智能建筑樓宇自控系統(tǒng)

1、智能建筑樓宇自控系統(tǒng)引言智能建筑系統(tǒng)是樓宇自控系統(tǒng)(BAS) 、通信自動化系統(tǒng)(CAS)和辦公自動化系統(tǒng)(OAS)三者的有機結合。樓宇自控系統(tǒng)是一種將建筑物內(nèi)有關電力、照明、空調(diào)通風、給排水、防災等電氣設備進行控制和管理的綜合系統(tǒng),是智能建筑的重要組成部分。隨著計算機控制技術、網(wǎng)絡技術和信息技術的高速發(fā)展,樓宇自控領域的技術創(chuàng)新正以迅猛的勢頭不斷發(fā)展。樓宇自控系統(tǒng)由獨立的控制子系統(tǒng)向集中化、網(wǎng)絡化、信息化的監(jiān)控與管理系統(tǒng)發(fā)展,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、過程控制、流程優(yōu)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(tǒng)集成功能,接口應實現(xiàn)標準化、

2、規(guī)范化。也就是說,只有合理選擇專業(yè)化的樓宇自控設備、系統(tǒng)結構,才能真正實現(xiàn)樓宇自控系統(tǒng)的集成化和信息化。第一章 樓宇自控系統(tǒng)簡介 傳統(tǒng)的樓宇自控系統(tǒng)實現(xiàn)對建筑物的空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等的控制、操作、監(jiān)視、報警、記錄、存儲、報表、管理等功能。隨著科學技術的發(fā)展和物業(yè)管理的需求不斷提高,智能建筑樓宇自控系統(tǒng)容納了火災報警系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、車庫管理系統(tǒng)等,且相互之間具有聯(lián)動關系,功能越來越強大,如圖1所示。第二章 樓宇自控設計原則樓宇自控系統(tǒng)的設計原則如下: (1) 分散控制、集中管理。根據(jù)各子系統(tǒng)的設備分布和控制要求,控制器分散到各子系統(tǒng)的設備

3、間、樓層或各設備中,實現(xiàn)對設備分散控制。在智能建筑中設置中央監(jiān)控室,實現(xiàn)對樓宇自控系統(tǒng)的集中科學管理,為建筑中的用戶提供良好的環(huán)境,為建筑的管理者提供方便的管理手段。(2) 節(jié)能措施?？刂品桨负驮O備的選用應采用節(jié)能技術,充分體現(xiàn)節(jié)能效果,為智能建筑減少能耗,并降低管理成本。(3) 可靠性和穩(wěn)定性。使樓宇自控系統(tǒng)的安全運行有保障。(4) 適用性。滿足并優(yōu)化各子系統(tǒng)流程的運行和管理。 (5) 易操作和易維護。采用中文信息界面,結構簡單合理,維護方便。(6) 兼容性與開放性。系統(tǒng)是軟、硬件一體化的整體,要求具有兼容性和良好的開放性。(7) 具有較高的性價比。第三章 樓宇自控專業(yè)化體現(xiàn)(1) 選型的標

4、準化與規(guī)范化。在設備選型時,首先應注重系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性,從實用性和可行性、先進性和成熟性、標準化和規(guī)范化、可管理性和可維護性等幾個方面,保證系統(tǒng)滿足智能建筑的規(guī)程規(guī)范與標準要求。在硬件結構、接口技術、軟件平臺上采用技術成熟的產(chǎn)品,且盡可能保持一致。其次要考慮的重要因素是性價比、靈活性和可擴展性、開放性與兼容性,在通信協(xié)議、系統(tǒng)配置、軟件應用等方面保證系統(tǒng)的開放性和軟、硬件的及時升級,以最少的投資獲取最大的效益。理想的設備選型方法是產(chǎn)品廠家盡可能少,且為遵循同一協(xié)議、同一接口標準、同一軟件平臺的成熟系統(tǒng)產(chǎn)品。(2) 網(wǎng)絡化。樓宇自控系統(tǒng)的網(wǎng)絡包括設備層、控制層和管理層。網(wǎng)絡拓撲結構應具備

5、安全性和開放性。網(wǎng)絡訪問控制方法應具有快速、準確、可靠和安全的性能。網(wǎng)絡介質要求抗干擾能力強、性價比高。網(wǎng)絡節(jié)點應具有靈活的可擴展性和安全權限保護功能。應根據(jù)智能建筑的規(guī)模和標準,合理構建局域網(wǎng)及其與廣域網(wǎng)的連接,并充分利用互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議( TCP / IP)和綜合信息服務網(wǎng)( ISDN) ,使整個網(wǎng)絡具有多用戶訪問、多控制現(xiàn)場、對突發(fā)事件快速響應、集中數(shù)據(jù)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(tǒng)的網(wǎng)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(fā)展。集中式結構為單機系統(tǒng),適合于小系統(tǒng),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

6、適合于大、中型系統(tǒng),各控制器和操作站通過控制網(wǎng)絡實現(xiàn)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(xiàn)場總線控制系統(tǒng)( FCS) ,系統(tǒng)中傳感器、執(zhí)行器均為智能節(jié)點,智能節(jié)點能訪問控制器、網(wǎng)絡處理器和應用處理器,既能進行控制,又能管理網(wǎng)絡通信,具有開放性、互換性、全分散性,是樓宇自控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢,目前應用非常普遍。(3) 數(shù)字化。數(shù)字化是指樓宇自控系統(tǒng)之間以及樓宇自控系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)之間能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡連接以及圖像、數(shù)據(jù)等信息的信息交換與共享。在系統(tǒng)的硬件結構上采用現(xiàn)場總線技術,使傳感器(如樓宇自控系統(tǒng)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

7、執(zhí)行器也同控制器一樣實現(xiàn)數(shù)字化通信,閥門等配置數(shù)字式接口技術。這樣,每個傳感器或執(zhí)行器就是一個獨立的網(wǎng)絡節(jié)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(tǒng)只有實現(xiàn)空調(diào)、變配電、照明、電梯、給排水、火災報警、安防等系統(tǒng)的集成,才能實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控,起到協(xié)調(diào)各系統(tǒng)的功能、提高能源利用的作用。在系統(tǒng)集成方面可采用多種方法,如利用動態(tài)數(shù)據(jù)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(xiàn)場總線LonWorks) ,建立在Internet技術的基礎上,可支持不同廠家的產(chǎn)品,并在系統(tǒng)設計時充分考慮系

8、統(tǒng)的集成。美國Honeywell公司的企業(yè)樓宇集成系統(tǒng)EBI( Enterprise Building Integrator)集成化功能較強,利用DDE技術可將火災報警系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、數(shù)字影像系統(tǒng)、人員與資產(chǎn)定位系統(tǒng)等與傳統(tǒng)意義上的樓宇自控系統(tǒng)進行集成。(5) 信息化。樓宇自控系統(tǒng)的信息化一方面體現(xiàn)在中央操作站的信息化管理功能上,另一方面體現(xiàn)在與智能樓宇內(nèi)的辦公自動化網(wǎng)、通信網(wǎng)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(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理和優(yōu)化,在網(wǎng)絡化、數(shù)字化基礎上實現(xiàn)智能建筑管理系統(tǒng)( IBMS)的功能。對收集到的樓宇內(nèi)部資料進行分析,將其整理成相關的信息,使樓宇自控系統(tǒng)設

9、備信息與火災自動報警系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的信息相互綜合,實現(xiàn)相關的物業(yè)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(diào)度管理等。(6) 設備專用化。樓宇自控系統(tǒng)硬件采用模塊化設計,設備的專用化體現(xiàn)在功能模塊上,如控制器、網(wǎng)絡模塊、電源模塊、各類I/O模塊等專用功能模塊。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(diào)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(tǒng)的技術先進性與成熟性是保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行、便于擴展與升級的前提。目前,兩大主流技術是Lon

10、Works和BACnet。第四章 樓宇自控系統(tǒng)集成智能建筑的智能化實質就是集成化,即信息資源和任務的綜合共享與全局一體化的綜合管理,通過系統(tǒng)集成實現(xiàn)綜合共享。集成化的技術核心是建立在系統(tǒng)集成、功能集成、網(wǎng)絡集成和軟件界面集成的多種技術集成基礎上的新型技術,以信息集成為目標。系統(tǒng)集成的目的是建立一個以網(wǎng)絡為基礎的監(jiān)控管理平臺,提供一整套采集、處理和在網(wǎng)絡上發(fā)布各類實時數(shù)據(jù)的系統(tǒng)軟件,實現(xiàn)對系統(tǒng)信息、資源和管理服務的共享,具有簡易和方便的操作界面,且具有向上的開放性和向下的包容能力。樓宇自控系統(tǒng)的集成方式應與智能建筑中的辦公自動化系統(tǒng)、通信自動化系統(tǒng)一體化考慮。 基于系統(tǒng)集成的目的和智能建筑的現(xiàn)狀

11、,推薦采用區(qū)域網(wǎng)子系統(tǒng)集成方式。系統(tǒng)結構由IBMS管理層、系統(tǒng)管理層和設備層組成。系統(tǒng)中硬件采用通信網(wǎng)關,基于TCP / IP協(xié)議、Windows NT操作系統(tǒng)實現(xiàn)與各子系統(tǒng)之間的通信連接,是一個典型的分布式客戶機/服務器(C /S)工作模式,如圖2所示。這種集成方式的軟件體系為集成信息管理,信息交換可通過軟件或硬件完成,傳遞的數(shù)據(jù)格式也是自定義的,并可方便地對智能建筑綜合管理自動化系統(tǒng)進行二次開發(fā)。第五章 樓宇自控工程實例深圳大學城是深圳市培養(yǎng)高層次創(chuàng)新人才的基地,具備現(xiàn)代建筑內(nèi)樓宇自動化技術,目前已有清華、北大、哈工大三校深圳研究生院正式入駐。三個校區(qū)的樓宇自控系統(tǒng)是各自獨立的,功能、系統(tǒng)

12、結構和選型相同,只是規(guī)模不同。以一個校區(qū)為例,其樓宇自控系統(tǒng)由火災自動報警系統(tǒng)、中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、給排水控制系統(tǒng)和變配電系統(tǒng)構成,其網(wǎng)絡拓撲結構如圖3所示。 5. 1系統(tǒng)功能 深圳大學城樓宇自控系統(tǒng)的各子系統(tǒng)具有如下功能: (1) 火災自動報警系統(tǒng)、。具有集中監(jiān)控功能,實現(xiàn)對探測器輸出值的實時監(jiān)視,采集、傳輸、顯示和記錄各探測器的環(huán)境參數(shù),實現(xiàn)預報警、報警、報警聯(lián)動的三級報警與控制,與消防廣播、警鈴、排煙風機、正壓風機、停止空調(diào)運轉、自動噴淋滅火、自動氣體滅火實現(xiàn)聯(lián)動。廣播、背景音樂在緊急事故(如火災)時可自動切換到緊急廣播工作狀態(tài)。 (2) 中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控整個校區(qū)的空調(diào)

13、系統(tǒng)及其設備(包括新風機、空氣處理機、風機盤管、新風機組、排煙風機、正壓風機和冷凍水進水量控制器等) ,并通過對冷凍水的供/回水溫度和流量的測量,自動計算出空調(diào)系統(tǒng)的冷負荷。根據(jù)實際的冷負荷,通過空調(diào)冷水機組的群控裝置,來調(diào)整冷水機組的負載變量,以達到最佳的節(jié)能效果。測量并自動控制新風機、空氣處理機過濾網(wǎng)的壓差,維持系統(tǒng)要求的壓差值。對各種空氣處理機組中的參數(shù)(如溫度、濕度、壓力、流量、液位、風量等)進行檢測、控制,對風機、冷凍機等設備以及過濾器的狀態(tài)、風機的狀態(tài)及故障報警進行自動控制與監(jiān)測。(3) 照明監(jiān)控系統(tǒng)。對大廳、公共走廊、樓梯、地下停車場、會議室等公共場所實現(xiàn)集中監(jiān)控,對教室等其他區(qū)

14、域實現(xiàn)就地控制。(4) 給排水控制系統(tǒng)。利用變頻控制技術實現(xiàn)恒壓供水,為就地控制方式。(5) 變配電系統(tǒng)。實現(xiàn)對10 kV進線、380 V出線回路,備用柴油發(fā)電機的三相電壓、三相電流、功率因數(shù)、頻率的檢測和變壓器的超溫報警監(jiān)測,為就地監(jiān)控方式。5. 2專業(yè)化分析 深圳大學城樓宇自控系統(tǒng)的集成特點如下: (1) 選用不同廠家的產(chǎn)品。主要控制器選用進口產(chǎn)品,其他設備選用國產(chǎn)設備?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)選用了北京西門子公司的CerberusCT11系統(tǒng),中央空調(diào)與照明監(jiān)控系統(tǒng)選用了Honeywell公司的Excel 500 系列產(chǎn)品,給排水與變配電系統(tǒng)選用的是國產(chǎn)設備。(2) 通信協(xié)議不同?；馂淖詣訄缶?/p>

15、統(tǒng)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(diào)與照明監(jiān)控系統(tǒng)中工作站、服務器與控制器間的通信采用以太網(wǎng),DDC控制器之間的通信協(xié)議為LonWorks。(3) 網(wǎng)絡結構獨立?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)由1臺操作站、1臺控制站構成一個環(huán)形網(wǎng)絡,中央空調(diào)與照明監(jiān)控系統(tǒng)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(wǎng)絡。整個樓宇自控系統(tǒng)的網(wǎng)絡分為兩部分,各自獨立。(4) 集中監(jiān)控與就地控制結合。根據(jù)校區(qū)的實際情況,火災自動報警系統(tǒng)與中央

16、空調(diào)為集中監(jiān)控,照明系統(tǒng)為集中監(jiān)控與就地控制結合,給排水、變配電系統(tǒng)為就地監(jiān)控方式。(5) 系統(tǒng)網(wǎng)絡與樓宇中的其他自動化系統(tǒng)脫節(jié)。樓宇自控系統(tǒng)與校區(qū)內(nèi)的樓宇安防系統(tǒng)、樓宇辦公自動化系統(tǒng)、樓宇通信系統(tǒng)四者各自獨立,沒有實現(xiàn)資源共享。(6) 信息化管理程度低。該系統(tǒng)僅實現(xiàn)了火災自動報警系統(tǒng)、中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)、照明監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)結構的原因沒有與校區(qū)內(nèi)辦公自動化系統(tǒng)的信息平臺鏈接,未實現(xiàn)信息化管理。(7) 集成度較低。僅實現(xiàn)了具有集中監(jiān)控功能的火災自動報警系統(tǒng)、中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)、照明監(jiān)控系統(tǒng)的設備集成、信號集成,沒有實現(xiàn)與安防系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)

17、、電梯等設備控制的集成,沒有建立起一個統(tǒng)一的監(jiān)控平臺,沒有實現(xiàn)真正意義上的集成,即信息集成。(8) 適用性較強。系統(tǒng)結構簡單,操作方便, 功能適用。第六章 樓宇自控系統(tǒng)存在的主要問題(1) 系統(tǒng)的開放性差。由于樓宇自控產(chǎn)品廠家較多,不同廠家生產(chǎn)的控制器在相互連接和通信上存在困難, 兼容性不理想, 開放性仍有待改善。(2) 系統(tǒng)設計不合理。由于設計人員對樓宇自控系統(tǒng)的內(nèi)容和被控設備認識不足,與相關專業(yè)配合不當,造成了樓宇自控系統(tǒng)的設計不合理,運行效果不佳。(3) 系統(tǒng)的集成化程度較低。由于樓宇自控產(chǎn)品遵循的通信協(xié)議較多,協(xié)議的開放性又較差,使系統(tǒng)的集成實現(xiàn)困難。(4) 系統(tǒng)結構復雜,投資高。往往為了實現(xiàn)各種樓宇自控功能,須選擇幾個不同廠家的產(chǎn)品,而為了實現(xiàn)這些系統(tǒng)的通信致使系統(tǒng)結構復雜,造成自控系統(tǒng)的投資比機電設備高的現(xiàn)象,使投資商望而卻步。七、結束語樓宇自控系統(tǒng)正向著全分布式結構的現(xiàn)場總線系統(tǒng)發(fā)展,這些分布式控制系統(tǒng)既是獨立的,又是相互聯(lián)系的、綜合的、統(tǒng)一的,其集成化、智能化也在向更高層次發(fā)展。樓宇自控系統(tǒng)和工業(yè)自動化系統(tǒng)正在相互融合、共同發(fā)展,工業(yè)自動化技術、工業(yè)自動