电气自动化在楼宇自控系统中的应用.doc

****职业技术学院毕业论文设计

论文题目：楼宇智能监控系统设计
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二○ 一一 年 二 月 一日

I

楼宇智能监控系统设计
摘 要

本论文介绍了从总线控制系统的特点与功能角度出发，分析比较了几种常见的总线控制技术，并对在楼宇自控系统中，将总线控制与集散控制结合应用，作了具体分析。       从控制理论和控制工程角度讲，过程控制系统经历丁常规仪表控制系统、计算机集中式控制系统(CCS)、计算机分布式控制系统(DCS)，目前正逐步步入以现场总线控制系统(FCS)为代表的网络控制时代。
    目前广泛采用的DCS，也称为集散控制系统，由多台计算机分别承担不同的控制功能和处理范围，较CCS缩小了故障或事故的影响范围，大大提高了系统的处理能力和可靠性，正不断向集成化、开放化、智能化方向发展。随着计算机网络通讯技术的发展，出现了以总线网络拓扑为基础的、应用于现场的总线控制技术(FCS)，它是一种全数字化、开放式、总线式、半双工串行双向通信系统，用于连接现场智能仪表或设备。

关键词 电气自动化，楼宇自控系统，电气接地，接地保护，设备维护

目 录

第1章 引言 - 2 -
第2章 简述 - 4 -
2.1. 楼宇自控系统的概念 - 4 -
第3章 现场总线在楼宇自控系统中的应用 - 9 -
3.1. 主要的总线控制技术 - 9
3.2. 总线控制与集散控制相结合 - 9 -
第4章 电气接地与电气保护 - 10 -
4.1. TN-S系统TN-C-S系统等接地系统 - 10 -
4.2. 电气保护相关事项 - 12 -
4.3. 避雷与接地装置的安装 - 14 -
第5章 楼宇自控系统的设备维护 - 17 -
5.1. 工程实例简析 - 17 -
5.2. 日常维护 - 19 -
5.3. 运行中常见问题处理 - 20 -
第6章 总结 - 24 -
致谢 - 26 –
参考文献

安徽工贸职业技术学院毕业论文设计
第一章 引言
1.1 智能楼宇4号黑体
加编页码
发展背景：
1.1.1智能楼宇的起源和发展
　　现代社会对信息的需求量越来越大，信息传递速度也越来越快，二十一世纪是信息化的世纪，目前推动世界经济发展的主要是信息技术、生物技术和新材料技术，而其中信息技术对人们的经济、政治和社会生活影响最大，信息业正逐步成为社会的主要支柱产业，人类社会的进步将依赖于信息技术的发展和应用。
　　近年来，电子技术（尤其是计算机技术）和网络通信技术的发展，使社会高度信息化，在建筑物内部，应用信息技术、古老的建筑技术和现代的高科技相结合，于是产生"楼宇智能化"。 楼宇智能化是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制，对信息资源进行管理，为用户提供信息服务，它是建筑技术适应现代社会信息化要求的结晶。
　　1984年美国联合科技的UTBS公司在康涅狄格（Connecticut Stste）州哈伏特（Hartford）市将一座金融大厦进行改造并取名City Place（都市大厦），主要是增添了计算机设备、数据通信线路、程控交换机等，使住户可以得到通信、文字处理、电子函件、情报资料检索、行情查询等服务。同时，对大楼的所有空调、给排水、供配电设备、防火、保安设备由计算机进行控制，实现综合自动化、信息化，使大楼的用户获得了经济舒适、高效安全的环境，使大厦功能发生质的飞跃，从而诞生了世界上第一座智能化楼宇。自此以后，世界上楼宇智能化建设走上了高速发展轨道。
1.1.2智能化楼宇的基本要求
　　智能化楼宇的基本要求是，有完整的控制、管理、维护和通信设施，便于进行环境控制、安全管理、监视报警，并有利于提高工作效率，激发人们的创造性。简言之，楼宇智能化的基本要求是：办公设备自动化、智能化，通信系统高性能化，建筑柔性化，建筑管理服务自动化。
　　楼宇智能化提供的环境应该是一种优越的生活环境和高效率的工作环境：
　　舒适性。使人们在智能化楼宇中生活和工作（包括公共区域），无论是心理上还是生理上均感到舒适，为此，空调、照明、噪音、绿化、自然光及其他环境条件应达到较佳或最佳状态。
　　高效性。提高办公业务、通信、决策方面的工作效率，节省人力、时间、空间、资源、能耗、费用，以及建筑物所属设备系统使用管理的效率。
　　方便性。除了集中管理，易于维护外，还应具有高效的信息服务功能。
　　适应性。对办公组织机构、办公方法和程序的变更以及设备更新的适应性强，当网络功能发生变化和更新时，不妨碍原有系统的使用。
　　安全性。除了要保证生命、财产、建筑物安全外，还要考虑信息的安全性，防止信息网中发生信息泄露和被干扰，特别是防止信息数据被破坏、被篡改，防止黑客入侵。
　　可靠性。选用的设备硬件和软件技术成熟，运行良好，易于维护，当出现故障时能及时修复。
1.1.3智能化楼宇的功能
　　从楼宇智能化的功能角度看，楼宇智能化提供的功能应包括：
　　具有信息处理功能，而且信息范围不只局限于建筑物内，应该能在城市、地区或国家间进行。
　　能对建筑物内照明、电力、暖通、空调、给排水、防灾、防盗、运输设备进行综合自动控制。
　　能实现各种设备运行状态监视和统计记录的设备管理自动化，并实现以安全状态监视为中心的防灾自动化。
　　建筑物内应具有充分的适应性和可扩展性。
　　它的所有功能应能随技术进步和社会需要而发展。
1.1.4智能化楼宇的优越性
　　和普通建筑相比，智能化楼宇的优越性体系那体现在以下几个方面：
　　具有良好的信息接收和反应能力，提高工作效率。
　　提高建筑物的安全、舒适和高效便捷性。
　　具有良好的节能效果。对空调、照明等设备的有效控制，不但提供了舒适的环境，还有显著的节能效果（一般节能达15～20%）。
　　节省设备运行维护费用。一方面系统能正常运行，发挥其作用可降低机电系统的维护成本，另一方面由于系统的高度集成，操作和管理也高度集中，人员安排更合理，从而使人工成本降到最底。
　　满足用户对不同环境功能的需求。
　　高薪技术的运用能大大提高工作效率。
1.1.5智能化楼宇的定义
　　什么样的建筑才算是智能化楼宇？目前世界上的对楼宇智能化的提法很多，欧洲、美国、日本、新加坡及国际智能工程学会的提法各有不同，其中，日本的国情与我国较为相近，其提法可以参考，日本电机工业协会楼宇智能化分会把智能化楼宇定义为：综合计算机、信息通信等方面的最先进技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等协调工作，实现建筑物自动化（BA）、通信自动化（CA）、办公自动化（OA）、安全保卫自动化系统（SAS）和消防自动化系统（FAS），将这5种功能结合起来的建筑，外加结构化综合布线系统（SCS），结构化综合网络系统（SNS），智能楼宇综合信息管理自动化系统（MAS）组成，就是智能化楼宇。
1.2楼宇智能化5A系统详细解释补充
　　楼宇智能化系统(BAS)的主要组成
　　楼宇自动化系统负责完成大厦中的空调制冷系统、变配电系统、照明系统、供热系统及电梯等的计算机监控管理。楼宇自动化系统由计算机对各子系统进行监测、控制、记录,实现分散节能控制和集中科学管理,为大厦中的用户提供良好的工作环境,为大厦的管理者提供方便的管理手段,为大厦的经营者减少能耗并降低管理成本,为物业管理现代化提供物质基础。它的主要控制部件如下:
空调监控系统：其监控要求为:温度控制、湿度控制、新风、回风、排风的控制、制冷器的防冻监控、过滤器的状态监测、风机的状态及故障报警 冷冻站监控系统：包括对冷却水泵、冷却塔风机的自动控制,以及冷水机组台数的节能控制和冷冻水系统的压差控制,还包括中央管理站对冷冻站的控制,因此需解决如下问题:冷却塔风机运行状态监测，控制和故障报警、冷却水泵运行状态监测，控制和故障报警、冷水机组冷却水进水温度监测及控制、冷却水泵运行状态监测，控制及故障报警、冷水机组冷却水出水温度，流量监测及控制、分水器，集水器压差监测和控制、冷水机组运行状态监测，控制和故障报警 给排水监控系统：对大厦生活用水、消防用水、污水、冷冻水箱等给排水装置进行监测和启停控制。其中包括压力测量点、液位测量点以及开关量控制点,并要求显示各监测点的参数、设备运行状态和非正常状态的故障报警,并控制相关设备的启与停。 变配电监控系统：包括低压配电系统、计算机不间断UPS电源系统、冷冻站配电、变压器、高压系统和高压二次线中的各个点进行监测控制。它主要包括电流量、电压量、有功电度、无功电度、功率因数、温度等的测量和开关量的控制,并要求实时监测和计量供电系统的运行参数,显示主接线图、交直流系统和UPS系统运行图及运行参数,对系统各开关变位和故障变位进行正确区分,对参数超限报警,并对事故、故障进行顺序记录,可查询事故原因,并显示、制表和打印,可绘制负荷曲线,并显示、打印运行报表 热力站监控系统：由中央监控系统监测热交换器的热水出水温度、热水流量和控制热水泵的启停 照明监控系统：由中央监控系统按每天预定的时间顺序进行开关控制,监视其开关状态,工作状态可用文字、图形显示,并经打印机打印。 安全防范监控系统：安全防范系统是智能大厦必不可少的部分,它为大厦提供了安全监视、侵入报警、出入门控制管理。安全监视系统采用微机控制矩阵系统,集中完成视频切换控制、水平/俯仰/变焦控制及自备检测功能。系统可设分控键盘便于管理。 安全监视系统技术主要表现为:侵入报警系统通过各类传感器,如主动红外探测器、被动红外探测器、红外微波双鉴探测器、玻璃破碎传感器、振动传感器,以及各类手动、脚动开关等,可获得大厦的主要通道、出入口、重要部位及周边的情况,以利防范工作。出入门控制系统是对出进门的人员进行识别和选择,即所有人员的出入都得到监控。系统识别人员的身份后,根据所储存的数据决定是否允许其出入。每一项出入都作为一个事件记录存储,根据需,这些数据可以有选择的输出。整个防范系统组成一个有机的整体,当侵入报警或出入门非授权侵入时,在中央控制室接到有关报警信息,通过信息交换,安全监视系统打开报警地点附近的摄像机,并切换到指定监视器上监视,同时打开视频录像机自动记录现场情况,以便查询使用。 背景音乐、消防广播系统：消防系统的设计必须征询公安、消防部门并得到认可,切不可自作主张,自行其事。设计的要点为:背景音乐系统主要为大厦工作区及公共场所提供平时播放背景音乐、语音广播等 功能。当发生火灾或紧急事故时,则可作为事故报警广播,引导疏散,指挥处理事故。公共广播音响的设计应与消防报警系统相互配合,实行分区控制。在出现非常事件或火灾时,系统能够接受消防中心的强制切换,并自动投入事故广播和火灾报警广播,将着火区平时播放的背景音乐立即切换为事故广播。在技术性能上要求扬声器基本上按间隔等于2～2.5倍层高的要求分布;满足消防报警的要求,即扬声器间隔小于25米,功率不小于3W,能满足实现本层和上下两层的同时报警;性能上要求最大响度不小于80分贝,声场均匀度不小于8分贝,语音清晰大于85%。 FA火灾报警消防系统：该系统将涉及建筑设计、保卫和公安部门,这些部门需要协调努力。掌握的原则是:充分了解厂商的产品性能特点、厂商的现场安装技术支持程度、公安、保卫、楼宇建筑者和用户对产品的认可度、性能/价格比。 MA大楼信息管理自动化：这是对各个系统集成后的集中监控管理,掌握的原则是权限集中、界面友好、灵敏度高、反应快速、功能齐全。
1.2.1通信自动化系统(CA)系统组成
　　通信自动化系统是智能大厦的"中枢神经",它集成了电话、计算机、监控报警、闭路电视监视、网络管理等系统的综合信息网。智能大厦通信自动化系统的主要内容是:
　　综合BA、CA、OA、MA、FA的通信需要,统一考虑通信网络的设计与施工。 选择计算机网络的拓扑结构,对大厦进行综合布线。 对通信自动化系统的计算机网络提出的要求有:
　　标准化和规范化：选择符合工业标准或事实工业标准的网络通讯协议、操作系统、网管平台、系统软件、网络通信介质、网络布线、联接件及布线所用的材料、器件、器材。布线施工过程中也必须遵守国际上通用的网络工程规范及国家建筑、电气工程实施标准。采用标准化、规范化设计,系统才具有开放性,才能保证用户能在系统上进行有效的开发,并为以后的发展提供一个良好的环境。 先进性与成熟性：为了确保整个通信网络系统和楼宇管理系统结构的技术先进性、可靠性,选择合理的、实用的、便于扩展与升级的网络拓扑结构和技术先进、有信誉保证、并得到广大用户认可的可靠厂家的产品。 安全性和可靠性：楼宇自动化管理、通信网络和办公自动化是一个复杂的综合系统,需要在软、硬件两个方面采取措施,以保证整个系统安全可靠地运行。首先要保证作为基础的结构化综合布线系统的安全与可靠。从结构化综合布线系统方案设计到材料与器材的选择,以及工程实施各个阶段都必须考虑到影响整个系统安全、可靠性的各种因素。结构化综合布线施工完成后,必须按照标准严格进行有关参数的测试。软件方面则按照系统类型、数据类型加密、设置权限等手段实现系统的安全性 可管理性和可维护性：楼宇自动化管理、计算机网络和办公自动化是一个比较复杂的系统。在设计组建时,必须采用先进的、标准的、用户界面良好的管理软件,合理的设备布局,做到走线规范、标记清楚、文档齐全,以便提供对整个系统的可管理性和可维护性。 灵活性和可扩充性：为了保证用户的已有投资及用户不断增长的业务需求,整个系统必须具有灵活的结构,并留有合理的扩充余地,以便用户根据需要进行适当的变动与扩充。 优化性能价格比：考虑到系统性能、功能以及在可预见期间内仍不失其先进性的前提下,尽量使整个系统所需投资合理,以便构成一个性能价格比高的系统。 实用性和可行性：根据系统需求和资金投入综合考虑,方案设计采用成熟技术,保证技术的可行性。 开放性与兼容性：系统设计中采用支持和符合标准的产品,使系统具有很好的兼容性,有利于设备、器材的选型,便于施工、维护和降低成本。1.2.2办公自动化系统(OA)的组成
　　为了适应业主办公自动化的要求,智能大厦的系统设计目标应是简单、实用、方便、安全。智能大厦办公自动化系统的基本功能主要有:
人事、财务类：人事档案管理系统、财务管理系统、固定资产管理系统。 领导办公类：公文管理系统、领导要事安排管理系统、文档管理系统、总经理查询系统、本行业国内外商情系统。 管理类：大厦大事记系统、楼层管理系统、大厦运行管理系统、大事记。 公共服务类：公共信息服务系统(如民航、邮政、火车、电话等)查询、音乐，广播管理系统、电子布告管理系统、其他用户提出的管理软件

第2章 简述
2.1楼宇自控系统的概念
他用户提出的管理软
楼宇自动化系统(BAS)对整个建筑的所有公用机电设备，包括建筑的中央空调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯系统，进行集中监测和遥控来提高建筑的管理水平，降低设备故障率，减少维护及营运成本。
　　设计楼宇自动化系统的主要目的在于将建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断，采用最优化的控制手段,对各系统设备进行集中监控和管理，使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，在创造出一个高效、舒适、安全的工作环境中，降低各系统造价，尽量节省能耗和日常管理的各项费用，保证系统充分运行，从而提高了智能建筑的高水平的现代化管理和服务，使投资能得到一个良好的回报。楼宇机电设备监控系统，作为智能建筑楼宇自动化系统非常重要的一部分，担负着对整座大厦内机电设备的集中检测和控制，保证所有设备的正常运行，并达到最佳状态。
　　补充:
　　摘要：智能建筑的概念和楼宇自动化系统简介，并列举了当今几大楼宇自控生产厂商的自控系统功能简介和实际运用。
　　一 关于智能建筑
　　智能建筑的概念，在本世纪末诞生于美国。第一幢智能大厦于1984年在美国哈特福德 （Hartford）市建成。我国于90年代才起步，但迅猛发展势头令世人瞩目。
　　智能建筑是信息时代的必然产物，建筑物智能化程度随科学技术的发展而逐步提高。当今世界科学技术发展的主要标志是4C技术（即Computer计算机技术、Control控制技术、Communication通信技术、CRT图形显示技术）。将4C技术综合应用于建筑物之中，在建筑物内建立一个计算机综合网络，使建筑物智能化。4C技术仅仅是智能建筑的结构化和系统化。
　　智能建筑应当是：
　　“通过对建筑物的4个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的内在联系，以最优化的设计， 提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。智能建筑物能够帮助大厦的主人，财产的管理者和拥有者等意识到，他们在诸如费用开支、生活舒适、商务活动和人身安全等方面得到最大利益的回报。”
　　建筑智能化结构是由三大系统组成：楼宇自动化系统(BAS)、办公自动化系统(OAS)和通信自动化系统(CAS)
2.2 楼宇自动化系统简介
　　楼宇自动化系统也叫建筑设备自动化系统(Building Automation System简称BAS)，是智能建筑不可缺少的一部分，其任务是对建筑物内的能源使用、环境、交通及安全设施进行监测、控制等，以提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。
2.3 楼宇自动化系统的组成与基本功能：
　　建筑设备自动化系统通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。根据我国行业标准，BAS又可分为设备运行管理与监控子系统和消防与安全防范子系统。一般情况下，这两个子系统宜一同纳入BAS考虑，如将消防与安全防范子系统独立设置，也应与BAS监控中心建立通信联系以便灾情发生时，能够按照约定实现操作权转移，进行一体化的协调控制。
　　建筑设备自动化系统的基本功能可以归纳如下：
　　(1)自动监视并控制各种机电设备的起、停，显示或打印当前运转状态。
　　(2)自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史数据。
　　(3)根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使之始终运行于最佳状态。
　　(4)监测并及时处理各种意外、突发事件。
　　(5)实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。
　　(6)能源管理：水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化。
　　(7)设备管理：包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。
2.4 楼宇自动化控制系统的原理
　　楼控系统采用的是基于现代控制理论的集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统(Distributed control systems简称DCS)。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置(DDC)完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中的不足和常规仪表控制功能单一的局限性。安装于中央控制室的中央管理计算机具有CRT显示、打印输出、丰富的软件管理和很强的数字通信功能，能完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制等任务，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难、无法统一管理的缺点，保证设备在最佳状态下运行。
2.5 楼宇自动化系统设备的发展历史及相关产品简介
　　楼宇设备自动化系统到目前为止已经历了四代产品：
　　第一代：CCMS中央监控系统(20世纪70年代产品)
　　BAS从仪表系统发展成计算机系统，采用计算机键盘和CRT构成中央站，打印机代替了记录仪表，散设于建筑物各处的信息采集站DGP(连接着传感器和执行器等设备)通过总线与中央站连接在一起组成中央监控型自动化系统。DGP分站的功能只是上传现场设备信息，下达中央站的控制命令。一台中央计算机操纵着整个系统的工作。中央站采集各分站信息，作出决策，完成全部设备的控制，中央站根据采集的信息和能量计测数据完成节能控制和调节。
　　第二代：DCS集散控制系统(20世纪80年代产品)
　　随着微处理机技术的发展和成本降低，DGP分站安装了CPU，发展成直接数字控制器DDC。配有微处理机芯片的DDC分站，可以独立完成所有控制工作，具有完善的控制、显示功能，进行节能管理，可以连接打印机、安装人机接口等。BAS由4级组成，分别是现场、分站、中央站、管理系统。集散系统的主要特点是只有中央站和分站两类接点，中央站完成监视，分站完成控制，分站完全自治，与中央站无关，保证了系统的可靠性。
　　第三代：开放式集散系统(20世纪90年代产品)
　　随着现场总线技术的发展，DDC分站连接传感器、执行器的输入输出模块，应用ON现场总线，从分内部走向设备现场，形成分布式输入输出现场网络层，从而使系统的配置更加灵活，由于onWorks技术的开放性，也使分站具有了一定程度的开放规模。BAS控制网络就形成了3层结构，分别是管理层(中央站)、自动化层(DDC分站)和现场网络层(ON)。
　　第四代：网络集成系统(21世纪产品)
　　随着企业网Intranet建立，建筑设备自动化系统必然采用Web技术，并力求在企业网中占据重要位置，BAS中央站嵌入Web服务器，融合Web功能，以网页形式为工作模式，使BAS与Intranet成为一体系统。
　　网络集成系统(EDI)是采用Web技术的建筑设备自动化系统，它有一组包含保安系统、机电设备系统和防火系统的管理软件。
　　EBI系统从不同层次的需要出发提供各种完善的开放技术，实现各个层次的集成，从现场层、自动化层到管理层。EBI系统完成了管理系统和控制系统的一体化。
　　目前，规模和影响较大的楼宇设备供应公司有美国霍尼维尔公司、江森公司、KMC公司、德国西门子公司等。
第三章 现场总线在楼宇自控系统中的应用
3.1主要的总线控制技术
3.1.1 现场总线控制及其特点
    DCS称之为分布式控制系统，而实际上只做到了半分布式控制。而FCS是将DCS中现场信息的模拟量信号传输转变为全数字双向通讯传输，采用现场智能仪器仪表，不用DCS中必须的I／O模块及直接数字控制器(DDC)的控制系统。
    FCS具有可靠性高、便于容错、全数字化、通信距离长、通信方式灵活、速率快、节点多、造价低、抗干扰能力强等一系列优点，主要表现在：
a．全数字化。所有传感器／变换器、执行器、控制器的信号均数字化，取代了传统的直流模拟量信号； b．采用完全开放的控制系统。采用开放式系统结构与标准的通信协议，使产品设备交互操作与互换使用成为可能，有利于系统集成； c．是一种现场通信网络。现场总线把通信线一直延伸到生产现场中的生产设备，构成现场设备或仪表互连的现场通信网络； d．采用通信线供电； e．采用先进的过程控制软件； f．分散的功能块，向综合自动化发展。
3.1.2几种常见的总线控制技术
    目前较流行的现场总线技术主要有以下几种：
    LonWorks、 BACnet、 Profibus、 FF、 HART、 CAN等技术。其结构特点、功能，以及实际应用等情况的比较见表。
    对智能建筑BAS而言，值得推荐的是LonWorks和BACnet技术。这两种总线技术的发展速度已远远超过其它任何一种现场总线，其应用在BAS中的技术、产品已较为成熟。世界各大楼宇自控公司一致认为这两种技术是当前“最先进的”、“有非常大的潜在能力的”技术。而BACnet是美国暖通空调工程师协会针对建筑空调系统控制特点研制的现场总线技术，它采用基于“对象”的扩展方式，因此对建筑中的各种被控对象而言，具有良好的扩展性。另一方面，由于Profibus技术的速率较高，相对而言它更适合于厂矿企业的过程控制工程。
3.2 总线控制与集散控制相结合
3.2.1 集散控制系统(DCS)及其构成
    DCS事实上是一个分级递阶的控制系统，如图1所示。它主要由现场执行级、监控级和管理级三级构成。现场执行级的主要任务是直接负责现场控制，如现场数据的采集处理、执行控制输出等。监控级用来对现场级进行监控，主要设置操作员站，必要时也可加设工程师站。操作员站通过人机交互及友好的界面[3]，对整个系统进行集中监控和在线管理。工程师站的主要任务则是进行离线管理，如完善系统运行组态软件和相关数据下载记录等。从智能建筑系统集成考虑，管理级是极为重要的一级，其主要任务是将管理部门的决策引入到监控级的控制策略中去，实施各相关系统间的协调与信息共享。精度越高的级，其智能化程度越低，反之亦然。显然现场级要求的控制精度最高，而管理级所需的智能化程度则最高。
    DCS采用“控制分散，信息集中”的结构，这也是称它为集散控制系统的原因。它与CCS相比，具有无可比拟的优越性。首先，它极大分散了系统的危险，从而使得系统的可靠性、灵活性和可扩展性都有了较大提高。其次，它同时也进一步分散了监控、控制功能，从而使得系统配置、反应速度都有了较明显改善。
3.2.2总线控制与集散控制相结合在BAS中的应用
    BAS有其自身的显著特点，一是测控点非常分散，从一个探头、一盏灯、一部电梯、一台空调机，几乎遍布了建筑物的每个角落；另一个显著特点是被控设备的种类非常多，包括空调机、新风机、冷冻机、风机盘管、换热设备、锅炉、发电机组、电梯、照明配电、水泵、火灾报警、保安监控等大量机电设备，而且这些繁多的设备往往本身还配有控制系统。要实现对建筑物内所有机电设备进行全面协调控制，保证其经济运行和便于科学管理，为人们提供一种安全、健康、舒适、温馨的生活环境，需要一种低成本、分散的、可实现交互操作的、先进成熟的控制系统。
    目前在BAS中，广泛采用的控制系统仍是DCS，但随着FCS的出现与发展，必将会逐步改变这种现状。将FCS与．DCS结合应用，是现阶段值得推荐的一种作法。即一方面在大型建筑中采用集散控制的体系结构，另一方面在现场执行级采用现场总线控制技术，如LonWorks、BACnet、Profibus等等。DCS具有丰富集中的监控管理功能，而FCS可以实现信号串行双向快速传输，具有很强的抗干扰能力，且有利于系统的组织与集成。由此可见，将FCS与DCS结合应用集中了两种系统的最大优点，从而进一步完善了整个系统的控制、管理、决策等功能。
3.3 举例
    图2为某智能大楼BAS的系统结构示意图，此系统是一个将监控级和管理级合二为一的两层结构的集散控制系统。该系统与传统DCS的区别仅在于，在DCS基础上，将直接数字控制器(DDC)或可编程逻辑控制器(PLC)与中央计算机之间采用的，标准RS-485总线通信方式换成现场总线通信方式(本工程采用的是LonWorks技术)。由于现场仍采用传统的模拟仪表，以降低其工程造价，所以仍采用直接数字控制器(DDC)作为基本控制单元。设置网关的作用是实现现场总线与管理网络(LAN)之间通讯协议的转换。
    LonWorks技术具有出色的开放性、灵活的拓扑结构、强大的扩展能力、高可靠性、维护容易方便等优点。它相对传统的RS—485总线的优势主要体现在[4]：
a．LonWorks技术是一个完整的控制网络，它包括从物理层到应用层以至网络操作系统的全部内容，而RS-485总线仅是一种串行通讯的接口技术； b．LonWorks技术支持多种不同介质在同一网络中稳定安全工作，而RS-485总线不支持多种介质； c．采用LonWorks技术的不同厂家的产品可在同一网络上正常工作，而RS—485总线很难做到这一点； d．LonWorks技术为对等式通讯网络，各节点地位均等，无主从节点，可靠性高，实时性好，而RS-485总线为主从式结构。

第四章 电气接地与电气保护
4.1 电气接地
本控制系统中需要存储大量的参数及液晶字模数据，如果占用CPU程序存储器的存储空间，会使编程空间受到限制，所以，要将这些数据放到外部数据存储器中。这里选用具有12c总线接口的E2PROM芯片24C08。
4.1.1 TN一S系统
TN—S是—个三相四线加PE线的接地系统。通常建筑物内设有独立变配电所时进唆采用该系统。TN—s系统的特点是，中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外，两线不再有任何的电气连接。中性线N是带电的，而PE线不带电。该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。只要象1w—C—S接地系统。采取同样的技术措施，TN—S系统可以用作智能建筑物的接地系统。如果计算机等电子设备没有特殊的要求时，—般都采用这种接地系统。在智能建筑塑，单相用电设备较多，单相负荷比重较大，二相负荷通常是不平衡的，因此在中性线N l|l带有随机电流。另外，由于大量采用荧光灯照明，其所产生的二三次谐波叠加在N线上，加大了N线上的电流罱，如果将N线接到设备外壳上，会造成电击或火灾事故；如果在TN—s系统中将N线与PE线连在一起刚妾到设备外壳上。那么危险更大，凡是接到PE线上的设备．外壳均带电；会扩大电击事故的范围；如果将N线、PE线、直流接地线均接在一起除会发生t述的危险外。电子设备将会受到f扰而无法工作。因此智能建筑应设置电子设备的直流接地．交流工作接地，安全保护接地．及黼建筑也应具备的防雷保护接地。此外。由于智能建筑内多设有具有防静电要求的程控交换机房，计算机房，消防及火灾报警监控室，以及大量易受电磁波十扰的精密电子仪器设备。所以在智能楼字的设计和施工中，还应考虑防静电接地和屏蔽接地的要求。D/A，以及由I/O口、显示驱动器构成的各种模块。
I²C总线的时钟线SCL和数据线SDA都是双向传输线。总线备用时SDA和SCL都必须保持高电平状态，关闭I²C总线时才使SCL钳位在低电平。在标准I²C模式下数据传输速率可达lOOKb/s，高速模式下可达400Kb/s。I℃总线数据传送时，在时钟线高电平期间，数据线上必须保持有稳定的逻辑电平状态，高电平为数据1，低电平为数据0。只有在时钟线为低电平时，才允许数据线上的电平状态变化。在时钟线保持高电平期间，数据线出现由高到低的电平变化时，启动I²C总线，此时为I²C总线的起始信号。若在时钟线保持高电平期间，数据线上出现由低到高的电平变化时，将停止I²C总线的数据传送，为I²C总线的终止信号。
4.1.2 TN-C-S系统
TN—C—S系统由两个接地系统组成，第一部分是TN—c系统，第二部分是TN—s系统，分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般井j在建筑物的供电由区域变电所引来的场所，进户之前采用TN—C系统，进户处做藿复接地，进户后变成TN—S系统。TN—C系统前面已做分析。TN—s系统的特点是：中性线N与保护接地线PE在进户时共同接地后，不能f茸有任何电气连接。该系统中．中性线N常会带电，保护接地线PE没有电的来源。PE线连接的设备外壳及金属构件在系统J下常运行时，始终不会带电，因此TN—S接地系统明显提高了人及物的安全性。同时只要我们采取接地引线各自都从接地体一点引
出．及选择正确的接地电阻值使电子设备共同获得—个等电佗基准点等措施，因此TN—C—s系统可以作为智能型建筑物的一种接地系统。
4.1.3 DCS系统接地设计的若干问题
DCS采用接地系统的目的，就是为了当供电系统或DCS设备出现问题时，有效的接地系统能承受过载电流，并将其迅速泄漏排放到大地中；为DCS设备提供屏蔽层，消除电子噪音干扰；为整个DCS控制系统提供公共信号参考点(即参考零电位)。 接地系统不当或接地系统出现问题时 (接地电阻过大，多点接地，接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等)可造成下列危害：
● 人员的触电伤害
● 设备故障(数据误差过大、“死机”、设备误动作)
●设备着火或损坏 据了解，有些电厂DCS系统经常“死机” (或不明原因的“死机”)，大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。
因此，完善、可靠、正确的接地，是DCS 系统能够安全、可靠和良好运行的关键。 2．2 DCS系统接地的类型 接地—般可分为保护接地和工作接地[1] 2．2．1 保护接地：为了保护设备和人身安全，对电气设备可能接触到的金属部位采取的接地。当电气设备故障漏电至外壳，若无保护接地，人触及则形成与地通电，危及人身安全。这方面的例子为：机箱接地，电源柜外壳接地，电动机外壳接地等。 2．2．2 工作接地：为了各种信号不受或少受外界干扰而采取的接地。如计算机系统内不同性质的接地、屏蔽电缆屏蔽层芯线的接地。 计算机或DCS系统内不同性质的接地包括：电源地、信号地、逻辑地等。 3 DCS系统接地方式 DCS系统一般接地方式有三种： (1)利用电气接地网作为DCS接地网，即与电气接地网共地； (2)设DCS系统专用独立的接地网； (3)设DCS专用接地网，经接地线、再接至电气接地网 由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处，故仅介绍一、二两种接地方式。
过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网。但这种接地方式存在的缺点是：占地面积太大，投资高，电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离(因不易在厂房内找到合适的位置)，管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好。 根据实际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的。如某电厂曾因接地问题，造成机组跳闸数十次。根据调查，不少电厂DCS后来改用电气接地网接地，取得了良好的效果[引。 首阳山电厂二期扩建工程2 x 300MW机组采用INFI—90系统，没有设计独立的接地网，采用的是电气接地网。INEI—90系统交流地和直流地均通过一点接到电气接地网上。据了解，首阳山电厂DCS系统运行良好，而可靠、正确的接地系统也起到了很好的作用。 洛阳热电厂改扩建工程两台142MW俄罗斯供电热机组，已分别于99年5月及99年12月投入运行。INFI—90系统接地也是单点接到电气接地网上，即按统一接地方式设计，与电气网共地。投运后，运行效果十分良好。从未出现过因接地而造成“死机”的现象。 湖北省襄樊火电厂4 X 300MW机组，采用WDPFⅡ型分散控制系统，DCS系统接地也是与电气接地网共地(单点接地)，据了解 DCS系统运行良好。 从大量电厂的调查、总结、测试和理论分析证明，设置DCS专门独立的接地网，不但不能减少因电气接地网电位波动时对DCS 系统的干扰，反而会增加其干扰程度。因此， DCS系统的接地“宜与电气网共地，不宜设置专用的独立接地网”这个结论和规定是正确的(1)。 4 信号屏蔽及其接地 4．1 根据有关技术规定要求[1]，计算机或 DCS系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地，其接地方式应符合下列规定： (1)当信号源浮空时，屏蔽层应在计算机侧接地； (2)当信号源接地时，屏蔽层应在信号源侧接地； (3)当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连，另一端宜接共模地(当信号源接地时，接信号地。当信号源浮空时接现场地)。 (4)当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。 4．2 DCS系统信号电缆的选择与敷设，应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地。对于开关量输入／输出信号，是否选用计算机屏蔽电缆，看法不一。我院设计的洛阳，安阳两电厂工程采用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆，投入运行后，效果十分良好。我们认为，为了提高DCS 系统的抗干扰能力，DCS系统开关量输入/输出信号，选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当