注冊電氣工程師輔導(dǎo)教材(BAS簡化版)

新考試大綱要求:掌握建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計方法

原考試大綱要求:

掌握建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成掌握數(shù)字量模擬量的基本概念了解建筑設(shè)備、供配電設(shè)備及照明設(shè)備的控制要求了解建筑傳感器、變送器等測量裝置的工作原理及應(yīng)用了解控制器的工作原理及應(yīng)用了解電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理及應(yīng)用考試大綱中對于建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的要求1.掌握注冊電氣工程師考試中要求的內(nèi)容

2.了解工程設(shè)計中建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的相關(guān)知識一般概念建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)常用現(xiàn)場儀表及主要檢測原理建筑物中各機(jī)電設(shè)備子系統(tǒng)的自動化控制要求建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的工程設(shè)計方法建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)培訓(xùn)的目的建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的講課主要內(nèi)容1．一般概念1.1建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的作用建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)(BAS—BuildingAutomationSystem)是運用自動化儀表、計算機(jī)過程控制和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，對建筑物內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)和建筑物內(nèi)機(jī)電設(shè)備運行狀況進(jìn)行自動化檢測、監(jiān)視、優(yōu)化控制及管理。1.2建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用目的建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用目的，是優(yōu)化建筑物內(nèi)各個工藝系統(tǒng)的運行管理，為建筑物內(nèi)提供良好環(huán)境，節(jié)省建筑物能耗和提高工作人員效率，減少運行人員及費用。1.3建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的適用場所建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)不屬于國家強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)范圍，應(yīng)根據(jù)建筑物物業(yè)運行管理需要，各相關(guān)專業(yè)的監(jiān)控要求，以及項目投資狀況等實際需求，確定建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的內(nèi)容、范圍和標(biāo)準(zhǔn)。2.建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成當(dāng)前的建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)多為分布式計算機(jī)過程控制系統(tǒng)，由監(jiān)控主機(jī)、現(xiàn)場控制器、就地儀表和通信網(wǎng)絡(luò)四個主要部分組成。2.1監(jiān)控主機(jī)2.1.1監(jiān)控主機(jī)的硬件2.1.2監(jiān)控主機(jī)的軟件監(jiān)控主機(jī)軟件包括系統(tǒng)軟件、圖形顯示組態(tài)軟件和應(yīng)用軟件。2.1.3監(jiān)控主機(jī)的功能監(jiān)控主機(jī)是設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的核心，其主要功能為：自動控制系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備和參數(shù)在合理優(yōu)化的狀態(tài)下工作，自動監(jiān)視系統(tǒng)中每臺設(shè)備的運行狀態(tài)和系統(tǒng)的運行參數(shù)，對設(shè)備故障和異常參數(shù)及時報警和自動記錄，自動記錄、存儲和查詢歷史運行數(shù)據(jù)等。BAS系統(tǒng)監(jiān)控操作站BAS系統(tǒng)現(xiàn)場控制器BAS中常用的現(xiàn)場儀表各種傳感器電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門2.2通信網(wǎng)絡(luò)2.2.1現(xiàn)場總線（Fieldbus）現(xiàn)場總線的定義：美國儀表協(xié)會（ISA/SP50）現(xiàn)場總線的定義：“現(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通訊鏈路,它溝通了過程控制領(lǐng)域的基本控制設(shè)備(及車間級設(shè)備之間的聯(lián)系)。這里的現(xiàn)場設(shè)備指最低層的控制設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備，包括傳感器、控制器、智能閥門、微處理器和存儲器各種類型的儀表產(chǎn)品。國際電工委員會IEC/TC65標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線基金會FF的定義：“現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)”。智能儀表：內(nèi)藏微機(jī)或微處理器的儀器2.2.2建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的要求通訊網(wǎng)絡(luò)和通訊設(shè)備的設(shè)置，應(yīng)滿足系統(tǒng)響應(yīng)時間要求、通訊子網(wǎng)的數(shù)量限制要求、系統(tǒng)總點數(shù)限制要求。每個通訊子網(wǎng)應(yīng)使監(jiān)控主機(jī)數(shù)量、現(xiàn)場控制器臺數(shù)、監(jiān)控點數(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)的線路長度、通訊網(wǎng)絡(luò)的線路規(guī)格等符合各生產(chǎn)廠商的網(wǎng)絡(luò)通訊要求。

2.2.3建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的常用結(jié)構(gòu)形式2.2.4建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)開放性標(biāo)準(zhǔn)l

LonWorks標(biāo)準(zhǔn)l

BACnet標(biāo)準(zhǔn)2.2.5Lonworks技術(shù)介紹Lon總線（LocalOprationNetworks），美國Echelon公司1991年產(chǎn)品，很多建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)廠商應(yīng)用其技術(shù)，是建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)開放性標(biāo)準(zhǔn)之一，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互操作性。

Lonworks控制系統(tǒng)特點神經(jīng)元芯片構(gòu)成的控制節(jié)點具有3個微處理器，包括11個IO口，可以完成控制和網(wǎng)絡(luò)通信功能每個控制節(jié)點具備完整的OSI7層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)變量（NV）等方便的傳輸數(shù)據(jù)支持多種通信介質(zhì)：選擇不同收發(fā)器，可支持雙絞線、無線、電力線等通信介質(zhì)2.3現(xiàn)場控制器2.3.1現(xiàn)場控制器的功能現(xiàn)場控制器是安裝于現(xiàn)場監(jiān)控對象附近的小型化專用計算機(jī)控制設(shè)備，其主要功能為：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能：對現(xiàn)場儀表信號作采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，輸出控制信號至現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制功能：可進(jìn)行基本控制運算，獨立實施設(shè)備監(jiān)控功能通信功能：接受監(jiān)控主機(jī)指令，將信號和執(zhí)行結(jié)果送至監(jiān)控主機(jī)。2.3.3現(xiàn)場控制器的信號現(xiàn)場控制器的信號分為模擬量輸入（AI）、模擬量輸出（AO），開關(guān)量輸入（DI）、開關(guān)量輸出（DO）四種?，F(xiàn)場控制器的信號應(yīng)與現(xiàn)場儀表的信號相匹配。2.3.4現(xiàn)場控制器的安裝現(xiàn)場控制器應(yīng)安裝在被監(jiān)控設(shè)備較集中的場所，以盡量減少管線敷設(shè)，一般設(shè)置在電控箱內(nèi)掛墻明裝，電控箱內(nèi)內(nèi)部設(shè)備應(yīng)布置整齊美觀，強(qiáng)弱電系統(tǒng)分開，并便于檢修。2.3.5現(xiàn)場控制器的通訊現(xiàn)場控制器的通訊速率應(yīng)滿足整個監(jiān)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度?，F(xiàn)場控制器之間可通過通訊實現(xiàn)現(xiàn)場信息與數(shù)據(jù)共享。

現(xiàn)場控制器選擇示例1

EXCEL5000C-BUS：RS485，1200米X4，29臺設(shè)備，1500點，9600~1MB/S序號名

稱DIDOAIAO通用輸入通用輸出合計點數(shù)1XL20子站247300162XL80子站

1212243XL100子站12

1212364XL500/600子站

128

XF521A

8

XF526

8

XF523A12

XF52860

XF522A

8

XF527A

8

XF524A

6

XF529

6

電源模塊

通信模塊

控制模塊（LED）

5繼電器模板

4x1.5A

6第三者連接器

9/26/202318現(xiàn)場控制器選擇示例2

TACXentaLonWorks：2700米X4，每段64臺設(shè)備，78Kb/s

序號名

稱DIDOAIAO通用輸入通用輸出合計點數(shù)備注1TAXenta301子站46424020

2TAXenta302子站44444020

3TAXenta401子站000000100帶10個模塊

TAXenta411模塊10

10

TAXenta412模塊10

10DI指示

TAXenta421模塊45

9

TAXenta422模塊45

9DI指示

TAXenta451模塊

424

10

TAXenta452模塊

424

10AO手控

4OP操作顯示終端

5MODEM

9/26/2023192.4就地儀表2.4.1就地儀表的分類及主要功能就地儀表分為檢測儀表和執(zhí)行儀表兩大類。建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)中常用的檢測儀表包括：溫度、濕度、壓力、壓差、流量、水位、一氧化碳、二氧化碳、照度、電量等測量儀表。執(zhí)行儀表包括電動調(diào)節(jié)閥、電動蝶閥、電磁閥、電動風(fēng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。執(zhí)行儀表中分為對被調(diào)量可進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閥類儀表和對被調(diào)量進(jìn)行通斷兩種狀態(tài)控制的切斷閥類儀表，執(zhí)行儀表的主要功能是接受現(xiàn)場控制器的信號，對現(xiàn)場參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定準(zhǔn)確可靠的調(diào)節(jié)。2.4.2數(shù)字量和模擬量的基本概念數(shù)字量（digital）：又稱開關(guān)量，只有“通/斷”或“0/1”兩種狀態(tài)；模擬量（analog）：連續(xù)變化的量，如0~10V，4~20mA等；3.建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)常用現(xiàn)場儀表及主要檢測原理3.1溫度測量儀表3.1.1熱電偶測量原理：兩種金屬材料一端（熱端）熔接，當(dāng)兩端處在不同溫度中，另一端（冷端）會產(chǎn)生熱電勢。根據(jù)測量出的電勢和冷端溫度，得到被測量處的溫度。冷端補償方法：恒定冷端溫度：將冷端用補償導(dǎo)線延長至恒溫處。冷端溫度補償器：將冷端用補償導(dǎo)線延長至冷端溫度補償器處，再用銅電阻在一定范圍內(nèi)補償，相當(dāng)于冷端恒溫在20℃。常用熱電偶：分度號：K：鎳鉻-鎳硅，常用溫度500~800℃，短期使用1000℃3.1.2熱電阻測量原理：金屬在不同的溫度下具有不同的電阻值，根據(jù)測量出的電阻得到被測量處的溫度值。兩線制與三線制：測量導(dǎo)線在不同的溫度下也具有不同的電阻值，采用兩線接法會迭加在熱電阻上產(chǎn)生一定測量誤差。三線制接法將現(xiàn)場導(dǎo)線產(chǎn)生的線路電阻分別接入溫度測量電路兩個不同橋臂，以抵消現(xiàn)場導(dǎo)線產(chǎn)生的溫度誤差。常用熱電阻：分度號：PT100、Pt1000、Ni1000；常用溫度400℃以下3.1.3熱敏電阻測量原理：半導(dǎo)體PN結(jié)在不同的溫度下具有不同的電阻值，根據(jù)測量出的電阻得到被測量處的溫度值。阻值較高，如R0=10kΩ，線路電阻誤差可忽略。

3.2濕度測量儀表3.2.1測量原理阻性疏松聚合物式濕度測量元件，濕度增加電阻加大。高分子薄膜電容式濕度測量元件，濕度增加電容加大。3.2.2溫、濕度傳感器輸出溫、濕度兩路信號；3.3壓力與差壓測量儀表3.3.1測量原理壓力——>位移——>電信號——>標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)信號3.3.2壓力與差壓變送器將測量值轉(zhuǎn)換成電氣測量模擬量信號輸出，輸出信號：0～10V、4～20mA等，需電源；3.4流量測量儀表3.4.1電磁流量計l

測量原理通電線圈中當(dāng)導(dǎo)電介質(zhì)通過時產(chǎn)生感應(yīng)電流。輸出連續(xù)信號：4～20mA，需電源；3.4.2標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置l

測量原理在被測管路中安裝節(jié)流裝置，節(jié)流裝置兩側(cè)產(chǎn)生的壓差與流量的平方成正比。節(jié)流裝置常用：孔板、噴嘴等。采用差壓測量方式，加差壓變送器；輸出連續(xù)信號：4～20mA，需電源；3.5浮球式液位計l

測量原理連接在被測容器內(nèi)固定桿上的浮球漂浮在液面上，當(dāng)液位下降時將傾斜翻轉(zhuǎn)，引起內(nèi)部機(jī)械開關(guān)信號的變化。3.6電量測量儀表3.6.1測量原理電流互感器（0～5A）—>變送器（4～20mA）—>DDC電壓互感器（0～100V）—>變送器（4～20mA）—>DDC集成測量方式：三相進(jìn)線，測量多個參數(shù)，數(shù)據(jù)通訊；3.6.2測量參量電壓、電流、功率因數(shù)、有功、無功功率、電量、頻率等；3.7其它測量儀表一氧化碳變送器：車庫用；二氧化碳變送器：多安裝于回風(fēng)道中；照度變送器：室外照明控制；3.8電動調(diào)節(jié)閥3.8.1電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理將輸入控制信號通過伺服電機(jī)和減速器轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移，驅(qū)動閥體動作，對通過流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。3.8.2調(diào)節(jié)閥的特性與計算l

調(diào)節(jié)閥的流量特性：在整個開度范圍內(nèi)，流過調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)流量與調(diào)節(jié)閥開度的關(guān)系。常用：線性、等百分比。l

調(diào)節(jié)閥的計算與選擇：l

根據(jù)調(diào)節(jié)閥全開時壓降與系統(tǒng)管路總壓降的比值（S）選擇調(diào)節(jié)閥特性。l

流通能力計算：根據(jù)流通能力查表選擇閥門口徑；5.建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)常見功能如下：6.BAS系統(tǒng)的工程設(shè)計方法BAS系統(tǒng)不屬于國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)規(guī)模完全由大樓運行管理的實際需要而定。6.1項目的建筑規(guī)模和特點大樓面積、高度，各層功能，設(shè)備特點6.2設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范（JGJ/T16-92）高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范（GB50045-95）工業(yè)自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范（GBJ93-86）9/26/2023496.3項目示例本工程為綜合業(yè)務(wù)樓項目，其中主樓總高度為96.6m,建筑面積共計44000平米。樓層功能如下：主樓：地下1-3層車庫及設(shè)備1層營業(yè)、精品廳、商場

2層會議廳和營業(yè)

3~14層出租型辦公區(qū)

15層設(shè)備層16~21層自用型辦公區(qū)22層設(shè)備層

23層觀光與會議廳9/26/2023506.4設(shè)計圖紙內(nèi)容

6.4.1圖紙目錄6.4.2設(shè)計說明設(shè)計依據(jù)、BAS的監(jiān)控范圍和內(nèi)容、控制室位置、建筑主要設(shè)備測量控制要求、DDC設(shè)置方式、電源與接地要求、其它要說明的問題；6.4.3設(shè)備表按工藝系統(tǒng)詳細(xì)列出BAS各種設(shè)備的名稱、規(guī)格、數(shù)量、測量范圍、輸入輸出信號要求、工作條件、技術(shù)要求、型號等；9/26/2023516.4.4BAS系統(tǒng)圖建筑物內(nèi)主機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和DDC的編號、數(shù)量、位置、網(wǎng)絡(luò)連線關(guān)系等，圖中表示出DDC所監(jiān)控對象的主要內(nèi)容和被監(jiān)控設(shè)備的樓層分布位置,通訊線路選擇；9/26/2023526.4.5電源分配原理圖9/26/202353電源分配原理圖說明

表示電源來源，配電至BAS控制室設(shè)備、各DDC控制箱及現(xiàn)場設(shè)備的方式和設(shè)備、管線編號；建議采用集中供電方式：由樓宇中控室放射式引出至各現(xiàn)場每臺DDC控制箱接入的儀表電源由DDC控制箱中引出，由此決定引至各個DDC控制箱的電源線及空氣開關(guān)的容量。不間斷電源UPS的容量選擇；9/26/2023546.4.6冷凍站監(jiān)控系統(tǒng)原理管線圖

9/26/202355冷凍站監(jiān)控系統(tǒng)原理管線圖說明

冷凍站的作用：夏季提供整個大樓冷量的冷源。冷凍站內(nèi)的主要設(shè)備和工作方式節(jié)能控制：冷凍系統(tǒng)耗能占空調(diào)的15～20%，冷凍機(jī)組臺數(shù)控制；冷凍站內(nèi)樓宇自控設(shè)備的設(shè)置和作用溫度、壓力、流量儀表、水流開關(guān)的工作原理和選擇電動調(diào)節(jié)閥、電磁閥、電動切斷蝶閥的工作原理和選擇9/26/2023566.4.7熱交換站監(jiān)控系統(tǒng)原理管線圖

熱交換站的作用熱交換站內(nèi)設(shè)備的工作方式和樓宇自控設(shè)備的作用9/26/2023576.4.8空調(diào)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)原理管線圖

9/26/202358空調(diào)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)原理說明

空調(diào)機(jī)組的工作原理空調(diào)機(jī)組的節(jié)能工作方式：自動控制CO2濃度：采用最小新風(fēng)量，節(jié)約空調(diào)負(fù)荷30%；過渡季焓值控制：利用新風(fēng)減少冷熱量消耗；空調(diào)機(jī)組自控設(shè)備的設(shè)置和作用防凍開關(guān)、濕度測量儀表、差壓開關(guān)的工作原理和選擇9/26/2023596.4.9新風(fēng)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)原理管線圖

空氣-水系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)組的工作原理新風(fēng)機(jī)組自控設(shè)備的設(shè)置和作用9/26/2023606.4.10生活給水監(jiān)控系統(tǒng)原理管線圖

大樓給水系統(tǒng)的工作方式大樓給水系統(tǒng)自控設(shè)備的設(shè)置和作用浮球水位計的工作原理9/26/2023616.4.11排水監(jiān)控系統(tǒng)原理管線圖

大樓排水系統(tǒng)自控設(shè)備的設(shè)置和作用9/26/2023626.4.12電力監(jiān)控系統(tǒng)原理管線圖

9/26/202363電力監(jiān)控系統(tǒng)自控設(shè)備的設(shè)置和作用電力監(jiān)控系統(tǒng)的方式電流、電壓、電量的測量原理：電流互感器（0～5A）—>變送器（4～20mA）—>DDC電壓互感器（0～120V）—>變送器（4～20mA）—>DDC9/26/2023646.4.13電梯監(jiān)控系統(tǒng)原理管線圖

9/26/2023656.4.14照明監(jiān)控系統(tǒng)原理管線圖

9/26/2023666.4.15BAS管線敷設(shè)平面圖示出被控工藝設(shè)備、現(xiàn)場儀表、DDC控制箱、BAS控制室的位置，以及設(shè)備之間電纜、穿管、橋架的走向與土建、工藝互提資料及管道匯總結(jié)果相吻合；9/26/20236715層BAS管線敷設(shè)平面圖9/26/2023686.4.16BAS控制室平面布置圖標(biāo)出控制室安裝設(shè)備位置的主要尺寸；控制室位置與面積選擇：集中設(shè)置時滿足消防控制室設(shè)計要求，設(shè)抗靜電活動地板。9/26/2023696.4.17BAS監(jiān)控點表大樓排水系統(tǒng)自控設(shè)備的設(shè)置和作用9/26/2023706.4.18BAS系統(tǒng)設(shè)計流程9/26/2023716.5設(shè)計中各專業(yè)互提資料要求

樓宇自動化設(shè)計必須與大樓主體建筑的各專業(yè)設(shè)計同時進(jìn)行。土建：控制室、豎井面積和位置，土建裝修條件。電纜橋架、管線的預(yù)埋件、預(yù)留孔洞。暖通：有關(guān)工藝流程圖，測量控制要求，所帶設(shè)備的控制要求。水道：有關(guān)工藝設(shè)備的測量控制要求、數(shù)量，所帶設(shè)備的控制要求。電氣：有關(guān)變配電、照明電氣原理圖，機(jī)電設(shè)備的測量控制原理配合，電氣、照明配電箱的平面位置。9/26/2023726.6建筑設(shè)備自動化控制系統(tǒng)工程設(shè)計中應(yīng)注意的問題6.6.1線路敷設(shè)l

通訊線纜選擇現(xiàn)場控制器及監(jiān)控主機(jī)之間的通訊線，在設(shè)計階段宜采用控制電纜或計算機(jī)專用電纜中的屏蔽雙絞線，截面為0.5~1mm。如設(shè)計在系統(tǒng)招標(biāo)后完成，則應(yīng)根據(jù)選定系統(tǒng)的要求進(jìn)行。l

儀表控制電纜選擇儀表控制電纜宜采用截面為1~1.5mm的控制電纜，根據(jù)現(xiàn)場控制器要求選擇控制電纜的規(guī)格，一般模擬量輸入輸出采用屏蔽電纜，開關(guān)量輸入、輸出采用普通無屏蔽電纜。l

電纜橋架選擇電纜在電纜橋架中敷設(shè)時，電纜面積總和與橋架內(nèi)部面積比一般應(yīng)不大于4