第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

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第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求 8.1.1BAS的對象環(huán)境8.1.2BAS的功能要求8.1.3BAS的技術(shù)基礎(chǔ)8.1.4BAS常用檢測設(shè)備和執(zhí)行器8.2集散控制 8.2.1集散控制系統(tǒng)的基本組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8.2.2集散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)8.2.3集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)8.3.2集散型BAS系統(tǒng)的組態(tài)8.3.3集散型BAS的幾種方案8.3.4BAS中的基本監(jiān)測點(diǎn)、接口位置及常用傳感器8.4智能建筑的BAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.4.1BAS設(shè)計(jì)原則8.4.2BAS設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收依據(jù)8.4.3BAS設(shè)計(jì)步驟8.4.4BAS設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題本章導(dǎo)讀

本章主要介紹了BAS對象環(huán)境、功能要求和技術(shù)基礎(chǔ)，然后介紹了當(dāng)前主流BAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（集散系統(tǒng)）及發(fā)展方向，最后給出了BAS設(shè)計(jì)原則、步驟和依據(jù)。本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)是在理解BAS系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，結(jié)合以前所學(xué)的各門專業(yè)知識（檢測技術(shù)、控制原理和電氣控制技術(shù)），完成BAS設(shè)計(jì)。

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8.1.1BAS的對象環(huán)境

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8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）（BuildingAutomationSystem），指將建筑物或建筑群的電力、照明、給排水、防火、保安、車庫管理等設(shè)備或系統(tǒng)，以集中監(jiān)視、控制和管理為目的，構(gòu)成的綜合系統(tǒng)。

根據(jù)智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50314—2000），建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)可分為建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)子系統(tǒng)和安防與消防系統(tǒng)（廣義BAS），其中，建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)子系統(tǒng)，被稱為俠義BAS。如圖8-1所示。

BAS對象環(huán)境第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.1BAS的對象環(huán)境圖8-1BAS對象環(huán)境

BAS功能要求第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.2BAS的功能要求

（1）對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等運(yùn)行工況的監(jiān)視、控制、測量、記錄。（2）對供配電系統(tǒng)、變配電設(shè)備、應(yīng)急（備用）電源設(shè)備、直流電源設(shè)備、大容量不停電電源設(shè)備監(jiān)視、測量、記錄。（3）對動(dòng)力設(shè)備和照明設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。（4）對給排水系統(tǒng)的給排水設(shè)備、飲水設(shè)備及污水處理設(shè)備等運(yùn)行工況的監(jiān)視、控制、測量、記錄。（5）對熱力系統(tǒng)的熱源設(shè)備等運(yùn)行工況的監(jiān)視、控制、測量、記錄。（6）對公共安全防范系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行必要的監(jiān)視及聯(lián)動(dòng)控制。（7）對電梯及自動(dòng)扶梯的運(yùn)行監(jiān)視。BAS監(jiān)視、測量、控制、記錄顯示的功能第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.1BAS的對象環(huán)境8.1.3BAS的技術(shù)基礎(chǔ)第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

BAS將各個(gè)控制子系統(tǒng)集成為一個(gè)綜合系統(tǒng)，其核心技術(shù)是集散控制系統(tǒng)，它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互發(fā)展?jié)B透產(chǎn)生的。但它不同于分散的儀表控制系統(tǒng)，也不同于集中式控制系統(tǒng)，它吸取了二者的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的一種系統(tǒng)工程技術(shù)。利用集散控制技術(shù)把BAS構(gòu)造成一個(gè)龐大的集散控制系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中處于最高層的是中央監(jiān)控與管理計(jì)算機(jī)，中央管理計(jì)算機(jī)通過通信網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)子系統(tǒng)的控制器相連，組成分散控制、集中監(jiān)控和管理的功能模式，各個(gè)子系統(tǒng)也可以通過網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)行信息交換和聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化管理。BAS的技術(shù)基礎(chǔ)

8.1.3BAS的技術(shù)基礎(chǔ)第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

BAS將各個(gè)控制子系統(tǒng)集成為一個(gè)綜合系統(tǒng)，其核心技術(shù)是集散控制系統(tǒng)圖8-2廣義的BAS系統(tǒng)組成概念圖

電量檢測設(shè)備第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設(shè)備和執(zhí)行器圖8-3電量檢測設(shè)備

對高、低壓進(jìn)線及發(fā)電機(jī)電壓、電流監(jiān)測，對低壓進(jìn)線及發(fā)電機(jī)功率因數(shù)、有功功率、無功功率、電量的監(jiān)測，它們將為繪制負(fù)荷曲線、進(jìn)行無功補(bǔ)償、電費(fèi)結(jié)算及能源管理、用電設(shè)備的運(yùn)行和調(diào)度提供依據(jù)。

溫度檢測設(shè)備第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設(shè)備和執(zhí)行器圖8-4溫度傳感器

在BAS中對溫度的檢測主要用于:室內(nèi)氣溫、室外氣溫,范圍在-40～45℃；風(fēng)道氣溫,范圍在-40～130℃；水管內(nèi)水溫,范圍在0～90℃。

濕度檢測設(shè)備第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設(shè)備和執(zhí)行器圖8-5相對濕度傳感器

在BAS中對濕度的檢測主要用于室內(nèi)室外的空氣濕度、風(fēng)道的空氣濕度的檢測等。壓力檢測設(shè)備第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設(shè)備和執(zhí)行器圖8-6壓力壓差傳感器在BAS中對壓力的檢測主要用于風(fēng)道靜壓、供水管壓、差壓的檢測,有時(shí)也用來測量液位的高程,如水箱的水位等。大部分的應(yīng)用屬于微壓測量,量程在0～5000Pa。液位檢測設(shè)備第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設(shè)備和執(zhí)行器圖8-7液位傳感器BAS中對液位的監(jiān)測主要是供水系統(tǒng)的中地下水或者高位水箱的水位，排水系統(tǒng)中集水坑的水位，消防水箱的水位等。流量檢測設(shè)備第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設(shè)備和執(zhí)行器圖8-7水流量計(jì)熱源系統(tǒng)中鍋爐熱水流量和二次熱水回水流量等的監(jiān)測。根據(jù)分水器、集水器的供、回水溫度及回水干管的流量測量值，來實(shí)時(shí)計(jì)算空調(diào)末端設(shè)備所需的熱負(fù)荷，按照熱負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整熱交換器及熱水給水泵的臺數(shù)。照度監(jiān)測設(shè)備第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設(shè)備和執(zhí)行器圖8-9照度傳感器BAS中采用照度傳感器對室外照度自然光度進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)根據(jù)不同室外照度環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)調(diào)光，保證良好照度的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。電磁閥第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設(shè)備和執(zhí)行器圖8-10電磁閥結(jié)構(gòu)原理電磁閥是電動(dòng)執(zhí)行器中最簡單的一種，它利用電磁鐵的吸合和釋放對小口徑閥門作通、斷兩種狀態(tài)的控制，由于結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，常和兩位式簡易控制器組成簡單的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其原理如圖8-10所示。電動(dòng)閥第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設(shè)備和執(zhí)行器圖8-11電動(dòng)閥結(jié)構(gòu)原理電動(dòng)執(zhí)行器使用電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力元件，將控制器來的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殚y的開度。如圖8-11,12所示。風(fēng)門第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.1建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設(shè)備和執(zhí)行器圖8-13電動(dòng)式風(fēng)門的結(jié)構(gòu)原理在智能樓宇的空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)中，用得最多的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是風(fēng)門，風(fēng)門用來精確控制風(fēng)的流量。如圖8-13所示。三大部分組成第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.2集散控制8.2.1集散控制系統(tǒng)的基本組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖8-14集散控制系統(tǒng)的組成集散控制系統(tǒng)是由分散過程控制裝置、操作管理裝置、通信系統(tǒng)三大部分組成的,如圖8-14所示。各部分功能第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.2集散控制8.2.1集散控制系統(tǒng)的基本組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、分散過程控制裝置①采集生產(chǎn)過程中的各種過程變量；②進(jìn)行模擬量和數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換，完成控制算法的各種運(yùn)算，對輸入與輸出量進(jìn)行有關(guān)的軟件濾波及其他的一些運(yùn)算；③將運(yùn)算結(jié)果送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)；④通過通信部分將相關(guān)數(shù)據(jù)送到操作和管理裝置。2、操作管理裝置①顯示現(xiàn)場裝置當(dāng)中的各種參數(shù)，便于操作人員監(jiān)視和操作；②操作人員通過它發(fā)出操作指令給生產(chǎn)過程。3、通信系統(tǒng)完成分散過程控制裝置和操作管理裝置之間的通信第三代集散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.2集散控制8.2.2集散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖8-15模件化控制站+與MAP兼容的局域網(wǎng)+信息綜合管理系統(tǒng)第二代集散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.2集散控制8.2.2集散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖8-16分散過程控制站+局域網(wǎng)+信息管理系統(tǒng)構(gòu)成PLC+通信系統(tǒng)+操作管理站第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.2集散控制8.2.2集散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖8-17PLC+集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8.2.3集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.2集散控制(1)分級遞階控制；(2)分散控制；(3)自治性；(4)協(xié)調(diào)性；(5)友好性；(6)適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性；(7)開放系統(tǒng)；(8)可靠性。BAS中的集散控制網(wǎng)絡(luò)綜述第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)在一幢大樓中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制的設(shè)備品種多、數(shù)量大，并且分布在建筑物的各個(gè)空間。大型的建筑物有幾十層樓面，多達(dá)幾十萬平方米的建筑面積，需要數(shù)千套設(shè)備遍布建筑內(nèi)外。對于BAS這一個(gè)規(guī)模龐大、功能綜合、因素眾多的大系統(tǒng)，要解決的不僅是各個(gè)子系統(tǒng)的局部優(yōu)化問題，而且是一個(gè)整體綜合優(yōu)化問題。若采用集中式計(jì)算機(jī)控制，則所有現(xiàn)場信號都集中于同一個(gè)地方，由一臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中控制。這種控制方式雖然結(jié)構(gòu)簡單，但功能有限，且可靠性不高，故不能適應(yīng)智能建筑的需要。BAS中的集散控制網(wǎng)絡(luò)綜述第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)鑒于集中式控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，目前的BAS廣泛應(yīng)用集散控制系統(tǒng)，充分利用其集中操作和管理、分散控制的優(yōu)勢。值得注意的是，相比于工業(yè)生產(chǎn)過程，BAS對控制精度、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性要求的控制指標(biāo)可能要求要低一些。所以BAS中集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品的檔次和性能有所削弱，但系統(tǒng)架構(gòu)還是一樣的。目前基于DCS的樓宇自動(dòng)化產(chǎn)品和生產(chǎn)廠商很多，國外有美國Honeywell（霍尼韋爾）的EXCEL5000，JONHNSONCONTROL（江森）的METASYS，德國SIEMENS的SYSTEM600APOGEE，瑞典TAC的TACVISTA，國內(nèi)有清華同方的RH-2000等。單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖8-18工作站＋現(xiàn)場控制設(shè)備的單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場設(shè)備通過現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)相互連接，工作站通過通信適配器直接接入現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)。它適用于監(jiān)控節(jié)點(diǎn)少、分布比較集中的小型樓宇自控系統(tǒng)單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：

（1）整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)配置、集中操作、管理和決策全部由工作站承擔(dān)；（2）控制功能分散在各類現(xiàn)場控制器和智能傳感器以及智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)中；（3）同一條現(xiàn)場控制總線上的設(shè)備可以直接通信，不同總線上的設(shè)備必須通過工作站才能通信；（4）構(gòu)建簡單、配置方便；（5）只支持一個(gè)工作站，該工作站承擔(dān)不同總線設(shè)備直接通信中轉(zhuǎn)的任務(wù)。兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖8-19BAS兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適用于大多數(shù)的BAS，其特點(diǎn)是：（1）現(xiàn)場控制設(shè)備之間的通信要求實(shí)時(shí)性高，抗干擾能力強(qiáng)，對通信效率要求不高，一般采用控制總線（例如現(xiàn)場總線）完成；

絕大多數(shù)BAS廠商在底層控制總線上都有一些支持某種開放式現(xiàn)場總線的技術(shù)的產(chǎn)品，例如第五章中的Lonworks現(xiàn)場總線。這樣兩層網(wǎng)絡(luò)都可以構(gòu)成開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同的廠家間的產(chǎn)品可以互聯(lián)。（2）操作員站（工作站、服務(wù)器）之間由于需要大量的數(shù)據(jù)、圖形的交互、通信帶寬要求高，而對實(shí)時(shí)性、抗干擾能力要求不高，所以多采用以太網(wǎng)技術(shù)；注意這一部分的內(nèi)容和第5章的聯(lián)系起來！兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)第8章建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（3）通信控制器可以由專門的網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)設(shè)備或者工控機(jī)實(shí)現(xiàn)。不同的BAS產(chǎn)品中，通信控制器的功能強(qiáng)弱不同。