樓宇自控系統(tǒng)基礎學習課件

1、 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 一、智能建筑概述 二、樓宇自控的發(fā)展史 三、樓宇自控系統(tǒng) 四、樓宇自控子系統(tǒng) 五、系統(tǒng)組成 六、通信協(xié)議 七、系統(tǒng)設計 八、空調(diào)DDC設計 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 一、智能建筑概述 1. 定義 2. 發(fā)展 3. 結構 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 二、樓宇自控的發(fā)展史 樓宇自控的發(fā)展史是一個從監(jiān)控到管理的發(fā) 展過程。 a、數(shù)十年前 b、80年代 c、90年代 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 三、樓宇自控系統(tǒng) 1、 對于一座現(xiàn)代化大樓，在沒有安裝BAS的 時候，使用這些設備往往存在以下問題： w 控制問題 w 管理問題 w 維護問題 w 能耗問題 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 2

2、、樓宇自控系統(tǒng)就是將建筑物或建筑群內(nèi)的 變配電、照明、電梯、空調(diào)、供熱、給排水、 消防、保安等眾多分散設備的運行、安全狀況 、能源使用狀況及節(jié)能管理實行集中監(jiān)視、管 理和分散控制的建筑物管理與控制系統(tǒng)，稱為 BAS（Building Automation System）。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 3、BAS系統(tǒng)的監(jiān)控范圍和參數(shù)內(nèi)容 F空調(diào)機組：新風空調(diào)機組、新/回風空調(diào)機組、 變風量空調(diào)機 u冷/熱源系統(tǒng)：冷凍機組、冷凍水泵、冷卻水泵 、冷卻塔、熱交換器、熱水一次水泵、熱泵機 組 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 給排水系統(tǒng)：各類水泵、各類水箱 w 電力系統(tǒng)：照明控制、高/低壓信號測量、 備用發(fā)

3、電機組 w 電梯 w 保安門鎖、巡更等 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 4、BAS系統(tǒng)所能夠產(chǎn)生的實際效果 w 室內(nèi)恒溫控制 w 便于大樓內(nèi)的所有設備的保養(yǎng)和維修 w 便于大樓管理人員對設備進行操作并監(jiān)視設備 運行情況，提高整體管理水平 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 良好的管理將延長大樓設備的使用壽命，使設 備更換的周期延長，節(jié)省大樓的設備開支 w 及時發(fā)出設備故障及各類報警信號，便于將損 失降到最低點，便于操作人員處理故障 w 節(jié)省運行費用，節(jié)省能量 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 四、BAS子系統(tǒng) a、供熱、通風及空調(diào)系統(tǒng)為建筑物內(nèi)提供了一 個舒適的環(huán)境，是BAS中的一個重要子系統(tǒng)。 系統(tǒng)為建筑物內(nèi)的

4、機電設備（如：冷卻塔、冷 水機組、空氣處理機、氣控設備等）提供一個 最優(yōu)化的控制。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 其基本控制功能包括：設備控制、循環(huán)控 制、最佳起/停控制、數(shù)學功能、邏輯功能、趨 勢運行記錄、報警管理等。 b、給排水系統(tǒng)主要是對于飲用水的提供，以及 對于污水的排放。 樓宇自控系統(tǒng) 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) c、變配電系統(tǒng)是通過BAS的管理中心提供對于 建筑物內(nèi)的高低配電房及所有變配電設備的監(jiān)視 報警和管理及程序控制，提供對于重要電氣設備 的控制程序、時間程序和相應的聯(lián)動程序。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) d、電梯控制系統(tǒng)是通過BAS系統(tǒng)對于建筑物 內(nèi)的多臺電梯，實行集中的控制和管理程

5、序，同 時配合BAS系統(tǒng)的部分子系統(tǒng)，執(zhí)行聯(lián)動程序。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 五、BAS系統(tǒng)的組成 調(diào) 節(jié) 對 象 檢測元件 各種傳感器 執(zhí)行調(diào)節(jié)機構 分 站 DDC 傳輸 通道 中央 處理機 人機接 口外圍 設備 中央控制室 現(xiàn)場部分 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 中央控制室（數(shù)據(jù)中心）：包括中央處理機 （一臺微型計算機、存儲器、磁帶機和接口 裝置）、外圍設備（顯示終端、鍵盤、打印 機）和不間斷電源三部分。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 傳感器及執(zhí)行調(diào)節(jié)機構：傳感器是指裝設在 各監(jiān)視現(xiàn)場和各種敏感元件、變送器、觸點 和限位開關、用來檢測現(xiàn)場設備的各種參數(shù) （如溫度、濕度、壓差、液位等），并

6、發(fā)出 信號送到調(diào)節(jié)控制器（分站、數(shù)據(jù)中心等） ，如鉑電阻溫度檢測器、復合濕度檢測器、 風道靜壓變送器、差壓變送器； 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 執(zhí)行調(diào)節(jié)機構是指裝設在各監(jiān)控現(xiàn)場接受分站 調(diào)節(jié)控制器的輸出指令信號，并調(diào)節(jié)控制現(xiàn)場 運行設備的機構，如電動閥、電磁閥、調(diào)節(jié)閥 等，包括執(zhí)行機構（如電動閥上的電機）和調(diào) 節(jié)機構（電動閥的閥門） 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 分站控制器：是以微處理機為基礎的可編程直 接數(shù)字控制器（DDC），它接收傳感器輸出的 信號，進行數(shù)字運算，邏輯分析判斷處理后自 動輸出控制信號，動作執(zhí)行調(diào)節(jié)機構。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 分站控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，采用直接 數(shù)字

7、控制器（DDC）它具有AI、AO、DI、DO四種 輸入/輸出接口。方便靈活地與現(xiàn)場的傳感器、執(zhí)行 調(diào)節(jié)機構直接相連接，對各種物理量進行測量，以 及實現(xiàn)對被控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 其中： AI-模擬量輸入接口，可用作儀表的檢測輸入，如 溫度、壓力等，一般為1-10V或4-20mA的直流信 號。 AO-模擬量輸出接口，用于操作控制閥、執(zhí)行器 等，如電動閥、三通閥、風門執(zhí)行器等，不需要 外部電源，輸出為0-10V的直流信號。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) DI-數(shù)字量輸入接口，即觸點、液位開關、限位 開關的閉合與斷開，一般用作檢測設備狀態(tài)、 報警接點、脈沖計數(shù)等。 DO-數(shù)字量輸

8、出接口，用于控制風機，水泵等 運行，亦可作為輸出信號與動作增減量型執(zhí)行 機構。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 數(shù)據(jù)傳輸線路：是聯(lián)系系統(tǒng)各部分的紐帶， 從各個監(jiān)控點到分站控制器的線路是逐點連 接（放射式），數(shù)據(jù)中心與各分站通過總線 型或環(huán)形網(wǎng)絡結構進行組網(wǎng)，各分站直接用 一回路雙芯導線連接到總線上就可以實現(xiàn)分 站與分站之間，分站與中央站之間的通信。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 打印機電腦 通信 接口 分站分站分站 總 線 總線型網(wǎng)絡結構 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 環(huán)形網(wǎng)絡結構 打印機電腦 分站分站分站 總 線 通信 接口 分站分站分站 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 星形網(wǎng)絡結構 電 腦 分站 分站 分

9、站 分站 分站 分站 分站 打印機 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 六、通信控制協(xié)議 樓宇自控系統(tǒng)中基本采用的是集散控制方式 和分布控制方式，是通過某種控制網(wǎng)絡實現(xiàn)的 ，這就要求控制設備以及建筑設備都要遵循一 定的通信協(xié)議。 目前，國際上采用較多的是BACnet和 LonMark。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 1、BACnet是指美國國家標準協(xié)會的 ANSI/ASHARE135-1995標準。 BACnet是由一個建筑管理、系統(tǒng)用戶、系統(tǒng)集 成商組成的聯(lián)合體提出的，正式的、非專有的 開放協(xié)議通信標準。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) BACnet詳細地描述了系統(tǒng)是如何工作的。 它定義了系統(tǒng)各部分共享數(shù)據(jù)的所

10、有規(guī)則，如 何實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可以什么通信介質(zhì)，哪個功 能可用，信息如何解釋等。總之，它為各種系 統(tǒng)之間進行信息交流建立了一個基本規(guī)則。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 2、LonTalk協(xié)議LonWorks技術所使用的通信協(xié) 議。LonTalk協(xié)議遵循由國際標準化組織（ISO ）定義的開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型所定 義的全部七層服務。它適用于任何一種傳輸媒 介。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 3、LonMark與BACnet BACnet是個綜合性的規(guī)范，它準許縱多的實施 方案，并提供一套強有力的服務功能。但是， 這個協(xié)議在小型終端控制設備里實施，不能取 得最大的成本/性能比。 LonMark是個強

11、大的專門為設備而優(yōu)化的協(xié)議； 從傳感器、調(diào)節(jié)器到區(qū)域控制器，樣樣都行。 它帶有一個緊湊型的協(xié)議架，很容易和廉價設 備相適應。但其通信速率較低，只能適用于工 作層。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 因而，在工作層采用LonMark來連接控制 器、感應器和調(diào)節(jié)器等設備；LAN層面的控制 采用了BACnet連接各個系統(tǒng)；兩個協(xié)議互為 補充，建立一個完整的建筑結構，得到最佳的 性能和成本。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 七、BAS系統(tǒng)的設計 BAS系統(tǒng)的設計具有很大的靈活性，應根據(jù) 建筑物的整體功能需求和物業(yè)管理方式控制水平 ，根據(jù)建筑物內(nèi)不同區(qū)域的要求和被控系統(tǒng)的各 個特點，選擇技術先進、成熟、可靠、經(jīng)濟合理

12、 的控制系統(tǒng)方案和設備，避免投資的盲目性。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 1、樓宇自動化系統(tǒng)設計依據(jù) w JGJ/T16-92“民用建筑電氣設計規(guī)范” w GBJ116-88“火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范” w GB4718-84“火災報警設備專業(yè)名詞術語” w GBJ19-87“采暖通風與空調(diào)調(diào)節(jié)設計規(guī)范” w GBJ115-87“工業(yè)電視系統(tǒng)工程設計規(guī)范” w GBJ93-86“工業(yè)自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范” 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 2、設計步驟： w 確定BAS規(guī)模，根據(jù)冷凍、空調(diào)、變配電、熱 力、給排水等相關專業(yè)提供的設計條件（資料） 及投資情況，功能內(nèi)容，確定需要監(jiān)控的設備種 類、數(shù)量

13、、分布情況及標準； 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 確定各子系統(tǒng)組成方案、功能及技術要求； w 確定各子系統(tǒng)之間的關聯(lián)方式； w 確定BAS中各子系統(tǒng)與大廈其它部分間的接口 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 根據(jù)各專業(yè)的控制要求和控制內(nèi)容確定并畫 出設備監(jiān)控系統(tǒng)原理圖 w 統(tǒng)計監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控點（AI、AO、DI、DO ）的數(shù)量，分布情況并列表 w 根據(jù)監(jiān)控點數(shù)和分布情況確定分站的監(jiān)控區(qū) 域、分站設置的位置，統(tǒng)計整個大樓所需分 站的數(shù)量、類型及分布情況 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 選擇現(xiàn)場設備的傳感器和執(zhí)行機構 w 確定樓宇監(jiān)控的系統(tǒng)網(wǎng)絡及中心站設備的選擇 w 實施布線 BAS設計方法流程圖設計方法

14、流程圖 設計任務開始 了解業(yè)主需求和未來物業(yè)管理方式 了解機電專業(yè)控制需求 確定控制范圍和內(nèi)容 與機電專業(yè)探討控制方案 研究建筑功能 確定控制范圍和內(nèi)容 與機電專業(yè)探討控制方案 BAS設計方法流程圖設計方法流程圖 確定BAS控制水平和方式 根據(jù)系統(tǒng)集成要求確定BAS網(wǎng)絡結構 節(jié)能與經(jīng)濟分析 和土建專業(yè)結合確定：控制室位置、 面積、豎井的數(shù)量和位置及面積、布 線方式、標高 BAS設計方法流程圖設計方法流程圖 畫出大樓BAS系統(tǒng)網(wǎng)絡圖 配合電氣專業(yè)完成配電設備 二次回路的設計 儀表量程計算、選擇 調(diào)節(jié)閥計算 確定BAS現(xiàn)場設備的規(guī)格尺寸 及安裝方式 畫出各子系統(tǒng)控制系統(tǒng)圖 畫出各層管線敷設平面圖

15、開列BAS設備、材料表 寫出設計施工要點說明 BAS設計方法流程圖 各專業(yè)圖紙會簽 施工圖交底及施工配合 BAS設計方法流程圖 設計任務完成 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 3、現(xiàn)場控制器DDC的設置原則及布線方式 w DDC的設置，應主要考慮系統(tǒng)管理方式，安裝調(diào) 試維護方便和經(jīng)濟性，一般按機電系統(tǒng)的平面布 置進行劃分，如布置在：冷凍站、熱交換站、空 調(diào)機房、新風機房等控制參數(shù)較為集中之處，也 可根據(jù)要求布置在弱電豎井中，箱體一般掛墻明 裝； 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 每臺DDC的輸入輸出接口數(shù)量與種類應與所控制 的設備要求相適應，并留有10%-15%的余量； 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 4、BA

16、S中央控制室要求 w BAS中控室的位置，應盡量靠近控制負荷中 心，注意遠離變配電室等電磁干擾源，并注 意防潮、防震。BAS中控室可與消防中心， 保安監(jiān)控中心等合并組成樓宇控制中心，此 時位置應滿足消防中心的要求 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w BAS中央控制室室內(nèi)設備布置時應滿足以下要求： a、控制臺前應留大于3m的操作距離，控制臺離墻 布置時臺后應留有大于1m的檢修距離，并注意避 免陽光直射 b、當控制臺橫向排列總長度大于7m時應在兩端各 留有足夠的安裝和觀察面積 c、當BAS系統(tǒng)單獨設置不間斷電源，并采用集中 供電方式時，應考慮放置電源設備的面積和位置 d、應適當考慮工作人員值班，維修及休

17、息所需的 面積 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w BAS中央控制室其它要求： a、控制室內(nèi)宜采用抗靜電活動地板 b、當控制室內(nèi)長度大于7m時，宜設兩個外 開門的出口，門寬不小于1m c、控制室內(nèi)土建及裝修等要求參見有關計 算機房設計標準 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 5、BAS系統(tǒng)的電源要求 a、應由變配電所引出專用回路向中央控制室供電， 供電回路應采用保安電源供電 ； b、中央操作站供電應設不間斷電源（UPS）裝置， 其容量應包括系統(tǒng)內(nèi)用電設備的總和并考慮預計的 擴展容量，UPS供電時間不低于20分鐘； 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w c、DDC的電源宜采用中央控制室集中供電方式， 以放射式供給各

18、DDC，如采用就地供電方式，可 由就近的保安電源供給； 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w 6、BAS系統(tǒng)的接地要求 一般采用建筑物總體接地方式，要求總體接地 電阻不大于1，如BAS系統(tǒng)單獨設置接地極，應 采用一點接地方式，要求接地電阻不大于4，并 與建筑物防雷接地系統(tǒng)接地極間距離不小于20m 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) w BAS系統(tǒng)設計中采用的儀表量程選擇、調(diào)節(jié) 閥計算方法等，見有關自控設計手冊；現(xiàn)場 儀表安裝方法參見有關自動化儀表標準安裝 圖冊及設備生產(chǎn)廠家的安裝使用說明書。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 八八、空調(diào)空調(diào)DDC系統(tǒng)的監(jiān)控設計系統(tǒng)的監(jiān)控設計 (一一) 空調(diào)空調(diào)DDC系統(tǒng)的定義及組成系統(tǒng)

19、的定義及組成 DDC系統(tǒng)是BAS的技術形式。DDC是英文 DIRECT DIGITAL CONTROL的縮寫，譯為“ 直接數(shù)字控制”。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 空調(diào)DDC系統(tǒng)，即利用計算機控制技術， 將空調(diào)系統(tǒng)中各種信號（溫度、壓力、流量、 狀態(tài)等），通過輸入裝置輸入計算機，經(jīng)相應 程序運算處理，將處理后的信號經(jīng)輸出裝置輸 出，進而控制相應的執(zhí)行機構。如圖所示。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 微處理器 D/A 轉(zhuǎn)換器 執(zhí)行器變送器 圖 1 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) (二二) DDC系統(tǒng)信號種類系統(tǒng)信號種類 信號按其輸出輸入能否直接被微機或執(zhí) 行器接受分為數(shù)字量輸入（DI）

20、、數(shù)字量輸出 （DO）、模擬量輸入（AI）和模擬量輸出 （AO）四種信號。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 模擬量信號所對應的是一定量的電壓或電 流值，它與傳感器輸出信號的特性有關。 空調(diào)自控系統(tǒng)中常見的模擬量輸入信號： 溫度、濕度、壓力流量、壓差等；模擬量輸出 信號：需控制的電動風閥及電動水閥。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 數(shù)字量輸入信號包括：風機、水泵、冷卻 塔風扇、電機的運行狀態(tài)、過濾器淤塞狀態(tài)報 警、壓差開關、液位開關、開關信號，防凍保 護等。 數(shù)字量輸出信號包括：電磁閥的控制、二 位電動水閥的控制、水泵、風機、冷卻塔等設 備的啟停控制。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) (三三) 空調(diào)空調(diào)DDC監(jiān)控

21、系統(tǒng)的主要功能監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能 空調(diào)DDC系統(tǒng)能實現(xiàn)樓宇中空調(diào)系統(tǒng)各種 控制功能，同時具備各種管理功能。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) （1）能量控制及管理功能。即根據(jù)建筑物實際 冷、熱負荷，對空調(diào)系統(tǒng)中的風系統(tǒng)和水系統(tǒng) 進行控制，自動控制冷熱設備運行狀態(tài)及運行 參數(shù)，使整個空調(diào)系統(tǒng)達到最佳節(jié)能狀態(tài)。 （2）對空調(diào)系統(tǒng)及其冷、熱源系統(tǒng)的相關參數(shù) 進行調(diào)節(jié)控制及監(jiān)測，對空調(diào)設備運行進行監(jiān) 測。 （3）空調(diào)設備如冷水機組、泵、風機等在規(guī)定 時間的啟停控制，以達到節(jié)能目的。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) （4）自動累積空調(diào)設備的運行時間，維修期限 報警，以便更換或維修相關設備，延長設備使 用壽命，提高設備

22、的運行質(zhì)量。 （5）根據(jù)空調(diào)設備運行時間，自動切換工作及 備用設備，保持設備良好的工作狀態(tài)。 （6）對空調(diào)系統(tǒng)的能量消耗進行計量，記費。 （7）各種物業(yè)管理文本的自動生成、打印及查 詢。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) (四) 空調(diào)DDC系統(tǒng)的組成 1）時鐘：用來對各種輸入、輸出數(shù)據(jù)，各種運 算時間進行調(diào)整及控制。 2）程序存儲器：存儲各種應用程序，即用戶為 控制各種空調(diào)系統(tǒng)所編制的控制程序。 3）工作存儲器：用來進行讀寫，隨機存取和臨 時存取數(shù)據(jù)。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 4）多路輸入、輸出控制器：多路輸入控制器可 將輸入信號送入A/D轉(zhuǎn)換器中，將模擬量轉(zhuǎn)換 成數(shù)字量，輸入微處理器進行運算。運算

23、結果 輸入D/A轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)輸出控制器至變送器及 執(zhí)行機構。 5）DDC控制系統(tǒng)的相關軟件：包括操作軟件及 應用軟件。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 時 鐘 微處理器程序存儲器 傳感器和 變送器 多路輸入 控制器 D/A 轉(zhuǎn)換器 A/D 轉(zhuǎn)換器 通訊接口 多路輸出 控制器 變送器和 執(zhí)行器 工作存儲器 圖 2 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 五）空調(diào)DDC控制舉例 空調(diào)DDC控制含空調(diào)風系統(tǒng)控制及空調(diào) 水系統(tǒng)控制，下面分別舉例加以說明。 樓宇自控系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng) 5.1空調(diào)風系統(tǒng)：（以新風機組控制為例） 新風機組是空氣水系統(tǒng)空調(diào)形式的主 要設備之一，其控制狀況的好壞直接影響到整 個空調(diào)系統(tǒng)的工作質(zhì)量，新風機組一般由新風 段、過濾段、盤管段（復合