楼宇自控技术概述（楼宇自控系统概述）

智能建筑的构成：

智能建筑是由其环境内的系统集成中心利用综合布线系统（Premises Distribution System，PDS）连接和控制的3A系统组成。

智能化大楼的基本起点是具有BA中的环境能源管理系统和消防安保系统。根据上海市建委审定颁布的《上海智能建筑设计标准》，凡具备这两个基本系统的可定为丙级智能化大楼，不具备的定为无级。

《智能建筑工程质量验收规范》（GB50339-2013），适用于建筑设备监控系统的检测验收，相应的改、扩建工程也可参照使用。

一般情况，弱电系统占工程总造价的2％～5％，而楼宇自控系统占弱电系统(不含消防系统，不考虑网络设备)投资的比例没有规律，但总体不会超过40％，不同的建筑类型及建筑规模，楼宇自控系统的建设投资不同，主要取决于建筑类型、规模以及采用的暖通空调、水、电的工艺。

北京地区10万m2的商用写字楼的楼宇自控系统一般在300万左右(含施工)，设计检测点在2000左右，平均单点1500元/点。

在工程数据的积累中， 楼宇自控系统工程造价数据可参考为：

住宅小区：约2元／m2；

大型工建及商业建筑：约20～30元／m2。这里造价的最高与最低可有一倍之差。

楼宇自控系统的功能：

以计算机控制技术和计算机网络通讯技术为基础，对建筑内的各类机电设备进行集散式的监视、控制，同时利用先进的管理软件，全面实现对建筑的综合管理。

降低大厦的运行费用；延长设备的使用寿命；减少管理人员的开支；保证舒适的环境。

BAS控制的机电设备：

中央冷冻站；各类新风机组及空调机组；各类风机设备；给排水设备；热交换器；供配电设备；照明系统。

各子系统的功能和监控范围：

电力系统：

功能：安全、可靠供电、有继电保护和备用电源自动切入。

监控范围：负荷容量高限控制峰谷用电差价控制应急发电机启/停控制；主开关动作状态监视主回路电源漏电报警变压器超高温报警供电品质监视（电流、电压、功率因素……）。

照明系统：

功能：提供工作照度，装饰建筑物外立面。提供应急照明，指示航空障碍。

监控范围：用时间程序控制照明开/关。用节能开关控制照明时间。用传感设备（光照度、红外线等）控制照明开/关。监视各照明盘的工作状态和故障报警。监视航空障碍灯的工作状态和故障报警。

空调和冷/热源系统：

功能：提供大楼健康、舒适的工作环境。

监控范围：设备最佳启/停时间控制。主机的节能优化控制。设备运行周期控制。监视各主机、泵、风机等的运行状态。监视各主机、泵、风机等的故障报警。遥测各温度、湿度、压力、压差等数值。

给排水系统：

功能：保证大楼内饮用水的卫生，保证大楼内环境的卫生。

监控范围：各水泵的启/停控制。监视各水泵的工作状态和故障报警。监视各水箱的水位及异常报警。

送排风系统：

功能：保证大楼内空气的新鲜度。

监控范围：各送/排风机定时控制。各厕所排风机定时控制。监视各风机的工作状态和故障报警。

电梯系统：

功能：快速、便捷地输送人员和货物。

监控范围：多台电梯的时间控制（群控）。监视各电梯的运行状态和故障报警。通过智能接口监视电梯的楼层、供电品质等。

停车场系统：

功能：提供进出大楼内的车辆储存、分流场所。

监控范围：控制车辆储存的最多部数。控制车辆进出的程序。通过智能接口监视车辆收费情况。

消防报警系统：

功能：自动预报大楼内的早期火警信号，并联动各相关设备防火、灭火。

监控范围：控制各水泵的启/停。控制各排烟阀的打开。控制空调机及相关通风风机停止。控制警铃、卷廉门等动作。监视各设备的工作状态和故障报警。监视各消防分区内探头的火警信号。

安全和保卫系统：

功能：保证大楼内各重要场所的生命安全。

监控范围：各重要场所的大门设出入口控制。各通道、公用设施部分设电视监视。各需要防范的部位设红外防盗报警装置。

楼宇自控如何进行监控？

首先，建筑设备自动化系统实现控制一定是有一定的目的，对建筑设备来说，有保证室内的温度恒定在一定的范围，设备按照一定的日程编排启停等等，综合起来，这些要求和功能可以归纳为系统的输入变量和输出变量，这些变量又分为：

模拟输入类：AI；（温、湿度、压力等）

数字输入类：DI；（低温报警、开关状态等）

模拟输出类：AO；（风阀、水阀控制等）

数字输出类：DO；（风机启停等）

楼宇自控系统的构成：

中央控制室（数据中心）：

包括中央处理机（一台微型计算机、存储器、磁带机和接口装置）、外围设备（显示终端、键盘、打印机）和不间断电源三部分。

传感器及执行调节机构：

传感器是指装设在各监视现场和各种敏感元件、变送器、触点和限位开关、用来检测现场设备的各种参数（如温度、湿度、压差、液位等），并发出信号送到调节控制器（分站、数据中心等），如铂电阻温度检测器、复合湿度检测器、风道静压变送器、差压变送器；

执行调节机构是指装设在各监控现场接受分站调节控制器的输出指令信号，并调节控制现场运行设备的机构，如电动阀、电磁阀、调节阀等，包括执行机构（如电动阀上的电机）和调节机构（电动阀的阀门）。

分站控制器：

是以微处理机为基础的可编程直接数字控制器（DDC），它接收传感器输出的信号，进行数字运算，逻辑分析判断处理后自动输出控制信号，动作执行调节机构。

分站控制器是整个控制系统的核心，采用直接数字控制器（DDC）它具有AI、AO、DI、DO四种输入/输出接口。方便灵活地与现场的传感器、执行调节机构直接相连接，对各种物理量进行测量，以及实现对被控系统的调节与控制。

其中：

AI-模拟量输入接口，可用作仪表的检测输入，如温度、压力等，一般为0-10V或4-20mA的直流信号。

AO-模拟量输出接口，用于操作控制阀、执行器等，如电动阀、三通阀、风门执行器等，不需要外部电源，输出为0-10V的直流信号。

DI-数字量输入接口，即触点、液位开关、限位开关的闭合与断开，一般用作检测设备状态、报警接点、脉冲计数等。

DO-数字量输出接口，用于控制风机，水泵等运行，亦可作为输出信号与动作增减量型执行机构。

网络控制器：

网络控制器是一种模块式、智能化的控制盘，被认为是整个网络控制系统的核心。

它可以用在需要进行复杂、高性能控制的任何应用上，例如：

控制集中时采暖、通风、空调设备；

能够提供中央监测系统的报警信息并能够从现场控制器采集和存储有关历史记录、设备运行状况和能量消耗的信息；

另外它还具有很强的局域控制功能，如：监控点的共享和整个建筑物范围内的设备连动等。

楼宇自控系统的结构：

1.集散式控制系统：现场级、控制级、监控管理级。

2.现场总线控制系统：互联现场自动化设备及其控制系统的双向数字通信协议。

几种楼宇自控系统的技术对比：

楼宇自控系统的方案选择：

高可靠性：采用集散控制系统，配备可靠的硬件和丰富的软件来确保系统安全。

高灵活性：控制功能的多样化能适应不同的控制要求。

高扩展性：模块化、积木式结构可以随意组态系统的大小。

高开放性：现代的集散系统都是高度开放的兼容的以便集成不同厂家的不同产品。

高方便性：要求人机界面友好，显示形象，操作简便。

高经济性：在满足大楼功能的前提下，降低投资成本，减少能耗和运行费用。

楼宇自控系统的通讯协议：

楼宇自控系统中基本采用的是集散控制方式和分布控制方式，是通过某种控制网络实现的，这就要求控制设备以及建筑设备都要遵循一定的通信协议。

目前，国际上采用较多的是BACnet和LonMark。

BACnet的原则：

发展标准的方法去实现HAVC&R控制与自动控制系统与其他建筑物系统之间的互操作性。

Interoperability (互操作性)：

指各系统间数据的共享，并能按预定的权限对其他系统内所监控的设备进行跨系统跨网络操作及控制。

BACnet支持六种网络结构：

以太网，Ethernet (100Mbps) ；ARCNET (2.5Mbps)

MS/TP 子网(76.8Kbps)；PTP点对点(point-to-point /serial communications/modems)；LonTalk(专用 LAN–BACnet设备能与LonWorks设备共有同一种网络结构)；Virtual LANs虚拟网络(TCP/IP，ATM，VPN等等)。

BACnet使业主/管理人员能灵活扩展系统，既增加控制设备时不单只有一家制造商可供选择，他们可以选择最先进的技术和最优质服务，扩展当前的控制系统而不必更换整个控制系统，从而使投资更有保障。

BACnet标准不依赖于特殊的硬件平台并支持各种类型的网络技术，包括互联网，这使BACnet作为新的技术可以根据公众的意愿无障碍地发展，而不像底层硬件开放协议被少数供货商控制着。

BACnet与Lonworks：

現在使用的众多协议中能真正实现系统互操作目的主要有 BACnet及Lonworks，两者的比较如下 ：

BACnet是通讯语言，所有支持BACnet的产品均可相互兼容。

LON主要是神经元芯片，是硬件；各厂家可按其产品特性进行不同的开发，即支持 LON的产品不代表可以相互兼容；

BACnet通讯速度高达100Mbps，而LON 可达1.25Mbps；

BACnet数据包高达1.515Kb，而LON只有0.228Kb；

在BACnet高通讯速度及高容量数据包的优点基础上，使其可以应用在各层网络，形成一套完整的一致性系统；而LON只能应用在楼层级网络的现场控制器上。

BACnet是个综合性的规范，它准许纵多的实施方案，并提供一套强有力的服务功能。但是，这个协议在小型终端控制设备里实施，不能取得最大的成本/性能比。

LonMark是个强大的专门为设备而优化的协议；从传感器、调节器到区域控制器，样样都行。它带有一个紧凑型的协议架，很容易和廉价设备相适应。但其通信速率较低，只能适用于工作层。

因而，在工作层采用LonMark来连接控制器、感应器和调节器等设备；LAN层面的控制采用了BACnet连接各个系统；两个协议互为补充，建立一个完整的建筑结构，得到最佳的性能和成本。

楼宇自控系统设计内容：

HVAC控制的特点：

“One of the most basic ,and often most difficult，areas of building automation is controlling the HVAC equipment.”（楼宇自动化中最基本，也常常是最困难的部分，是HVAC设备的控制。）

控制环节多且相互耦合：

室内温度，湿度，CO2含量，送风温度湿度，室外温度湿度，冷冻水供水和回水温度，冷却水供水和回水温度，新风阀混风阀和排风阀的控制，送风机和回风机的控制，冷热盘管的控制，冷却水和冷冻水泵的控制，过滤器压差的控制，空调末端装置风量控制，管道压力控制，系统风量控制，锅炉供热系统控制，换热系统控制。

HVAC系统具有较大节能潜力：

目前缺少有效的可操作的协调级控制策略：

冷冻站系统的优化控制；

冷机的供水温度设定值；

冷机开启台数和搭配；

冷冻水泵的开启台数与转速；

冷却水泵的开启台数与转速；

冷却塔的运行方式；

风系统的优化控制；

变风量控制；最佳启动；夜间冷却；

充分利用室外新风降温；

实现优化控制，至少可实现15%~20%的节能效果。

智能建筑节能基本架构：

设计，安装，控制厂商，和运行管理各环节的工作都必须到位；

技术上多专业交叉的问题应有足够认识并在工作中得到具体解决；

传统的稳态设计方法与实际运行动态特性的矛盾需要逐步解决；

实用控制算法和建筑能量分析等实用技术的研究和实践需要逐步深入。

楼宇自控系统的调试与验收：

调试前的准备；

系统设备与受控设备的单体调试；

空调系统单体设备的调试；

变配电照明系统单体设备调试；

验收。

调试前的准备：

图纸的检查；

设备外观和安装状况的检查；

调试环境条件的检查；

电源检查。

系统设备与受控设备的单体调试：

DDC单体设备的点对点调试：

数字量输入测试；数字量输出测试；模拟量输入测试；模拟量输出测试。

DDC功能测试：

运行可靠性测试；

DDC软件主要功能及其实时性测试；DDC点对点控制。

新风机（二管制）单体设备调试：

检查新风机控制柜；

检查装新风机上的温湿度传感器、电动阀、风阀、压差开关等设备的位置和接线；

确认DDC控制器安装位置和主电源开关；

调试新风机的阀门、驱动器、风机及温度。

空气处理机（二管制）单体设备调试：

检查空调机控制柜；

检查装空调机上的温湿度传感器、电动阀、风阀、压差开关等设备的位置和接线；

确认DDC控制器安装位置和主电源开关；

调试空调机的阀门、送/排/回风门驱动器、风机及温度。

冷冻机组的调试：

检查各台冷冻机、冷却泵、冷冻泵、冷却塔的电器控制柜；

检查各台冷冻机冷凝器阀门、蒸发器阀门、冷却塔进出水阀门的安装和接线；

确认DDC控制器安装位置和主电源开关；

调试空调机的阀门、送/排/回风门驱动器、风机及温度。

给排水系统单体调试：

检查各类水泵的电器控制柜；

检查装于各类水箱、水池的水位传感器说水位开关，以及温度传感器、水量传感器等设备；

确认各类水泵等受控设备，在手动控制状态下，其设备运行正常。

检测该设备AO、AI、DO、DI点，确认其满足设计、监控点和联动连锁的要求。

变配电照明系统单体调试：

接线检查；系统监控点的测试；

电量计费测试；柴油发电机运行工况的测试；

电梯系统运行状态的检测。

验收：

竣工验收应在系统正常连续投运时间超过3个月后进行。

确认BAS系统图与实际运行设备一致；

确认BAS受控设备的平面图；

系统接线检查；系统通讯检查；

系统监控性能的测试。

竣工验收文件资料应包括以下内容：

1.工程合同技术文件；

2.竣工图纸；

3.系统设备产品说明书；

4.系统技术、操作和维护手册；

5.设备及系统测试记录；

6.其它文件。

本文来源于互联网，作者：孙育英。暖通南社整理编辑。