1、智能建筑樓宇自控系統引言智能建筑系統是樓宇自控系統(BAS) 、通信自動化系統(CAS)和辦公自動化系統(OAS)三者的有機結合。樓宇自控系統是一種將建筑物內有關電力、照明、空調通風、給排水、防災等電氣設備進行控制和管理的綜合系統,是智能建筑的重要組成部分。隨著計算機控制技術、網絡技術和信息技術的高速發展,樓宇自控領域的技術創新正以迅猛的勢頭不斷發展。樓宇自控系統由獨立的控制子系統向集中化、網絡化、信息化的監控與管理系統發展,實現數據采集、過程控制、流程優化、運行管理和信息化的各項功能。在GB/T503142000智能建筑設計標準中也指出,智能建筑必須具備智能化系統集成功能,接口應實現標準化、

2、規范化。也就是說,只有合理選擇專業化的樓宇自控設備、系統結構,才能真正實現樓宇自控系統的集成化和信息化。第一章 樓宇自自控系統簡介介 傳統的樓宇自控控系統實現對對建筑物的空空調監控系統統、通風系統統、變配電系系統、照明系系統、供熱系系統、電梯系統、給給排水系統等等的控制、操操作、監視、報報警、記錄、存存儲、報表、管管理等功能。隨隨著科學技術術的發展和物物業管理的需需求不斷提高高,智能建筑樓樓宇自控系統統容納了火災災報警系統、安安防系統、車車庫管理系統統等,且相互之間間具有聯動關關系,功能越來越越強大,如圖1所示。第二章 樓宇自自控設計原則則樓宇自控系統的的設計原則如如下: (1) 分散控制、集

3、集中管理。根根據各子系統統的設備分布布和控制要求求,控制器分散散到各子系統統的設備間、樓樓層或各設備備中,實現對設備備分散控制。在在智能建筑中中設置中央監監控室,實現對樓宇宇自控系統的的集中科學管管理,為建筑中的的用戶提供良良好的環境,為建筑的管管理者提供方方便的管理手手段。(2) 節能措措施。控制方方案和設備的的選用應采用用節能技術,充分體現節節能效果,為智能建筑筑減少能耗,并降低管理理成本。(3) 可靠性性和穩定性。使使樓宇自控系系統的安全運運行有保障。(4) 適用性性。滿足并優優化各子系統統流程的運行行和管理。 (5) 易操作作和易維護。采采用中文信息息界面,結構簡單合合理,維護方便。(

4、6) 兼容性性與開放性。系系統是軟、硬硬件一體化的的整體,要求具有兼兼容性和良好好的開放性。(7) 具有較較高的性價比比。第三章 樓宇自自控專業化體體現(1) 選型的的標準化與規規范化。在設設備選型時,首先應注重重系統運行的的穩定性和可可靠性,從實用性和和可行性、先先進性和成熟熟性、標準化化和規范化、可可管理性和可可維護性等幾幾個方面,保證系統滿滿足智能建筑筑的規程規范范與標準要求求。在硬件結結構、接口技技術、軟件平平臺上采用技技術成熟的產產品,且盡可能保保持一致。其其次要考慮的的重要因素是是性價比、靈靈活性和可擴擴展性、開放放性與兼容性性,在通信協議議、系統配置置、軟件應用用等方面保證證系統

5、的開放放性和軟、硬硬件的及時升升級,以最少的投投資獲取最大大的效益。理理想的設備選選型方法是產產品廠家盡可可能少,且為遵循同同一協議、同同一接口標準準、同一軟件件平臺的成熟熟系統產品。(2) 網絡化。樓宇自控系統的網絡包括設備層、控制層和管理層。網絡拓撲結構應具備安全性和開放性。網絡訪問控制方法應具有快速、準確、可靠和安全的性能。網絡介質要求抗干擾能力強、性價比高。網絡節點應具有靈活的可擴展性和安全權限保護功能。應根據智能建筑的規模和標準,合理構建局域網及其與廣域網的連接,并充分利用互聯網通信協議( TCP / IP)和綜合信息服務網( ISDN) ,使整個網絡具有多用戶訪問、多控制現場、對突

6、發事件快速響應、集中數據存儲和控制、遠程瀏覽、遠程故障診斷與報警等功能。目前,樓宇自控系統的網絡結構有集中式結構、分級分布式結構和全分布式結構,并向分散式結構發展。集中式結構為單機系統,適合于小系統,多選用單片機、工控機等,存在于一些已建成的樓宇中。分級分布式結構適合于大、中型系統,各控制器和操作站通過控制網絡實現通信,分散控制、集中管理,目前應用較普遍。全分布式結構即現場總線控制系統( FCS) ,系統中傳感器、執行器均為智能節點,智能節點能訪問控制器、網絡處理器和應用處理器,既能進行控制,又能管理網絡通信,具有開放性、互換性、全分散性,是樓宇自控系統發展的趨勢,目前應用非常普遍。(3) 數

7、字化。數字化是指樓宇自控系統之間以及樓宇自控系統與其他信息系統之間能夠實現網絡連接以及圖像、數據等信息的信息交換與共享。在系統的硬件結構上采用現場總線技術,使傳感器(如樓宇自控系統中廣泛使用的溫度、壓力、流量等物理量傳感器,電流、電壓等電量傳感器,紅外探測器等)與執行器也同控制器一樣實現數字化通信,閥門等配置數字式接口技術。這樣,每個傳感器或執行器就是一個獨立的網絡節點,對應一個獨立的IP地址,能夠直接與控制器、操作站通信。(4) 集成化。樓宇自控系統只有實現空調、變配電、照明、電梯、給排水、火災報警、安防等系統的集成,才能實現對系統的監控,起到協調各系統的功能、提高能源利用的作用。在系統集成

8、方面可采用多種方法,如利用動態數據交換(DDE)技術、OPC (OLE for Process Control)技術等。采用的方法應具有較好的兼容性(如現場總線LonWorks) ,建立在Internet技術的基礎上,可支持不同廠家的產品,并在系統設計時充分考慮系統的集成。美國Honeywell公司的企業樓宇集成系統EBI( Enterprise Building Integrator)集成化功能較強,利用DDE技術可將火災報警系統、安防系統、數字影像系統、人員與資產定位系統等與傳統意義上的樓宇自控系統進行集成。(5) 信息化。樓宇自控系統的信息化一方面體現在中央操作站的信息化管理功能上,另一

9、方面體現在與智能樓宇內的辦公自動化網、通信網絡的信息共享上。操作站選用PC機、打印機和樓宇自控軟件平臺實現對整個系統的管理和優化,在網絡化、數字化基礎上實現智能建筑管理系統( IBMS)的功能。對收集到的樓宇內部資料進行分析,將其整理成相關的信息,使樓宇自控系統設備信息與火災自動報警系統、安防系統、辦公自動化系統、通信系統的信息相互綜合,實現相關的物業管理,如備品備件管理、維護管理、能源管理、成本預算管理、設備計劃管理、自動抄表管理、費用計算管理、人力調度管理等。(6) 設備專用化。樓宇自控系統硬件采用模塊化設計,設備的專用化體現在功能模塊上,如控制器、網絡模塊、電源模塊、各類I/O模塊等專用

10、功能模塊。目前,控制分站的專用化是一個趨勢,如邁科智控有限公司的定風量控制器、空調機控制器、通風控制器、變風量控制器等,安裝簡單、維護方便。 (7) 先進性。樓宇自控系統的技術先進性與成熟性是保證系統穩定、可靠運行、便于擴展與升級的前提。目前,兩大主流技術是LonWorks和BACnet。第四章 樓宇自自控系統集成成智能建筑的智能能化實質就是是集成化,即信息資源源和任務的綜綜合共享與全全局一體化的的綜合管理,通過系統集集成實現綜合合共享。集成成化的技術核核心是建立在在系統集成、功功能集成、網網絡集成和軟軟件界面集成成的多種技術術集成基礎上上的新型技術術,以信息集成成為目標。系系統集成的目目的是

11、建立一一個以網絡為為基礎的監控控管理平臺,提供一整套套采集、處理理和在網絡上上發布各類實實時數據的系系統軟件,實現對系統統信息、資源源和管理服務務的共享,具有簡易和和方便的操作作界面,且具有向上上的開放性和和向下的包容容能力。樓宇宇自控系統的的集成方式應應與智能建筑筑中的辦公自自動化系統、通通信自動化系系統一體化考考慮。 基于系統集集成的目的和和智能建筑的的現狀,推薦采用區區域網子系統集成成方式。系統統結構由IBBMS管理層層、系統管理理層和設備層層組成。系統統中硬件采用用通信網關,基于TCP / IP協協議、Winndows NT操作系系統實現與各各子系統之間間的通信連接接,是一個典型型的分

12、布式客客戶機/服務器(C /S)工作作模式,如圖2所示。這種種集成方式的的軟件體系為為集成信息管管理,信息交換可可通過軟件或或硬件完成,傳遞的數據據格式也是自自定義的,并可方便地地對智能建筑筑綜合管理自自動化系統進進行二次開發發。第五章 樓宇自自控工程實例例深圳大學城是深深圳市培養高高層次創新人人才的基地,具備現代建建筑內樓宇自自動化技術,目前已有清清華、北大、哈哈工大三校深深圳研究生院院正式入駐。三個校區的樓宇自控系統是各自獨立的,功能、系統結構和選型相同,只是規模不同。以一個校區為例,其樓宇自控系統由火災自動報警系統、中央空調監控系統、照明控制系統、給排水控制系統和變配電系統構成,其網絡拓

13、撲結構如圖3所示。 5. 1系統功功能 深圳大學城城樓宇自控系系統的各子系系統具有如下下功能: (1) 火災自動報報警系統、。具具有集中監控控功能,實現對探測測器輸出值的的實時監視,采集、傳輸輸、顯示和記記錄各探測器器的環境參數數,實現預報警警、報警、報報警聯動的三三級報警與控控制,與消防廣播播、警鈴、排排煙風機、正正壓風機、停停止空調運轉轉、自動噴淋淋滅火、自動動氣體滅火實實現聯動。廣廣播、背景音音樂在緊急事事故(如火災)時可自動切切換到緊急廣廣播工作狀態態。 (2) 中央央空調監控系系統。監控整整個校區的空空調系統及其其設備(包括新風機機、空氣處理理機、風機盤盤管、新風機機組、排煙風風機、

14、正壓風風機和冷凍水水進水量控制制器等) ,并通過對冷冷凍水的供/回水溫度和和流量的測量量,自動計算出出空調系統的的冷負荷。根根據實際的冷冷負荷,通過空調冷冷水機組的群群控裝置,來調整冷水水機組的負載載變量,以達到最佳佳的節能效果果。測量并自自動控制新風風機、空氣處處理機過濾網網的壓差,維持系統要要求的壓差值值。對各種空空氣處理機組組中的參數(如溫度、濕濕度、壓力、流流量、液位、風風量等)進行檢測、控控制,對風機、冷冷凍機等設備備以及過濾器器的狀態、風風機的狀態及及故障報警進進行自動控制制與監測。(3) 照明明監控系統。對對大廳、公共共走廊、樓梯梯、地下停車車場、會議室室等公共場所所實現集中監監

15、控,對教室等其其他區域實現現就地控制。(4) 給排水控制系統。利用變頻控制技術實現恒壓供水,為就地控制方式。(5) 變配電系統。實現對10 kV進線、380 V出線回路,備用柴油發電機的三相電壓、三相電流、功率因數、頻率的檢測和變壓器的超溫報警監測,為就地監控方式。5. 2專業化分析 深圳大學城樓宇自控系統的集成特點如下: (1) 選用不同廠家的產品。主要控制器選用進口產品,其他設備選用國產設備。火災自動報警系統選用了北京西門子公司的CerberusCT11系統,中央空調與照明監控系統選用了Honeywell公司的Excel 500 系列產品,給排水與變配電系統選用的是國產設備。(2) 通信協

16、議不同。火災自動報警系統控制器間的通信總線為C總線(CANbus) ,火災顯示盤、火災顯示驅動器及輸出模塊與控制器間的通信總線是LonWorks總線,探測器與控制器間的通信總線是D總線(Compobus/D) 。中央空調與照明監控系統中工作站、服務器與控制器間的通信采用以太網,DDC控制器之間的通信協議為LonWorks。(3) 網絡結構獨立。火災自動報警系統由1臺操作站、1臺控制站構成一個環形網絡,中央空調與照明監控系統由2 臺服務器( 1 主1 備) 、4臺工作站和DDC控制器構成一個控制網絡。整個樓宇自控系統的網絡分為兩部分,各自獨立。(4) 集中監控與就地控制結合。根據校區的實際情況,

17、火災自動報警系統與中央空調為集中監控,照明系統為集中監控與就地控制結合,給排水、變配電系統為就地監控方式。(5) 系統網絡與樓宇中的其他自動化系統脫節。樓宇自控系統與校區內的樓宇安防系統、樓宇辦公自動化系統、樓宇通信系統四者各自獨立,沒有實現資源共享。(6) 信息化管理程度低。該系統僅實現了火災自動報警系統、中央空調監控系統、照明監控系統中的操作、報警、歷史趨勢、歷史記錄、報表生成等管理功能。由于系統結構的原因沒有與校區內辦公自動化系統的信息平臺鏈接,未實現信息化管理。(7) 集成度較低。僅實現了具有集中監控功能的火災自動報警系統、中央空調監控系統、照明監控系統的設備集成、信號集成,沒有實現與

18、安防系統、電視監控系統、電梯等設備控制的集成,沒有建立起一個統一的監控平臺,沒有實現真正意義上的集成,即信息集成。(8) 適用性較強。系統結構簡單,操作方便, 功能適用。第六章 樓宇自自控系統存在在的主要問題題(1) 系統的的開放性差。由由于樓宇自控控產品廠家較較多,不同廠家生生產的控制器器在相互連接接和通信上存存在困難, 兼容性不理理想, 開放性仍仍有待改善。(2) 系統設計不合理。由于設計人員對樓宇自控系統的內容和被控設備認識不足,與相關專業配合不當,造成了樓宇自控系統的設計不合理,運行效果不佳。(3) 系統的集成化程度較低。由于樓宇自控產品遵循的通信協議較多,協議的開放性又較差,使系統的集成實現困難。(4) 系統結構復雜,投資高。往往為了實現各種樓宇自控功能,須選擇幾個不同廠家的產品,而為了實現這些系統的通信致使系統結構復雜,造成自控系統的投資比機電設備高的現象,使投資商望而卻步。七、結束語樓宇自控系統正向著全分布式結構的現場總線系統發展,這些分布式控制系統既是獨立的,又是相互聯系的、綜合的、統一的,其集成化、智能化也在向更高層次發展。樓宇自控系統和工業自動化系統正在相互融合、共同發展,工業自動化技術、工業自動化設備和軟件也正