姚卫丰
2006年 4月
第二章 智能建筑的计算机控制基础
Department of Building
Services Engineering
? 智能建筑系统通常包括三个组成部分 —— 楼宇自
动化系统（ BAS）、办公自动化系统（ OAS）和通
信自动化系统（ CAS），即 3A大厦；
? 楼宇自动化系统是智能建筑系统中一个重要基本
组成部分，而智能建筑系统是建立在楼宇自动化
系统的基础之上的。
? 数字计算机在楼宇自动控制系统中作为控制系统
的重要组成部分完成控制任务 ;
? 计算机控制系统又称为数字控制系统，是实现各
种控制功能的自动控制系统。
Department of Building
Services Engineering
第二章 智能建筑的计算机控制基础
? 第一节 计算机控制系统组成
? 第二节 计算机控制系统分类
? 第三节 BAS体系
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
硬件部分, 计算机控制系统的组成
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分,计算机功能
—— 按照预先编制好的程序进行数据采集、
数据处理、逻辑判断、控制量计算、报警
等。同时，通过接口电路向系统的各个部
分发出各种控制命令，指挥整个计算机控
制系统。
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分,过程通道
—— 过程通道是计算机与被控对象之间交换
数据信息的信道；
—— 按传输信号的形式可分为模拟量通道和
开关量通道；
—— 按信号的传输方向可分为输入通道和输
出通道。
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分：过程通道
—— 模拟量输入通道（ Analog Inputs,AI）
用来将被控对象的模拟量被控参数（被测
参数），转换成数字信号，并送至计算机，
它包括检测元件（传感器）、变送器、多
路采样器和模 /数（ A/D）转换器等。
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分：过程通道
—— 模拟量输出通道（ Analog Outputs,AO）
将计算机输出的数字信号经 D/A转换器变
换为模拟量后，去控制各种执行机构动作。
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分：过程通道
—— 开关量输入通道（ Digital Inputs,DI）
用于将现场的各种限位开关或各种继电器
的状态输入计算机；
—— 开关量输出通道（ Digital Outputs,DO）
用来控制系统中的各种继电器、接触器、
电磁阀门、指示灯、声光报警器等只有开、
关两种状态的设备。
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Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分：控制操作台
功能：
—— 控制操作台是人与计算机控制系统联系的设备，
在控制操作台上随时显示纪记录系统的当前运行
状态和被控对象的参数，使操作人员及时地了解
过程的状态，进行必要的干预，修改有关参数或
紧急处理某些事件。当系统某个局部出现意外或
故障时，也在操作台上产生报警信息。操作人员
在操作台上可修改程序和工艺参数，也可以按需
要改变系统的运行状态。
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分：控制操作台
操作台包括以下设备：
—— CRT显示器或 LED数码管显示器、打印机、
记录仪等输出设备；
—— 键盘、功能控制按钮和扳键（作用开关）
等输入装置；
—— 计算机外存器。如硬盘、磁盘机、磁带
机等，用来暂存系统数据和程序。
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Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 软件部分：系统软件
—— 计算机控制系统的应用软件是用户根据
自己的需要，执行编制的控制程序、控
制算法程序及一些服务程序；
—— 控制软件包括对系统进行直接检测、控
制的前沿程序，包括人 -机联系、对外围
设备管理的服务性程序，还有保证系统
可靠运行的自检程序等。
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Services Engineering
? 软件部分：应用软件
—— 计算机控制系统的应用软件是用户根据
自己的需要，执行编制的控制程序、控制
算法程序及一些服务程序；
—— 控制软件包括对系统进行直接检测、控
制的前沿程序，包括人 -机联系、对外围设
备管理的服务性程序，还有保证系统可靠
运行的自检程序等。
第一节 计算机控制系统组成
Department of Building
Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
? 计算机控制系统分为以下几种类型：
—— 操作指导控制系统；
—— 直接数字控制系统；
—— 集散控制系统及现场总线与分布控制系
统。
Department of Building
Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
操作指导控制系统：也称为数据采集和处理
系统（如图所示）：
Department of Building
Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
? 操作指导控制系统：
—— 对现场随时产生的大量数据（如温度、
压力、流量等）进行巡回检测、收集、记录、
统计、运算、分析、判断和处理；
—— 若遇到某个参数超过限定值，操作人员
可进行处理
—— 计算机并不直接控制生产过程。
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Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
直接数字控制系统
—— 简称 DDC系统（ Direct Digital Control）
—— 计算机对一个或多个参数进行检测，并
将监测结果与给定值比较，按照控制规律
进行计算，控制量通过接口直接控制执行
机构对被控对象进行控制
—— 这种方式在工业生产中使用较为普遍
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Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
? 直接数字控制系统
直接数字控制系统
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Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
? 集散控制系统
—— 集散控制系统（ Distributed Control System,DCS）是
采用集中管理、分散控制策略的计算机控制系统；
—— 它以分布在现场的数字化控制器或计算机装置完成对被
控设备的实时控制、监测和保护任务，具有数据处理、显
示、记录及显示报警等工作；
—— 集散控制系统克服了集中控制带来的危险集中，系统可
靠性差的问题，同时又避免了控制装置分散在现场各处，
人机联系困难，无法统一管理的缺点，通过通信总线（现
场总线或网络）使整个系统形成一个整体，实现了信息和
操作管理集中化、控制任务分散化的目标。
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Services Engineering
? 集散控制系统
第二节 计算机控制系统分类
集散控制系统结构 集散控制系统的功能分层
Department of Building
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集散式建筑设备监控系统结构
第二节 计算机控制系统分类
Department of Building
Services Engineering
? 现场总线与网络控制系统
—— 随着微电子学和通信技术的发展，过程控制的一些功能
进一步分散下移，出现了各种智能现场仪表。这些智能变
送器、执行器等简化布线，减少模拟量在长距离输送过程
中的干扰和衰减的影响，便于共享数据以及在线自检；
—— 现场总线是适应智能仪表发展的一种计算机网络，它的
每个节点均是智能仪表或设备，网络上传输的是双向的数
字信号；
—— 由于现场总线具有可靠性高，便于容错，全数字化，通
信距离长，速率快，多节点，造价低廉，并且具有很强的
抗干扰能力等一系列优点，普遍用于智能建筑中。
第二节 计算机控制系统分类
Department of Building
Services Engineering
? 现场总线与网络控制系统
第二节 计算机控制系统分类
典型的现场总线系统
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Services Engineering
第三节 BAS体系
? 楼宇自动化系统（ Building Automation System）
对楼宇内各种机电设备进行集中管理和监控；
? 主要包括空调及新风系统、送排风系统、冷冻站
系统、热交换站系统、变配电系统、照明系统、
给排水系统、垂直输送系统等；
? 对各个子系统进行监测、控制、信息记录，实现
分散节能控制和集中科学管理，为用户提供良好
的工作和生活环境，同时为管理者提供方便的管
理手段，从而减少建筑物的能耗并降低管理成本。
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Services Engineering
?微型控制器
?中央控制站
?（工作站）
?分站 ?分站 ?分站?网关
?子站 ?子站?…
?
?…
?控制器 ?控制器 ?控制器
?Internet
BAS结构
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Thank you！
2006年 4月
第二章 智能建筑的计算机控制基础
Department of Building
Services Engineering
? 智能建筑系统通常包括三个组成部分 —— 楼宇自
动化系统（ BAS）、办公自动化系统（ OAS）和通
信自动化系统（ CAS），即 3A大厦；
? 楼宇自动化系统是智能建筑系统中一个重要基本
组成部分，而智能建筑系统是建立在楼宇自动化
系统的基础之上的。
? 数字计算机在楼宇自动控制系统中作为控制系统
的重要组成部分完成控制任务 ;
? 计算机控制系统又称为数字控制系统，是实现各
种控制功能的自动控制系统。
Department of Building
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第二章 智能建筑的计算机控制基础
? 第一节 计算机控制系统组成
? 第二节 计算机控制系统分类
? 第三节 BAS体系
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
硬件部分, 计算机控制系统的组成
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分,计算机功能
—— 按照预先编制好的程序进行数据采集、
数据处理、逻辑判断、控制量计算、报警
等。同时，通过接口电路向系统的各个部
分发出各种控制命令，指挥整个计算机控
制系统。
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分,过程通道
—— 过程通道是计算机与被控对象之间交换
数据信息的信道；
—— 按传输信号的形式可分为模拟量通道和
开关量通道；
—— 按信号的传输方向可分为输入通道和输
出通道。
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分：过程通道
—— 模拟量输入通道（ Analog Inputs,AI）
用来将被控对象的模拟量被控参数（被测
参数），转换成数字信号，并送至计算机，
它包括检测元件（传感器）、变送器、多
路采样器和模 /数（ A/D）转换器等。
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分：过程通道
—— 模拟量输出通道（ Analog Outputs,AO）
将计算机输出的数字信号经 D/A转换器变
换为模拟量后，去控制各种执行机构动作。
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分：过程通道
—— 开关量输入通道（ Digital Inputs,DI）
用于将现场的各种限位开关或各种继电器
的状态输入计算机；
—— 开关量输出通道（ Digital Outputs,DO）
用来控制系统中的各种继电器、接触器、
电磁阀门、指示灯、声光报警器等只有开、
关两种状态的设备。
Department of Building
Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分：控制操作台
功能：
—— 控制操作台是人与计算机控制系统联系的设备，
在控制操作台上随时显示纪记录系统的当前运行
状态和被控对象的参数，使操作人员及时地了解
过程的状态，进行必要的干预，修改有关参数或
紧急处理某些事件。当系统某个局部出现意外或
故障时，也在操作台上产生报警信息。操作人员
在操作台上可修改程序和工艺参数，也可以按需
要改变系统的运行状态。
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Services Engineering
第一节 计算机控制系统组成
? 硬件部分：控制操作台
操作台包括以下设备：
—— CRT显示器或 LED数码管显示器、打印机、
记录仪等输出设备；
—— 键盘、功能控制按钮和扳键（作用开关）
等输入装置；
—— 计算机外存器。如硬盘、磁盘机、磁带
机等，用来暂存系统数据和程序。
Department of Building
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第一节 计算机控制系统组成
? 软件部分：系统软件
—— 计算机控制系统的应用软件是用户根据
自己的需要，执行编制的控制程序、控
制算法程序及一些服务程序；
—— 控制软件包括对系统进行直接检测、控
制的前沿程序，包括人 -机联系、对外围
设备管理的服务性程序，还有保证系统
可靠运行的自检程序等。
Department of Building
Services Engineering
? 软件部分：应用软件
—— 计算机控制系统的应用软件是用户根据
自己的需要，执行编制的控制程序、控制
算法程序及一些服务程序；
—— 控制软件包括对系统进行直接检测、控
制的前沿程序，包括人 -机联系、对外围设
备管理的服务性程序，还有保证系统可靠
运行的自检程序等。
第一节 计算机控制系统组成
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Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
? 计算机控制系统分为以下几种类型：
—— 操作指导控制系统；
—— 直接数字控制系统；
—— 集散控制系统及现场总线与分布控制系
统。
Department of Building
Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
操作指导控制系统：也称为数据采集和处理
系统（如图所示）：
Department of Building
Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
? 操作指导控制系统：
—— 对现场随时产生的大量数据（如温度、
压力、流量等）进行巡回检测、收集、记录、
统计、运算、分析、判断和处理；
—— 若遇到某个参数超过限定值，操作人员
可进行处理
—— 计算机并不直接控制生产过程。
Department of Building
Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
直接数字控制系统
—— 简称 DDC系统（ Direct Digital Control）
—— 计算机对一个或多个参数进行检测，并
将监测结果与给定值比较，按照控制规律
进行计算，控制量通过接口直接控制执行
机构对被控对象进行控制
—— 这种方式在工业生产中使用较为普遍
Department of Building
Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
? 直接数字控制系统
直接数字控制系统
Department of Building
Services Engineering
第二节 计算机控制系统分类
? 集散控制系统
—— 集散控制系统（ Distributed Control System,DCS）是
采用集中管理、分散控制策略的计算机控制系统；
—— 它以分布在现场的数字化控制器或计算机装置完成对被
控设备的实时控制、监测和保护任务，具有数据处理、显
示、记录及显示报警等工作；
—— 集散控制系统克服了集中控制带来的危险集中，系统可
靠性差的问题，同时又避免了控制装置分散在现场各处，
人机联系困难，无法统一管理的缺点，通过通信总线（现
场总线或网络）使整个系统形成一个整体，实现了信息和
操作管理集中化、控制任务分散化的目标。
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? 集散控制系统
第二节 计算机控制系统分类
集散控制系统结构 集散控制系统的功能分层
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集散式建筑设备监控系统结构
第二节 计算机控制系统分类
Department of Building
Services Engineering
? 现场总线与网络控制系统
—— 随着微电子学和通信技术的发展，过程控制的一些功能
进一步分散下移，出现了各种智能现场仪表。这些智能变
送器、执行器等简化布线，减少模拟量在长距离输送过程
中的干扰和衰减的影响，便于共享数据以及在线自检；
—— 现场总线是适应智能仪表发展的一种计算机网络，它的
每个节点均是智能仪表或设备，网络上传输的是双向的数
字信号；
—— 由于现场总线具有可靠性高，便于容错，全数字化，通
信距离长，速率快，多节点，造价低廉，并且具有很强的
抗干扰能力等一系列优点，普遍用于智能建筑中。
第二节 计算机控制系统分类
Department of Building
Services Engineering
? 现场总线与网络控制系统
第二节 计算机控制系统分类
典型的现场总线系统
Department of Building
Services Engineering
第三节 BAS体系
? 楼宇自动化系统（ Building Automation System）
对楼宇内各种机电设备进行集中管理和监控；
? 主要包括空调及新风系统、送排风系统、冷冻站
系统、热交换站系统、变配电系统、照明系统、
给排水系统、垂直输送系统等；
? 对各个子系统进行监测、控制、信息记录，实现
分散节能控制和集中科学管理，为用户提供良好
的工作和生活环境，同时为管理者提供方便的管
理手段，从而减少建筑物的能耗并降低管理成本。
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?微型控制器
?中央控制站
?（工作站）
?分站 ?分站 ?分站?网关
?子站 ?子站?…
?
?…
?控制器 ?控制器 ?控制器
?Internet
BAS结构
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