智能建筑设备自动化系统工程课件2建筑设备自动化系统的主要硬件设备.ppt

1、任务任务2 2 建筑设备自动化系统的主要硬件设备建筑设备自动化系统的主要硬件设备智能建筑设备自动化系统工程情境一：楼宇设备自动化系统工程认知内容导读内容导读l任务1 回顾对BAS做了初步的介绍。l1.IB1.IB是什么？是什么？4 4个基本要素是什么？个基本要素是什么？l2.2.智能建筑的定义？智能建筑的定义？l3.BAS3.BAS是什么？有什么用？是什么？有什么用？l4.BAS4.BAS的发展历史？的发展历史？l5.5.建筑物内空气质量要求？建筑物内空气质量要求？l6.6.绿色建筑绿色建筑的概念？的概念？l7.7.绿色建筑与智能建筑的关系？绿色建筑与智能建筑的关系？l任务2 将对BAS的组成

2、（硬件设备）予以深入介绍。l思路l深入了解深入了解BASBAS的硬件设备的硬件设备 由这些由这些BAS设备构成一种基于计算机等现代技术的、由软件和设备构成一种基于计算机等现代技术的、由软件和硬件组成的自动控制系统。硬件组成的自动控制系统。l需要掌握一定的自动控制和计算机控制的知识需要掌握一定的自动控制和计算机控制的知识。l核心内容lDDCDDC控制器控制器l传感器、执行器等内容传感器、执行器等内容l通过任务2的学习，为BAS在暖通空调、给排水、照明等机电设备的应用打好基础。内容导读内容导读2011年十大楼宇自控品牌年十大楼宇自控品牌 2012年十大楼宇自控品牌年十大楼宇自控品牌 2013年十大

3、楼宇自控品牌年十大楼宇自控品牌 2.1 DDC控制器lBASBAS的硬件设备主要包括的硬件设备主要包括传感器传感器、执行器执行器、现场控制器现场控制器、控制与信息控制与信息网络网络及中央管理及中央管理工作站工作站。l现场控制器一般采用直接数字控制器现场控制器一般采用直接数字控制器 （Direct Digital ControllerDirect Digital Controller，DDCDDC）。）。2.1.1 DDC控制器简介l概述l现场控制器l直接数字控制器Direct Digital Controller，DDCl功能DDC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

4、管理功能l组成由CPU、内存和输入输出通道及通讯接口等部件组合而成lDDC控制器是BA系统的核心2.1.1 DDC控制器简介l怎样应用DDC？l像使用电脑一样应用DDC关注DDC的外在特性和应用工程应用对DDC内部的结构原理不需深入了解Why？我们的专业是应用DDC，不是研究开发DDC本身l像应用数字电路中集成器件的应用。关注引脚的特性2.1.1 DDC控制器简介1)DDC的硬件和软件lDDC与普通PC计算机相同，同样有l硬件:CPU、ROM、RAM、输入输出接口等设备。在硬件上，DDC与各类传感器、执行器直接相连。与各类传感器、执行器直接相连。l软件:在软件方面，DDC配备各类设备控制模式的

5、程序，可以按建筑物的规模与不同设备类型任意组合和扩展，可对建筑设备进行分区控制、最佳起停控制、PID自适应控制、参数趋势记录、报警处理、逻辑及时序控制等。所有这些监控功能均由各类传感器、电动执行装置、阀门等配合DDC控制器共同完成。lDDC的硬件和软件都以一定的标准制成多种类型的模块。2.1.1 DDC控制器简介知识链接：ROM ROM（Read-Only MemoryRead-Only Memory），只读储存器），只读储存器在断电后可以储存数据，相当于计算机的硬盘。在断电后可以储存数据，相当于计算机的硬盘。RAM RAM（Random Access MemoryRandom Access

6、Memory），随机储存器），随机储存器在断电后不能储存数据，相当于计算机的内存。在断电后不能储存数据，相当于计算机的内存。2.1.1 DDC控制器简介2)DDC的结构类型l独立控制器结构的DDC它的所有输入/输出控制点全部在一台控制器中如西门子的MEC、Honeywell的XL100l模块化结构DDC其输入输出控制点设计成模块的方式通常包含电源模块、计算模块、通信模块 和I/O模块等如西门子的MBC、Honeywell的XL500现场控制器一般采用模块化结构的DDCl此外，还有专用于末端设备控制的小型专用DDC，如：VAV末端DDC、风机盘管专用DDC等,以及执行器与控制器一体化的DDC2.

7、1.1 DDC控制器简介控制器简介3)DDC控制箱lDDC控制箱结构与组成l控制箱内有：多层导轨装置，以供安装电源及各种模块之用l外壳均采用金属材料(如钢板或铝材)l活动部分(如柜门)与机柜主体之间保证有良好的电气连接从而为内部的电子设备提供完善的电磁屏蔽l接地电阻为保证电磁屏蔽效果和操作人员的安全，机柜要求电气可靠接地，接地电阻小于4l还可以配上散热设备，以保证设备的正常工作温度。lBAS根据需要有时会将几个控制器安装在同一个控制箱内，但从功能上说，每个控制器实际上是一个现场控制站。2.1.1 DDC控制器简介控制器简介3.DDC的输入输出通道（的输入输出通道（I/O通道）通道）lDDC怎么

8、工作？lDDC利用传感器和检测设备通过DI、AI通道监测空调机组的有关数据和状态，DDC通过DO、AO通道将控制命令送给执行机构实施对空调机组的控制。l在实际的控制回路中，DDC常常不能直接控制相关设备，中间还要用到其他各种类型的辅助控制器以完成动作，如变频器、继电器等。lI/O通道是DDC控制器中种类最多、数量最大的一类接口，可以达到几十个、上百个。lI/O通道是整个BAS系统与被控对象之间的接口lI/O通道在两者之间起到纽带和桥梁作用。2.1.1 DDC控制器简介控制器简介l 4种最基本类型的I/O通道：l模拟量输入通道(AI)l模拟量输出通道(AO)l开关量(或称为数字量)输入通道(DI

9、)l开关量(或称为数字量)输出通道(DO)2.1.1 DDC控制器简介控制器简介(1)模拟量输入(AI)端口l输入的模拟量主要有：l温度、压力、流量、液位、空气质量等l经传感器(变送器)将这些非电量参数转变为标准的电信号：l如05V、010V、020mA、420mA等l标准电信号经AI端口进入DDCl经过内部的A/D转换器转换成数字量l再由DDC进行分析处理(2)数字量输入(DI)端口l开关量传感器将开关信号经DI端口送入DDClDDC可直接判断DI输入端口上的开关信号l并将其转化成数字信号l“通”为“1”，“断”为“0”lDDC对这些数字量信号进行逻辑运算和处理lDDC对“0”和“1”的认定

10、l一般数字量接口没有接外设或外设是断开状态时，DDC将其认定为“0”l当外设开关信号接通时，DDC将其认定为“1”2.1.1 DDC控制器简介控制器简介(3)模拟量输出(AO)端口l当外部需要模拟量输出时，系统经过D/A转换器转换后变成标准电信号l如05V、010V、020mA、420mA等l模拟量输出信号一般用来控制风阀或水阀等(4)数字量输出(DO)端口l当外部需要数字量输出时，系统直接提供开关信号来驱动外部设备。lDO信号连接的有：l继电器的触点、NPN或PNP晶体管、晶闸管等l用来控制接触器、变频器、电磁阀、照明灯等2.1.1 DDC控制器简介控制器简介1)DI通道详解l输入信号可以是

11、：l交流电压信号，直流电压信号，或干接点因干接点信号性能稳定，不易受干扰，输入输出方便，目前应用最广。l与DI通道相连接的是：l以开关状态作为输出的传感器如水流开关、风速开关或压差开关等l或者各种限位(限值)开关、继电器或阀门连动触点的开、关状态l接线l非屏蔽软线，如RVV21.0lDI通道还可直接对脉冲信号进行测量2.1.1 DDC控制器简介控制器简介2)DO通道详解lDDC通过DO通道提供开关信号l用以控制只具有开、关两种状态的外部设备如电磁阀、继电器、指示灯、声光报警器等。lDO信号一般以干接点形式输出l要求输出的“1”或“0”对应于干接点的通或断。(b)DO信号通过中间继电器间接控制2

12、20V回路知识链接：干接点：无源开关；具有闭合和断开的2种状态；2个接点之间没有极性，可以互换；常见的干接点信号有：1、各种开关如：限位开关、行程开关、脚踏开关、旋转开关、温度开关、液位开关等；2、各种按键；3、各种传感器的输出，如：环境动力监控中的传感器：水浸传感器、火灾报警传感器、玻璃破碎、振动、烟雾和凝结传感器；4、继电器、干簧管的输出。湿接点：有源开关；具有有电和无电的2种状态；2个接点之间有极性，不能反接；2.1.1 DDC控制器简介控制器简介3)AI通道详解lDDC的AI通道用来输入模拟量信号。l如温度、压力、流量、液位、空气质量等，l标准的电信号，如010V、420mA一般推荐在

13、传输距离较长时尽可能采用电流信号，以降低线路损耗l这些标准的电信号进入DDC的AI通道，经过内部的A/D转换器转换成数字量，再由DDC进行分析处理。2.1.1 DDC控制器简介控制器简介l如果传感器的输出为电压信号l当接收端输入阻抗小，输入电流较大时信号传输线路的阻抗会造成很大的电压降，这将导致控制器接收端误差很大乃至无效；l如果使接收端为高输入阻抗，输入电流较小时信号传输线路上的电流较小，这将导致线路的抗干扰能力较差l因此，变送器的输出一般不采用电压信号，而采用电流信号。lDDC控制器的AI通道一般是电压测量通道，即它可以测量出接至输入端的电压值。l接线l一般采用屏蔽软线l如RVVP 21.

14、02.1.1 DDC控制器简介控制器简介2.1.1 DDC控制器简介控制器简介4)AO通道详解l标准电信号，一般为：lDC420mA标准直流电流信号l或DC010V标准直流电压信号l有些场合也使用DC05V或DC210V电压信号lAO通道的输出信号用来控制：l直行程或角行程电动执行机构的行程l或通过调速装置(如变频调速器)控制各种电动机的转速l亦可通过电气转换器或电液转换器来控制各种气动或液动执行机构lAO信号一般都可以在电流型和电压型之间转换。l如在420mA标准直流电流信号输出端接入一个500欧姆的电阻，电阻的两端就是DC 210V电压信号。2.1.1 DDC控制器简介控制器简介2.1.1

15、 DDC控制器简介控制器简介4.DDC应用举例应用举例lDDC的工程应用lDDC对空调机组的监控应用lDDC利用传感器和检测设备通过DI、AI通道监测空调机组的有关数据和状态，DDC通过DO、AO通道将控制命令送给执行机构实施对空调机组的控制。2.1.1 DDC控制器简介控制器简介l空调机组监控原理图示例 2.1.2 DDC控制器产品简介应用最广泛的三家公司的DDC产品。l霍尼韦尔公司Excel5000系统的DDCl江森自控公司Metasys系统的DDCl西门子楼宇科技公司Apogee系统的DDC2.1.2 DDC控制器产品简介l西门子西门子APOGEE系统的系统的DDC控制器控制器l1)模块

16、化设备控制器模块化设备控制器(Modular Equipment Controller，MEC)l2)PXC控制器控制器l3)扩展模块扩展模块2.1.2 BAS产品举例2.霍尼韦尔公司霍尼韦尔公司Excel5000系统的系统的DDCl霍尼韦尔公司提供的IBMS建筑集成管理平台被称为EBI系统2.1.2 BAS产品举例2.1.2 BAS产品举例3.江森自控公司江森自控公司Metasys系统的系统的DDC2.1.2 BAS产品举例2.2 传感器自动控制系统的关键部件l被控对象l测量变送器l传感器、变送器、显示、报警、记录装置l调节器l执行器l执行机构、调节机构测量变送器测量变送器=测量传感器测量传

17、感器+变送器变送器调节器执行器对象测量变送器x(t)e(t)u(t)q(t)y(t)z(t)f(t)2.2.1 传感器概述1.传感器的工作原理与组成l工作原理图l传感器通常由敏感元件和转换元件组成。l敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分l转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。l当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。l在实际中，变送器和传感器的功能通常结合在一起。2.2.1 传感器概述2.传感器的分类传感器的分类l根据输出信号的性质可分为：l（1）开关量传感器l根据被测量是否高于或低于阈值，输出一个二进制数信号(开或关)l也可以是

18、利用敏感元件的物理运动使切换开关处于开或关的机械式装置，如：温度继电器、压力开关、运动感应器等l开关量传感器的输出可直接与控制器的数字输入相连，用作状态报告或软件联锁l（2）模拟量传感器2.2.1 传感器概述2.传感器的分类传感器的分类l根据输出信号的性质可分为：l（1）开关量传感器l（2）模拟量传感器l将被测量转换为连续的电信号，此电信号可用作其他测量和控制装置的输入量 l模拟量参数许多反映建筑环境状态的参数（如温度、湿度、流量、压力、液位、照度及电路参数等）都是连续的信号。这类参数随时间连续变化，属模拟量参数。测量这些参数的传感器就属模拟量传感器。2.2.1 传感器概述l（2）模拟量传感器

19、l模拟量传感器的分类l(a)被动式传感器只有敏感元件，没有变送器所有的信号调节都发生在与之相连的控制器内电阻式温度传感器就属于被动式传感器。这种传感器不需要提供能量，传感器与控制器的模拟输入直接通过现场布线相连。l(b)主动式传感器将信号调节集成在传感装置内利用变送器将被测量转换成工业标准的电信号，并通过现场布线与控制器的模拟输入通道（AI）相连。常用的标准电信号：一种形式是420mA的信号。由于这种信号只需两相连接，被广泛应用在过程控制中另一种典型的形式就是010V的直流信号。这种信号在暖通空调系统有广泛应用。2.2.1 传感器概述l模拟量型传感器与数字量传感器的比较l模拟量型传感器价格比较

20、昂贵，成本大l尽量采用开关量传感器如果一个控制系统，其工艺过程并不要求准确的物理参数数值，而只关心被控量是否超过一定限值，作为保护和报警的依据，这就可以不采用价格昂贵的模拟量型传感器，而只是采用仅输出“通”或“断”的开关量型传感器即可满足要求，其成本则可大大降低。2.2.1 传感器概述3.传感器的发展趋势传感器的发展趋势l朝着小型化、多功能化及智能化方向发展l增加了数据处理功能、自诊断功能、软硬件相组合功能、人机对话功能、接口功能、显示和报警功能等。l智能传感器l将被测量或被测量的状态转换成直接能在网络上与其他控制和测量用的智能装置进行通信的数字编码信号。l在发送被测量之前还可能会进行一些额外

21、的数据处理如检查上下限、校正和补偿功能、计算其他推导值(比如焓)等2.2.2 传感器的性能指标l在控制系统的故障中，传感器引起的故障是最常见的。l劣质传感器由于受漂移或早期故障的影响，往往会导致控制效果较差，维护费用较高。l判别传感器的质量好坏，以及选择和使用检测仪表，都要用传感器的技术性能指标来衡量。l1.测量范围和量程测量范围和量程l2.仪表的精度等级仪表的精度等级l3.灵敏度和灵敏限灵敏度和灵敏限(分辨率分辨率)l4.变差变差l5.响应速度响应速度2.2.3 模拟量传感器l模拟量传感器:010 V或420 mAl模拟量=电信号=标准信号=DDC控制器的AI端lBAS中常用的模拟量传感器有

22、：l温度传感器l湿度传感器l流量传感器l压力传感器l液位传感器l照度传感器l电量变送器2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器 1.温度传感器温度传感器l温度传感器是BAS中应用最普遍的传感器之一l主要用于测量室内、室外、风管及水管的温度l=控制相应的水泵、风机、阀门和风门等执行元件的开度2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器(1)热电阻温度传感器l在测温领域中的应用非常广泛l感温元件：热电阻l热电阻的电阻值随温度而变化，具有近似线性的函数关系可通过测量电阻进而反映出被测温度的数值l热电阻材料是铂、铜等金属l已做成标准化的热电阻l特点：l具有较高的测量精度和灵敏度

23、l便于信号的远距离传送及实现多点切换测量2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器(1)热电阻温度传感器l热电阻的规格l铂热电阻Pt100、Pt1000测量精度高、稳定性好、可靠性高，应用广泛但铂属于贵金属，价格高l铜热电阻Cu100、Cu50使用也较普遍，价格便宜在一些测量准确度要求不很高，且温度较低的场合多使用铜电阻2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器(2)热敏电阻温度传感器l感温元件：热敏电阻（半导体材料制成）l特点l体积小、热惯性小，适于快速测温l并且大多数具有负的温度系数电阻值随着温度的升高而减少l其最大的优点是温度系数大，灵敏度特别高，是金属电阻的10倍以上l但热敏电阻元件的稳定性、复现

24、性和互换性较差电阻与温度呈较大的非线性关系后续电路比较复杂，要进行非线性校正。给系统的维护带来一定的困难2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器(3)集成电路温度传感器l模拟集成温度传感器l将感温元件和变送器集成在一个芯片上l可实现温度测量和标准模拟信号输出的功能l其特点是测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、功耗低，不需要进行温度校准，外围电路简单l智能温度传感器l也称为数字温度传感器内部包含温度传感器、A/D转换器、存储器(或寄存器)和接口电路，有的产品还带多路选择器、CPU、RAM和ROMl能以数字量形式输出被测温度值l特点：具有误差小、分辨率高、抗干扰能力强、能远程传输数据、

25、用户可设定温度上下限、能实现越限自动报警功能、并自带串行总线接口、适配各种微控制器等优点l是今后传感器发展的主要方向2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器2)温度传感器的选型l温度传感器的选型流程l测量对象（如水、空气或油）=对传感器的外层材料、防护等级等要求不同l安装位置（如室内、室外或管道）=对传感器的外型要求不同。lDDC可接受的类型可接受的类型=传感器必须以提供DDC可接受的信号为原则DDC可接受的类型包括：电压（0-10VDC）电流（0-20 mA或4-20mA）1K欧姆铂电阻10K欧姆热敏电阻100K欧姆热敏电阻等实际工作中须视具体DDC控制器而定

26、l量程=应为测点范围的1.21.5倍l测量精度=应高于工艺要求测量范围和精度决定于传感器的材料和变送器的输出测量范围测量对象安装位置DDC可接受的类型测量精度2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器3)温度传感器的接线l使用金属热电阻测温时，要注意引线对测量结果的影响l常用的引线方式有3种：二线制、三线制和四线制2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器温度传感器的接线温度传感器的接线l二线制：l接线方便，安装费用低，但是引线电阻及引线电阻的变化会带来附加误差，适用于引线不长，测温准确度低的场合。l三线制：l接线只要两引线电阻相等，可以较好地消除引线电阻的影响，且引线电阻因沿线环境温度变化而引起的阻值变

27、化量也被分别接入两个相邻的桥臂上，可相互抵消，其测量准确度高于两线制，应用较广。尤其是在测温范围窄、导线长、架设铜导线途中温度发生变化等情况下，必须采用三线制接法。l四线制：l不管引线电阻是否相等，通过两次测量均能完全消除引线电阻对测量的影响，且在连接导线阻值相同时，还可消除连接导线的影响，这种方式主要用于高准确度温度检测。2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器温度传感器的接线温度传感器的接线l半导体热敏电阻由于在常温下的电阻值很大l通常在几千欧以上l=引线电阻几乎对测温没有影响l引线电阻一般最多不超过10 l=根本不必采用三线制和四线制l给使用带来了方便，较适宜远距离测温2.2.3 模拟量传感

28、器模拟量传感器温度传感器的接线温度传感器的接线4)温度传感器的安装对温度传感器的安装主要要求有：l壁挂式温度传感器应安装在:l空气流通、反映被测房间空气状态的位置；l风道内温度传感器应:l保证插入深度；l插入式水管温度传感器应:l使测头在水流的主流区域范围；l机器露点温度传感器应安装在:l挡水板后具有代表性的位置，应避免辐射热、振动、水滴及二次回风的影响。2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器 2.湿度传感器1)概述l湿度是表示空气干湿程度的物理量l和温度一样，也是建筑环境空气状态及质量的重要参数l湿度传感器l来测量室内、室外和管道的相对湿度l输出信号：标准的电压(05V，010VDC)信号或电

29、流（420mA）信号2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器 2.湿度传感器2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器 2.湿度传感器2)常用的湿度传感器l薄膜电容式湿度传感器l电容式湿度传感器在BAS中应用最普遍l基本结构一层非常薄的感湿聚合物电介质薄膜夹在两电极之间作为电介质构成一平板电容器这种电极必须薄到能允许水蒸气通过l通过测量薄膜电容值就可以测量出相应的空气相对湿度l电容式湿度传感器特点测量范围大，测量精度较高(可达1%)，互换性较好，长期使用飘移误差可小于1%/年但其易受油垢污染的影响，当测量湿度偏离标定湿度时，其测量精度也会受到影响l集成电路式湿度传感器l将湿度敏感元件(如薄膜电容式敏感元

30、件)与信号转换电路集成在一起而形成的固态相对湿度传感器l高分子电阻式2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器 2.湿度传感器2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器 2.湿度传感器3)湿度传感器的安装l湿度传感器(RH)应安装在附近没有热源和水滴，空气流通，能反映被测房间或风道内空气状态的位置l在工程应用中，湿度传感器和温度传感器往往集成在一起，即温湿度传感器l图1.15图1.19是几种温、湿度传感器的安装接线图2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器 2.湿度传感器2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器3.压力或压差传感器压力或压差传感器1)概述l压力(压差)传感器是用于监测流体的压力（压差）的装置l水压

31、力（压差）传感器主要用于l冷热源系统中，用于压差旁通控制和监测水泵的运行状态l也有将水压力传感器安装在水箱内用于测量水箱的液位l空气压力(压差)传感器则主要用于l监测管道压力和监测风机运行状态l压力(压差)传感器的工作原理2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器 3.压力或压差传感器2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器 3.压力或压差传感器2)常用的压力(压差)传感器l电容式压力传感器l感压元件（一个很薄的弹性膜片）作为动电极l两个在凹形玻璃上的金属镀层为固定电极，构成差动电容器当被测压力或压力差作用于膜片并产生位移时所形成的两个电容器的电容量，一个增大，一个减小电容值的变化经测量电路转换成与电流

32、或电压的变化2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器 3.压力或压差传感器l变阻式(如压阻式和应变片式)等形式。l应变片式电阻压力传感器l通常为丝状结构l电阻改变与压力传感元件内的应力成正比l利用惠斯通电桥可直接进行测量，也可以经转换电路转换成电压或电流信号l压阻式压力传感器l是一种较新型的压力传感器，也称为固态应变式压力传感器采用集成电路工艺在单晶硅膜片上扩散一组等值应变电阻，而膜片置于接收压力的腔体内，当压力发生变化时，硅膜片产生应变，使直接扩散的应变电阻产生与压力成比例的变化l特点：灵敏度高，测量精度可达0.1%输出信号通常有电压信号和频率信号2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器3)压力(压

33、差)传感器的安装2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器4.流量传感器流量传感器l流量传感器主要用来检测水系统中液体的流量，以此来控制相应水泵阀的数量。l检测流量有多种方法，有:l节流式、容积式、速度式、电磁式等2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器6.空气质量传感器空气质量传感器l空气质量的优劣与舒适性密切相关。空气质量传感器主要是用于检测空气中CO2、CO或者VOC（可挥发有机物）的含量，以控制室内的空气质量。l空气质量传感器由一个镀有薄层的半导体管、一对电极及在半导体管内的微型加热器元件组成。l半导体气体传感器的优点是制作和使用方便，价格便宜，响应快，灵敏度高，被广泛地用在建筑设备自动化系统的

34、气体监测中。2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器7.液位传感器液位传感器l在建筑系统中，常需要判断液位的位置，而很少有需要测量液位的高度。l判断液位位置通常使用液位开关8.电量变送器电量变送器l变配电所各种电气参数要进入计算机监控系统，必须先通过电量变送器，将各种交流电气参数变为统一的直流参数。常用的电量变送器有电压变送器、电流变送器、频率变送器、有功功率变送器、无功功率变送器、功率因数变送器和有功电度变送器等。2.2.3 模拟量传感器模拟量传感器9.热量计量仪表热量计量仪表l热量传计量仪表如图2.47所示。热量传计量仪表同时测量管线系统的体积流量、相应的供水和回水温度 2.2.4 常用的开关

35、量传感器1.压差开关压差开关l压差开关是根据空气或液体的两端压差是否在规定的范围内，输出开关动作的装置。水压压差开关常用于监测水泵的运行状态。空气压差开关常用于检测风机的运行状态和空调过滤器是否堵塞 2.水流开关（流速开关）水流开关（流速开关）l水的流动使传感部件产生位移，克服弹簧弹力推动微动开关闭合。当流速低到不足以克服弹簧弹力时，微动开关断开。3.液位开关液位开关l液位开关，又称为液位信号器，是随液位变动而改变通断状态的有触点开关。4.防冻开关防冻开关l防冻开关应用于空调机组或新风机组在冬季运行时的防冻保护，在机组送风温度过低时报警，同时联动保护动作，以防止机组中的盘管冻裂。2.3 执行器

36、2.3.1 概述1.执行器的作用执行器的作用lDDC控制器经逻辑运算后产生的控制信号，通过输出通道控制器经逻辑运算后产生的控制信号，通过输出通道（AO或或DO）送入执行器，由执行器执行控制动作，直接）送入执行器，由执行器执行控制动作，直接控制能量或物料等被测介质的输送量。控制能量或物料等被测介质的输送量。l执行器类似于人的执行器类似于人的“手脚手脚”，是自动控制的终端主控器件。，是自动控制的终端主控器件。l执行器安装在生产现场，常年和生产工艺中的介质直接接执行器安装在生产现场，常年和生产工艺中的介质直接接触，执行器的选择不当或维护不善常使整个控制系统不能触，执行器的选择不当或维护不善常使整个控

37、制系统不能可靠工作，严重影响控制品质。可靠工作，严重影响控制品质。2.执行器的组成与分类执行器的组成与分类l执行器由两部分组成：执行器由两部分组成：l执行机构执行机构执行机构是执行器的推动部分执行机构是执行器的推动部分接受来自控制器的控制信号，根据控制信号的大小产生位移接受来自控制器的控制信号，根据控制信号的大小产生位移信号信号分为气动、电动、液动三种分为气动、电动、液动三种在在BAS中常用的是电动执行机构。中常用的是电动执行机构。l调节机构调节机构是执行器的调节部分是执行器的调节部分如调节阀如调节阀2.3.1 概述3.执行器与控制器之间的连接执行器与控制器之间的连接l在BAS中，若要需要执行

38、器实现连续调节的方式，则控制器输出的应是连续（模拟）信号，如420 mA电流信号或010 V电压信号。l控制器通过AO通道将控制命令送入执行器。接受该信号的应是连续调节型的执行器，其与DDC之间采用屏蔽软线（如RVVP 21.0）连接。l断续信号是指开关信号，DDC通过非屏蔽软线（如RVV 21.0）经DO通道将控制信号输送到执行器。2.3.2 电动调节阀l电动调节阀l安装在工艺管道上，直接与被调介质相接触l用以调节流体的流量l是一种投资省，且简单实用的方法。l性能好坏将直接影响控制的质量只有正确选择阀门的结构形式和流量特性，才能够取得良好的控制效果。2.3.2 电动调节阀l电动调节阀由两部分

39、组成l电动执行机构也称为阀门驱动器依据现场 DDC输出的AO信号（010VDC电压或420mA电流）控制阀门的开度l阀门也称为阀体是调节机构用来控制水、空气、蒸汽等流体2.3.2 电动调节阀1.电动执行机构电动执行机构1)工作原理 l以电动机为动力l电动机多为交流电容式两相异步电动机l其电源电压为24V ACl风机盘管上使用的电动调节阀l则用磁滞电动机，电源220V ACl阀门驱动器按输出方式可分三种类型：l直行程、角行程和多转式l分别同直线移动的调节阀、旋转的蝶阀、多转式调节阀配合工作l直线移动的电动调节阀的原理l图2.58l阀杆的上端与执行机构相连接，当阀杆带动阀芯在阀体内上下移动时，阀芯

40、与阀座之间的流通面积、阀的阻力系数随之变化，其流过阀的流量也就相应地改变，从而达到了调节流量的目的。l调节阀的阀位与控制器输出的AO信号(010V DC)成线性关系如图2.59所示2)执行机构的安装3)连续调节时执行机构与DDC控制器的连接l如图2.63所示2.阀门阀门l阀门根据结构可分为：l直通阀l三通阀三通阀仅适用于水路的控制l选择阀门除注意按工艺参数计算口径和选择流量特性外，还应注意阀体材料、连接方式，以及正、反作用等。3.调节阀流量特性及口径的选择调节阀流量特性及口径的选择1）调节阀的流量方程式l从流体力学的观点看，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。l对不可压缩的流体，由能量守恒

41、原理可推导出调节阀的流量方程式为l可见当F一定，（p1p 2）不变时，则流量仅随阻力系数变化。l阻力系数l主要与流通面积（即阀的开度）有关也与流体的性质和流动状态有关l调节阀阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变来实现的，即改变阀门开度，也就改变了阻力系数，从而达到调节的目的。l阀开得越大，将越小，则通过的流量将越大。2)调节阀的流量特性及其选择(1)调节阀的流量特性(2)换热器特性l是指被加热的流体的相对温升/max；与热媒的相对流量q/qmax，之间的关系。l水-水换热器的静特性则为图2.69所示(3)调节阀流量特性的选择l空调所使用的调节阀特性有对数特性、直线特性及介于两者之间的抛物线特性。

42、l对于直通调节阀可用对数特性代替抛物线特性。l因此，在选择阀门特性时，更多的指如何选择:l对数特阀l直线特性阀a对数（等百分比）特性阀应用场合l(a)控制水水换热器。l用阀随负荷增加而递增的放大系数Kv来补偿水水换热器随负荷增加而递减的放大系数K0，补偿换热器的非线性的影响，使lKvK0=常数l保证系统的开环放大系数K不随负荷变化而变化，使系统在调试阶段整定好的调节器参数也可以不变，使系统既可稳定的运行，又可以减少静差，使系统获得自适应能力。l(b)管道阻力大时，即S值小或者阀前后压差变化比较大（即S变化大）的情况，使用等百分比特性阀。l(c)当系统负荷大幅度变动时，等百分比特性的放大系数随开

43、度增大而增大，并且各开度处的流量相对值变化为一定值，因此对负荷变化具有较强的适应性。b直线特性阀应用场合l(a)阀前后压差一定；l(b)阀上压差大，即S值大；l(c)负荷变化小（因为直线特性阀在小流量时不稳定）。3)调节阀口径的计算与选择l目前，工程中阀门口径选择的随意性较为严重l有的直接选择调节阀门口径与管径一致有的直接选择调节阀门口径与管径一致,l或者相对管径缩小一号。或者相对管径缩小一号。l选择适当的阀门口径，对系统的正常运转是非常重要的l若阀门口径过小若阀门口径过小达不到系统的容量要求，也使得阀门前后压差变大，加重达不到系统的容量要求，也使得阀门前后压差变大，加重泵的负荷，阀门易受损害

44、；泵的负荷，阀门易受损害；l阀门口径过大阀门口径过大会使控制性能变差，易使系统受冲击和振荡，而且投资也会使控制性能变差，易使系统受冲击和振荡，而且投资也会增加。会增加。l如何正确选择阀门？l首先，算出阀门流通能力Kv（计算公式参见表2-6）Kv的定义是：阀全开，阀两端压差为105Pa，水的密度为1 g/cm3时，每小时流经阀的流量数(m3/h)l然后，按厂家给出的资料确定阀门口径l阀门流通能力Kv 计算举例l选择合适口径的电动调节阀，以保证阀门有一定的阀权度和阀门流量特性。l正确选择调节阀特性和口径，可以提高调节系统的调节品质。l在以往工程应用中，在阀门选择时常常存在的问题？l往往依据水力管径

45、选择电动调节阀口径。l这样选择可能使阀门管径过大。过大的调节阀口径使阀门的阀权度变小，流量特性变差。阀门在小开度下频繁动作（超调或欠调反复动作），加剧阀门磨损，严重时控制系统会振荡，系统稳定性变差。l此外，当阀口径过大时，造价也高。l系统集成商在工程投标时，如何计算选择阀门？l参见教材2.3.3 电磁阀l电磁阀是常用电动执行器之一，如图2.71所示。l其利用电磁铁的吸合和释放对小口径阀门进行“通”、“断”2种状态的控制。l电磁阀结构简单，价格低廉，多用于双位控制 2.3.4 两位旋转阀l两位旋转阀由电动执行机构使阀芯产生角位两位旋转阀由电动执行机构使阀芯产生角位移来开启和关闭阀门，这种阀门可分

46、为：移来开启和关闭阀门，这种阀门可分为：l球阀球阀l蝶阀蝶阀l多叶阀多叶阀 2.3.5 电动调节风门l电动调节风门的组成电动调节风门的组成l电动执行机构电动执行机构l风门风门2.3.5 电动调节风门l风门由若干叶片组成风门由若干叶片组成l当叶片转动时改变流道的等效截面积当叶片转动时改变流道的等效截面积l即改变了风门的阻力系数，其流过的风量也就相应即改变了风门的阻力系数，其流过的风量也就相应地改变，从而达到了调节风流量的目的。地改变，从而达到了调节风流量的目的。l叶片的形状将决定风门的流量特性叶片的形状将决定风门的流量特性l同调节阀一样，风门也有多种流量特性供应用选择。同调节阀一样，风门也有多种流量特性供应用选择。l风门的执行机构风门的执行机构l可以是电动的，也可以是气动的。可以是电动的，也可以是气动的。l在在BAS中一般采用电动式风门，有：中一般采用电动式风门，有：l可实现可实现PID控制的连续调节的风门，还有通断式的控制的连续调节的风门，还有通断式的风门。风门。l开关型和模拟型风门驱动器的电气接线图 l风门及风门驱动器的规格尺寸及安装示意图 任务任务2 2总结总结作业：工作页作业：工作页2 2