第8章建筑設備自動化技術

第8章建筑設備自動化技術

第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(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的技術基礎8.1.4BAS常用檢測設備和執(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)結構8.2.2集散控制系統(tǒng)的典型結構8.2.3集散控制系統(tǒng)的特點8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網絡結構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、接口位置及常用傳感器8.4智能建筑的BAS系統(tǒng)設計8.4.1BAS設計原則8.4.2BAS設計、施工及驗收依據8.4.3BAS設計步驟8.4.4BAS設計中的幾個關鍵問題本章導讀

本章主要介紹了BAS對象環(huán)境、功能要求和技術基礎，然后介紹了當前主流BAS系統(tǒng)結構（集散系統(tǒng)）及發(fā)展方向，最后給出了BAS設計原則、步驟和依據。本章的重點和難點是在理解BAS系統(tǒng)構成的基礎上，結合以前所學的各門專業(yè)知識（檢測技術、控制原理和電氣控制技術），完成BAS設計。

第8章建筑設備自動化技術

8.1.1BAS的對象環(huán)境

第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

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

根據智能建筑設計標準（GB/T50314—2000），建筑設備自動化系統(tǒng)可分為建筑設備監(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章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(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章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.2BAS的功能要求

（1）對空調系統(tǒng)設備、通風設備及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等運行工況的監(jiān)視、控制、測量、記錄。（2）對供配電系統(tǒng)、變配電設備、應急（備用）電源設備、直流電源設備、大容量不停電電源設備監(jiān)視、測量、記錄。（3）對動力設備和照明設備進行監(jiān)視和控制。（4）對給排水系統(tǒng)的給排水設備、飲水設備及污水處理設備等運行工況的監(jiān)視、控制、測量、記錄。（5）對熱力系統(tǒng)的熱源設備等運行工況的監(jiān)視、控制、測量、記錄。（6）對公共安全防范系統(tǒng)、火災自動報警與消防聯動控制系統(tǒng)運行工況進行必要的監(jiān)視及聯動控制。（7）對電梯及自動扶梯的運行監(jiān)視。BAS監(jiān)視、測量、控制、記錄顯示的功能第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.1BAS的對象環(huán)境8.1.3BAS的技術基礎第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

BAS將各個控制子系統(tǒng)集成為一個綜合系統(tǒng)，其核心技術是集散控制系統(tǒng)，它是由計算機技術、自動控制技術、通信網絡技術和人機接口技術相互發(fā)展?jié)B透產生的。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)點而發(fā)展起來的一種系統(tǒng)工程技術。利用集散控制技術把BAS構造成一個龐大的集散控制系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中處于最高層的是中央監(jiān)控與管理計算機，中央管理計算機通過通信網絡與各個子系統(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，各個子系統(tǒng)也可以通過網絡能夠進行信息交換和聯動，實現優(yōu)化管理。BAS的技術基礎

8.1.3BAS的技術基礎第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

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

電量檢測設備第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設備和執(zhí)行器圖8-3電量檢測設備

對高、低壓進線及發(fā)電機電壓、電流監(jiān)測，對低壓進線及發(fā)電機功率因數、有功功率、無功功率、電量的監(jiān)測，它們將為繪制負荷曲線、進行無功補償、電費結算及能源管理、用電設備的運行和調度提供依據。

溫度檢測設備第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設備和執(zhí)行器圖8-4溫度傳感器

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

濕度檢測設備第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設備和執(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室外的空氣濕度、風道的空氣濕度的檢測等。壓力檢測設備第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設備和執(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道靜壓、供水管壓、差壓的檢測,有時也用來測量液位的高程,如水箱的水位等。大部分的應用屬于微壓測量,量程在0～5000Pa。液位檢測設備第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設備和執(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。流量檢測設備第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設備和執(zhí)行器圖8-7水流量計熱源系統(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，來實時計算空調末端設備所需的熱負荷，按照熱負荷自動調整熱交換器及熱水給水泵的臺數。照度監(jiān)測設備第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設備和執(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行測量，實現照明系統(tǒng)根據不同室外照度環(huán)境進行自動調光，保證良好照度的前提下，實現節(jié)能。電磁閥第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設備和執(zhí)行器圖8-10電磁閥結構原理電磁閥是電動執(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，由于結構簡單、價格低廉，常和兩位式簡易控制器組成簡單的自動調節(jié)系統(tǒng)。其原理如圖8-10所示。電動閥第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設備和執(zhí)行器圖8-11電動閥結構原理電動執(zhí)行器使用電動機作動力元件，將控制器來的信號轉變?yōu)殚y的開度。如圖8-11,12所示。風門第8章建筑設備自動化技術

8.1建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用檢測設備和執(zhí)行器圖8-13電動式風門的結構原理在智能樓宇的空調、通風系統(tǒng)中，用得最多的調節(jié)機構是風門，風門用來精確控制風的流量。如圖8-13所示。三大部分組成第8章建筑設備自動化技術

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)結構圖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章建筑設備自動化技術

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)結構1、分散過程控制裝置①采集生產過程中的各種過程變量；②進行模擬量和數字量的相互轉換，完成控制算法的各種運算，對輸入與輸出量進行有關的軟件濾波及其他的一些運算；③將運算結果送到執(zhí)行機構；④通過通信部分將相關數據送到操作和管理裝置。2、操作管理裝置①顯示現場裝置當中的各種參數，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)的典型結構第8章建筑設備自動化技術

8.2集散控制8.2.2集散控制系統(tǒng)的典型結構圖8-15模件化控制站+與MAP兼容的局域網+信息綜合管理系統(tǒng)第二代集散控制系統(tǒng)的典型結構第8章建筑設備自動化技術

8.2集散控制8.2.2集散控制系統(tǒng)的典型結構圖8-16分散過程控制站+局域網+信息管理系統(tǒng)構成PLC+通信系統(tǒng)+操作管理站第8章建筑設備自動化技術

8.2集散控制8.2.2集散控制系統(tǒng)的典型結構圖8-17PLC+集散控制系統(tǒng)結構8.2.3集散控制系統(tǒng)的特點第8章建筑設備自動化技術

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)調性；(5)友好性；(6)適應性、靈活性和可擴充性；(7)開放系統(tǒng)；(8)可靠性。BAS中的集散控制網絡綜述第8章建筑設備自動化技術

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)在一幢大樓中，需要實時監(jiān)測與控制的設備品種多、數量大，并且分布在建筑物的各個空間。大型的建筑物有幾十層樓面，多達幾十萬平方米的建筑面積，需要數千套設備遍布建筑內外。對于BAS這一個規(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子系統(tǒng)的局部優(yōu)化問題，而且是一個整體綜合優(yōu)化問題。若采用集中式計算機控制，則所有現場信號都集中于同一個地方，由一臺計算機進行集中控制。這種控制方式雖然結構簡單，但功能有限，且可靠性不高，故不能適應智能建筑的需要。BAS中的集散控制網絡綜述第8章建筑設備自動化技術

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)鑒于集中式控制系統(tǒng)的缺點，目前的BAS廣泛應用集散控制系統(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)生產過程，BAS對控制精度、系統(tǒng)實時性、可靠性要求的控制指標可能要求要低一些。所以BAS中集散控制系統(tǒng)產品的檔次和性能有所削弱，但系統(tǒng)架構還是一樣的。目前基于DCS的樓宇自動化產品和生產廠商很多，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，國內有清華同方的RH-2000等。單層網絡結構第8章建筑設備自動化技術

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網絡結構圖8-18工作站＋現場控制設備的單層網絡結構

單層網絡結構的特點第8章建筑設備自動化技術

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網絡結構現場設備通過現場控制網絡相互連接，工作站通過通信適配器直接接入現場控制網絡。它適用于監(jiān)控節(jié)點少、分布比較集中的小型樓宇自控系統(tǒng)單層網絡結構特點有：

（1）整個網絡的網絡配置、集中操作、管理和決策全部由工作站承擔；（2）控制功能分散在各類現場控制器和智能傳感器以及智能執(zhí)行機構中；（3）同一條現場控制總線上的設備可以直接通信，不同總線上的設備必須通過工作站才能通信；（4）構建簡單、配置方便；（5）只支持一個工作站，該工作站承擔不同總線設備直接通信中轉的任務。兩層網絡結構第8章建筑設備自動化技術

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網絡結構圖8-19BAS兩層網絡結構

兩層網絡結構的特點第8章建筑設備自動化技術

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網絡結構兩層網絡結構適用于大多數的BAS，其特點是：（1）現場控制設備之間的通信要求實時性高，抗干擾能力強，對通信效率要求不高，一般采用控制總線（例如現場總線）完成；

絕大多數BAS廠商在底層控制總線上都有一些支持某種開放式現場總線的技術的產品，例如第五章中的Lonworks現場總線。這樣兩層網絡都可以構成開放式的網絡結構，不同的廠家間的產品可以互聯。（2）操作員站（工作站、服務器）之間由于需要大量的數據、圖形的交互、通信帶寬要求高，而對實時性、抗干擾能力要求不高，所以多采用以太網技術；注意這一部分的內容和第5章的聯系起來！兩層網絡結構的特點第8章建筑設備自動化技術

8.3BAS中的集散控制系統(tǒng)8.3.1集散型BAS的典型網絡結構（3）通信控制器可以由專門的網橋、網關設備或者工控機實現。不同的BAS產品中，通信控制器的功能強弱不同。