浅谈楼宇自控系统设计

　　一、概述　
　　楼宇自控系统(Building　Automation　System-BAS)是智能建筑中不可缺少的重要组成部分，在智能建筑中占有举足轻重的地位。它对建筑物内部的能源使用、环境及安全设施进行监控，它的目的是提供一个既安全可靠、节约能源、又舒适的工作或居住环境，同时大大的提高大厦管理的科学性和智能化水平。
　　楼宇自动化系统设计为集散控制系统，它是将计算机网络及接口技术应用于楼宇自控系统。它通过系统的中央监控管理中心的集中管理和各现场控制器的分散控制实现对建筑物内水、暖、电、消防、保安等各类设备综合监控与管理。管理者可以通过中央监控管理中心上的可视化的图形界面对所有设备进行操作、管理、警报等，同时通过网络实时地获取各种设备运行状态的报告和运行参数，可以有效的提高管理水平和工作效率。利用计算机网络和接口技术将分散在各个子系统中不同楼层的直接数字控制器连接起来，通过联网实现各个子系统与中央监控管理级计算机之间及子系统相互之间的信息通信，达到分散控制、集中管理的功能模式，即集散控制系统。
　　

  　二、BAS的基本构成和基本功能　
　　楼宇自控系统通常包括空调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯系统、消防系统及保安监控系统等子系统。
　　1、BAS构成
　　(1)　主控制器:主控制器是整个系统中各离散化的现场控制器(DDC)的协调者，其作用是实现全面的信息共享,完成现场控制器与中央监控管理中心之间的信息传递、数据存储、现场或远端报警等功能。主控制器含有CPU、存储器、I/O接口、通过网络接口联接在一级网络上。　
　　(2)　现场控制器(即直接数字控制器DDC):现场控制器用于控制现场设备，与安装在设备上的传感器件和执行机构相联，每个现场控制器都包含有CPU、存储器、I/O接口。分设在现场，尽量靠近被监控点，通过网络接口连接在二级网络上。　
　　(3)　传感器件:装设在各监控点的传感器，包括各种敏感元件、端点和限位开关，接收并传送信号。
　　(4)　执行机构:接收控制信号并调节被监控设备。
　　(5)　各种软件:包括基本软件和应用软件，支持系统完成本身运行和外部控制所需要的各种功能。
　　2、BAS的基本功能如下：
　　（1）　数据采集;
　　（2）　各种设备启/停控制与监视;　
　　（3）　设备运行状况图象显示;　
　　（4）　各种参数的实时控制和监视；
　　（5）　参数与设备非正常状态报警；
　　（6）　动力设备节能控制及最优控制；
　　（7）　能量和能源管理及报表打印；
　　（8）　事故报警报告及设备维修事故报告打印输出。
　　

　　三、BAS工程设计的关键
　　一个成功BAS工程必须具有的要素：
　　·系统的可靠性：BAS在应用中稳定可靠，发生故障概率降到最低可能限度。
　　·系统的可扩展性：随着系统应用及技术的发展，BAS要为未来的发展留出可扩展的空间。
　　·系统的互操作性。
　　·系统能提供精确的、量化的控制模式，为大楼能源控制提供可靠保证。任一业主为大楼安装BAS直接动因就是能实现大楼能源消耗大幅度降低以达到节省大楼营运成本的目的。这就要求BAS整个控制过程尽可能精确。
　　·系统的可监控性：BAS的执行机构分散在各个楼层的不同位置，为使系统及操作人员能够监控到自动控制指令是否正常，应考虑一套独立的反馈传感器。
　　·系统的联动性。
　　

　　四、BAS系统的设计与选型
　　（1）确定建筑物的功能，了解业主的需求。
　　（2）了解机电专业对控制系统的要求，确定BAS监控范围，探讨控制方案，确定控制功能和网络结构。
　　（3）系统选型。BAS是涉及计算机技术、控制技术、通信技术等多种高新技术的复杂系统，如何根据大厦的功能要求从众多的产品中选择合适的产品是十分重要的，需要综合技术、经济各项指标进行全面客观的比较分析和实地考察，才能确定。通常可以从以下几个方面进行考虑：
a、可靠性高
b、技术先进
c、互操作性好
d、符合主流标准
e、满足实用要求
f、便于维修
g、生命周期成本低
h、厂家实力与售后服务
　　（4）与土建专业共同确定中央控制式的位置、面积，确定竖井数量、位置、面积、布线方式等，以使建筑设计满足智能化系统运行的要求，与智能化系统设计形成和谐的统一整体，并为智能化系统留有可扩充余地。
　　（5）画出大楼BAS控制网络图
　　（6）完成配电设备二次回路设计和各种仪表的选择、调节阀计算，确定BAS现场传感器的规格、尺寸和安装方式。
　　（7）画出各子系统的控制系统图及各层管线敷设平面图
　　（8）列出BAS设备、材料表，写出设计、施工要点，各专业图纸会签。
　　

　　五、BAS系统设计中应注意的几个问题
　　（1）系统前端所测信号尤其是象温度这样的模拟信号必须尽可能准确。
　　如何保证系统前端信号准确，我们采取以下措施：
　　*合理配置前端传感器数量。探测点数设置过少，则无法取得精确的前端信号；而前端传感器数量（点数表）过多则易造成信号之间耦合，也使系统成本增大。
　　*正确选择传感器的安装位置。举例来说，安装于送风管道内的温度传感器如果安装在靠近机组送风口处，则传感器检测得到温度值可能偏低；如果安装在离送风口较远，则传感器测得温度值可能要高一些。这就必须根据风管的实际情况合理选择传感器安装位置。
　　

　　（2）系统控制环节少、能提供丰富的控制积算软件。
　　目前各BA厂商提供DDC（直接数位控制器），采用的是计算机数字输出信号去直接控制电动水阀阀门的开度，而无须中间调节器；另外，DDC内含有丰富的积算控制程序，有比例（P）算法、比例积分（PI）算法、比例积分微分（PID）算法。不同的PID系数，被控对象生成不同的反应特性曲线：PID系数较高，则对象反应特性曲线较陡，也就是反应过渡过程较短；PID系数较低，则对象反应特性曲线较为平缓，也就是反应过渡过程相对较长。理论上说，过渡过程较短的话，则系统响应快，换句话说，也就是系统控制精度较高，但这并不说系统控制精度越高就越好：由于空调系统本身惯性较大，如BA系统控制精度越高，系统越容易引起振荡，系统也就越不稳定。这就要求在工程设计和调试的过程中正确进行软件组态，选择恰当的采样周期和控制函数，保证系统响应输出最优化，在系统控制精度和系统稳定度之间找到最佳平衡点。　
　　

　　（3）保证阀门的“零”开度
　　各类电动水阀是BA系统主要执行机构，在空调运行控制过程中阀门开度是BA系统主要调节内容。其中，保证阀门“零”开度是BA系统控制精度重要保证。换句话说，选择正确流量特性和合适口径的电动水阀是BA系统成功的重要保证。
　　*电动调节水阀的流量特性是指空调水流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的函数关系，目前工程上常用的主要有直线流量特性、等百分比流量特性的电动水阀。
　　单位行程变化所引起的相对流量变化与点的相对流量成正比关系的是等百分比流量特性水阀。该类型水阀可调范围相对较宽，比较适合具有自平衡能力的空调水系统，因此BA系统中大量应用的是等百分比流量特性的电动水阀。
　　*电动水阀的口径决定了阀门的调节精度。水阀口径选择过大，不仅增大业主投资成本，而且使阀门基本行程单位变大导致阀门调节精度降低，达不到节能目的；水阀口径选择过小，往往会出现即使水阀全部打开系统也难以达到设定温度值，无法实现控制目标。
　　

　　（4）系统的联动性
　　BAS联动设计目前存在着三种方法。
　　一种方式是认为应将各子系统进行集成,　即将我们通常所称之为3A的系统进行集成,　这种做法,　在前几年中势头较大。一谈到智能建筑,　就要进行如此的集成,　否则就认为不称其为智能建筑,　经过近两年的大量工程实践,　在这方面又开始有点降温。
　　

　　另一种方式是建筑内的各子系统都相对独立,　各子系统在处理自身系统的工作外,　与其它各子系统没有系统上的物理联系。这种做法,　各子系统工作状态好坏,　完全是该子系统自身的状况所决定,不受其它子系统影响。
　

　　第三种方式,　则是有选择性地将某些平时工作上有联系的子系统之间,产生一种联动关系,　也不妨称之为有关子系统的小集成。
　　BAS工程设计中,　我们可以采取楼宇自控系统、闭路监视系统、防盗报警系统、门禁系统进行了有机的集成,　或称之为联动,　以满足实际运行管理的需要。有关子系统的联动关系,　可举某事件为例,　看其之间的相互关系和动作。例如保安系统设置的闭路电视和防盗报警系统,　白天由于监视区域内人员来回走动　,闭路监视系统处于工作状态,而防盗报警系统则处于撤防状态。此建筑中人流相对在上班期间流动。当下班人员离开后,　防盗报警系统处于设防状态。考虑到夜间无人办公,　有些公共区域的照明由BA系统控制关闭,留下少量的照明灯。一旦防盗报警的探测器探测到有人非法闯入,　立即将报警信号送至BA系统,由BA系统控制开启相关区域的照明。同时,闭路监视系统立即进行跟踪监视,保安监控的录像机则进行实时录像。另外,　对于大楼内设置的门禁系统,　也与消防报警系统进行联动,　当发生火灾报警并确认后,有关的消防通道上的门禁也将被旁路,　使人员能够顺利地进行疏散,　保证了楼内人员的安全。　
　　

　　通过对工程设计的实践感觉到,　在设计中,　若要做到各子系统能有机地进行联动,　首先要求各子系统在通信协议上应该一致,　避免在集成过程中出现无法集成,　或是需要一些额外的设施方可集成,给业主造成不必要的负担。　关于信息资源的一致性,　这不仅是对承包商提出要求,而是对智能建筑系统的全过程提出要求。因为目前市场还未达到一个统一的规范,　所有的系统并不完全是由一家承包商来提供,　而各生产厂家的产品并不都是完全一致,它们的通信协议也有所不同。因此，在设计阶段,　设计人员根据工程要求和特点合理进行子系统之间的集成,在集成过程中,　可以要求各子系统的通信协议应能符合TCP/IP协议。　在楼宇设备的控制中,　我们强调产品和系统的开放性，目的也就是在于使产品能有信息资源的一致性。值得注意的一点是,有许多产品供应商或承包商都称自己的产品或系统是开放的,　能与各家的产品进行通信,将不同厂商的产品或系统集成在一个系统内,　并由主系统对其进行监视和控制。但必须注意,并不是所有的产品都是完全开放的,　它们可能是由于通信协议的差异导致系统集成中的不尽人意,或是需付出额外的软件编制费用,　修改接口界面。建议从规划设计开始,　就必须强调系统的开放性,　强调系统联网中的信息资源共享问题,在以后施工、安装过程中,　均应有所要求,　前后一致,　满足要求。
　　

　（5）BAS实施中存在的问题：
　　A、在系统深化设计中,　对档次、标准等有所降低,控制点较少且不合理,　精度满足不了要求,　只求系统能运行起来。
　　B、设计BA系统不仅是电气专业弱电人员的事情,　BA系统中,　占大头的是HVAC,这就要求必须与设备专业的人员密切配合,　包括承包商的深化设计等,　均应与设备专业人员密切配合。否则,对原设计人员的设计思想,　控制要求等,　均不能做到切合实际,　而只能将系统运行起来,　达不到预期的目的。
　　C、施工问题，质量达不到要求。目前国内的承包商,　由于经营方面的原因,　在工地现场施工人员中，人员素质差，无法达到预期的目的和功能。
　　D、公司内部人员,　水平参差不齐，对工程的管理方式落后。
　　

　　六、结束语　
　　BAS是多种高科技技术的融合，是建筑技术、信息技术、计算机技术和自动控制技术有机结合的产物，使得整座建筑各独立系统能够高度集成，做到保安、防火、设备监控三位一体，以提高物业管理的效率和综合服务功能。BAS功能和作用在职能建筑中占有极为重要的地位，为人们的工作和生活带来了前所未有的高效、舒适和便捷的环境
　　

　　参考文献　
[1]《智能建筑弱电工程设计施工图集》中国建筑标准设计研究所出版　　1998年6月
[2]　胡崇岳主编　《智能建筑自动化技术》　机械工业出版社　1999年6月
[3]华东建筑设计院，《智能建筑设计技术》　同济大学出版社　1996年10月
[4]陈一才主编，《智能建筑电气设计手册》　中国建材工业出版社　1999年8月
　

摘　自：千　家　网

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