Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Моделирование систем автоматического управления зданиями. Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 15.03.04 «Автоматиз

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ

АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ЗДАНИЯМИ

Методические указания

к лабораторным работам

для студентов специальности 15.03.04

«Автоматизация технологических процессов и производств»

Москва 2014

УДК 681.5 ББК 30.2-5-05

М74

Р е ц е н з е н т :

доктор технических наук, профессор А.В. Гинзбург,

профессор кафедры ИСТАС

С о с т а в и т е л и :

доктор технических наук, профессор А.А. Волков, заведующий кафедрой,

кандидат технических наук П.Д. Челышков, доцент кафедры,

кандидат технических наук А.В. Седов, доцент кафедры, кафедра ИСТАС

Работа осуществлена в рамках Государственного задания, выполняемого

ФГБОУ ВПО «МГСУ» по проекту «Методология представлений,

проектирования и верификации энергоэффективных инженерных систем

условно абстрактных объектов (на формальных моделях зданий)»

М74 Моделирование систем автоматического управления зданиями : методи-

ческие указания к лабораторным работам для студентов специальности

15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» / М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т, кафедра информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве ; сост. А.А. Волков, П.Д. Челышков, А.В. Седов. Москва : МГСУ, 2014. 24 с.

Раскрыто понятие автоматической системы управления зданием, рассмотрена технология построения систем управления, приведены упражнения для самостоятельного решения.

Для студентов специальности 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств».

УДК 681.5

ББК 30.2-5-05

__________________________________________

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗДАНИЯМИ

Редактор А.К. Смирнова

Подписано в печать 25.11.2014 г. И-250. Формат 60×84/16.

Уч.-изд. 1,3. Усл.-печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 428

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный строительный университет».

129337, Москва, Ярославское ш., 26.

Тел. (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95.

Отпечатано в типографии Издательства МИСИ – МГСУ.

Тел. (499) 183-91-90, (499) 183-67-92, (499) 183-91-44

Издательство МИСИ – МГСУ.

E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru.

1. ПОНЯТИЕ ОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

УПРАВЛЕНИЯ ЗДАНИЕМ

Автоматическая система управления зданием представляет собой

систему для автоматизации инженерных систем: отопления, водоснабжения, канализации, вентиляции, электроснабжения и т.д.

Основной целью автоматической системы управления зданием явля-

ется повышение эффективности потребления энергетических ресурсов, комфорта и безопасности человека.

К задачам, решаемым системами автоматического управления зда-

ниями, относятся:

 управление микроклиматом (отоплением и вентиляцией);  управление освещением;  противоаварийная сигнализация и автоматика (контроль протечек,

загазованности, задымления, превышения допустимых температур и т.д.);

 противопожарная автоматика и блокировки;  диагностика и сигнализация неисправности оборудования;  контроль и дистанционное управление доступом;  охранная сигнализация;  дистанционный контроль и управление оборудованием;  автоматический учет ресурса работы оборудования, планирование

ремонтных и профилактических работ с учетом реальной наработки.

Такие системы как правило имеют три уровня:

 полевой (контроллеры, датчики и т.д.);  передачи информации (организация сети);  управления (логика, аналитика).

Многочисленные производители устройств для систем автоматиза-

ции зданий (на сегодняшний день более 110) объединились в организацию KNX, раннее EIBA (European Installation Bus Association — Ассоциация производителей изделий, поддерживающих протокол KNX). Фирмы — члены KNX гарантируют поставку изделий, совместимых со стандартом шины. Ассоциация осуществляет сертификацию EIB оборудования с целью его унификации и соответствия нормам электробезопасности с качеством, соответствующим как минимум нормам ISO9003, осуществляет подготовку сертифицированных специалистов в области проектирования систем и их инсталляции в своих учебных центрах. Благодаря этому в одном проекте на базе системы EIB могут быть использованы приборы и программные продукты различных производителей с полной гарантией их совместимости.

Особенностью EIB технологии является то, что каждый контроллер

имеет прикладное значение, другими словами, каждый датчик или ис-

полнительное устройство имеет свой контроллер, в котором прошиваются прикладная программа этого устройства и таблица управляющих сигналов. т и приборы объединяются кабелем (парой проводов сечением 0,8), по которому обеспечивается их питание и обмен управляющими сигналами. Именно этот кабель и является общей шиной для всех приборов системы. Система является децентрализованной и не имеет главного управляющего центра. Четкое взаимодействие шинных приборов обеспечивается построением связей с помощью управляющих и контрольных сигналов в шине и их логической обработкой.

С одной стороны, целью создания систем автоматизации зданий яв-

ляется создание простого инструмента для гибкого построения надежных систем дистанционного контроля и управления электрическими нагрузками, освещением, теплом, сигнализацией, вентиляцией, кондиционированием, водоснабжением, приводами ворот и жалюзи в квартире или комплексе зданий, который должен быть доступен разработчикам среднего технического уровня. С другой стороны, оборудование в помещениях должно быть выполнено традиционно, для того, чтобы «общение с ним» было доступно и понятно пользователю любого уровня.

Практика созданий таких систем в Европе и, в частности, в России

показывает их эффективность, о чем говорит постоянно растущий спрос на эту технологию. Развитие ассортимента EIB приборов происходит как в сторону расширения их функционального назначения и интеллектуальных возможностей, так и в сторону разнообразия дизайнерского выполнения устройств, предназначенных для установки в жилых и офисных помещениях.

2. ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

2.1. Монтаж

Простота и надежность систем автоматизации зданий обусловлена

тем, что в отличие от традиционной системы электропроводки, в которой для каждого функционального элемента необходима собственная линия, а для каждого уровня системы управления — отдельная сеть, в системе EIB силовая электропроводка прокладывается только между исполнительными устройствами (реле, регуляторами и т.д.) и собственно потребителями, а все шинные приборы (датчики, контроллеры и исполнительные устройства) объединяются только сигнальным кабелем (шиной управления). Благодаря этому силовая часть выполняется без обходных путей, что уменьшает расход силового кабеля, количество соединений и отпаек, потери в нем и, как следствие, снижает вероят-

ность возникновения пожара и повышает надежность силовой цепи; упрощаются электромонтажные работы, а электропроводка в дальнейшем может быть легко расширена и модифицирована. Управляющая часть, состоящая из датчиков, контроллеров и выключателей, связана только информационным кабелем с безопасным уровнем напряжения, что предоставляет широкие возможности дизайнерам и проектировщикам по размещению приборов при гарантированном обеспечении высокой степени электробезопасности.

При изменении функционального назначения оборудования или при

перепланировке помещений обеспечивается быстрая адаптация системы EIB путем простого перепрограммирования шинных приборов без прокладки новых линий, а дополнительный прибор управления или датчик может быть установлен в любом месте, где есть возможность подключения к кабелю линии управления.

С помощью соответствующих интерфейсов система EIB может под-

ключаться и к центральным пультам управления других систем для автоматизации и диспетчеризации зданий или к телефонной сети общего пользования. Благодаря этому возможно экономичное применение EIB как в отдельной квартире, так и в особняках, отелях, школах, административных и промышленных зданиях или комплексах зданий.

2.2. Способ передачи информации

Система представляет собой децентрализованную шинную сис-

тему с событийным управлением и с последовательной передачей данных с разрешением конфликтов для управления, контроля и сигнализации. Все подключаемые приборы могут обмениваться информацией через общий канал передачи — шину. Гальваническая развязка в каналах передачи информации на линии через шину отсутствует, так как по этой шине одновременно передается питающее напряжение для шинных приборов (24 В постоянного тока) и собственно управляющие сигналы. Сообщение модулируется на постоянное напряжение, причем логический ноль передается в форме импульса. Передача телеграмм осуществляется асинхронно и идентифицируется наличием стартовых битов в телеграмме. Для организации доступа к шине используется метод CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) — метод множественного доступа с контролем носителя и избежанием конфликтов. Метод CSMA/CA гарантирует случайный бесконфликтный доступ к шине, с учетом уровня приоритета сигналов, без снижения ее пропускной способности.

Телеграмма сообщения имеет переменную длину и содержит

следующие поля:

 стартовое поле (Control field) — 8 бит;  поле физического (индивидуального) адреса источника сигнала

(Physical address of source device) — 16 бит;

 поле адреса получателя сигнала: группового при широковещатель-

ной или физического адреса при объектно-ориентированной телеграмме (Destination address) — 16 бит;

 поле типа адреса получателя — физический или групповой

(Address type bit) — 1 бит;

 поле счетчика переходов через линейные топологические соедини-

тели (Routing-counter) — 3 бит;

 поле длины сообщения (Length-field) — 4 бит;  поле сообщения (User data field) — максимально до 168 бит;  стоповое поле с защитным кодом телеграммы (Check field) — 8 бит.

Каждая телеграмма в линии требует подтверждения от получателя, в

противном случае она повторяется до трех раз.

2.3. Топология системы

Базовым элементом системы является линия. Одна линия может

объединять до 64 шинных приборов физически и до 256 приборов логически. С помощью линейных соединителей, которые выполняют функцию гальванической развязки шины, маршрутизатора для физических адресов и фильтра для групповых адресов при обмене телеграммами между линиями, до 15 линий могут быть объединены в область. Система позволяет объединить магистральной линией в одну систему до 15 областей при помощи тех же линейных соединителей, в которые прошивается программное приложение магистральных соединителей. Те же линейные соединители позволяют реализовать на одной линии соединение до 256 приборов с помощью сегментов, до 4 в одной линии. В этом случае линейные соединители работают без функции фильтрации и маршрутизации. К главной линии подключаются интерфейсы (межсетевые шлюзы) для связи с другими системами (S SL MAT X, ISDN, TCP/IP, BAC-net, L , M- us и т.д.) или с другими системами . Четкая логика работы системы обеспечивается тем, что сообщения передаются от линии к линии только в том случае, если они содержат групповой адрес содержащихся там абонентов.

2.4. Системные приборы

Системные приборы необходимы для организации работы шины. К

ним относятся:

 блок питания — для питания шины оперативным током;  дроссель — для развязки информационного сигнала от оператив-

ного напряжения у блока питания;

 шинный соединитель — для соединения шин, устанавливаемых на

рейку;

 линейный соединитель — для логического увеличения состава ли-

нии с 64 до 256 приборов, объединения линий с группами приборов в единую область и объединения областей в единую систему и их гальванической развязки. Имеет программные приложения для организации логических связей между линиями.

2.5. Датчики-приемники

Датчики-приемники представлены целым рядом функциональных и

физических датчиков:

 аналоговые входы, как правило, имеют четыре входных канала с

программно задаваемым уровнем входных токов и напряжений и программами их обработки;

 дискретные входы на уровни напряжений 220 В, 24 В и для сухих

контактов;

 датчики-регуляторы освещенности;  датчики терморегуляторы;  инфракрасные датчики движения и присутствия;

Все эти приборы имеют или встроенные шинные контроллеры (или

работают в паре с ними) и библиотеки программных приложений для реализации функций дискретного или непрерывного регулирования с корректировкой чувствительности и временных параметров.

2.6. Контроллеры

К контроллерам в системе KNX относятся следующие приборы:

 Блоки логики — служат для логической обработки сигналов в шине.

Выполняются как простые логические элементы на малое количество сигналов, так и как мощные программируемые блоки обработки большого объема информации по сложным алгоритмам, со своим программным обеспечением, для организации логического взаимодействия шинных устройств.

 Программируемые командные часы (таймеры) — выполняются с

годовой программой и возможностью корректировки времени по радиоканалу.

 Информационные дисплеи — предназначены для вывода текстовой

и звуковой сигнализации, некоторые модели имеют возможность обратной связи для управления контролируемыми устройствами. Выполняются как для монтажа в виде отдельных установочных изделий (накладок выключателя), так и для щитового монтажа на DIN рейку.

 Индикаторные панели со своими контроллерами — позволяют вы-

полнить мнемощиты для контроля и управления, организовать индикацию на светодиодах и лампочках, а также кнопочные пульты управления.

 Матричные панельные мониторы, с возможностью сенсорного управ-

ления, со своими контроллерами, делают возможным выполнить диалоговые стационарные пульты интерактивного управления и контроля.

 Блоки контроля потребления электрической мощности со встроен-

ным многотарифным счетчиком электроэнергии и функцией контроля перегрузок — предоставляют возможность автоматического отключения ряда потребителей электроэнергии.

 Блоки контроля превышения максимального тока и токов утечки —

позволяют контролировать абсолютное значение параметров и выполнять функции защиты.

2.7. Управляющие блоки

Релейные исполнительные устройства предназначены для непосред-

ственной коммутации нагрузок с токами от 6 до 16 А при напряжении 220 В.

Исполнительные устройства регуляторы (диммеры) служат для ком-

мутации осветительных нагрузок и управления их мощностью. Выполняются как для непосредственного управления лампами накаливания, так для управления всеми типами осветительных приборов с применением электронных пускорегулирующих аппаратов (ПРА) по аналоговому интерфейсу 0-10 В и цифровым интерфейсам стандарта DSI (Digital Serial Interface) и Daly.

Релейные исполнительные устройства управления приводами при-

меняются для управления реверсивными обмотками электроприводов с задаваемыми временными характеристиками работы контактов, взаимоблокировкой или изменением полярности контактов для управления реверсивными приводами. Существуют модификации для двигателей переменного и постоянного тока.

Сервоприводы используются для управления клапанами и вентилями

систем отопления.

Комбинированные устройства датчик — силовой выход предназна-

чены для управления потребителями с концевыми выключателями или блок-контактами.

Цифроаналоговые преобразователи применяются для управления

пропорциональными приводами в различных технологических системах.

Исполнительные устройства имеют различное конструктивное вы-

полнение, что позволяет их оптимально подобрать для установки в щитах автоматики, на конкретных конечных устройствах, в помещениях с любым архитектурным решением и видом внутренней отделки.

2.8. Среда проектирования системы

Помимо общих стандартов на всю продукцию, в KNX принято еди-

ное программное обеспечение для проектирования, программирования, отладки и обслуживания разрабатываемых систем. тот продукт носит название ETS (EIB Tool Software).

Программа позволяет выполнять:  работу с базами данных продуктов различных производителей,

их экспорт и импорт;

 собственно программирование и разработку системы, в которой,

используя базы данных продуктов, конфигурировать систему управления путем редактирования параметров в программах устройств и связи их функциональными адресами;

 программирование и отладку реальных приборов, подключенных

к шине через различные виды интерфейсов с набором диагностических инструментов, с мониторами телеграмм и состоянием шины для анализа работы системы;

 работу с проектами для их редактирования, импорта, копирова-

ния и экспорта;

 настройку общих установок. Каждая фирма производитель EIB(KNX) продукции в стандарте ETS

предоставляет базу данных своих продуктов, которая постоянно модифицируется и дополняется и, как правило, распространяется бесплатно по запросу. База данных продукта позволяет проектировщику иметь полное представление о возможности того или иного устройства для применения его при решении конкретной технической задачи.

Следует отметить, что ряд сложных устройств, таких как програм-

мируемые контроллеры, LCD панели, преобразователи интерфейса требуют дополнительных программ, которые, как правило, работают через ETS.

2.9. Создание проекта в ETS

Процесс создания проекта системы управления зданием EIB на базе

ETS сводится к топологическому формированию набора шинных приборов с привязкой их к конкретным помещениям объекта. Топологическая структура строится по иерархическому принципу – проект/объект/этаж или секция/конкретное помещение (устройство). Данный подход позволяет легко разобраться в топологии системы и в функциях, выполняемых шинными приборами. В зависимости от решаемой задачи помещение комплектуется необходимым количеством шинных приборов, таких как выключатели, датчики дискретных или аналоговых сигналов, и исполнительными устройствами, которые можно выбирать из базы данных различных фирм производителей. Программа автоматически присваивает нумерацию уникальных физических адресов приборам.

Затем создается структура шинных управляющих сигналов — груп-

повых адресов, которая, для удобства, также имеет иерархическую структуру. Например: центральные сигналы/сигнализация/отсутствие напряжения. Структура групповых адресов может быть двух- или трехуровневой, что задается в настройках ETS. Причем данный параметр не изменяет физический вид кода группового адреса, а только отображает его в ETS в другой форме. Правильно построенная структура групповых адресов существенно облегчает процесс наладки проекта.

Далее осуществляется параметрирование собственно шинного при-

бора, которое заключается в выборе варианта его программного обеспечения из базы данных, и оптимизация его параметров. Например, для определенного релейного исполнительного устройства из его библиотеки выбирается приложение «логически связанный контакт». Выбирается вид логической обработки входных управляющих сигналов по разным входам — «И», «ИЛИ—НЕ» и т.д. Задается вид контактов — нормально-замкнутый или нормально-разомкнутый. Задается состояние контактов при исчезновении оперативного напряжения в шине, и после его восстановления выбираются временные зависимости, например «задержка на отключение» с заданием этого времени, выставляются флаги по каждому объекту, разрешающие работу в шине, запись, чтение, передачу. Такое параметрирование позволяет обеспечить правильную работу устройств не только в нормальном режиме, но и при отключении электроэнергии и повторном включении ее через некоторое время, а также при исчезновении оперативного напряжения в шине в случае обрыва сигнального кабеля или его повреждения. Другими словами, задаются алгоритм отработки управляющих сигналов шины и начальная установка каждого шинного прибора системы EIB на возобновление своей работы таким образом, что пользователю нет необходимости

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]