樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)概述

一、概述
       智能建筑(inteiligentbuildings)是建筑技術(shù)與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是信息社會(huì)與經(jīng)濟(jì)國際化的需要。智能建筑主要有樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)(bas)、通信自動(dòng)化系統(tǒng)(cas)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(oas)三大系統(tǒng)組成。本章主要是對(duì)樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)(bas)作有關(guān)的論述。智能建筑往往是從樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)開始。智能建筑內(nèi)部有大量的電氣設(shè)備，如：環(huán)境舒適所需要的空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備及繪排水系統(tǒng)的設(shè)備等，這些設(shè)備多而散：多，即數(shù)量多被控制、監(jiān)視、測量的對(duì)象多，多達(dá)上百到上萬點(diǎn)；散，即這些設(shè)備分散在各層和角落。如果采用分散管理，就地控制，監(jiān)視和測量難以想象。為了合理利用設(shè)備，節(jié)省能源，節(jié)省人力，確保設(shè)備的安全運(yùn)行，自然地提出了如何加強(qiáng)設(shè)備的管理問題。
         在90年代的今天，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展。對(duì)大樓內(nèi)的各種設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視和測量不再是隨線式，而是采用掃描測量。系統(tǒng)控制的方式由過去的中央集中監(jiān)控，轉(zhuǎn)而由高處理能力的現(xiàn)場控制器所取代的集—散型控制系統(tǒng)，中央機(jī)以提供報(bào)表和應(yīng)變處理為主，現(xiàn)場控制器以相關(guān)參數(shù)自動(dòng)控制相關(guān)設(shè)備，來達(dá)到控制目的。對(duì)建筑設(shè)備用計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)來代替操作人員，或作其補(bǔ)充措施，是一種自然發(fā)展。自動(dòng)控制技術(shù)經(jīng)過簡單的機(jī)械控制器控制、常規(guī)儀表控制，進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段——計(jì)算機(jī)控制。
二、樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成
         近年來國內(nèi)高層建筑不斷興建，它的特點(diǎn)是高度高、層數(shù)多、體量大。面積可達(dá)幾萬平方米到幾十萬平方米。這些建筑都是一個(gè)個(gè)龐然大物，高高的聳立在地面上，這是它的外觀，而隨之帶來的內(nèi)部的建筑設(shè)備也是大量的。為了提高設(shè)備利用率，合理地使用能源，加強(qiáng)對(duì)建筑設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視等，自然地就提出了樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
        樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制建筑物內(nèi)的機(jī)電設(shè)備。通過軟件，系統(tǒng)地管理相互關(guān)聯(lián)的設(shè)備，發(fā)揮設(shè)備整體的優(yōu)勢和潛力，提高設(shè)備利用率，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和時(shí)間(但并不影響設(shè)備的工效)，從而可延長設(shè)備的服役壽命，降低能源消耗，減低維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工時(shí)數(shù)量。最終，降低了設(shè)備的運(yùn)行成本。
（1）管理的目的
        自動(dòng)控制、監(jiān)視、測量是建筑設(shè)備管理的三大要素，其目的是正確掌握建筑設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、事故狀態(tài)、能耗、負(fù)荷的變動(dòng)等。尤其在使用電子計(jì)算機(jī)之后既可大力節(jié)省人力，又可節(jié)省能源。一般認(rèn)為可節(jié)約能源25％。
        根據(jù)日本電氣學(xué)會(huì)技術(shù)報(bào)告說：使用電子計(jì)算機(jī)的管理系統(tǒng)的效果與不使用的效果相比，維修保養(yǎng)人員可減少約30％。這里講的節(jié)能是在必要能源的最高利用率上所采用的節(jié)能方法。此運(yùn)轉(zhuǎn)控制所采用的方法主要有：機(jī)械的有效運(yùn)轉(zhuǎn)；變更室內(nèi)溫濕度的條件；控制照度；把設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間控制在最小限度；減少室外空氣的取人量等。在一幢大樓內(nèi)電氣的消耗率占整個(gè)能源消耗的70％~90％，所以節(jié)能首先應(yīng)從電氣方面著手，降低電能的消耗。

（2）管理對(duì)象
        建筑設(shè)備的管理對(duì)象主要是電氣設(shè)備；空調(diào)設(shè)備；衛(wèi)生設(shè)備。

l)電氣設(shè)備：

          管理電氣設(shè)備主要監(jiān)視機(jī)械的動(dòng)作狀態(tài)、測量點(diǎn)及保護(hù)裝置。管理的主要對(duì)象是對(duì)各配電系統(tǒng)的斷路器、變壓器、接觸器、保險(xiǎn)絲，電容器等的狀態(tài)監(jiān)視。測量主要是對(duì)電力系統(tǒng)的電流、電壓、有功功率、無功功率和功率因數(shù)的測量。
2)空調(diào)設(shè)備：

         管理空調(diào)設(shè)備要監(jiān)視冷凍機(jī)、空調(diào)器、水泵等的狀態(tài)；溫濕度的測量，以及對(duì)空調(diào)系統(tǒng)所需的冷熱源的溫度、流量的調(diào)節(jié)。
3)衛(wèi)生設(shè)備
三、樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制功能
        大樓的建筑設(shè)備自動(dòng)控制是以空調(diào)控制為中心的?？照{(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制是屬于一般熱力學(xué)過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)?？照{(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)有下列幾個(gè)好處：
a)對(duì)生產(chǎn)性建筑可以提高溫濕度的控制精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量；對(duì)居住和商業(yè)性建筑主要是提高人的舒適感。
b)可以根據(jù)被調(diào)量變動(dòng)的情況，給系統(tǒng)增減能量(熱或冷)，因此可以降低能耗，節(jié)省能源。
c)可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。
    i空調(diào)機(jī)組的自動(dòng)調(diào)節(jié)
    控制系統(tǒng)采用ddc控制，裝設(shè)在回風(fēng)管內(nèi)的溫度傳感器所檢測的溫度送往ddc控制器與設(shè)定點(diǎn)溫度相比較，用比例積分加微分控制，輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，控制裝在回水管上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作，使回風(fēng)溫度保持在所需要的范圍。
     裝設(shè)在送風(fēng)管內(nèi)的濕度傳感器所檢測的濕度送往ddc控制器與設(shè)定點(diǎn)濕度比較，用比例積分控制，輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，控制電動(dòng)蒸汽閥的動(dòng)作，使送風(fēng)濕度保持在所需要的范圍。
     裝設(shè)在回風(fēng)管及新風(fēng)管的溫度及濕度傳感器所檢測的溫／濕度送往ddc控制器進(jìn)行回風(fēng)及新風(fēng)焓值計(jì)算，按回風(fēng)及新風(fēng)焓值的比例，輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，控制回風(fēng)風(fēng)門及新風(fēng)風(fēng)門的比例開度，使系統(tǒng)節(jié)能。
1)系統(tǒng)中所有檢測數(shù)據(jù)，均可以在顯示屏上顯示出來，如：
    —新風(fēng)、回風(fēng)、送風(fēng)之溫濕度
    —過濾器淤塞報(bào)警
    —風(fēng)機(jī)開停狀態(tài)
2）通過ddc控制器內(nèi)預(yù)先編寫的邏輯程序，系統(tǒng)可執(zhí)行下列連鎖功能。—裝設(shè)在新風(fēng)入口處的風(fēng)門與風(fēng)機(jī)連鎖。當(dāng)風(fēng)機(jī)停止后，新風(fēng)風(fēng)門全關(guān)?！妱?dòng)調(diào)節(jié)閥與風(fēng)機(jī)啟動(dòng)連鎖。當(dāng)風(fēng)機(jī)停止后，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥亦同時(shí)關(guān)閉。—風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)是用差壓開關(guān)檢測的。當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，風(fēng)機(jī)兩側(cè)的差壓超過其設(shè)定值時(shí)，差壓開關(guān)內(nèi)的常開觸點(diǎn)閉合，信號(hào)送往ddc控制器，系統(tǒng)的控制程序立即投入運(yùn)行。
3)通過手提檢測器可現(xiàn)場提取及修改ddc數(shù)字控制器內(nèi)的任何數(shù)據(jù)，如
     —傳感器檢測范圍
     —控制程序參數(shù)，包括輸入端到輸出端等。
4)通過ddc上串行接口與網(wǎng)絡(luò)控制器連接，成為中央監(jiān)控系統(tǒng)的最基本監(jiān)控單元。
    ii冷站控制
    由裝于冷凍機(jī)房內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)控制器及數(shù)字式控制器，ddc分站按內(nèi)部預(yù)先編寫的軟件程序來控制冷水機(jī)組臺(tái)數(shù)的啟停及各設(shè)備的連鎖啟停。
    —測量冷凍水供、回水溫度及回水流量，從而計(jì)算空調(diào)實(shí)際的冷負(fù)荷。
    —根據(jù)實(shí)際的冷負(fù)荷來決定冷水機(jī)組開啟臺(tái)數(shù)，使達(dá)到最佳節(jié)能狀態(tài)。
    —冷卻水溫度控制冷卻塔風(fēng)扇啟停。
    —各設(shè)備的程序聯(lián)動(dòng)開／停：
    (a)啟動(dòng)：冷卻塔風(fēng)機(jī)i冷卻水泵、冷凍水泵、冷水機(jī)組。
    (b)停止：冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵—)冷卻塔風(fēng)機(jī)。
    (c)當(dāng)其中一臺(tái)冷凍水泵／冷卻水泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用水泵會(huì)自動(dòng)投人工作。
    —測量冷凍水系統(tǒng)供回水總管的壓差控制其旁通閥的開度，使維持壓差。
    (1)冷水機(jī)組控制
    由中央控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視供／回水溫度。按程序啟／停冷水機(jī)組。根據(jù)系統(tǒng)的供／回水溫度通過就地控制器(ddc)對(duì)溫度重新設(shè)定及負(fù)荷的限制等。
    (2)冷卻塔風(fēng)機(jī)控制
    由中央控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視冷卻塔的出水溫度及控制水泵的啟停。
    (3)冷卻水泵／冷凍水泵的控制
    根據(jù)冷凍站的控制程序啟／停水泵過載報(bào)警，對(duì)水流量的記錄。
    iii中央站監(jiān)控功能
       以windowsnt為操作平臺(tái)，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用軟件、集散控制系統(tǒng)、二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，全中文化的圖形化操作界面監(jiān)視整系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提供現(xiàn)場圖片、工藝流程圖（如空調(diào)控制系統(tǒng)圖）、實(shí)時(shí)曲線圖、監(jiān)控點(diǎn)表、繪制平面布置圖，以形象直觀的動(dòng)態(tài)圖形方式顯示設(shè)備的運(yùn)行情況。繪制平面圖或流程圖并嵌以動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，顯示圖中各監(jiān)控點(diǎn)狀態(tài)，提供修改參數(shù)或發(fā)出指令的操作指示。
       可提供多種途徑查看設(shè)備狀態(tài)，如通過平面圖或流程圖，通過下拉式菜單或功能鍵進(jìn)行常用功能操縱，以單擊鼠標(biāo)的方式可逐及細(xì)化地查看設(shè)備狀態(tài)及有關(guān)參數(shù)。
控制功能：
    能在中央站上通過對(duì)圖形的操作即可對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)控制，如設(shè)備的on/off控制；通過選擇操作可進(jìn)行運(yùn)行方式的設(shè)定，如選擇現(xiàn)場手動(dòng)方式或自動(dòng)運(yùn)行方式；通過交換式菜單可方便地修改工藝參數(shù)。
    對(duì)系統(tǒng)的操作權(quán)限有嚴(yán)格的管理，以保障系統(tǒng)的操作安全。對(duì)操作人員以通行字的方式進(jìn)行身份的鑒別和管制。操作人員的根據(jù)不同的身份可分為從低到高5—10個(gè)安全管理級(jí)別。
先進(jìn)的報(bào)警功能：
    當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或現(xiàn)場的設(shè)備出現(xiàn)故障及監(jiān)控的參數(shù)越限時(shí)，均產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)始終出現(xiàn)在顯示屏最下端，為聲光報(bào)警，操作員必須進(jìn)行確認(rèn)報(bào)警信號(hào)才能解除，但所有報(bào)警多將記錄到報(bào)警匯總表中，供操作人員查看。報(bào)警共分4個(gè)優(yōu)先級(jí)別。
報(bào)警可設(shè)置實(shí)時(shí)報(bào)警打印，也可按時(shí)或隨時(shí)打印。
綜合管理功能：
    對(duì)有研究與分析價(jià)值、應(yīng)長期進(jìn)行保存的數(shù)據(jù)，建立歷史文件數(shù)據(jù)庫：采用流行的通用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫軟件包和硬盤作為大容量存儲(chǔ)器建立數(shù)據(jù)庫，并形成曲線圖等顯示或打印功能。
    提供匯總報(bào)告，作為系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、管理水平評(píng)估、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化及作為設(shè)備管理自動(dòng)化的依據(jù)，如能量使用匯總報(bào)告，記錄每天、每周、每月各種能量消耗及其積算值，為節(jié)約使用能源提供依據(jù);又如設(shè)備運(yùn)行運(yùn)行時(shí)間、起停次數(shù)匯總報(bào)告（區(qū)別各設(shè)備分別列出），為設(shè)備管理和維護(hù)提供依據(jù)。
       可提供圖表式的時(shí)間程序計(jì)劃，可按日歷定計(jì)劃，制訂樓宇設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間表。可提供按星期、按區(qū)域及按月歷及節(jié)假日的計(jì)劃安排。
四、樓宇自控系統(tǒng)常用設(shè)備
（1）傳感器
    傳感器時(shí)自控系統(tǒng)中的首要設(shè)備，它直接與被測對(duì)象發(fā)生聯(lián)系。它的作用使感受被測參數(shù)的變化，并發(fā)出與之相適應(yīng)的信號(hào)。在選擇傳感器時(shí)一般有三個(gè)要求：高準(zhǔn)確性、高穩(wěn)定性、高靈敏度。
    1.溫度傳感器：樓宇工程中應(yīng)用的主要接觸式溫度傳感器，如熱電阻、熱電偶、ptc硅感應(yīng)器等，由于測溫元件與被測介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換，測量常伴有時(shí)間上的滯后。如pt1000其在0℃時(shí)電阻為1000ω，隨著溫度的升高電阻減小，靈敏度一般在3~4ω/k，響應(yīng)速度一般在15~30秒。
    2.壓力傳感器：常用的有電氣式壓力傳感器，將被測壓力的變化轉(zhuǎn)換為電阻、電感等各種電氣量的變化，從而實(shí)現(xiàn)壓力的間接測量。常用的有壓差開關(guān)、表壓傳感器、靜壓傳感器等。
    3.流量傳感器：常用的是電磁流量計(jì)，由法拉第電磁感應(yīng)定律知，在磁場中運(yùn)動(dòng)并切割磁力線的導(dǎo)體中會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生，此感應(yīng)電動(dòng)勢與流體的體積流量呈線性關(guān)系。
    4.濕度傳感器：用于測量室內(nèi)空氣相對(duì)濕度。
    5.液位傳感器：用于控制水箱、水池等的上限、下限液位。
（2）執(zhí)行器
    在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，它接受控制器輸出的控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，來改變調(diào)節(jié)閥的流通截面積，以控制流入或流出被控過程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)的自動(dòng)控制。
    6.風(fēng)閥執(zhí)行器：用于控制安裝于新風(fēng)、回風(fēng)口的風(fēng)閥，既可進(jìn)行開關(guān)控制，也可進(jìn)行開度控制。執(zhí)行器設(shè)有萬能夾具，可直接夾持在風(fēng)閥的驅(qū)動(dòng)軸上，設(shè)有手動(dòng)復(fù)位鈕，在故障時(shí)可手動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)風(fēng)管橫截面的大小可選擇不同鈕矩的執(zhí)行器。
    7.水管閥門執(zhí)行器：與閥門配套使用，有開關(guān)式和調(diào)節(jié)式兩種，開關(guān)式一般口徑大，在冷熱站中用于控制各系統(tǒng)工藝管道的開啟和關(guān)閉、各種工況間的切換等；調(diào)節(jié)式主要用于控制流量，在空調(diào)機(jī)組中，根據(jù)控制器的溫濕度設(shè)定值控制回水流量和蒸汽加濕的流量，使溫濕度維持在設(shè)定值。
（3）現(xiàn)場控制器（ddc）
    ddc是用于監(jiān)視和控制系統(tǒng)中有關(guān)機(jī)電設(shè)備的控制器，它是一個(gè)完整的控制器，有應(yīng)有的軟硬件，能完成獨(dú)立運(yùn)行，不受到網(wǎng)絡(luò)或其它控制器故障的影響。根據(jù)不同類型的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)提供符合控制要求和數(shù)量的控制器。每處ddc具有10-15點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)充或余量。
（1）控制器構(gòu)成符合以下要求：
    a)以32位或16位微處理器的可編程ddc
    b)具有可脫離中央控制主機(jī)獨(dú)立運(yùn)行或聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行能力
    c)具有電源模塊
    d)具有通信模塊
    e)ddc有在模板led顯示每個(gè)數(shù)字輸入，輸出點(diǎn)的實(shí)時(shí)變化狀態(tài)。當(dāng)外電斷電時(shí)，ddc的后備電池可保證ram中數(shù)據(jù)在60天不掉失。
    f)當(dāng)外電重新供應(yīng)時(shí)，在無需人工干預(yù)的情況下，ddc能自動(dòng)恢復(fù)正常工作。
    g)當(dāng)ddc存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)非正常丟失時(shí)，用戶可通過現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)接口和通過網(wǎng)絡(luò)操作將數(shù)據(jù)重新寫入ddc控制器。
    h)ddc的操作程序與應(yīng)用程序皆采用ppcl高級(jí)語言編寫。
    i)ddc程序的編寫，修改既可在中央站上進(jìn)行，也可通過便攜機(jī)進(jìn)行。
    j)ddc在外電斷時(shí)，同時(shí)后備電池丟失時(shí)，能存儲(chǔ)其應(yīng)有程序。
    k)ddc的采集精度與傳感器的精度相匹配。
    l)工作環(huán)境：溫度0度到50度，相對(duì)濕度0-90
    m)電源：ac220v,±10,50hz。
（2）ddc具備以下功能：
    定時(shí)啟停自適應(yīng)啟/停
    自動(dòng)幅度控制需求量預(yù)測控制
    事件自動(dòng)控制掃描程序控制與警報(bào)處理
    趨勢記錄全面通信能力
（3）中央監(jiān)控站
    中央管理工作站系統(tǒng)由pc主機(jī)、彩色大屏幕顯示器及打印機(jī)組成，是bas系統(tǒng)的核心，它直接可以和以太網(wǎng)相連。整個(gè)大廈內(nèi)所受監(jiān)控的機(jī)電設(shè)備都在這里進(jìn)行集中管理和顯示，內(nèi)裝工作軟件提供給操作人員下拉式菜單、人機(jī)對(duì)話、動(dòng)態(tài)顯示圖形，為用戶提供一個(gè)非常好的、簡單易學(xué)的界面，操作簡單，操作者無需任何先驗(yàn)軟件知識(shí)，即可通過鼠標(biāo)和鍵盤操作管理整個(gè)控制系統(tǒng)。

（轉(zhuǎn)載）