
建筑群子系统是指多个建筑共用一套设备时连接各建筑的室外双绞线或光缆,图中未画出。
(2)综合布线系统的特点
模块化设计和星形拓扑结构综合布线系统采用标准化模块设计,能使结构化布线像搭积林那样灵活方便地把布线系统拼装起来。
支持多种信号传输理想化的综合布线系统能传输所有弱电信号,如语音、数据、图像、楼宇设备的监控信号。
实际的综合程度要根据实用性、先进性和经济性的原则选择,不能盲目攀高。
目前实施的综合布线系统一般只包括语音和计算机数据传输系统。
不宜把传输图像信号综合进来,这是因为:
如果采用双绞线综合布线系统,受目前双绞线技术性能的限制,图像的清晰度由单独用同轴电缆传输时的400线下降到300线,且提高了造价;
如果采用光缆则造价又太高。
也不宜把传输楼宇自动化信号综合进来,理由是:
用双绞线甚至光缆传输速率很低的楼宇自动化信号是很大的浪费,造价提高太多,而且其中的消防自动化信号不允许综合传输。
我国的防火规范规定消防系统必须单独设计、单独施工和单独管理。
况且,楼宇自动化系统的布线一旦确定以后基本不变,综合布线的灵活性优点得不到体现。
高度的灵活性结构化布线有高度的灵活性,应变能力强,房间主人变更、用户需求变化时易于扩充和重新配置。
设计和施工方便结构化布线能实现统一设计、施工单位只需铺设一套线缆系统,从而大大降低了成本。
5、综合管理系统
综合管理系统(MA)由计算机、接口电路等组成,计算机通过接口采集通信自动化系统、楼宇自动化系统和办公自动化系统的信息,利用专家决策系统(软件)分析处理采集到的信息,对各大系统进行更高层次的管理,各大系统除自控外还受控于综合管理系统,并
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