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論文摘要：從辦學思路、教材設置、師資結構等方面討論了目前高校建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)中出現(xiàn)的問題和應改革的內容;結合中南大學建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)教學實踐,提出了明確辦學思路、強調專業(yè)特色、加強實踐環(huán)節(jié)等方面的專業(yè)教學體系改革的思路。

科學技術是第一生產(chǎn)力,是推動社會進步的巨大動力。人是從事科學技術的主體,因此當今社會的競爭就是人才的競爭。而人才核心競爭力的培養(yǎng),主要來源于大學教育。為了適應社會的發(fā)展,教育部在上世紀末對大學很多專業(yè)都進行了調整,包括建筑環(huán)境與設備專業(yè)。論文百事通建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)是根據(jù)教育部1998年頒布的全國普通高等學校本科專業(yè)目錄,將“供熱通風與空調工程”和“燃氣工程”兩專業(yè)合并,調整、拓寬組建而成的新專業(yè)[1]。該專業(yè)以培養(yǎng)從事工業(yè)與民用建筑室內環(huán)境及建筑設備、公共設施、建筑熱能供應系統(tǒng)的設計和建筑自動化與能源管理工作的人才為目標。這次調整,不是簡單的合并,而是產(chǎn)生了一個面向21世紀新的專業(yè)學科。近年來,該專業(yè)如雨后春筍般在全國范圍91所各類眾多高校中涌現(xiàn)出來,問題也隨之凸現(xiàn)。筆者認為有必要進行深入的、切實可行的教學改革。

一、主要凸現(xiàn)的問題

(一)辦學思路不清晰

雖然很多學校秉承了“厚基礎、寬口徑”的辦學思想,在教學內容上增加了建筑環(huán)境、建筑熱能供應以及建筑自動化等方面的知識,并把建筑環(huán)境學列為了專業(yè)的平臺,搭建了新的本科專業(yè)的框架體系。但是“厚而寬”不是“大而全”。知識口徑的拓寬不是各種知識的堆積和羅列。專業(yè)的辦學首先要服從于所在大學的辦學思路,即學校的定位。一般院校和重點院校不同,創(chuàng)新型大學與研究型大學和綜合型大學也不同。如果全國九十一所建筑環(huán)境與設備專業(yè)的教學體系都參照某一兩個名牌大學的教學體系,那么這樣的后果是顯而易見的:一,專業(yè)建設沒有或者散失了原有專業(yè)的特色;二,專業(yè)培養(yǎng)出來的人才也沒有特色。

(二)教材建設的質量不容樂觀

目前圍繞建筑環(huán)境與設備專業(yè)的教材種類繁多,質量參差不一。教材是教學內容的具體體現(xiàn),教學體系中的教材應該具有知識的系統(tǒng)性、延續(xù)性和完整性。而不是各個知識塊之間簡單的粘貼或移動的關系。以《暖通空調》為例,集結了原來供熱、供燃氣及通風空調工程專業(yè)的主要專業(yè)課:《空氣調節(jié)》、《工業(yè)通風》以及《供熱工程》的主要內容。剔出了三門課管網(wǎng)輸配的交叉部分,而另設了一門課:《流體輸配管網(wǎng)》。但就這兩門課程的教材來看,共同的缺點是把原來空調、通風和供熱三門課的三個系統(tǒng)簡單地歸類總結,系統(tǒng)總結有余,闡述不足。使得在具體教學過程中,出現(xiàn)老師覺得不好講,學生不易接受的情況。

(三)配套的師資隊伍結構有待改善

由于建筑環(huán)境與設備專業(yè)由原來的暖通空調專業(yè)或燃氣專業(yè)演變而來,因此師資基本上是暖通空調或燃氣專業(yè)的。但是專業(yè)的領域已經(jīng)擴充到建筑室內環(huán)境、建筑設備、公用設備和智能建筑等方面。專業(yè)的內涵已經(jīng)由原來的設備或系統(tǒng)擴充到既包括設備、系統(tǒng),也包括智能建筑。其中的弱勢部分是智能建筑。因為智能建筑技術也是一門交叉學科,而大部分搞自動控制的人才是自動化專業(yè)、電氣工程及其自動化專業(yè)或計算機專業(yè)的人員。對智能建筑、智能化系統(tǒng)及設備缺乏全面的了解和掌握,缺乏建筑結構、建筑設備、供熱空調等方面的專業(yè)知識和理解。另一方面,搞設備的人才又缺少對建筑自動化、BAS功能科學要求的理解,缺少有效的上層控制管理邏輯與算法。兩方面人才又缺少“接口”,從而制約了智能建筑技術的發(fā)展[2]。因此合理搭配師資,在教學安排方面與其它專業(yè)知識交叉融合,才能培養(yǎng)出新時代的建筑環(huán)境與設備復合型人才。

二、改革的內容

(一)明確辦學思路,辦出專業(yè)特色[3]

明確辦學思路是確定專業(yè)人才培養(yǎng)目標和教學體系的前提和基礎。是以科研人才為主,還是以工程技術人員為主,不僅與專業(yè)本身的內涵有關,更重要的是與專業(yè)所在大學的性質有關。這樣才能形成專業(yè)建設和發(fā)展的良性競爭。辦學思路還與專業(yè)特色有著密切聯(lián)系。專業(yè)特色與專業(yè)在多年的建設發(fā)展過程中的教學和科研歷史有關,如有的學校在暖通空調的系統(tǒng)工程方面是強項,而有的學校在制冷空調設備的研究與開發(fā)方面是強項。那么在培養(yǎng)人才方面,這些特色就應該很好的繼承和發(fā)揮,在課程設置和訓練中要體現(xiàn)出來。

(二)穩(wěn)固基礎知識,拓寬專業(yè)口徑

建筑環(huán)境與設備專業(yè)是一門跨學科的工科專業(yè),學生基礎知識應包括數(shù)理方面、工程熱物理方面、流體機械方面、建筑熱物理方面和自動化控制的知識。只有牢固的基礎知識,學生才能深刻地理解專業(yè)課程,拓寬本專業(yè)的服務領域。當然,正如前面強調的,專業(yè)辦學的前提是要繼承和發(fā)揚本專業(yè)的特色。這些基礎知識本身就是屬于很多領域,要與專業(yè)在建設和發(fā)展過程中的特色結合起來,構造和穩(wěn)固所必需的專業(yè)基礎知識。

專業(yè)知識的拓寬,是構架新時代建筑環(huán)境與設備專業(yè)教學體系的重要部分。專業(yè)教學體系不僅僅局限于暖通空調,或是供熱供燃氣,或是把這兩方面的課程全部籠統(tǒng)地包括進去,或是把建筑環(huán)境、公用設備和智能建筑方面的知識硬塞進去。在專業(yè)學時有限的條件下,很有可能會造成各種知識的七拼八湊。因此,要有側重點地把某些方面作為原本專業(yè)特色的延伸和發(fā)展,切忌一口吃成一個胖子的思想,盲目地貪大。

(三)編制優(yōu)秀的教材,配備合理的師資隊伍

正如前面所說,由于原有專業(yè)教學體系架構的割斷和組合,使得最近幾年采用的教材在編制上都有這樣或那樣的問題,因此在教材的建設方面還必需投入更多的精力。而選用合適的優(yōu)秀教材的基礎正是現(xiàn)在的教學體系的完善,必需從根本上理解和制定本專業(yè)的教學體系和知識模塊。

師資的知識結構要分布合理,除了保留原來專業(yè)特色的知識結構以外,還要補充新的知識,如智能建筑和建筑環(huán)境方面的知識結構。師資的梯隊建設也很重要。教學梯隊的形成有利于知識傳授的傳承和不斷更新。每個專業(yè)知識模塊,也就是我們所說的課群下面,形成以教授為龍頭,教授副教授主講,青年教師為重要組成的教學梯隊。

三、我校建筑環(huán)境與設備專業(yè)教學體系改革的幾點思路

中南大學建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)主要源于長沙鐵道學院的制冷空調學科。長沙鐵道學院從上世紀70年代起,就開展了制冷空調及冷藏運輸方面的研究工作,1985年在機車車輛系成立制冷空調教研室,并開始招收制冷空調專業(yè)專科學生;1989年開始招收供熱通風與空調專業(yè)本科學生;1998年根據(jù)教育部文件調整為建筑環(huán)境與設備專業(yè)。因此,在二十多年的建設中,形成了制冷與暖調、系統(tǒng)與設備并重的特色。我專業(yè)在調整后修訂了教學計劃,增加了供燃氣、建筑環(huán)境和建筑自動化方面的知識模塊,保留了原來的制冷方面的知識模塊,包括有制冷原理、制冷壓縮機和鐵路車輛制冷、制冷裝置自動化等課程。

目前已擬定完2008級新的教學體系和教學計劃,主要的思路有如下幾點。

(一)明確辦學思路,與學校的定位一致。

我專業(yè)隸屬于以本科生、研究生教育為主的高層次綜合性大學——中南大學,學校的定位是立足湖南,面向全國,放眼世界,努力建設國內一流、國際上有重要影響的高水平、綜合性、研究型、創(chuàng)新型大學[4]。因此,我專業(yè)的辦學思路是以創(chuàng)新素質教育為核心,堅持全面發(fā)展的人才培養(yǎng)標準,面向社會主義市場經(jīng)濟的人才需求,培養(yǎng)出具有實踐能力、創(chuàng)新能力,既懂技術又懂管理的復合型人才。

(二)繼承和發(fā)揚專業(yè)特色,整合知識架構。

充分利用能源知識的平臺。從2008年開始本專業(yè)與同屬能源科學與工程學院的熱能專業(yè)進行能源與動力大類招生,使學生在低年級的時候的基礎知識面廣,起到“厚基礎、寬口徑”的作用。

繼續(xù)保留專業(yè)的特色之一:制冷模塊。從畢業(yè)生就業(yè)的反饋來看,用人單位對既懂制冷,又懂暖通,既了解系統(tǒng),又了解設備的人才非常歡迎。

加強暖通和建筑環(huán)境的優(yōu)勢。把空調、供熱、通風和建筑環(huán)境的節(jié)能、環(huán)保、熱舒適與空氣品質結合起來,也是當前時展的需求。

減弱供燃氣和燃燒模塊。從本系教師多年從事的科研工作來看,燃氣和燃燒模塊并沒有形成特色,因此可以適當減少其份額,作為選修課程開設。

加強智能建筑模塊。智能建筑是樓宇發(fā)展的重要方向。本系在制冷和空調系統(tǒng)的自動化控制方面有著多年的研究和實踐經(jīng)驗?？梢栽诖嘶A上進一步擴充相關領域的知識內容。新晨

(四)加強實踐環(huán)節(jié),培養(yǎng)創(chuàng)新人才

實踐環(huán)節(jié)包括實習、課程設計和畢業(yè)設計。實踐環(huán)節(jié)應受到更多的重視。既保證實踐環(huán)節(jié)的“量”,又要保證實踐環(huán)節(jié)的“質”。即:實踐環(huán)節(jié)的課時量必需嚴格保證,同時要求學生在實踐環(huán)節(jié)動手、動腦,培養(yǎng)其綜合運用所學知識和創(chuàng)新能力。

畢業(yè)設計從選題開始抓起,選題來源于教師的科研課題或工程實際,具有很強的實際意義和理論研究價值,有利于培養(yǎng)學生的綜合能力。

嚴格把握好實踐環(huán)節(jié)的考核。本系在近兩年所有的專業(yè)實踐環(huán)節(jié)考核中都涵蓋有答辯部分的考核,既鍛煉了學生的膽量、自信和表達能力,又能很客觀地反映實際的情況。

參考文獻:

[1]肖勇全,李岱森.建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)[J].高等建筑教育,2002,(2).

[2]劉春蕾,趙三元,海.智能建筑相關專業(yè)課程體系建設研究[J].安徽建筑工業(yè)學院學報(自然科學版),2004,(4).

篇(2)

關鍵詞：智能建筑；樓宇自動化 ；設備安裝；質量監(jiān)控

Abstract: with the people in recent years the improvement of living standards, the emergence of the intelligent building further improve the quality of life. Intelligent building system will intelligent computer technology, communication technology, information technology and construction technology organically, to all sorts of equipment can automatic monitoring information analysis, judgement and processing. The improvement of intelligent building requirements will occur in the electrical equipment system is complicated, the installation construction put forward a higher demand.

Key words: intelligent building; Building automation; Equipment installation; Quality monitoring

中圖分類號：TU74文獻標識碼：A 文章編號：

引 言

本文基于多年從事建筑機電設備安裝的工作經(jīng)驗,以建筑自動化機電設備安裝為研究對象,深度探討了設備安裝過程中應該注意的細節(jié)和要點,首先分析了建筑設備自動化的定義,而后研究探討了主要設備的安裝和安裝過程中的質量監(jiān)控要點,以下是多年從事建筑機電設備安裝經(jīng)驗在文中闡述了機電設備安過程應注意的問題。

1、智能建筑的概念和構成

1.1談到樓宇自動化, 首先要引入智能建筑的概念。建筑設備如水、電、暖通和通信等隨著科學技術的發(fā)展, 尤其是計算機技術、自動控制技術的發(fā)展, 已越來越多地采用自動控制的方式。而建筑物除居住外, 已向多功能的方向發(fā)展, 如提供集娛樂、生活、辦公一體化的人工舒適環(huán)境等。

1.2智能建筑是建筑技術與信息技術相結合的產(chǎn)物, 起源于80 年代初期的美國。當時大公司為滿足公司本身辦公業(yè)務和設施管理發(fā)展的需要, 依靠通信和計算機技術迅速發(fā)展的條件, 在自由競爭體制下發(fā)展起來的。1 9 8 4 年美國康涅狄格州哈特福特市的“城市廣場” 是世界上公認的第一座智能化大廈。1 9 8 5 年日本東京的一座智能大廈電報電話大樓落成。日本還于當年底成立了國家智能建筑專業(yè)委員會, 準備將智能化建筑從單一擴大到整個城市、國家。新加坡政府的公共事業(yè)部門為推廣智能建筑, 專門制定了“ 智能大廈手冊” 。英國、法國、加拿大、瑞典、德國等也相繼在80 年代末90 年代初建成了各具特色的智能建筑。據(jù)初步統(tǒng)計, 在美國已有上萬座智能建筑, 日本在現(xiàn)在新建的大型建筑中約有60 % 是屬智能型的。

1.3智能建筑目前尚無統(tǒng)一的定義。美國的智能建筑學會(AIBI )把智能大廈定義為: 通過對建筑物的四個基本要素即結構、系統(tǒng)、服務和管理以及它們之間的內在關聯(lián)的最優(yōu)化考慮, 來提供一個投資合理的、且又擁有高效率的舒適、溫馨、便利的環(huán)境。日本智能大廈研究會認為:智能大廈是指兼?zhèn)湫畔⑼ㄐ?、辦公自動化信息服務以及樓宇自動化各項功能的、便于進行智能活動需要的建筑物。

2、設備自動化系統(tǒng)

2.1智能建筑的管理系統(tǒng)(Intelligent Building Management system一IBMS )由樓宇設備自動化系統(tǒng)(B A )、通信自動化系統(tǒng)(C A ) 、辦公自動化系統(tǒng)(OA)構成, 俗稱3A系統(tǒng)。結構化綜合布線系統(tǒng)(PDS) 是構成3A系統(tǒng)的基礎。

(l) 樓宇設備自動化系統(tǒng)主要是對現(xiàn)代建筑物中所有的機電設備和能源實現(xiàn)控制。

(2) 通信自動化系統(tǒng)是利用集成網(wǎng)絡系統(tǒng)和現(xiàn)代通信技術實現(xiàn)通信的自動控制。

(3) 辦公自動化系統(tǒng)支持日常事務處理及決策管理。

(4) 綜合布線系統(tǒng)是建立在雙絞線或光導纖維傳導技術基礎上, 解決不同計算機系統(tǒng)間的信息傳遞網(wǎng)絡。

2.2樓宇自動化(BA) 只是智能建筑系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。

從技術上講, 智能建筑系統(tǒng)是采用先進的4C技術的集成系統(tǒng), 即:

(1)計算機技術(Computer )。采用并行處理分布式結構, 由個人計算機或工作站組成。

(2)現(xiàn)代控制技術(Control)。實時的集散控制系統(tǒng)(DCS,DDC ) , 使用微處理器技術, 軟硬件采用標準化、模塊化設計, 組態(tài)靈活。

(3) 現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡技術(Communieat-ion )。

采用綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)ISDN、以太網(wǎng)和ATM交換式網(wǎng)絡技術。

(4) 現(xiàn)代圖形顯示技術(CRT)。動態(tài)圖形和圖形符號顯示, 采用多媒體技術。

。

建筑電氣設備自動化系統(tǒng)為智能建筑系統(tǒng)的重要系統(tǒng)之一。其采用具有高速處理能力的微處理機，通過通信網(wǎng)絡對整個建筑物的空調、供熱、給排水、變配電、照明、電梯、消防、廣播音響、閉路電視、通信、防盜、巡邏等眾多設備進行實時測量、監(jiān)視和全面監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化的管理，從而提高了系統(tǒng)運行的安全可靠性;節(jié)省了人力、物力和能源;降低設備運行費用;隨時掌握設備狀態(tài)及運行時間、能量的消耗及變化等。因此要深入了解業(yè)主的各種需求，并據(jù)此制定詳細的實施計劃，提出能滿足其需求的智能建筑標準，使智能系統(tǒng)具有可靠性、開放性和先進性。

3. 主要設備安裝

3.1遠程處理機的安裝

樓宇自動控制系統(tǒng)與各可重構處理單元RPU之間的通信是透明的，可利用同一線路不同的RPU完成同一個控制系統(tǒng)。一般而言，建筑電氣設備自動化系統(tǒng)大量監(jiān)控的是空調機組，所以將RPU布置在機房之中或附近，把空調機組控制系統(tǒng)使用后剩余的輸入輸出接口用于連接附近的水流量計、水位信號、照明控制等。為了日后的發(fā)展，RPU的接口要留出20%～30%為宜。

3.2建筑電氣設備自動化系統(tǒng)的布線

在建筑電氣設備自動化系統(tǒng)進行布線時，要注意某些線路需要專門的導線，如通信線路、溫度濕度傳感器線路、水位浮子開關線路、流量計線路等，它們一般需要屏蔽線，或者由制造商提供專門的導線。電源線與信號、控制電纜應分槽、分管敷設;數(shù)據(jù)顯示通道(DDC)、計算機、網(wǎng)絡控制器、網(wǎng)關等電子設備的工作接地應連在其他弱電工程共用的單獨的接地干線上。

3.3輸入設備的安裝

輸入設備應安裝在能正確反映其性能的位置，便于調試和維護的地方。不同類型的傳感器應按設計、產(chǎn)品的要求和現(xiàn)場實際情況確定其位置:水管型溫度傳感器、蒸汽壓力傳感器、水流開關、水管流量計不宜安裝在管道焊縫及其邊緣上開孔焊接;風管型濕度傳感器、室內溫度傳感器、風汽壓力傳感器、空氣質量傳感器應避開蒸汽放空口及出風口處。

3.4輸出設備的安裝

風閥箭頭、電動閥門的箭頭應與風門、電動閥門的開閉和水流方向一致;安裝前宜進行模擬動作;電動閥門的口徑與管道口徑不一致時，應采取漸縮管件，但閥門口徑一般不應低于管道口徑二個檔次，并應經(jīng)計算確定滿足設計要求;電動與電磁調節(jié)閥一般安裝在回水管上。

4. 安裝過程中的質量監(jiān)控

4.1配電裝置

配電裝置是電氣工程的核心，一旦出現(xiàn)問題，設備無法正常工作，供電可靠性下降，整個工程失去安全感。因此，對配電裝置從設備進貨到安裝調試，都要嚴格按圖施工并規(guī)范驗收。

4.2電力電纜

電纜是輸送電能的載體，若質量不高，會造成火災等事故的頻繁發(fā)生。電纜多數(shù)是沿豎井、橋架和溝道鋪設。電纜集中、數(shù)量多、各類型號規(guī)格多，若不分門別類，嚴格審查，容易導致施工混亂，造成運行中電纜過熱，信號電纜相互干擾。

4.3配電箱

配電箱型號多，工作原理復雜，各專業(yè)又有自己的使用特點，受干擾的情況較多，會造成設計修改通知單增加，箱內的設備和回路修改多。若施工單位在訂貨時只考慮按藍圖訂貨而忽視修改，在安裝時只對號入座而不仔細地進行技術審核，就滿足不了有關專業(yè)功能的要求。

4.4電梯安裝

(1)安裝程序及質量要求。轎箱地坎與各層門地坎間距的偏差均不得超過電梯行業(yè)有關規(guī)定。開門刀與各層門地坎以及各層門開門裝置的滾輪與轎箱地坎問的間隙均必須在5mm～8mm范圍以內。轎箱組裝牢固，轎壁結合處平整，開門側轎壁應垂直。層門指示燈盒及召喚盒其面板與墻面貼實，橫豎端正。門扇啟閉時無擺動、撞擊和阻滯現(xiàn)象。中分式門關閉時上下部同時合攏。

(2)電梯裝置安裝。電梯的供電電源線必須單獨敷設，保護接地系統(tǒng)必須良好。電線管、槽及箱、盒連接處的跨接地線必須緊密牢固、無遺漏。電梯的隨行電纜敷設長度必須保證轎箱在極限位置時不受力、不拖地。機房內的配電、控制屏、柜、盤的安裝要布局合理，橫豎端正。配電盤、箱及設備配線要連接牢固，接觸良好，包扎緊密，絕緣可靠，標志清楚。

(3)安全保護裝置。與機械配合的各安全開關，必須可靠動作，能達到電梯本身的設計技術參數(shù)要求。電梯起動、運行和停止，轎箱內無較大的振動和沖擊，制動器可靠。運行控制功能達到設計要求：指令、召喚、定向、程序轉換、開車、截車、停車、平層等準確無誤，聲光信號顯示清晰、正確。消防電梯要保證通過政府有關部門的驗收。

4.5閉路電視系統(tǒng)調試

閉路電視系統(tǒng)調試包括電源檢測，線路檢查，接地電阻測量，電動云臺、攝像機、控制器、門禁系統(tǒng)、監(jiān)視器進行單體試驗及系統(tǒng)調試。

4.6電訊系統(tǒng)

電訊系統(tǒng)調試包括電話交換機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)科技網(wǎng)絡系統(tǒng)、電訊綜合布線系統(tǒng)和多媒體數(shù)據(jù)終端機的線路測試，設備單體調試，系統(tǒng)調試和各系統(tǒng)聯(lián)合調試。

結束語

智能建筑是社會信息化與經(jīng)濟國際化的必然產(chǎn)物;是多學科、高新技術的巧妙集成;也是綜合經(jīng)濟實力的象征。在建筑智能化工程建設中，機電安裝作為工程非常重要的一部分，認真做好機電安裝工程只有不斷的創(chuàng)新，通過技術更新和改造，才能有效地保證工程使用功能，增加經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 裴燕玲,張釗.建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)的設計[A].2005年度山東建筑學會優(yōu)秀論文集[C].2005.

[2] 馬智亮.建設領域信息化下的工程設計信息化[A];勘察設計企業(yè)信息化建設研討會資料匯編[C],2003.

[3] 溫伯銀.智能建筑設計標準. 1995

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圖1 ：數(shù)字發(fā)動機控制框圖 a. 發(fā)動機設備 數(shù)字發(fā)動機控制可采用多種類型的發(fā)動機。最常用的類型是超小功率旋轉發(fā)動機。它們可以進一步分為AC、DC電刷或DC無電刷型，這主要取決于其整流方式。小型發(fā)動機的尺寸設計一般取決于框架尺寸和瓦功率。而一般像 AC 型這樣較大的發(fā)動機，是根據(jù)其馬力功率進行分類的。盡管旋轉發(fā)動機是最常用的類型，但也可獲得其他類型，如：線性發(fā)動機以及帶各種傳動裝置的減速發(fā)動機（gearhead motor）。

圖 2：旋轉發(fā)動機 b. 反饋 為提供有關位置、速度、扭矩或傳動系統(tǒng)其他動力屬性的反饋，需要具備反饋傳感器。最常用的反饋傳感器可能是旋轉編碼器，它是由安裝在發(fā)動機軸上、帶有變化條帶的轉輪構成的。在發(fā)動機轉動時，光傳感器會檢測條帶的經(jīng)過并生成電信號，控制器可利用這些信號來確定發(fā)動機的轉動情況。其他類型的傳感器為轉速計、同步器和分解器，這些均是基于電感的傳感器；另外還有基于電磁的霍爾效應傳感器以及基于電阻的電位計。 無論采用哪種傳感器方式，數(shù)字控制器必須重復采樣傳感器信號，以便不斷了解系統(tǒng)的當前動力運轉情況。根據(jù)系統(tǒng)對速度、動力響應及精度的要求，反饋采樣率可超過每秒幾千次采樣。 c. 控制器 無論是數(shù)字控制器還是模擬控制器，都需要與系統(tǒng)的預定轉動和實際動力進行比較，同時處理相關輸入，來產(chǎn)生對傳動裝置的控制信號。如果采用數(shù)字控制器，會需要一些附加任務，包括系統(tǒng)啟動例程、診斷程序、通信控制以及多個采樣傳感器。 數(shù)字控制器可能像專用計算機處理器般復雜，也可能如單芯片編程門陣列般簡單。設計人員不僅可設計出具有為傳動控制而優(yōu)化的功能的數(shù)字信號處理器，還可設計出具有可變功能的微控制器，以便實現(xiàn)適應眾多應用的最佳解決方案。請參見 ti.com 上的"數(shù)字控制"部分。 d. 數(shù)據(jù)傳輸 本節(jié)將重點討論在發(fā)動機控制和傳動控制應用中采用 RS-485 的優(yōu)勢。如下所述，該技術在與抗擾性、廣泛的共模范圍、充足的數(shù)據(jù)速率以及多點功能有關的這些應用中具有眾多優(yōu)勢。其他應用也采用 RS-485 信令，以期利用這些相同優(yōu)勢。因此，諸如過程控制網(wǎng)絡、工業(yè)自動化、遠程終端、建筑自動化和安全系統(tǒng)等應用均廣泛采用了RS-485，以便滿足對強大可靠的遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。通?RS-485 信令與 Profibus、Interbus、Modbus 或 BACnet 一起使用，這些協(xié)議都是針對最終用戶的特殊需求而量身定做的。 如果 R-485 的優(yōu)勢不足以滿足需求，還可以采用其他信令技術。例如，RS-232 或 RS-422 信令技術在某些應用中可能是非常適用的，而在另外一些應用中可能會首選CAN（控制器局域網(wǎng)）或 EtherNet/IP（行業(yè)協(xié)議），因為它們可與現(xiàn)有網(wǎng)絡進行兼容。對于高速應用以及對長途及共模電壓要求不高的情況，M-LVDS可提供較低的功耗。在 ti.com 上的應用手冊"總線方案對比"中討論了多種替代方法。 e. 基本拓撲 在所示的傳動控制應用示例中，需要特別注意多個不同接口的數(shù)據(jù)傳輸問題。下表說明了信號的多種分類并總結了信令速度和信號電平的關鍵特性。

表1：典型傳動控制系統(tǒng)中的信號 信號說明典型速度典型電平 傳動指令數(shù)字（脈沖或二進制編碼）可達 10MbpsTTL 或 CMOS 邏輯 模擬達到系統(tǒng)的伺服帶寬10V 典型范圍 傳動反饋數(shù)字（脈沖或二進制編碼）可達 10MbpsTTL 或 CMOS 邏輯 位置反饋同步器、分解器（正弦）可達 10kHz >20Vac 編碼器、數(shù)字輸出（A、B 及索引脈沖）可達 10Mbps（內插之后）TTL 或 CMOS 邏輯 驅動電壓發(fā)動機線圈電壓，1～3相如果是 DC 或AC，則可達 1kHz；如果是PWM，則可達 100kHz可達 200V，取決于發(fā)動機功率和繞組 整流信號二進制信號，通常為3相，用于根據(jù)繞組位置來確定發(fā)動機的整流可達 3kHzTTL或CMOS 邏輯 工具／負載指令專用指令信號，通常與運動軌跡保持一致專用的專用的 傳動裝置限制／狀態(tài)限位開關、連鎖裝置、自動尋的傳感器（homing sensor），等可達 1 kHzTTL、CMOS 或 DC，可達 24V 該表顯示了任何數(shù)據(jù)傳輸方案都必須具有廣泛的操作范圍，以便適應各種數(shù)字傳動控制需要。RS-485信令技術由于速率范圍介于 DC～10MHz 以上，并且具有強大可靠的信號電平，因此可很好地滿足大多要求。圖3顯示了這些信號。請注意：該圖顯示了單軸系統(tǒng)；多軸系統(tǒng)可共享相同的控制器并把相關機構（mechanics）連接到相同的工具或負載上。

圖3：發(fā)動機控制系統(tǒng)中的接口（單軸） 根據(jù)特定應用的物理安排，控制器、伺服放大器、發(fā)動機和負載之間可能會有比較大的距離。除了距離之外，在設計這些系統(tǒng)時還應該考慮其他因素，如：電氣噪聲、溫度和線纜故障等。盡管存在距離或環(huán)境條件干擾，但有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康娜允窃谶@些部件之間提供可靠通信。 II. 數(shù)據(jù)傳輸問題與485的應對方法 數(shù)字傳動控制應用對在實現(xiàn)系統(tǒng)部件之間有效、可靠的通信方面面臨眾多挑戰(zhàn)。根據(jù)其內在性質，這會涉及到機電傳動裝置，而這種裝置會產(chǎn)生電氣噪聲及較高的電流電平。安全性和可靠性進一步要求通信通道必須非?？煽?，以便控制運動機構。另外與運動應用相伴而來的還有對線纜路由的限制，這需要更長的布線。伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性對信令速率也有額外要求。 a. 環(huán)境 i. EMI/抗擾性 電磁干擾（EMI）會破壞發(fā)動機控制系統(tǒng)中的信號。典型的EMI源是發(fā)動機驅動電壓、發(fā)動機電刷噪聲、工具源、以及來自時鐘、顯示器和其他計算機組件的電氣噪聲。在模擬系統(tǒng)中，噪聲信號可能會造成有害的運動或不穩(wěn)定性。由于二進制編碼的內在信噪比，數(shù)字系統(tǒng)的主要問題是寄生脈沖，這可能會被解釋成指令或反饋信號。 RS-485 信令標準包含了非常適于解決這些 EMI 問題的功能。RS-485 信令具有平衡及差分的特點，一般通過雙絞線進行傳輸。它會導致任何電氣噪聲都會被等同連接到兩條線路上。因此，由于接收器對差分電壓很敏感，這種噪聲會被消除，而電壓差會繼續(xù)攜帶該信號信息。 RS-485 信號電平進行了定義，因此對于任何有源驅動器，一條線路為高電平驅動，另一條為低電平驅動。兩條線路上的電壓差必須高于 1.5V 或者低于 -1.5V，以便傳輸有效狀態(tài)。這適用于所有有效負載條件。 接收器規(guī)格對于EMI噪聲消除極其重要。485標準要求在接收差分信號強度達到200mV以上時對有效狀態(tài)進行檢測。這種靈敏度可以彌補線纜中的損耗，而這種損耗會在驅動器端將信號幅度降至1.5V以下（或更低）。 接收器磁滯雖然在485標準中未予以規(guī)定，但也非常重要，它是低電平到高電平以及高電平到低電平傳輸閾值之間的差分。

圖4：具有及沒有磁滯的接收器功能 因為不存在完美平衡的線對，因此 EMI 源會產(chǎn)生以下差分噪聲。如果沒有接收器磁滯，無論是由于有效信號改變還是噪聲響應，接收器均會在每次輸入交叉（0差分電壓）時改變狀態(tài)。因此，需要磁滯來避免寄生脈沖，在空閑總線或過渡期間更是如此。這些寄生脈沖會被解釋成編碼器計數(shù)、階躍指令（step command）或傳動裝置信號，其取決于它們在系統(tǒng)中出現(xiàn)的位置。接收器磁滯值越高就越能抵抗EMI噪聲。一般RS-485接收器的磁滯為40～60mV，而磁滯達到100mV的接收器可應對尤為惡劣的電氣噪聲環(huán)境，如：數(shù)字發(fā)動機控制。

圖5：磁滯可消除寄生過渡 ii. 接地電勢／共模 另一個可影響傳動控制應用中通信的電氣挑戰(zhàn)是驅動器與接收器節(jié)點之間的接地參考參考。電流負載（如：高功率工具可能產(chǎn)生的電流負載）會造成這類問題。由于發(fā)動機反向 EMI、設備故障以及附近閃電產(chǎn)生的二次浪涌（secondary surge），會出現(xiàn)局部電壓浪涌。 通過示例可說明在傳動控制應用中如何會出現(xiàn)接地偏移。設想一個典型的發(fā)動機與放大器／控制器，它們采用一定長度的線纜相互連接來進行通信并提供電源。 如果節(jié)點1與2之間的 24V 電源采用50米 14 AWG 線纜連接的話，則RCOPPER 大約為 0.5Ohm。在正常操作中，發(fā)動機電流低于 2A。但是在失速故障（stall fault）情況下，電流可能激增到 10A。由于接地線上的壓降，這會導致 GND1 與 GND2 之間 5V 的壓差。因此，任何引用 GND1 的信號在節(jié)點2被接收到時都會出現(xiàn) -5V 的偏移。由于所有信號都會受到普通偏移的影響，因此其稱為共模電壓偏移。 盡管這種情況會阻止與單端數(shù)據(jù)傳輸之間的可靠通信，但 5V 接地偏移仍處于標準 RS-485 共模電壓 (VCM) 范圍之內。由于節(jié)點1的差分信號進行了同等偏移，因此差模信號仍然有效，而 RS-485 接收器也將可靠地接收正確的信號。

圖6：帶有接地電勢偏移的系統(tǒng) TI 的所有RS-485收發(fā)器均可滿足或超出可在介于-7～12V共模電壓范圍內操作的 TIA/EIA-485標準要求。對于更寬VCM范圍的操作，諸如 SN65HCD22 的新產(chǎn)品將在-20V～25V的共模范圍內操作。 iii. ESD 靜電放電 (ESD) 對于通過線纜連接的所有電路都是非常危險的，其可能導致產(chǎn)生處理或外部高電壓。諸如 JEDEC 人體模型 (HBM) 與IEC ESD 抗擾性測試 (IEC 61000-4-2) 等各種測試方法可用于模擬差分ESD危險。某些收發(fā)器具有集成到總線電路中的 ESD 保護功能。 典型的保護電平為 8kV～15kV，而諸如 SN65LBC184 的某些收發(fā)器可提供超過30kV的事件保護。任何特定應用所需的保護電平很難進行預測，但設計人員應考慮以下因素： 收發(fā)器所處的電氣環(huán)境 處理條件與線纜接入頻率 確定故障點的診斷程序 替換停機時間以及相關的人力費用另一類電氣危險是由于瞬態(tài)（浪涌）過壓造成的損害。由擊穿次級電源變壓器的閃電或者由機器故障導致的局部電源故障會造成這類事件。IEC61000-4-5 中規(guī)定了這種危險類型的測試方法。一般通過添加外部保護二極管來提供這種能量消散的安全通道。帶有集成瞬態(tài)電壓抑制電路的 SN65LBC184 能夠保護浪涌電壓電源超過 400W 的總線輸入。 iv. 一般強度 其他考慮因素與發(fā)動機控制應用的苛刻環(huán)境有關。對于高功率及工業(yè)應用來說，需要具備溫度范圍較大的性能。TI 提供了專門用于商業(yè)、工業(yè)、汽車和軍事溫度范圍的 RS-485 收發(fā)器。 另一個問題是收發(fā)器的電源及電源容限。TI 認識到高電流發(fā)動機應用可能會在電源中產(chǎn)生壓降，因此，TI 提供了一套精選的收發(fā)器，它們能夠滿足電源中5％或10％變化的完整性能規(guī)格。在大多情況下，即使在更大的電源變化范圍內，RS-485 收發(fā)器也能運行，但是它可能無法滿足所有參數(shù)規(guī)格。收發(fā)器選項包括 5V 與 3.3V 電源的產(chǎn)品。 b. 速度 i. 反饋環(huán)路延遲 工程師在設計數(shù)字發(fā)動機控制的通信時應考慮通信部件是否會明顯增加伺服環(huán)路的延遲。一般來說，與RS-485數(shù)據(jù)傳輸相關的傳播延遲在典型系統(tǒng)中可以忽略。通信延遲可分為： 收發(fā)器與介質的傳播延遲 信令速率（同步）延遲 由編碼增加的開銷ii. 傳播延遲（線纜傳輸延遲，收發(fā)器延遲……） 收發(fā)器與介質的傳播延遲主要是通過半導體器件及銅線傳輸電信號的物理過程造成的。收發(fā)器的典型傳播延遲為10到100毫微秒量級。諸如 RS-485 的雙絞線等線纜的傳播延遲一般為每米5毫微秒。 相比而言，可想象一下具有 10 kHz 伺服帶寬的高性能系統(tǒng)。因此，即使是速度非?？斓南到y(tǒng)，1微秒（1000毫微米）的收發(fā)器延遲也只是對應不到4度的相移。對于長度不到100米的線纜，由線纜延遲造成的附加相移也可以忽略不計。 iii. 信令速率 如果數(shù)據(jù)傳輸達到一旦數(shù)據(jù)可用就能夠收發(fā)時，那么信令速率一般只受數(shù)據(jù)源的限制，而不受數(shù)據(jù)傳輸鏈的限制。例如，一旦檢測到運動就異步發(fā)送脈沖的編碼器。旋轉編碼器可以產(chǎn)生每轉8192個、甚至32000個計數(shù)，其速率超過每秒一百萬個計數(shù)。如果直接與收發(fā)器相連，不到1微秒就可將這些脈沖發(fā)送出去，而其對系統(tǒng)造成的延遲一般可以忽略。但是，如果控制器同步對收發(fā)器定時，則信令速率將會大大降低，同時會限制系統(tǒng)的性能。典型的同步信令速率為 9600bps、19200bps、115kbps 等。系統(tǒng)設計人員應該考慮這種信令速率對數(shù)據(jù)傳輸時間以及系統(tǒng)性能的影響。 iv. 串行通信更大的有效負載 除了傳播延遲和同步信令延遲之外，與數(shù)據(jù)協(xié)議相關的編碼格式也會造成延遲。出于多種原因，在數(shù)據(jù)傳輸方案中可能結合了編碼。其中一個原因是提供錯誤檢測方式。典型的示例是常用于驗證每組8個數(shù)據(jù)位保真度的奇偶校驗位。另一個示例是用于指示消息開始與結束的起始位與停止位。如果數(shù)據(jù)源具備足夠復雜性來支持這些單元，諸如指令／狀態(tài)代碼等說明位也可以構成消息協(xié)議的一部分。 這些增加的位可為傳輸方案提供附加功能，但還需要傳輸及解碼時間。因此，系統(tǒng)設計人員在設置系統(tǒng)速度要求及信令速率時必須要保證為這些"開銷"位提供裕度。例如，假設一個應用帶有通過三個8位字方式提供絕對位置數(shù)據(jù)的編碼器。憑借 9600bps 的信令速率，反饋速度可達到每秒400個位置。但是，如果消息協(xié)議需要每條信息8個附加位（用于確定最高位字、起始位、停止位、奇偶校驗位等），則有效更新速率會降低至每秒200次位置更新。 c. 多點拓撲 另一個應考慮問題的是是否有兩個以上的節(jié)點在同一總線上進行通信。如果一個節(jié)點向多個接收器發(fā)送數(shù)據(jù)，則這稱為多點配置。如果多個節(jié)點中的任何一個都可以控制總線并向其他節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，則這稱為多點結構。當然，隨著系統(tǒng)復雜性的增加，信令協(xié)議必須包含可確定哪個節(jié)點何時發(fā)送數(shù)據(jù)的程序。這可以避免總線爭用，此時兩個收發(fā)器會彼此爭著設置總線電壓。為安全起見，RS-485標準還要求每個收發(fā)器包含防止總線爭用造成損害的保護功能。這就是說，如果兩個驅動器出現(xiàn)相反的有源狀態(tài)時，則兩者均不會因為爭用共享總線上的電壓電平而遭受損害。 利用 RS-485 信令技術，在多點分配中可將32個節(jié)點（或者如果采用更低單元負載的收發(fā)器，可達到256個節(jié)點）連接到相同的雙絞線線纜上。這可簡化多軸、多傳感器系統(tǒng)中的布線。 所選的信令速率應足夠高，以便允許所有節(jié)點都能夠滿足各自的更新要求。TIA/EIA-485 標準建議信令速率為 10Mbps。雖然這種速率已經(jīng)完全滿足大多系統(tǒng)的需要，但某些收發(fā)器為滿足最苛刻高速系統(tǒng)的需求，具有可提供超過 30Mbps 信令速率的能力。 多個標準協(xié)議均采用了基于 RS-485 的信令技術。這些協(xié)議可實施各種方法來設置消息格式，檢查錯誤，進行多點總線控制及協(xié)商信令速率。發(fā)動機與傳動控制常用的協(xié)議包括Modbus、Profibus 及 Interbus-S。每種協(xié)議均由不同廠商及商業(yè)機構所支持，并且專門針對不同網(wǎng)絡條件而進行優(yōu)化。 III. 應用示例 a. 到高性能伺服驅動器的階躍與方向指令 由于時間限制刪除了這部分內容 b. 來自高分辨率增量式編碼器的編碼器反饋信號 在圖7的應用示例中，RS-485信令技術用于向傳動控制器報告編碼器信息。將傳動控制器放置到離編碼器一定距離的地方非常必要，這主要是因為空間的限制或者出于輕松接入控制器的需要。 在此示例中有4個點對點配置信號，因此需要一個四通道驅動器與一個四通道接收器。在總線的接收端需要一個終端電阻，以匹配線纜阻抗并從而消除信號反射。最佳驅動器和接收器芯片的選擇將取決于多個因素： 編碼器到控制器的距離 發(fā)動機的最大轉速 內插因子，可決定編碼器分辨率 ESD 保護、功耗及成本等要求

圖7：典型應用，編碼器反饋信號 IV. 結論 RS-485 信令提供了可應對眾多數(shù)字發(fā)動機控制通信挑戰(zhàn)的解決方案。 它克服了具有高驅動器輸出電壓及高接收器磁滯的電氣噪聲。 對于遠距離情況，強大的差分驅動器與廣泛的共模功能可確?？煽康男盘柊l(fā)送。 作為集成功能提供 ESD 保護與抗浪涌性；它們可提高在苛刻環(huán)境中的可靠性。 RS-485 信令可提供足夠快的速度，這樣即使在具有差錯檢查及協(xié)議開銷負載的情況下，對伺服性能的影響也會微乎其微。 在多點架構中運行的功能可使RS-485成為高級聯(lián)網(wǎng)應用的靈活、可擴展方案?？傊?，適當?shù)男帕钏俾?、強大可靠的功能以及廣泛的精選收發(fā)器使這種技術能夠非常好地適應大多數(shù)數(shù)字傳動控制應用。 Clark Kinnaird是一名系統(tǒng)工程師，目前就職于達拉斯德州儀器高性能模擬部門。他負責設計新型數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品，其中包括RS-485和CAN收發(fā)器。此外，他還為設計人員提供系統(tǒng)分析、電氣設計和詳細實驗室測試支持。Clark Kinnaird還在南衛(wèi)理工會大學 (SMUP) 教授電氣工程課程。 Clark Kinnaird于1999年獲得SMU的電氣工程博士學位。另外，他還擁有電氣工程碩士學位和核工程學士學位。Kinnaird博士在多個領域已經(jīng)獲得和正在申請多項專利，并當選為Eta Kappa Nu和Phi Kappa Phi協(xié)會榮譽會員。Clark Kinnaird也是IEEE會員，并且是德克薩斯州注冊職業(yè)工程師。 參考書目： 《ANSI TIA/EIA-485：用于平衡數(shù)字多點系統(tǒng)的發(fā)電機和接收機電氣特性》，《全球工程設計文件》中提供，global.ihs.com

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