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楼宇自控系统n n一、智能建筑概述n n二、楼宇自控的发展史n n三、楼宇自控系统n n四、楼宇自控子系统n n五、系统组成n n六、通信协议n n七、系统设计n n八、空调DDC设计1 1楼宇自控系统n n一、智能建筑概述n n 1.定义n n 2.发展n n 3.结构2 2楼宇自控系统n n 二、楼宇自控的发展史n n 楼宇自控的发展史是一个从监控到管理的发展过程。n n a、数十年前n n b、80年代n n c、90年代 3 3楼宇自控系统n n 三、楼宇自控系统n n 1、对于一座现代化大楼，在没有安装BAS的时候，使用这些设备往往存在以下问题：控制控制问题问题管理管理问题问题维护问题维护问题能耗能耗问题问题4 4楼宇自控系统n n 2、楼宇自控系统就是将建筑物或建筑群内的变配电、照明、电梯、空调、供热、给排水、消防、保安等众多分散设备的运行、安全状况、能源使用状况及节能管理实行集中监视、管理和分散控制的建筑物管理与控制系统，称为BAS（Building Automation System）。5 5楼宇自控系统n n3、BAS系统的监控范围和参数内容FF空调机组：新风空调机组、新/回风空调机组、变风量空调机uu冷/热源系统：冷冻机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、热交换器、热水一次水泵、热泵机组6 6楼宇自控系统给给排水系排水系统统：各：各类类水水泵泵、各、各类类水箱水箱电电力系力系统统：照明控制、高：照明控制、高/低低压压信号信号测测量、量、备备用用发电发电机机组组电电梯梯保安保安门锁门锁、巡更等、巡更等7 7楼宇自控系统n n4、BAS系统所能够产生的实际效果室内恒温控制室内恒温控制便于大楼内的所有便于大楼内的所有设备设备的保养和的保养和维维修修便于大楼管理人便于大楼管理人员对设备进员对设备进行操作并行操作并监视设备监视设备运行情况，提高整体管理水平运行情况，提高整体管理水平8 8楼宇自控系统良好的管理将延良好的管理将延长长大楼大楼设备设备的使用寿命，使的使用寿命，使设设备备更更换换的周期延的周期延长长，节节省大楼的省大楼的设备设备开支开支及及时发时发出出设备设备故障及各故障及各类报类报警信号，便于将警信号，便于将损损失降到最低点，便于操作人失降到最低点，便于操作人员处员处理故障理故障节节省运行省运行费费用，用，节节省能量省能量 9 9楼宇自控系统n n四、BAS子系统n n a、供热、通风及空调系统为建筑物内提供了一个舒适的环境，是BAS中的一个重要子系统。系统为建筑物内的机电设备（如：冷却塔、冷水机组、空气处理机、气控设备等）提供一个最优化的控制。n n 1010楼宇自控系统n n 其基本控制功能包括：设备控制、循环控制、最佳起/停控制、数学功能、逻辑功能、趋势运行记录、报警管理等。1111n nb、给排水系统主要是对于饮用水的提供，以及对于污水的排放。楼宇自控系楼宇自控系统1212楼宇自控系统n n c、变配电系统是通过BAS的管理中心提供对于n n建筑物内的高低配电房及所有变配电设备的监视n n报警和管理及程序控制，提供对于重要电气设备n n的控制程序、时间程序和相应的联动程序。1313楼宇自控系统n n d、电梯控制系统是通过BAS系统对于建筑物n n内的多台电梯，实行集中的控制和管理程序，同n n时配合BAS系统的部分子系统，执行联动程序。1414楼宇自控系统n n五、BAS系统的组成调节对象 检测元件 各种传感器执行调节机构分站DDC 传输通道 中央 处理机人机接 口外围 设备中央控制室现场部分1515楼宇自控系统中央控制室（数据中心）：包括中央中央控制室（数据中心）：包括中央处处理机理机（一台微型（一台微型计计算机、存算机、存储储器、磁器、磁带带机和接口装机和接口装置）、外置）、外围设备围设备（显显示示终终端、端、键盘键盘、打印机）、打印机）和不和不间间断断电电源三部分。源三部分。1616楼宇自控系统传传感器及感器及执执行行调节调节机构：机构：传传感器是指装感器是指装设设在各在各监视现场监视现场和各种敏感元件、和各种敏感元件、变变送器、触点和限送器、触点和限位开关、用来位开关、用来检测现场设备检测现场设备的各种参数（如温的各种参数（如温度、湿度、度、湿度、压压差、液位等），并差、液位等），并发发出信号送到出信号送到调节调节控制器（分站、数据中心等），如控制器（分站、数据中心等），如铂电铂电阻阻温度温度检测检测器、复合湿度器、复合湿度检测检测器、器、风风道静道静压变压变送送器、差器、差压变压变送器；送器；1717楼宇自控系统n n 执行调节机构是指装设在各监控现场接受分站调节控制器的输出指令信号，并调节控制现场运行设备的机构，如电动阀、电磁阀、调节阀等，包括执行机构（如电动阀上的电机）和调节机构（电动阀的阀门）1818楼宇自控系统分站控制器：是以微分站控制器：是以微处处理机理机为为基基础础的可的可编编程直程直接数字控制器（接数字控制器（DDCDDC），它接收），它接收传传感器感器输输出的出的信号，信号，进进行数字运算，行数字运算，逻辑逻辑分析判断分析判断处处理后自理后自动输动输出控制信号，出控制信号，动动作作执执行行调节调节机构。机构。1919楼宇自控系统n n 分站控制器是整个控制系统的核心，采用直接数字控制器（DDC）它具有AI、AO、DI、DO四种输入/输出接口。方便灵活地与现场的传感器、执行调节机构直接相连接，对各种物理量进行测量，以及实现对被控系统的调节与控制。2020楼宇自控系统n n其中：n n AI-模拟量输入接口，可用作仪表的检测输入，如温度、压力等，一般为1-10V或4-20mA的直流信号。n n AO-模拟量输出接口，用于操作控制阀、执行器等，如电动阀、三通阀、风门执行器等，不需要外部电源，输出为0-10V的直流信号。n n 2121楼宇自控系统n n DI-数字量输入接口，即触点、液位开关、限位开关的闭合与断开，一般用作检测设备状态、报警接点、脉冲计数等。n n DO-数字量输出接口，用于控制风机，水泵等运行，亦可作为输出信号与动作增减量型执行机构。2222楼宇自控系统数据数据传输线传输线路：是路：是联联系系系系统统各部分的各部分的纽带纽带，从，从各个各个监监控点到分站控制器的控点到分站控制器的线线路是逐点路是逐点连连接接（放射式），数据中心与各分站通（放射式），数据中心与各分站通过总线过总线型或型或环环形网形网络结络结构构进进行行组组网，各分站直接用一回路网，各分站直接用一回路双芯双芯导线连导线连接到接到总线总线上就可以上就可以实现实现分站与分站分站与分站之之间间，分站与中央站之，分站与中央站之间间的通信。的通信。2323楼宇自控系统打印机电脑通信接口分站分站分站总 线总线型网络结构2424楼宇自控系统n n 环形网络结构打印机电脑分站分站分站总 线通信接口分站分站分站2525楼宇自控系统n n n n 星形网络结构电 脑分站分站分站分站分站分站分站打印机2626楼宇自控系统n n六、通信控制协议n n 楼宇自控系统中基本采用的是集散控制方式和分布控制方式，是通过某种控制网络实现的，这就要求控制设备以及建筑设备都要遵循一定的通信协议。n n 目前，国际上采用较多的是BACnet和LonMark。2727楼宇自控系统n n1、BACnet是指美国国家标准协会的ANSI/ASHARE135-1995标准。n n BACnet是由一个建筑管理、系统用户、系统集成商组成的联合体提出的，正式的、非专有的开放协议通信标准。2828楼宇自控系统n n BACnet详细地描述了系统是如何工作的。它定义了系统各部分共享数据的所有规则，如何实现数据共享，可以什么通信介质，哪个功能可用，信息如何解释等。总之，它为各种系统之间进行信息交流建立了一个基本规则。2929楼宇自控系统n n2、LonTalk协议LonWorks技术所使用的通信协议。LonTalk协议遵循由国际标准化组织（ISO）定义的开放系统互连（OSI）参考模型所定义的全部七层服务。它适用于任何一种传输媒介。3030楼宇自控系统n n3、LonMark与BACnetn nBACnet是个综合性的规范，它准许纵多的实施方案，并提供一套强有力的服务功能。但是，这个协议在小型终端控制设备里实施，不能取得最大的成本/性能比。n nLonMark是个强大的专门为设备而优化的协议；从传感器、调节器到区域控制器，样样都行。它带有一个紧凑型的协议架，很容易和廉价设备相适应。但其通信速率较低，只能适用于工作层。3131楼宇自控系统n n 因而，在工作层采用LonMark来连接控制器、感应器和调节器等设备；LAN层面的控制采用了BACnet连接各个系统；两个协议互为补充，建立一个完整的建筑结构，得到最佳的性能和成本。3232楼宇自控系统n n七、BAS系统的设计n n BAS系统的设计具有很大的灵活性，应根据建筑物的整体功能需求和物业管理方式控制水平，根据建筑物内不同区域的要求和被控系统的各个特点，选择技术先进、成熟、可靠、经济合理的控制系统方案和设备，避免投资的盲目性。3333楼宇自控系统n n 1、楼宇自动化系统设计依据JGJ/T16-92“JGJ/T16-92“民用建筑民用建筑电电气气设计规设计规范范”GBJ116-88“GBJ116-88“火灾自火灾自动报动报警系警系统设计规统设计规范范”GB4718-84“GB4718-84“火灾火灾报报警警设备专业设备专业名名词术语词术语”GBJ19-87“GBJ19-87“采暖通采暖通风风与空与空调调节设计规调调节设计规范范”GBJ115-87“GBJ115-87“工工业电视业电视系系统统工程工程设计规设计规范范”GBJ93-86“GBJ93-86“工工业业自自动动化化仪仪表工程施工及表工程施工及验验收收规规范范”3434楼宇自控系统n n2、设计步骤：确定确定BASBAS规规模，根据冷模，根据冷冻冻、空、空调调、变变配配电电、热热力、力、给给排水等相关排水等相关专业专业提供的提供的设计设计条件（条件（资资料）料）及投及投资资情况，功能内容，确定需要情况，功能内容，确定需要监监控的控的设备设备种种类类、数量、分布情况及、数量、分布情况及标标准；准；3535楼宇自控系统确定各子系确定各子系统组统组成方案、功能及技成方案、功能及技术术要求；要求；确定各子系确定各子系统统之之间间的关的关联联方式；方式；确定确定BASBAS中各子系中各子系统统与大厦其它部分与大厦其它部分间间的接口的接口3636楼宇自控系统根据各根据各专业专业的控制要求和控制内容确定并画出的控制要求和控制内容确定并画出设备监设备监控系控系统统原理原理图图统计监统计监控系控系统统的的监监控点（控点（AIAI、AOAO、DIDI、DODO）的数量，分布情况并列表的数量，分布情况并列表根据根据监监控点数和分布情况确定分站的控点数和分布情况确定分站的监监控区域控区域、分站分站设设置的位置，置的位置，统计统计整个大楼所需分站的数整个大楼所需分站的数量、量、类类型及分布情况型及分布情况3737楼宇自控系统选择现场设备选择现场设备的的传传感器和感器和执执行机构行机构确定楼宇确定楼宇监监控的系控的系统统网网络络及中心站及中心站设备设备的的选择选择实实施布施布线线3838BAS设计方法流程图涉及任务了解机电专业控制需求了解业主和未来物业管理方式研究建筑功能确定控制范围和内容与机电专业探讨控制方案3939BAS设计方法流程图确定BAS控制水平和方式根据系统集成要求确定BAS网络结构 节能与经济分析和土建专业结合确定：控制室位置、面积、竖井的数量和位置及面积、布线方式、标高4040BAS设计方法流程图画出大楼BAS系统网络图配合电气专业完成配电设备二次回路的设计仪表量程计算、选择调节阀计算确定BAS现场设备的规格尺寸及安装方式4141画出各子系统控制系统图画出各层管线敷设平面图开列BAS设备、材料表写出设计施工要点说明BAS设计方法流程图4242各专业图纸会签施工图交底及施工配合BAS设计方法流程图设计任务完成4343楼宇自控系统n n 3、现场控制器DDC的设置原则及布线方式DDCDDC的的设设置，置，应应主要考主要考虑虑系系统统管理方式，安装管理方式，安装调调试维护试维护方便和方便和经济经济性，一般按机性，一般按机电电系系统统的平面布的平面布置置进进行划分，如布置在：冷行划分，如布置在：冷冻冻站、站、热热交交换换站、空站、空调调机房、新机房、新风风机房等控制参数机房等控制参数较为较为集中之集中之处处，也，也可根据要求布置在弱可根据要求布置在弱电竖电竖井中，箱体一般挂井中，箱体一般挂墙墙明明装；装；4444楼宇自控系统每台每台DDCDDC的的输输入入输输出接口数量与种出接口数量与种类应类应与所控制与所控制的的设备设备要求相适要求相适应应，并留有，并留有10%-15%10%-15%的余量；的余量；4545楼宇自控系统n n4、BAS中央控制室要求BASBAS中控室的位置，中控室的位置，应应尽量靠近控制尽量靠近控制负负荷中心，荷中心，注意注意远远离离变变配配电电室等室等电电磁干磁干扰扰源，并注意防潮、源，并注意防潮、防震。防震。BASBAS中控室可与消防中心，保安中控室可与消防中心，保安监监控中控中心等合并心等合并组组成楼宇控制中心，此成楼宇控制中心，此时时位置位置应满应满足足消防中心的要求消防中心的要求4646楼宇自控系统BASBAS中央控制室室内中央控制室室内设备设备布置布置时应满时应满足以下要求：足以下要求：a a、控制台前、控制台前应应留大于留大于3m3m的操作距离，控制台离的操作距离，控制台离墙墙布置布置时时台后台后应应留有大于留有大于1m1m的的检检修距离，并注意避修距离，并注意避免阳光直射免阳光直射 b b、当控制台横向排列、当控制台横向排列总长总长度大于度大于7m7m时应时应在两端各在两端各留有足留有足够够的安装和的安装和观观察面察面积积 c c、当、当BASBAS系系统单统单独独设设置不置不间间断断电电源，并采用集中源，并采用集中供供电电方式方式时时，应应考考虑虑放置放置电电源源设备设备的面的面积积和位置和位置 d d、应应适当考适当考虑虑工作人工作人员值员值班，班，维维修及休息所需的修及休息所需的面面积积4747楼宇自控系统BASBAS中央控制室其它要求：中央控制室其它要求：a a、控制室内宜采用抗静、控制室内宜采用抗静电电活活动动地板地板 b b、当控制室内、当控制室内长长度大于度大于7m7m时时，宜，宜设设两个外开两个外开门门的出口，的出口，门宽门宽不小于不小于1m c1m c、控制室内土建及装修等要求参控制室内土建及装修等要求参见见有关有关计计算机房算机房设计标设计标准准4848楼宇自控系统5 5、BASBAS系系统统的的电电源要求源要求 a a、应应由由变变配配电电所引出所引出专专用回路向中央控制室供用回路向中央控制室供电电，供供电电回路回路应应采用保安采用保安电电源供源供电电 ；b b、中央操作站供、中央操作站供电应设电应设不不间间断断电电源（源（UPSUPS）装置，）装置，其容量其容量应应包括系包括系统统内用内用电设备电设备的的总总和并考和并考虑预计虑预计的的扩扩展容量，展容量，UPSUPS供供电时间电时间不低于不低于2020分分钟钟；4949楼宇自控系统c c、DDCDDC的的电电源宜采用中央控制室集中供源宜采用中央控制室集中供电电方式，方式，以放射式供以放射式供给给各各DDCDDC，如采用就地供，如采用就地供电电方式，可方式，可 由就近的保安由就近的保安电电源供源供给给；5050楼宇自控系统6 6、BASBAS系系统统的接地要求的接地要求n n 一般采用建筑物总体接地方式，要求总体接地电阻不大于1，如BAS系统单独设置接地极，应采用一点接地方式，要求接地电阻不大于4，并与建筑物防雷接地系统接地极间距离不小于20m5151楼宇自控系统BASBAS系系统设计统设计中采用的中采用的仪仪表量程表量程选择选择、调节阀调节阀计计算方法等算方法等，见见有关自控有关自控设计设计手册；手册；现场仪现场仪表表安装方法参安装方法参见见有关自有关自动动化化仪仪表表标标准安装准安装图图册及册及设备设备生生产产厂家的安装使用厂家的安装使用说说明明书书。5252楼宇自控系统n n八八、空空调DDC系系统的的监控控设计 n n n n(一一)空空调DDC系系统的定的定义及及组成成 n n DDC系统是BAS的技术形式。DDC是英文DIRECT DIGITAL CONTROL的缩写，译为“直接数字控制”。5353楼宇自控系统n n 空调DDC系统，即利用计算机控制技术，将空调系统中各种信号（温度、压力、流量、状态等），通过输入装置输入计算机，经相应程序运算处理，将处理后的信号经输出装置输出，进而控制相应的执行机构。如图所示。5454楼宇自控系统传感器A/D转换器微处理器D/A转换器执行器变送器图 15555楼宇自控系统n n(二二)DDC系系统信号种信号种类n n 信号按其输出输入能否直接被微机或执行器接受分为数字量输入（DI）、数字量输出（DO）、模拟量输入（AI）和模拟量输出 （AO）四种信号。5656楼宇自控系统n n 模拟量信号所对应的是一定量的电压或电流值，它与传感器输出信号的特性有关。n n 空调自控系统中常见的模拟量输入信号：温度、湿度、压力流量、压差等；模拟量输出信号：需控制的电动风阀及电动水阀。n n 5757楼宇自控系统n n 数字量输入信号包括：风机、水泵、冷却塔风扇、电机的运行状态、过滤器淤塞状态报警、压差开关、液位开关、开关信号，防冻保护等。n n 数字量输出信号包括：电磁阀的控制、二位电动水阀的控制、水泵、风机、冷却塔等设备的启停控制。5858楼宇自控系统n n(三三)空空调DDC监控系控系统的主要功能的主要功能n n 空调DDC系统能实现楼宇中空调系统各种控制功能，同时具备各种管理功能。5959楼宇自控系统n n（1）能量控制及管理功能。即根据建筑物实际冷、热负荷，对空调系统中的风系统和水系统进行控制，自动控制冷热设备运行状态及运行参数，使整个空调系统达到最佳节能状态。n n（2）对空调系统及其冷、热源系统的相关参数进行调节控制及监测，对空调设备运行进行监测。n n（3）空调设备如冷水机组、泵、风机等在规定时间的启停控制，以达到节能目的。6060楼宇自控系统n n（4）自动累积空调设备的运行时间，维修期限报警，以便更换或维修相关设备，延长设备使用寿命，提高设备的运行质量。n n（5）根据空调设备运行时间，自动切换工作及备用设备，保持设备良好的工作状态。n n（6）对空调系统的能量消耗进行计量，记费。n n（7）各种物业管理文本的自动生成、打印及查询。6161楼宇自控系统n n(四)空调DDC系统的组成n n1）时钟：用来对各种输入、输出数据，各种运算时间进行调整及控制。n n2）程序存储器：存储各种应用程序，即用户为控制各种空调系统所编制的控制程序。n n3）工作存储器：用来进行读写，随机存取和临时存取数据。6262楼宇自控系统n n4）多路输入、输出控制器：多路输入控制器可将输入信号送入A/D转换器中，将模拟量转换成数字量，输入微处理器进行运算。运算结果输入D/A转换器，再经输出控制器至变送器及执行机构。n n5）DDC控制系统的相关软件：包括操作软件及应用软件。6363楼宇自控系统时 钟微处理器程序存储器传感器和变送器多路输入控制器D/A转换器A/D转换器通讯接口多路输出控制器变送器和执行器工作存储器图 26464楼宇自控系统n n五）空调DDC控制举例n n 空调DDC控制含空调风系统控制及空调水系统控制，下面分别举例加以说明。6565楼宇自控系统n n5.1空调风系统：（以新风机组控制为例）n n 新风机组是空气水系统空调形式的主要设备之一，其控制状况的好坏直接影响到整个空调系统的工作质量，新风机组一般由新风段、过滤段、盘管段（复合盘管对应二管制，四管制为表冷器和加热器）、加湿段、送风机段及相应的检修段组成，有的还配有能量回收装置，控制说明如图所示。6666楼宇自控系统n n1）对新风机组进行启停控制。n n2）新风机组风机启动后，新风阀联锁开启。n n3）根据温度T1控制冷、热盘管电动阀MD1的开关。冬/夏工作转换后，冬季根据湿度H控制加湿器电磁MD2的开、关。n n4）温度T1低至防冻报警温度时，自动切断风机电源。联锁关闭新风阀VD，全开电动水阀MD1，并发出报警信号。6767楼宇自控系统n n5）过滤器积尘达到一定程度后，压差开关发出淤塞报警信号。n n6）停机时，新风阀VD联锁关闭，电动阀MD1全关，关闭电磁阀MD2。n n7）监测送风机运行状态。6868楼宇自控系统6969楼宇自控系统n n52 空空调水系水系统n n 此系统为一级泵变流量系统，空调末端装置接管为两管制，冷水机组与冷水泵、冷却水泵、冷却塔为一对一方式运行。冷水泵、冷却水泵均设三台，为两用一备，可根据冷水机组及冷却塔工况切换运行。7070楼宇自控系统n n1）系统启动顺序：n n 冷却塔风扇启动，开冷却塔水阀MD1，启动冷却水泵，延时30s后开冷水阀MD2，启动冷水泵，延时30s，启动冷水机组。系统关断方式取相反顺序。n n2）根据水流开关FS信号，启动冷水机组。n n3）以冷水流量F1及供、回水温度T1、T2之差的乘积计算冷负荷，对冷水机组进行台数控制，在只开一台情况下，对该机组进行变频控制。7171楼宇自控系统n n4）根据P1、P2之差（系统供、回水压差），调节电动阀MD的开度。根据空调未端设备负荷情况，调整旁通量，使冷水机组维持定流量运行。n n5）对所有设备，包括冷水机组、冷却水泵、冷水泵、电动阀等进行开关控制，并应与冷水机组随机控制柜相联，并将信号传至主控室。n n6）制冷剂泄露报警，并与系统机组及机房事故排风设备联动。7272楼宇自控系统n n7）监测冷水机组、冷水泵、冷却水泵、冷却塔n n的运行状态、故障显示及报警，记录运行时间。n n8）监控电动调节阀MD。MD1及MD2的开关状态。n n9）对所有温度、压力、流量等参数进行监测、记录，可打印成表。7373楼宇自控系统7474楼宇自控系统n n 以上仅对空调DDC系统进行了简单的阐述。n n实际工程设计中，空调DDC控制设计是空调专业n n提出技术要求，由电气、自控专业实现完成的，n n搞好空调DDC控制更需要专业间密切配合及相n n互了解。n n 7575