楼宇自动化有什么功能？

楼宇自动化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。

王春美

2020-3-26 13:43:11

楼宇自动化的组成
楼宇自动化的功能
楼宇自动化的常用设备
应用于楼宇自动化的几种总线
楼宇自动化的设计与选型

楼宇自动化的组成

　　楼宇自动化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。

楼宇自动化的功能

　　（1）数据采集;
　　（2）各种设备启/停控制与监视;
　　（3）设备运行状况图像显示;
　　（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。

楼宇自动化的常用设备

　　传感器
　　传感器时自控系统中的首要设备，它直接与被测对象发生联系。它的作用使感受被测参数的变化，并发出与之相适应的信号。在选择传感器时一般有三个要求：高准确性、高稳定性、高灵敏度。
　　1. 温度传感器：
　　楼宇工程中应用的主要接触式温度传感器，如热电阻、热电偶、PTC硅感应器等，由于测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，测量常伴有时间上的滞后。如Pt1000其在0℃时电阻为1000Ω，随着温度的升高电阻减小，灵敏度一般在3~4Ω/K，响应速度一般在15~30秒。
　　2. 压力传感器：常用的有电气式压力传感器，将被测压力的变化转换为电阻、电感等各种电气量的变化，从而实现压力的间接测量。常用的有压差开关、表压传感器、静压传感器等。
　　3. 流量传感器：常用的是电磁流量计，由法拉第电磁感应定律知，在磁场中运动并切割磁力线的导体中会有感应电动势产生，此感应电动势与流体的体积流量呈线性关系。
　　4. 湿度传感器：用于测量室内空气相对湿度。
　　5. 液位传感器：用于控制水箱、水池等的上限、下限液位。
　　在自动控制系统中，它接受控制器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移，来改变调节阀的流通截面积，以控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现过程参数的自动控制。
　　6. 风阀执行器：用于控制安装于新风、回风口的风阀，既可进行开关控制，也可进行开度控制。执行器设有万能夹具，可直接夹持在风阀的驱动轴上，设有手动复位钮，在故障时可手动调节。根据风管横截面的大小可选择不同钮矩的执行器。
　　7. 水管阀门执行器：与阀门配套使用，有开关式和调节式两种，开关式一般口径大，在冷热站中用于控制各系统工艺管道的开启和关闭、各种工况间的切换等；调节式主要用于控制流量，在空调机组中，根据控制器的温湿度设定值控制回水流量和蒸汽加湿的流量，使温湿度维持在设定值。
　　现场控制器（DDC）
　　DDC是用于监视和控制系统中有关机电设备的控制器，它是一个完整的控制器，有应有的软硬件，能完成独立运行，不受到网络或其它控制器故障的影响。根据不同类型的监控点数提供符合控制要求和数量的控制器。每处DDC 具有10-15%点数的扩充或余量。
　　（1）控制器构成符合以下要求：
　　A) 以32位或16位微处理器的可编程DDC
　　B) 具有可脱离中央控制主机独立运行或联网运行能力
　　C) 具有电源模块
　　D) 具有通信模块
　　E) DDC 有在模板LED显示每个数字输入，输出点的实时变化状态。当外电断电时，DDC的后备电池可保证RAM中数据在60天不掉失。
　　F) 当外电重新供应时，在无需人工干预的情况下，DDC能自动恢复正常工作。
　　G) 当DDC存储的数据非正常丢失时，用户可通过现场标准串行数据接口和通过网络操作将数据重新写入DDC控制器。
　　H) DDC的操作程序与应用程序皆采用PPCL高级语言编写。
　　I) DDC程序的编写，修改既可在中央站上进行，也可通过便携机进行。
　　J) DDC在外电断时，同时后备电池丢失时，能存储其应有程序。
　　K) DDC的采集精度与传感器的精度相匹配。
　　L) 工作环境：温度0度到50度，相对湿度0-90%
　　M) 电源：AC220V, ±10%,50HZ。
　　2）DDC具备以下功能：
　　定时启停自适应启/停
　　自动幅度控制需求量预测控制
　　事件自动控制扫描程序控制与警报处理
　　趋势记录全面通信能力
　　中央监控站
　　中央管理工作站系统由PC主机、彩色大屏幕显示器及打印机组成，是BAS系统的核心，它直接可以和以太网相连。整个大厦内所受监控的机电设备都在这里进行集中管理和显示，内装工作软件提供给操作人员下拉式菜单、人机对话、动态显示图形，为用户提供一个非常好的、简单易学的界面，操作简单，操作者无需任何先验软件知识，即可通过鼠标和键盘操作管理整个控制系统。

刘龙

2020-3-26 13:43:14

应用于楼宇自动化的几种总线

　　由于诱人的市场商机和不同的应用领域的存在，世界一些大公司或公司联盟纷纷提出自己的现场总线协议标准。据不完全统计，目前国际上有40种宣称为开放型的现场总线标准。这些协议根据国际标准化组织(ISO)的计算机网络开放式互连系统的OSI参考模型来制定的。大多数现场总线只是用其中的一、二和七层协议。于是现场总线呈现杂乱纷呈的局面。在这些现场总线中不乏优异的现场总线，如CAN、Modbus、Profibus、Lonworks、BACnet、DeviceNet等等。其中Lonworks、BACnet、CAN、EIB等现场总线在楼宇自动化领域获得了、较广泛的应用。尽管基于现场总线的Fcs克服了DCS的许多缺点，但还是有一些不如人意的地方，最明显的缺点：多种现场总线并存而互不兼容，导致FCS的可互操作性只能在同一种现场总线系统中实现。后面将对FCS的缺点做进一步说明。
　　(1)LonWorks
　　美国Echelon公司1991年推出了LON (Local 0penation Networks)技术，又称Lonworks技术。它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件公司的大力支持，已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。具体地说LonWorks具有以下优点：
　　①网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式，包括总线型、星型、树型、自由拓扑型等，这样可适应复杂的现场环境，方便现场布线；
　　②支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等；两种传输速率：78bps和1．25Mbps，最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定，一般可从500m到2700m。可接人的节点最多为32385个；
　　③完善的珏发工具。提供完善的系统开发环境，采用开放的NEURON C语言，它是ANSI C语言的扩展；
　　④无主的网络系统。LonWorks网络中各节点的地位相同，网络管理可设在任一节点处，并可安装多个网络管理器；
　　⑤开发LonWorks网络节点的时间较短，也易于维护。LonWorks采用的LonTalk协议固化在Echelon公司的Neuron芯片中，这样可以节省开发LonWorks网络节点的时间，也方便维护。
　　同其它现场总线一样，LonWorks也有自身的缺点。首先，LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全开放性也受到一些质疑。尽管LonWorks存在一些不足，但是LonWorks的FCS还在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。世界上有2万多家OEM厂商生产LonWorks相关产品，其中种类已达3500多种。目前世界上已安装有500多万个LonWorks节点，LonT~k协议也被接纳为欧洲CENTC247、CEN TC205的一部分。自1996年以来，LonWorks也开始在国内获得大量的应用。在建设部的支持下，国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于LonWorks的楼宇自动化控制系统，并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点工程中得到应用。
　　(2)BACnet
　　BACnet是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议。它代表了智能建筑发展的主流趋势。BAcnet不是软件或硬件，也不是固件，严格地说，BAcnet并不是现场总线，而是一种网络协议，即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。BACnet详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。BACnet采用了Etherent、ARCNET、MS／TP、PTP、LonTalk五种网络技术进行通信。可根据系统通信是和通信速度选择不同的网络技术。相对其它现场总线，BACnet标准最大的优点是可以与Etherent、LonWorks等网络进行无缝集成。不过BACnet主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问题设计，并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。BACnet标准已在全球得到了广泛的应用，全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持BACnet标准。BACnet在不到10年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼宇自控领域中唯一的ISO标准。虽然我国是WTO和ISO成员国，但是BACnet在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小，而且在工程中采用的BACnet产品和技术也基本上全部是从国外引进的，还没有真正意义上的国产化BACnet相关产品。
　　(3)CAN
　　CAN总线最初是德国Bosch公司为汽车监控控制系统设计提出的，现在它已经成为一种国际标准，在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。CAN具有以下优点：
　　①采用8字节的短帧传送，故传输时间短、抗干扰性强：
　　②具有多种错误校验方式，形成强大的差错控制能力。而且在严重错误的情况下，节点会自动离线，避免影响总线上其它节点；
　　③采用无损坏的仲裁技术；
　　4 CAN芯片不但价格低而且供应商多。
　　CAN缺点是：CAN总线上最多可挂接110个节点，这不完全能满足整个智能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展，相对其它一些现场总线，CAN总线技术比较简单，CAN相关产品的开发费用也远远低于其它现场总线技术产品的开发费用。因此，很早国内就有一些企业推出了基于CAN总线的楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出了$2000楼宇自控系统。
　　(4)EIB
　　EIB是欧洲安装总线(European Installation Bus)的缩写。它在1990年被提出，经过十多年的发展，成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准，在欧洲得到了进300家厂商的支持。1999年EIB被引进中国的智能化建筑领域，并在上海同济大学建立了EIB认证技术培训中心。在短短的几年里，国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场所的灯光、窗帘、空调等控制和安防系统方面获得了广泛应用，如厦门国际会展中心、大连国贸中心、浙江人民大会堂等。国内的EIB项目基本上被ABB公司和SIMENS公司所垄断。

楼宇自动化的设计与选型

　　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：
　　⑴、可靠性高
　　⑵、技术先进
　　⑶、互操作性好
　　⑷、符合主流标准
　　⑸、满足实用要求
　　⑹、便于维修
　　⑺、生命周期成本低
　　⑻、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。

应用于楼宇自动化的几种总线

　　由于诱人的市场商机和不同的应用领域的存在，世界一些大公司或公司联盟纷纷提出自己的现场总线协议标准。据不完全统计，目前国际上有40种宣称为开放型的现场总线标准。这些协议根据国际标准化组织(ISO)的计算机网络开放式互连系统的OSI参考模型来制定的。大多数现场总线只是用其中的一、二和七层协议。于是现场总线呈现杂乱纷呈的局面。在这些现场总线中不乏优异的现场总线，如CAN、Modbus、Profibus、Lonworks、BACnet、DeviceNet等等。其中Lonworks、BACnet、CAN、EIB等现场总线在楼宇自动化领域获得了、较广泛的应用。尽管基于现场总线的Fcs克服了DCS的许多缺点，但还是有一些不如人意的地方，最明显的缺点：多种现场总线并存而互不兼容，导致FCS的可互操作性只能在同一种现场总线系统中实现。后面将对FCS的缺点做进一步说明。
　　(1)LonWorks
　　美国Echelon公司1991年推出了LON (Local 0penation Networks)技术，又称Lonworks技术。它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件公司的大力支持，已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。具体地说LonWorks具有以下优点：
　　①网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式，包括总线型、星型、树型、自由拓扑型等，这样可适应复杂的现场环境，方便现场布线；
　　②支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等；两种传输速率：78bps和1．25Mbps，最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定，一般可从500m到2700m。可接人的节点最多为32385个；
　　③完善的珏发工具。提供完善的系统开发环境，采用开放的NEURON C语言，它是ANSI C语言的扩展；
　　④无主的网络系统。LonWorks网络中各节点的地位相同，网络管理可设在任一节点处，并可安装多个网络管理器；
　　⑤开发LonWorks网络节点的时间较短，也易于维护。LonWorks采用的LonTalk协议固化在Echelon公司的Neuron芯片中，这样可以节省开发LonWorks网络节点的时间，也方便维护。
　　同其它现场总线一样，LonWorks也有自身的缺点。首先，LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全开放性也受到一些质疑。尽管LonWorks存在一些不足，但是LonWorks的FCS还在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。世界上有2万多家OEM厂商生产LonWorks相关产品，其中种类已达3500多种。目前世界上已安装有500多万个LonWorks节点，LonT~k协议也被接纳为欧洲CENTC247、CEN TC205的一部分。自1996年以来，LonWorks也开始在国内获得大量的应用。在建设部的支持下，国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于LonWorks的楼宇自动化控制系统，并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点工程中得到应用。
　　(2)BACnet
　　BACnet是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议。它代表了智能建筑发展的主流趋势。BAcnet不是软件或硬件，也不是固件，严格地说，BAcnet并不是现场总线，而是一种网络协议，即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。BACnet详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。BACnet采用了Etherent、ARCNET、MS／TP、PTP、LonTalk五种网络技术进行通信。可根据系统通信是和通信速度选择不同的网络技术。相对其它现场总线，BACnet标准最大的优点是可以与Etherent、LonWorks等网络进行无缝集成。不过BACnet主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问题设计，并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。BACnet标准已在全球得到了广泛的应用，全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持BACnet标准。BACnet在不到10年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼宇自控领域中唯一的ISO标准。虽然我国是WTO和ISO成员国，但是BACnet在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小，而且在工程中采用的BACnet产品和技术也基本上全部是从国外引进的，还没有真正意义上的国产化BACnet相关产品。
　　(3)CAN
　　CAN总线最初是德国Bosch公司为汽车监控控制系统设计提出的，现在它已经成为一种国际标准，在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。CAN具有以下优点：
　　①采用8字节的短帧传送，故传输时间短、抗干扰性强：
　　②具有多种错误校验方式，形成强大的差错控制能力。而且在严重错误的情况下，节点会自动离线，避免影响总线上其它节点；
　　③采用无损坏的仲裁技术；
　　4 CAN芯片不但价格低而且供应商多。
　　CAN缺点是：CAN总线上最多可挂接110个节点，这不完全能满足整个智能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展，相对其它一些现场总线，CAN总线技术比较简单，CAN相关产品的开发费用也远远低于其它现场总线技术产品的开发费用。因此，很早国内就有一些企业推出了基于CAN总线的楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出了$2000楼宇自控系统。
　　(4)EIB
　　EIB是欧洲安装总线(European Installation Bus)的缩写。它在1990年被提出，经过十多年的发展，成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准，在欧洲得到了进300家厂商的支持。1999年EIB被引进中国的智能化建筑领域，并在上海同济大学建立了EIB认证技术培训中心。在短短的几年里，国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场所的灯光、窗帘、空调等控制和安防系统方面获得了广泛应用，如厦门国际会展中心、大连国贸中心、浙江人民大会堂等。国内的EIB项目基本上被ABB公司和SIMENS公司所垄断。

楼宇自动化的设计与选型

　　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：
　　⑴、可靠性高
　　⑵、技术先进
　　⑶、互操作性好
　　⑷、符合主流标准
　　⑸、满足实用要求
　　⑹、便于维修
　　⑺、生命周期成本低
　　⑻、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。

冯栋

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王春美

刘龙

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