第一章楼宇自控系统简介

1/33楼宇自动控制系统知识简介前言建筑智能化系统和技术智能建设并不是特殊的建筑物，是配置了大量智能型设备的建筑。在这里广泛地应用了数字通信技术、控制技术、计算机网络技术、电视技术、光纤技术、传感器技术及数据库技术等高新技术，构成了与传统弱电系统有本质区别的新型建筑弱电系统——“建筑智能化系统”。而上述“4C+A”技术也形成了建筑电气技术新的分支——“建筑智能化技术”。一、建筑智能化的系统的组成于与功能就目前的技术发展水平和系统应用来说，建筑智能化系统组成可简单归纳为3A+GCS+BMS，即BAS大楼自动化系统BuildingAutomationSystemOAS办公自动化系统OfficeAutomationSystemCAS通信自动化系统CommunicationAutomationSystemGCS综合布线系统GnericCablingSystemBMS建筑物管理系统BuildingManagementSystem(一)大楼自动化系统BASBA系统采用集散式的计算机控制系统(CentralDistributedControlSystem),一般具有三个层次：最下层是现场控制器，每一台现场控制器监控一台或数台设备，对设备或对象参数实行自动检测、自动保护、自动故障报警和自动调节控制。它通过传感器检测得到的信号，进行直接数字控制（DDC）。中间层为系统监测控制器，它负责BA中某一子系统的监测控制，管理这一子系统内的所有现场控制机。它接受系统内各现场控制机传送的信息，按照事设定的程序或管理人员的指令实现对各设备的控制管理，并将子系统的信息上传到中央管理级计算机。最上层为中央管理系统(MIS),是整个BA系统的核心，对整个BA系统实施组织、协调、监督、管理、控制的任务。2/33BA应具备以下的功能：数据采集:收集各子系统的全网运行数据和运行状态信息，以数据文件形式储存在外存储器里。运行参数和状态显示:可以显示各子系统的流程图形，用数字、曲线、直方图、饼图乃至颜色等各个形式显示系统运行参数和运行状态。历史数据管理:将一定时期内的运行参数和运行状态存储起来。运行记录报表:按照用户要求的各种格式打印各项参数的日报或月报表。远动控制功能:中央管理工作站操作人员可以利用中心计算机实时远动操作系统控制每台设备。但MIS系统设置了分级密码和使用权限。以防止误操作和人为破坏。控制指导:中央管理工作站可以根据系统实时运行数据和历史数据，给出统一调度命令，对子系统进行控制指导。能源统计和计量功能。定时功能:设备运行的时间、启停时间可由管理人员输入，也可以由计算机通过模拟计算得出最佳运行时间表。通过BA系统，把全楼的所有设备和设施有效的管理起来。因此，BA系统可以实现建筑设备和设施的节能、高效、可靠、安全的运行，从而保证智能大楼的正常运转。安全自动化系统(SA)常设有闭路电视监视系统(CCTV)、通道控制（门禁系统）、防盗报警系统、巡更系统等。系统24h连续工作，监视建筑物的重要区域与公共场所，一旦发生危险情况或事故灾害的预兆，立即报警并采取对策，以确保建筑物内人员与财物的安全。消防自动化（FA）具有火灾自动报警和消防联动控制功能，系统包括火灾报警、防排烟、应急电源、灭火控制、防火卷帘控制等，在火灾发生时可以及时报警并按消防规范启动相应的联动设施。（二）办公自动化系统（OAS）办公自动化系统（OAS）按计算机技术来说是一个计算机网络与数据库技术结合的系统，利用计算机多媒体技术，提供集文字、声音、图像为一体的图文式办公手段，为各种3/33行政、经营的管理与决策提供统计、规划、预测支持、实现信息库共享与高效的业务处理。OA系统已在政府、金融机构、科研单位、企业、新闻单位等日常工作中起着极其重要的作用。在智能建筑中OA常常由两部分组成：一是物业管理公司为租户提供的信息服务和物业管理公司内部事务处理的OA系统，二是大楼使用机构与租用单位的业务专用OA系统。虽然两部分的OA系统各自独立建立的，而且工程后期才能实施，但是对他们的计算器网络系统的结构应在工程前作出规划，以便设计GCS。（三）通信自动化系统CASCAS是通过数字程控交换机PABX来转接声音、数据和图像、借助公共通信网与建筑物内部GCS的接口进入多媒体通信的系统。综合布线系统GCSGCS是在智能建筑中构筑信息通道的设施。它采用光纤通信电缆、铜缆通信及同轴电缆，布置在建筑物的垂直管井与水平线槽内，与每一层面的每个用户终端连接。GCS可以以各种速率(从9600bit/s~1000bit/s)传送语音、图像、数据信息。OA、CA、BA及SA的信号从理论上都可以由GCS沟通。因而，有人称之为智能建筑的神经系统。建筑物管理系统BMSBMS是为了建筑设备实现管理自动化而设置的计算机系统，它把相对独立的BA系统、SA系统和OA系统采用网络通信的方式实现信息共享与互相联动，以保证高效的管理和快速的应急响应。因此智能化办公大楼的“楼宇智能化部分”，可以概括为三部分，楼宇通信自动化系统（CAS）,楼宇自动化系统（BAS）和楼宇办公自动化系统（OAS）。4/33第一章楼宇自控系统简介第一节楼宇自控系统概述现在建筑在规模和功能上都与过去的土木工程不可同日而语，建筑面积超过8万m2的建筑随处可见，高度超过200m,建筑面积在20万m2以上的超大型建筑也不再为世人所惊叹。不仅如此，建筑物功能的多样化和集成趋势往往使同一栋建筑的不同区域需要同时满足办公、酒店、商场、公寓、娱乐等使用功能，各类使用者对建筑物所提供的服务要求不断提升（如生活条件与环境的舒适性，与社会和人际沟通的便捷性，生存空间的安全性，设施服务的完善性，管理组织的严密性等），所有这些都使得建筑物内部建筑设备的建设和管理日趋复杂。为了满足各种使用功能和众多服务要求，建筑物中需要设置照明设备、空调设备、冷热源设备、通风设备、污水处理设备、给排水设备、变配电设备、应急供电设备、电梯及自动扶梯等建筑设备。这些设备数量庞大，分布区域广，控制工艺不一，联动关系复杂，这位建筑设备的运行操作与管理维护带来极大困难。如变风量（VAV）系统的控制，任何一个变风量末端风量的调整都会改变送风总管的静压，从而影响其它末端的送风量，因此变频风机的频率以及其他末端的阀门开度均需要进行必要的联动，以维持其他末端的送风量平衡；而变频风机的总送风量的变化又会使送风温度产生变化，因此热交换部分的水阀也需要进行联动，这样的控制在变风量末端较多时已变得相当复杂，更不用说送风量、水流量变化后对水阀、冷热源等造成的影响。又如冷系统的控制，任何一台制冷机组的启动都需要依次开启每个水阀、冷却塔等设备，待所有设备就绪后制冷机组才能启动。任何一个阀门、设备的故障都将导致制冷机组的启动失败，后背机组应该立即投入使用。迅速无差错的完成众多分散设备的协调和控制也并非易事。另外，节能控制的复杂计算控制、精密空调系统的准确控制以及供配电系统的高实时性控制也都超出人工操作、控制能力范围。楼宇设备的计算机自动控制是现代建筑物的必然趋势。楼宇自动系统（BAS，BuildingAutomationSystem）又称建筑设备自动化系统，它是在综合运用自动控制、计算机、通信、传感器等技术的基础上，实现建筑物设备和实施的有效控制和管理，保证建筑设施的节能、高效、可靠、安全运行，满足广大使用者的5/33需求。一．BA系统发展历史楼宇自控系统是自动控制技术应用的一个分支，他的发展也随着自动控制技术不断进步与完善而日趋成熟。自动控制系统发展的几个阶段可以从相应的控制设备硬件发展来体现.20世纪50年代以前集中式数字控制系统以及80年代后的集散式控制系统（DCS,DistributeControlSystem）。目前，自动控制系统正向着更加开放的方向发展。近年来发展起来的现场总线控制系统（FCS,FieldbusControlsystem）通过公开化、标准化的通信协议打破了传统的DCS的专用封闭网络，为不同厂商产品的互联提供了可能；同时，利用现场智能设备的强大功能，进一步将控制功能下放到现场，从而实现了真正的分布式控制结构。BA系统开始于19世纪末，当时在欧洲与美国采用机械或电气控制器对采暖、通风、电力等设备进行控制。随着科学技术的进步，这些公司所制造的控制产品逐渐演变为电子仪表型。到20世纪70年代末，电子仪表型的建筑设备控制系统的功能已相当完善。但就广义而言，建筑设备的机械或电子控制产品以及电子仪器表型控制系统都属于早期的BA系统。真正的BA系统是在DCS诞生后才出现的事物。20世纪80年代，集散控制系统应用于建筑物设备的控制和管理，建筑物设备开始从单机独立控制走向多组设备联动群控，同时控制功能向现场分散，管理功能由计算机工作站集中实现。从20世纪80年代到90年代，BA系统技术随着DCS的技术进步同步发展，得到了日益广泛的应用。但作为一种较低成本的DCS,BA系统在设备性能、冗余措施、抗干扰能力以及编成模块的通用性方面都较工业控制中的DCS有着较大的区别，BA系统更加注重设备的性价比，编程模块更具针对性。进入20世纪90年代，随着现场总线技术在工业控制领域应用的日趋成熟，FCS也逐渐被应用于BA系统。无论是ASHRAE的BACnet通信协议还是LonWorks技术的应用，都是追求开放的通信接口和高速、可靠的信息传输，以便及时地获得更多的信息，对建筑设备进行全面的监控与管理。同时，数据库技术、多媒体技术等的发展也使BA系统在数据处理分析中的应用日益增强，人机界面更加友好，从而为建筑物设备提供了更为强大的控制与管理平台。经过一个多世纪的发展，BA系统已从最初单一设备控制发展到今天的集综合优化6/33控制、在线故障诊断、全局信息管理和总体运行协调等高层次应用为一体的集散控制方式，已经将信息、控制、管理、决策有机地融合在一起。但随着工业以太网、基于WEB控制方式等新技术的涌现以及人们对节能管理、数据分析挖掘等高端需求的深化，BA系统仍然处在一个不断自我完善和发展的过程中。二BA系统控制对象与应用环境智能建筑中的各类机电设备和设施是BA系统的主要控制对象，这些机电设备和设施按功能通常可以划分为以下几个子系统：1）电力供应系统（高压配电、变电、低压配电、应急配电）2）照明系统（工作照明、事故照明、艺术照明、障碍照明、泛光照明等）3）环境控制系统（空调及冷热源、通风、环境监测与控制、给水、排水、卫生设备、污水处理）4）消防系统（火灾自动报警、灭火及排烟的联动控制、紧急广播）5）安保系统（防盗报警、电视监控，出入口控制、电子巡更）6）交通运输系统（电梯、自动扶梯、停车场）7）广播系统（背景音乐、事故广播、紧急广播）在单栋特定的智能建筑中，并不是必须具备以上七个子系统，每个子系统也不一定具备以上列出的全部功能。根据实际建筑规模、建造层次，各智能建筑中机电设备和设施的多少及控制要求有较大的差别。智能建筑中的各类机电设备数量众多（一般智能建筑BA系统的监控点数都在千点以上，多的达到上万点），且分布在大楼的各个楼层和角落，因此覆盖整个楼宇、安全可靠、实时响应的分布式BA系统对于保证这些机电设备和设施功能充分发挥有着重要意义，是用户安全、舒适的工作、生活环境的保证。三BA系统功能BAS的整体功能可分为设备控制自动化、安全自动化、能源管理自动化和设管理自动化四个方面。（一）设备控制自动化设备控制自动化以实现各种设备的优化控制为目标。1．变配电设备及应急发电设备7/33a.高低压柜主开关动作状态监视及故障报警。b.变压器与配电柜运行状态及参数自动监测。c.主要设备供电控制。d.停电复电自动控制。e.应急电源供电顺序控制。2．照明设备a.各楼层门厅照明定时开关控制。b.楼梯照明定时开关控制。c.泛光照明定时开关控制。d.停车场照明定时开关控制。；e.航空障碍灯状态显示及故障警报。f.事故应急照明控制。g.照明设备的状态检测。3．空调通风设备a.空调机组状态检测与运行参数测量。b.空调机组的最佳启/停时间控制。c.空调机组预定程序控制与温、湿度控