4第四章建筑设备自动化系统

第4章建筑设备自动化系统设计2本章主要内容4.1建筑设备自动化系统综述4.2建筑设备控制系统分类4.3建筑设备自动化系统实现原理*4.5建筑设备自动化系统的工程设计*4.6BAS的发展趋势及科研选题问题讨论34.1建筑设备自动化系统综述4.1.1建筑设备自动化系统的基本概念1、BAS定义建筑设备自动化系统BAS（BuildingAutomationSystem），主要内容包括由楼宇机电设备控制构成的设备环境监控系统、由消防系统和保安系统组成的安全保卫监控系统二大块。42、BAS基本功能（1）自动监控各种机电设备。如启、停、显示等。（2）自动检测、显示、打印并存储各种设备运行参数。（3）自动调节各种设备处于最佳运行状态，要求根据外界参数变化而自动调节。（4）监控并及时处理各种意外、突发事件（5）实现对各种设备的统一管理、协调控制（6）实现能源管理自动化（7）停车场管理等53、BAS系统的意义和作用（1）节省大规模的能耗（2）延长设备的使用寿命（3）提高楼宇管理水平（4）提高环境的舒适性（5）提高设备的安全性64.1.2建筑设备自动化系统的组成建筑设备自动化系统有狭义与广义之分从狭义的观点来看，建筑设备自动化系统的内容包括大厦各自动化设备的分系统，如采暖、制冷及空调分系统，照明设备控制分系统，给排水分系统，电梯控制分系统，供配电分系统，停车场管理分系统等，即使是由某些专用控制商提供的产品，建筑设备自动化系统也必须负责其状态监测。7从广义的观点来看，国际上已经把安全监控系统(SecurityAutomationSystem，简称SAS)与消防监控系统(FireAutomationSystem，简称FAS)纳入BAS的范畴中，在这里由于我国国情，可暂不考虑消防监控系统。建筑设备自动化系统的组成如图4-1所示8照明系统电梯控制系统空调系统变配电系统消防系统给排水系统停车场管理系统保安系统监控中心信息系统建筑设备自动化系统（BAS）图4-1建筑设备自动化系统的组成91、变配电系统对智能建筑物供电设备和供电状况进行监控，包括对各级电力开关设备及电柜高低压状态、主要回路的电流、电压及功率因数、变压器及电缆的温度，发电机运行状态等的检测与控制，对故障进行报警等。通过对用电情况的计量和统计利用科学的管理方法，合理均衡负荷，以保障安全、可靠地供电。102、空调系统为了使智能化大楼真正达到舒适、节能的效果，对不同区域的空调系统按事先编制的程序或根据环境温度自动控制建筑物内的中央空调制冷机组、冷却水泵、冷却塔风机、电磁阀门、风机的启停；监视、动态显示和记录各设备的状态、室内外各测点的温度、湿度、压力、流量、二氧化碳含量、空气负离子含量、阀门的开度和运行时间等参数；自动进行故障报警或停机，动态显示有关水泵、阀门、风机的位置和状态等。113、照明系统按程序对各楼层的配电盘、办公室照明、门厅照明、走廊照明、庭院或停车场处照明、广告霓虹灯、节日装饰彩灯、航空照明等设备自动进行启停控制；自动实现对照明回路的分组控制、用电过大时自动切断电源，对厅堂和办公室等地进行“无人熄灯”控制等。124、电梯控制系统电梯是建筑物内交通的重要枢纽。对带有完备控制装置的电梯，将其控制装置与楼宇自动化系统相连接，与实现相互间的数据通信、使管理中心能够随时掌握各个电梯的工作状况，并在火灾、保安的特殊场合对电梯的运行进行直接控制。135、消防系统消防系统实施对建筑物内消防栓、喷淋水、消防水泵、稳压水泵、火灾烟感、温度探测报警器、防火排烟阀、消防电话等设施联网进行监视与自动控制；一旦出现火灾，消防系统除了自身立即切换到消防模式，自动进行相应动作之外，还应立即通过楼宇自动化系统，向变配电、排给水、空调、电梯、保安等相关系统发出进入消防模式的命令，由这些设备自身的控制系统来协调和实现消防动作。146、给排水系统对各给水泵、排水泵、污水泵和饮用水泵的运行状态、各种水箱及污水池的水位进行实时监测，通过对给水系统压力的监视及其水位、压力状态，启停相应的水泵，以保证给排水系统的正常运行。15R3R2R1T3T2T1CKA1KA1KA1DDZTC低水位高水位8+4321567-正常:T2截止,T1导通.KA1有电高水位T2导通,T1截止.KA1无电167、停车场管理系统停车场管理常采用读卡方式。内部车库不计费时，汽车经读卡器确认属该系统后，即可进入停车场。另一种为停车计费方式，通常分为两种计费方法，一种是当汽车读卡器进入车库后即开始计时，在出口处按时收费；另一种是在停车场的每个车位设一车位传感器，当车停在车位时开始计时，当车辆离开车位时计费停止。178、保安系统保安系统一般包括视频监视系统和安全保卫系统。它们通过对闭路电视监视、出入口控制、防盗报警、保安巡逻等手段，辩识出运行物体、火焰、烟和其他异常情况，并立即进行报警及自动录像；一旦有情况，自动对出入口门进行控制，启动自保护措施，最大限度地保证安全。189、监控中心智能化大楼自动化是由各个子系统组成的，子系统之间相互协调，具有互操作的特性。监控中心的服务站的主要功能就是对这些子系统进行集中管理和协调，共同组成一个完整的控制网络。1910、信息系统信息系统主要是对整个大楼的Internet网络进行监控和管理。首先要对网络设备进行监控，保证对外信息畅通；其次要保证本大楼重要资料的信息安全，最大限度地防范网络黑客的进攻和破坏。楼宇自动化系统应该是一个开放的系统。大楼网站和楼宇自动化系统相连，可以实现楼宇的远程监控，从而使大楼监控人员对大楼的监控不受时间和地点的限制。201、BAS的系统结构智能建筑的核心是系统集成。BAS与CAS，OAS相似，各系统均分别采用计算机控制与管理，并联网运行。各子系统自成智能体系，系统之间亦联网。智能建筑3A系统结构见图4-2：4.1.3建筑设备自动化系统的结构21电话机打印机鼠标键盘服务器SDwww.apcc.comBack-UPSPro1000PDA膝上型计算机打印机鼠标键盘服务器打印机鼠标键盘服务器SDwww.apcc.comBack-UPSPro1000打印机鼠标键盘服务器SDwww.apcc.comBack-UPSPro1000办公自动化系统(OAS)保安自动化系统(SAS)消防自动化系统(FAS)楼宇自动化系统(BAS)空调等设备自动化系统卫星通信传呼机电话系统有线电视通信自动化系统(CAS)综合布线系统(PDS)图4-2智能建筑3A系统结构图222、BAS体系结构按系统规模及管理和控制方式可分为三种类型：(1)集中式BAS集中式BAS将所有现场信号集中于同一场地。通常由一台工业控制计算机，通过过程通道实现集中数据采集和控制，并实现异常状态报警，报表生成，费用计算等基本设备管理功能。由于单机处理能力有限，或是不适宜管理人员进入的场地（如变电站），集中式BAS更多地采用双机结构来实现。23报表生成报警设备管理数据采集设备控制上位机下位机费用计算图4-3集中式体系结构BAS24(2)分布式BAS分布式BAS是目前广为采用的BAS体系结构，它的特点是分布控制，集中管理，体系结构具有层次化的特征。25系统数据库营运管理计算机远程操作终端操作站监控站监控站数据采集系统设备监控系统通讯网络图4-4BAS系统结构图26(3)综合化BAS特点是分布控制，综合化管理。它以传统的分布式BAS为基础，通过计算机网络与OA、CA系统整合，因而能够支持综合化服务和管理功能，如多功能电话，OA终端的远程操作，综合计费等。整个系统用楼字自动化局域网（BA—LAN）连接起来，以网络的单机数据库代替了传统集中式数据库。27中央计算机OACA主干网监控站操作站操作站BA-LANPTSNPSDN网络数据库图4.5综合化体系结构图284.2建筑设备控制系统分类4.2.1计算机控制系统A/DD/A计算机控制对象e(t)e(k)u(k)u(t)y(t)r(t)+-特点：被控制对象大部分为模拟信号：r(t)、e(t)、u(t)、y(t),而计算机处理的为数字信号：e(k)、u(k).故需经A/D、D/A变换。图4-6控制原理图291、直接数字控制系统DDC(DirectDigitalControl)直接数字控制系统是计算机的过程输入，通过控制算法得到控制输出后，以计算机取代模拟调节器，直接通过接口控制执行机构，从而实施对现场被控过程的控制，使被调量保持在给定值，主要用于较小的回路控制，DDC系统由被控对象（生产过程）、检测仪表、执行装置和数字控制调节器组成。30计算机被控对象A/D模拟量输入AI开关量输入DI过程输入数字量输出D/A开关量输出DO过程输出图4-7直接数字控制DDC312、设定值控制系统（SCC）设定值控制系统是根据过程输入和控制算法求得一个指导性的设定值，再以其来规定回路控制的目标值，最后由回路控制设备（自动化仪表或DDC级计算机）完成具体的控制输出，因此SCC属于层次较高的间接控制。SCC和DDC都是闭环控制系统，但是控制的层次有所不同。32设定值控制系统（SCC,SupervisoryComputerControl）(SPC,SetPointControl)SCC系统有两种结构形式,即SCC+模拟调节器和SCC+DDC控制系统.33给定值测量值A/D多路开关检测元件生产过程TTSCCSCC+模拟调节器控制系统原理图T表示模拟调节器报告管理命令34给定值测量值A/D多路开关检测元件SCCSCC+DDC控制系统原理图生产过程DDCD/A逆向多路开关管理命令报告353、集散型控制系统DCS集散型控制系统DCS（Distributedcontrolsystem）以多台计算机分别承担不同的控制功能和处理范围，不仅使处理能力大大提高，而且将危及系统安全的因素降低。36现场控制器传感器执行器现场控制器传感器执行器现场控制器传感器执行器现场控制器传感器执行器操作台中央监控机信息网控制网控制网操作台………图4-8DCS系统结构图37现场总线控制系统FCS是一种全数字、半双工串行双向通讯系统，作为一种局域网，用于连接现场智能仪表，其信号传输采用全数字化，见图4-9。4.2.2现场总线控制系统FCS（Fieldbuscontrolsystem）38网关……现场设备网关……现场设备网关……现场设备…管理层现场层10/100/1000b/s以太网图4-9现场总线控制系统的结构形式39DCS虽然号称是分布式控制系统，但事实上DCS只是做到了半分布，测控层并没有实现彻底分布，控制依赖于控制站。而FCS系统结构是全分散式的，它将DCS中现场信息的4-20mA模拟量信号传输变为全数字双向多站的数字通讯，放弃了传统的集散控制系统所必需的输入/输出模块和现场控制站。因此DCS是半数字化系统，而FCS则是全数字化系统。40有人预测，基于现场总线的控制系统FCS将取代DCS而成为控制系统的主角，但也有人认为，在现场总线出现以后，现场控制站将向总线结构发展，其控制功能将进一步分散到现场设备上，而现场控制站的主CPU则越来越像一个通讯控制器，因此说DCS将被FCS取代，还不如说DCS将向更加分散化的方向发展。DCS与FCS结构示意图4-10所示。41操作站DCS操作站FCS控制室现场现场控制站现场自动化设备（测量与执行）现场自动化设备（测量、计算、执行、报警、趋势等）图4-10DCS与FCS结构示意图424.3建筑设备自动化系统实现原理43工业PC机windows98/NT操作系统、用户操作管理软件Supervision、图形编程软件EIKON、报警管理系统中央操作站（centralsite)中央管理级网络以太网、TCP/IP协议网络控制器LANgate，可以是自带CPU、RAM、ROM的通用控制器网络控制器LANgate，（自带CPU、RAM、ROM）现场控制器I/OHardWare现场控制器I/OHardWare现场控制器I/OHardWare现场控制器I/OHardWare现场控制器I/OHardWare现场控制器I/OHardWare现场控制器I/O