建筑自動化教學提綱

1、建筑自動化教學提綱本課程包括48個學時，分為8講。除第一講緒論(3學時)外，課程中結合實際工程組織了4個循環(huán)過程。從局部調節(jié)，到空調子系統(tǒng)控制問題，再到整個建筑自動化系統(tǒng)，這四個循環(huán)的視角逐步拓展，前面循環(huán)的內容是后面循環(huán)的基礎，由淺入深，結合實際工程問題介紹建筑自動化的相關知識，引導學生通過自己對課程中各個問題的研究，逐漸掌握解決建筑自動化工程問題的能力。1、緒論（3學時授課）緒論闡述了建筑自動化的定義、內容、目的、歷史、現(xiàn)狀和展望，并介紹了本課的學習方法和要求。具體內容包括：1）什么是建筑自動化；2）自動控制系統(tǒng)一例；3）建筑自動化系統(tǒng)的目的；4）建筑自動化的昨天，今天和明天；5）本課程的

2、主要內容與學習方法。2、循環(huán)一 （12學時）第一個循環(huán)從相對簡單的設備控制案例入手，讓學生發(fā)現(xiàn)建筑環(huán)境控制的特點和典型問題，引起學生學習的興趣。第二講（3學時）通過對水箱水溫控制這個簡單的工程問題，使學生了解自動控制系統(tǒng)的基本結構和基本問題，同時接觸相關的硬件，掌握控制器，傳感器和執(zhí)行器的基本原理，打消自動控制的神秘感。在這個環(huán)節(jié)中，學生將接觸到數(shù)學推導，實驗，和模擬仿真三種研究控制系統(tǒng)的方法，并且將三種方法對同一問題的分析結果進行對比，從而了解三種方法的各自特點，認識到應用模擬仿真分析問題時仿真模型必須要反映實際系統(tǒng)特征的原則。通過簡單的控制問題，這一循環(huán)使學生對建筑系統(tǒng)控制有了初步的認識。

3、該部分講課提綱為：一、恒溫水箱的通斷控制器的構成二、通斷控制下恒溫水箱的調節(jié)特性三、恒溫水箱的實際控制過程1) 溫度傳感器慣性的影響2) 執(zhí)行器的慣性的影響3) 水箱溫度的不均勻性四、拉氏變換分析方法五、小結配合本講內容，安排有一次動手實驗和一次模擬實驗，其中動手實驗安排在講課之前，而模擬實驗安排在講課之后。學生在模擬實驗時，仍可返回實驗臺再次進行動手實驗，以比較動手實驗和模擬實驗的結果。動手實驗和模擬實驗的提綱如下：一、恒溫水箱控制系統(tǒng)實驗1）實驗裝置： 2）實驗目的：。3）實驗內容：4）相關概念：二、恒溫水箱控制系統(tǒng)模擬分析1）題目要求2）被控系統(tǒng)和控制要求3）模擬分析對象及簡化假設4）常

4、用的拉氏變換第三講（三學時）為恒溫恒濕機組的控制。研究如何用簡單的通斷控制方法實現(xiàn)房間溫度或濕度的高精度控制。這是1990年內空調機組控制的常見問題。通過對此案例的研究和實驗，學生可以體會到環(huán)境控制中常遇到的被控參數(shù)耦合問題。授課提綱如下：一、恒溫恒濕空調機及其控制管理需求二、基于計算機的控制器三、執(zhí)行器的選擇及其接口電路1）電加熱器、加濕器的控制2）風機、制冷壓縮機的電機控制3）電動水閥及其控制4）其它電動執(zhí)行機構及其控制四、傳感器的選擇及其接口電路1）溫濕度等物理參數(shù)的準確測量2）開關型輸出的傳感器五、控制器外電路六、控制，保護和調節(jié)邏輯七控制調節(jié)過程1）初始調節(jié)和室內狀態(tài)的建立2）溫濕度

5、狀態(tài)的維持和恒溫恒濕的實現(xiàn)八、小結第三講配合的模擬實驗提綱為：一、控制對象簡化及模型1）房間模型2）蒸發(fā)器模型3）加熱器模型4）加濕器模型二、題目要求三、控制系統(tǒng)的硬件電路圖3、循環(huán)二 （12學時）循環(huán)二結合散熱器實驗臺的恒溫控制這個實際工程問題，介紹調節(jié)原理的初步知識，使學生掌握一些主要的調節(jié)控制算法。學生將在仿真實驗中嘗試應用各種控制算法來實現(xiàn)控制目標，體會調節(jié)過程各種影響因素的作用，掌握控制參數(shù)的整定方法。這一循環(huán)通過較復雜的控制系統(tǒng)介紹簡單的控制原理的基本知識，使學生掌握一到兩種單一參數(shù)閉環(huán)控制控制算法。授課提綱如下：一、采暖散熱器性能實驗臺二、比例調節(jié)器的調節(jié)特性三、PID調節(jié)器1）

6、積分調節(jié)2）微分調節(jié)3）PID調節(jié)器四、PID調節(jié)的實現(xiàn)和實際中的問題1）比例調節(jié)時的比例帶2）積分飽和問題3）微分調節(jié)的噪音影響4）數(shù)字控制帶來的新問題5）控制系統(tǒng)的魯棒性五、其它的單回路閉環(huán)控制調節(jié)方法1）模糊控制2）神經元方法3）控制論方法六、小結本講配合一次模擬實驗及相應的討論課，實驗提綱如下：一、題目要求二、K臺各組成單元模型：1）散熱器房間模型：2）空氣處理設備模型3）水箱模型4、循環(huán)三 （15學時）循環(huán)三深入討論具體的空調系統(tǒng)的控制問題，介紹如何應用上一循環(huán)介紹的調節(jié)原理，解決空調領域的實際控制問題。這一循環(huán)從空調系統(tǒng)控制的具體問題出發(fā)，將空調專業(yè)的背景知識與控制原理相結合，討論

7、如何根據(jù)空調專業(yè)知識確定控制策略，以及應用何種閉環(huán)控制算法實現(xiàn)具體調節(jié)過程。通過對實際工程問題的模擬仿真實驗，學生將體會到空調系統(tǒng)控制工程中的實際問題和難點，并學會通過仿真手段解決工程問題的方法，培養(yǎng)了解決實際問題的能力。這一循環(huán)在學生已掌握單一參數(shù)閉環(huán)控制算法的基礎上，解決了HVAC系統(tǒng)的控制策略問題。授課提綱如下：一、單房間全空氣系統(tǒng)的溫濕度控制1）單房間的室溫調節(jié)2）房間的濕度調節(jié)3）變風量時的調節(jié)過程二、多房間的全空氣控制三、空氣處理過程的控制1）空氣處理裝置的調節(jié)策略2）各空氣處理段閉環(huán)調節(jié)的實現(xiàn)3）水空氣換熱設備的調節(jié)特性四、變風量系統(tǒng)的變風量箱及其控制五、變風量系統(tǒng)的控制1）送風

8、機轉速的確定2）回風機轉速的控制3）送風狀態(tài)的確定六、風機盤管加新風系統(tǒng)的控制1）風機盤管的控制2）新風機組的控制七、小結本講配合一次模擬實驗，包括AHU、VAV和FCU控制三個題目，實驗提綱如下：一、空調箱控制仿真1）控制對象模型：1.1）閥門模型： 1.2）表冷器模型1.3）加熱器模型1.4）加濕器模型1.5）傳感器模型1.6）新風參數(shù)以及回風參數(shù)2）題目要求二、VAV末端控制仿真1）控制對象模型 1.1）房間模型1.2）風閥模型1.3）加熱器模型1.4）傳感器模型2）題目要求本循環(huán)的另一講為冷熱源與水系統(tǒng)的控制調節(jié)，該部分授課提綱如下：一、冷熱源系統(tǒng)的基本啟停操作與保護二、制冷機的冷量調

9、節(jié)和臺數(shù)啟?？刂?）單臺冷機的冷量調節(jié)方式與調節(jié)能力2）多臺冷機的冷量調節(jié)3）冷機最佳運行方案的確定三、冷卻塔與冷卻水系統(tǒng)的控制四、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制1）冷凍機側冷量與水量的關系2）用冷末端冷量與水量的關系3）制冷站與末端的聯(lián)合運行4）冷水溫度的確定5）蓄冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制6）循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化控制7）小型熱源的控制調節(jié)五、小結4、循環(huán)四 （9學時）第四個教學循環(huán)對建筑自動化系統(tǒng)作全面介紹。這一循環(huán)中涉及空調、照明、電梯、給排水、消防、保安監(jiān)控等建筑自動化所包含的其他子系統(tǒng)。通過對建筑自動化系統(tǒng)整體架構的介紹和討論，使學生全面了解建筑自動化的功能、要求、設計方法，常見的系統(tǒng)形式和通信網絡。通過這

10、一循環(huán)的學習，學生可以初步了解建筑自動化的全貌，如果再投入到實際工程中進一步設計和調試一兩個整個建筑的自動化系統(tǒng)工程，就可以進入到這一領域，可以勝任基本的工程任務了。本循環(huán)的第一部分為通信網絡技術，該部分授課提綱如下：一、被控設備的網絡連接1）拓撲結構2）傳輸介質二、數(shù)據(jù)的傳輸1）邏輯1和邏輯0的收發(fā)2） 數(shù)據(jù)幀的構成3）數(shù)據(jù)的收發(fā)服務4）幾種典型通信協(xié)議的幀結構三、網絡設備的協(xié)調1）局部網絡中設備的協(xié)調機制2）地址、路由和中繼四、建筑自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)特點1）數(shù)據(jù)的產生和接收特點2）設備的對話機制3）建筑自動化設備對通信數(shù)據(jù)的應用五、OSI通信參考模型1）OSI七層模型的內容2）OSI參考模

11、型的設計原則六、常見的通信網絡技術1）現(xiàn)場總線技術2）系統(tǒng)集成和BACnet技術3）工業(yè)以太網在建筑自動化中的應用七、通信技術在建筑自動化系統(tǒng)中應用的展望八、小結本循環(huán)的第二部分為建筑自動化系統(tǒng)，該部分授課提綱如下：一、建筑物的信息系統(tǒng)（弱電系統(tǒng)）二、建筑自動化1）輸配電系統(tǒng)的監(jiān)測控制2）照明系統(tǒng)的監(jiān)測控制3）電梯扶梯的監(jiān)測控制4）給排水系統(tǒng)的監(jiān)測控制5）通風排風系統(tǒng)的監(jiān)測控制6)采暖空調系統(tǒng)的監(jiān)測控制7）采暖空調冷熱源系統(tǒng)和生活熱水制備系統(tǒng)的監(jiān)測控制 8）可調節(jié)圍護結構的監(jiān)測控制三、建筑自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)方法1）自動化系統(tǒng)的功能分析與設計2）傳感器，執(zhí)行器的選擇3）信息點的確定與信息流的設計4）設計和選擇硬件平臺5）執(zhí)行器手動/自動的轉換模式6）中央控制管理功能7）系統(tǒng)的安全性與解決方案四、小結動手實驗2安排在所有課程講授課程結束之后。在節(jié)能樓這個實際工程中，學生將利用一學期學到的知識解決真實的建筑控制問題。這是對學生一學期學習成果的綜合考驗，包括單回路閉環(huán)控制問題，空調系統(tǒng)控制，通信網絡，建筑控制系統(tǒng)設計和工程實施等課程中討論過的問題都會在實際工程中遇到。這