自动化技术在消防工程中的应用.ppt
电话：,2010年消防系列教材交流研讨会,自动控制原理,一,传感器及智能传感器,二,先进测控技术及其应用,五,智能建筑,4,四,工业控制计算机及单片机,3,三,中南大学土木建筑学院防灾科学与安全技术研究所,一、自动控制原理 1、自动控制定义：是指在无人参与的情况下，利用控制器操纵被控对象，使被控量按照预先规定的规律运行。2、自动控制系统的组成：1）控制器2）被控对象3）控制量,自动控制系统的基本原理,3 自动控制理论体系（1）自动控制理论发展的三个阶段1）经典控制（上世纪3060年代）代表人物：维纳以反馈理论为基础以传递函数为工具研究对象：单输入单输出（SISO)研究方法：时域法、频域法、根轨迹法应用：工业被控对象2）现代控制（6080年代）代表人物：钱学森：工程控制论以空间状态法为基础以空间矩阵为工具对象：多输入多输出（MIMO)应用、航空、航天3）先进控制（80年代至今）智能控制、复合控制、网络控制、鲁棒控制、研究方法：人工智能、神经网络研究对象：各种对象应用：各种各样场合,（2）自动控制理论系列课程体系1）自动控制原理2）自动控制工程3）现代控制理论4）计算机控制系统5）最优控制6）随机控制,（3）自动控制学科体系1）一级学科：控制科学与工程2）二级学科：a）控制理论与控制工程b）检测技术与自动化装置c）系统工程d）模式识别与智能系统e)飞行器导航与控制,（4）各学校自动控制专业发展特色1）清华大学：电机、电力系统控制2）浙江大学：化工控制3）中南大学：冶金（有色、黑色）4）北京航空航天大学：航空航天5）国防科技大学：军事6）华中科技大学：控制与系统工程结合7）西安交通大学：系统工程,（5）我们消防工程专业自动控制方向特色1）课程：自动控制原理传感器技术单片机原理及应用智能建筑通信指挥调度2）特色：针对消防工程火灾探测与控制3）课时分配及学习要求：32学时，相对较少，了解概貌，尽量讲授关键知识点以及基本原理。,4 反馈控制思想 电子技术：运算放大器、负反馈概念 其他可以通用。关键思想：比较、模拟、仿真。人物：郭雷中科院院士,二、传感器及智能传感器 1、什么是传感器？在我们日常生活中，使用着各种各样的传感器，电冰箱、电饭煲中的温度传感器;空调中的温度和湿度传感器;煤气灶中的煤气泄漏传感器;水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器;照相机中的光传感器;汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。传感器给我们的生活带来了多少便利和帮助呢？,1、什么是传感器？,2、传感器技术的作用和地位构成现代信息技术的三大支柱是：传感器技术（信息采集）；通信技术（信息传输）；计算机技术（信息处理）；它们在信息系统中分别起到“感官”、“神经”和“大脑”的作用。在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的 信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。,2、传感器技术的作用和地位机器人 视觉:平面、立体 非视觉:触觉、滑觉、热觉、力觉、接近觉、,2、传感器技术的作用和地位医疗诊断,2、传感器技术的作用和地位家用电器,2、传感器技术的作用和地位,2、传感器技术的作用和地位 智能建筑,2、传感器技术的作用和地位 传感器具有以下作用和功能（1）测量与数据采集（2）检测与控制（3）诊断与监测（4）辅助观测仪器（5）资源探测（6）环境保护（7）医疗卫生（8）家用电器,3、传感器现状和国内外发展趋势 传感器发展趋势：20世纪70年代以来以电量为输出的传感器得到飞 速发展，现代传感器已是测量仪器、智能化仪表、自动控制系统等装置必不可少的感知元件。几十年来传感技术的发展分为两个方面：1.提高与改善传感器的技术指标；2.寻找新原理、新材料、新工艺。为改善传感器性能采用多种技术途径：差动技术；平均技术；补偿修正技术；隔离抗干扰抑制、稳定性处理等等。,3、传感器现状和国内外发展趋势 目前传感器总的发展趋势是：（1）发展、利用新效应；（2）开发新材料；（3）提高传感器性能和检测范围；（4）微型化与微功耗；（5）集成化与多功能化；（6）传感器的智能化；（7）传感器的数字化和网络化。,传感器的数字化和网络化,3、传感器现状和国内外发展趋势,传感器在总体上呈现出多功能、微型化、数字化、集成化、智能化和网络化的发展趋势。,4、检测系统的组成原理,各种传感器其输出信号的形式因传感器而异。检测仪器的输出 或送控制器用以调节控制，或送至计算机作进一步处理。现代传感技术是自动检测和自动控制系统以及机电一体化的第 一基础。,自动控制系统框图,5、传感器的定义、组成和分类方法（1）定义：Sensor/transducer（2）组成:敏感元件、转换元件、基本电路（3）分类:1）按检测范畴分类:物理量传感器 化学量传感器 生物量传感器2）按输出信号分类:模拟传感器 数字传感器3）按结构分类:结构型传感器 物性型传感器 复合型传感器4）按功能分类:单功能传感器 多功能传感器 智能传感器5）按转换原理分类:机电传感器 光电传感器 热电电传感器 磁电传感器 电化学传感器6）按传感器的能源分类:有源传感器 无源传感器,6、传感器的基本特性（1）静态特性：当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的信 号时（如温度、压力），讨论传感器的静态特性，输入输出关系称静态特性。主要指标：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性（2）动态特性:动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的响应特性。主要有加速度、振动等，被测量是时间的函数，或是频率的函数，用时域法和频域法来研究。自动控制里的传递函数。,7、智能传感器（1）智能传感器（Intelligent Sensor/Smart Sensor)（2）DALLAS公司的DS1820智能温度传感器（3）AD公司的ADXL210智能加速度传感器（4）HOLLEYWELL公司的ST-3000智能压力传感器,三、工业控制计算机及单片机（1）工控机/工业控制计算机/IPC/Industrial Personal Computer中央管理用计算机台湾研华公司“Advantech”；研祥“Evoc”。结构：主机及各种板卡,通信卡、I/O卡总线：ISA总线，PCI总线选型时可了解IPC的配置，再选各种卡。,（2）可编程序控制器（PLC）（Programmable Logic Controller）,PC主要用于开关控制。数十至上百I/O接口，继电器，接触器，构成顺序控制 二进制O/1关/开扩充模拟量模块（成本昂贵），模拟量多时采用IPC。（3）单片机MCU，DSP，FPGA。自行开发现场控制计算机，可大可小。（4）工业控制相关技术1）强弱电一体化 过去人们习惯于用AC做电源，各种传感器，执行机构采用此方式。DDZ-（0-10mA)，DDZ-型仪表（4-20mA),80年代用于电气，信息计算机技术采用弱电DC24V计算机DC:+12V、-12V，5V、-5V一般单片机：5V继电器、执行器：DC24V（2）机电一体化机电仪一体化融合计算机技术，信息技术，自动控制技术于一体，一般高校的机电学院甚至职业技术学院都设有机电一体化专业。,四、智能建筑,1、智能建筑定义 什么是智能建筑？伴随着计算机的普及和信息产业的发展，在建筑业出现了智能建筑，而随着人们生活水平的不断提高，智能建筑得到了迅猛发展，并已成为21世纪建筑业的发展主流。所谓智能建筑，就是给传统建筑加上“灵敏”的神经系统和“聪明”的头脑，以提高人们的居住质量，给住户带来多元化信息和安全、舒适、便利的生活环境。在建筑业界流传着“3A”的说法，即指BA（楼宇自动化）、OA（办公室自动化）和CA（通讯自动化）。,“A”代表自动化，“A”（自动化）智能建筑、智能住宅和智能社区，代表着人们对工业自动化、家庭信息化和社区网络化三个需求的阶段。智能建筑在20世纪80年代中期起源于美国，并在美国得到了迅猛发展，不久，智能建筑的发展在世界范围内一浪高过一浪，在欧洲、日本和东南亚等地区迅速刮起了建智能建筑之风。上个世纪80年代初，大量采用电子技术的家用电器面市，当时人们称之为住宅电子化；80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念；80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为智慧屋、在欧洲称为时髦屋，日本建设省在推进智能建筑概念时，提出了家庭总线系统概念。,总之，智能建筑必须具备以下四个条件：一是一套先进的楼宇设备控制系统;二是一套结构化布线系统;三是一个现代化的通讯系统;四是一个对大楼的强电设备和弱电系统进行统一监视和管理的系统集成平台。我国智能建筑的起步较晚，但近十余年来，在北京、上海、广州等大城市，相继建起了具有相当水平的智能建筑。智能建筑是一个国家的综合国力和科技水平的具体体现之一，目前世界各国都在加大力度发展智能建筑，中国也把智能建筑的建设纳入了重要的议程。网络技术、视频技术、通信技术等新技术的发展，使未来智能建筑正朝着集约化、系统化、标准化的方向发展，绿色、环保、节能是智能建筑发展的主流方向。,2、智能建筑优点同计算机技术得以高速发展和广泛应用一样，智能建筑不是凭空杜撰出来，它是发展经济和改善生活条件的必然产物。因此，智能建筑具有以下几个突出的优点：（1）创造了安全健康舒适宜人只能搜索工作环境和生活环境，智能小区不断开发，使人们生活居住环境不断向安全、舒适、方便方向提升。（2）节能，利用自动控制技术使空调，照明等能耗很大的智能建筑在满足使用者对环境要求的前提下最大限度的减少能耗消耗。最优控制和参数满意控制来保证使用者总体满意度。（3）能满足各种用户对不同环境功能要求。支持3A功能，开放式，大跨度框架结构，允许用户迅速方便地改变建筑物使用功能。（4）现代化的通讯手段与办公条件,3、智能建筑的主要内容楼宇自动化系统（BAS)办公自动化系统（DAS)通信自动化系统（CAS)计算机网络综合布线系统集成其他与智能卡相关技术：指纹识别系统，人脸识别系统，笔迹识别系统，虹膜识别系统，身份证卡（Identification Card)非接触卡识别（列车车辆识别系统）三表（水，电，气）收费系统,4、智能建筑名词术语 智能建筑：Intelligent Building(IB)智能建筑的3A说：BAS(Building Automation System)楼宇自动化系统OAS(Office Automation System)办公自动化系统CAS(Communication Automation System)通信自动化系统 5A说：FAS(Fire Automation System)防火监控系统 SAS(Safety Automation System)保安自动化系统,A/D-Analog to Digital-摸数转换D/A-Digital to Analog-数摸转换DCS-Distributed Control System-分散控制系统FCS-Field Control System-现场总线控制系统BACnet-A Data Communication Protocol For Building Automation and control Networks-数据通信协议EBI-Enterprise Building Integrator-企业建筑物集成DDC-Direct Digital control-直接数字控制器,ODBC-Open Database Connectivity-开放数据库互连OPC-OLE for Process Control-用于过程控制的OLEOLE-Object Linking&Embedding-对象链接与嵌入ISO-International Organization for Standardization国际标准化组织OSI-Open System Interconnection-开放系统互连PDS-Premises Distribution System-综合布线系统TCP/IP-Transfer Control Protocol/Internet Protocol-传输控制协议/互连网协议,五、先进测控技术及其应用1、虚拟仪器技术 2、多传感器信息融合技术3、软测量技术 4、嵌入式测控系统5、现场总线技术 6、智能传感器技术7、线传感器网络,
