建筑物自动化系统

建筑物自动化系统的结构有集中式、分级分布式和全分布式三种。

1．集中式结构(单机系统)

2．分级分布式结构(集散型系统，多机系统)

该系统有下列特点：

1)节省人力，通过集中管理控制，简化操作及培训维护等。

2)节能，通过集中管理控制，合理凋度负荷。

3)灵活的控制。

4)设备共用，如某些传感器可以用在多种控制用途。

3．全分布式结构(现场总线系统)

根据设备监控点数、监控原理及设备所在位置确定控制设备清单，绘出控制系统图，是建筑物自动化系统设计的主要内容。

控制分站硬件及其组态

控制分站主要完成实时性强的控制和调节功能。控制分站按照其硬件组成是否有分散的实现闭环控制功能分为分散控制型(DCP)、数据采集型(DGP)。其中分散控制型又分为有微处理机的智能型控制器(DCP-I)、无微处理机的普通型控制器(DCP-G)。

一般中型和大型系统采用智能型控制器，这是一种全智能型控制器。用户可以根据自己的需要赋予分站某种功能，例如改变控制算法、增设某个滤波程序等。智能型的控制分站设有中央处理器、内存、通信接口、可扩展的功能化信号输入和输出(I/O)模块、便携终端插口或字符显示器及键盘。它可以直接完成数字控制功能，能组成网络构成建筑物自动控制系统。这种智能型控制器的控制分站具有下列技术特点：

(1)采用单片机的智能控制器能独立运行，中央处理器有16位或者32位。

(2)有多种输入输出信号

1)输入信号应该能适应多种传感器(变送器)，主要有：

①模拟量的直流信号4-20mA，0-10mA，0-10V，热电阻(RTD)信号，压力信号。

②开关量信号有常开/常闭于接点(ON/OFF)、电流有/无、电压有/无、低频脉冲信号等。

2)输出信号应有模拟量和开关量，主要有以下一些：

①模拟量直流信号4-20mA，0-10mA，0-10V，0-12V，气动输出(0-138kPa)。

②开关量信号有保持式和脉冲式，两态控制(ON/OFF)及三态控制(快、慢、停)。对于某一种控制器，可以选择其中数种组合。

(3)模块化组合结构

设备可扩展，可以是插道模式结构，也可以是板式结构。一般分为电源模块、控制模块、测点模块等。

(4)多种通信接口

如RS232C(串行通信接口)，EIA RS485(9600bps)，RS422，IEEE-488。

(5)有联网能力

如以太网(Ethemet，传输速率为4Mbps、10Mbps)、ARCnet(传输速率为2．5Mbps)、令牌环网(Token Ring)、20mA电流环(传输速率为1．2，9．6或19．2kbps)、建筑物自动化和控制网(BACnet)、局部操作总线(LON)。

(6)内存为模块化的可预编程

内存容量按照不同要求而异，如8K ROM，256K RAM，8K EEPROM、32K EEPROM或者用PCMCIA卡。

(7)能适应工业环境，有较强的抗干扰能力

一般环境条件为气温0-49℃、湿度0%-90%，不结露。

(8)有或可接显示器和键盘

供操作员和程序员在现场进行操作，如设定数据及修改参数等。

(9)可自诊断及故障报警

使设备安全可靠运行。

(10)有备用电池供断电时保持RAM内容支持时间不小于72h，在无负载情况下自身寿命不低于5年。

(11)显示器用发光二极管或液晶

可以显示电源情况(通，断，接通试验)及数据传送情况(发送，接收，故障)。

(12)有实时时钟

可以对设备进行时间日期安排，定时控制。

(13)结构型式有墙挂式、箱式、落地式等

应便于安装维护检修。

(14)外壳防护级别，有IP20、IP55或IECl44、IEC529

(15)电源电压为AC24V50Hz或AC220V50Hz

中央站硬件及其组态

中央站或管理中心又称监控中心或上位计算机，它可以对整个系统实行管理和优化。通常用高档微机。微机的硬件发展很快，可以选用较高级的配置。

中央站硬件配置有微机和外围设备。

1．微机的配置

1)中央处理器是决定中央站处理速度的主要部件，一般用32位的，如Intel Pentium处理器主频800MHz。

2)高速缓冲存储器可以加快处理速度，一般有256KB。内存对数据处理和图形显示有很大影响，一般用16MB以上(可选用64MB RAM)。

3)计算机总线是计算机信息总通道，以PCI总线较好。

4)硬盘驱动器的容量按照软件处理容量来定，一般为1GB以上，可用20GB的3．5inlDE硬盘驱动器。

5)软盘驱动器为1．44MB，3．5in。

6)光盘驱动器用于储存数据，一般容量为650MB。有只读型(CD-ROM)的、可写(CD-R)型或可读写型(CD-RW)。

7)附件插槽为两个ISA，一个PCI。

8)内置I/O端口。一个平行端口，两个RS232串行端口。

9)显示器(CRT)41cm(14in)SVGA，内部1MBDRAM，分辨率为640×480以上，256色(显示数据和图形)，最好用51cm(21in)，分辨率为1024X768，256色。

10)键盘为101键。

11)鼠标器为机械式或光电式(用视窗操作系统时一定要配)。

2．打印机

打印机用于制作硬拷贝文件。一般打印机接在微机的平行端口，这样一旦微机有故障，就有丢失报警信息的可能。如果将打印机直接接在网络，这样各分站可以直接访问打印机，报警信息可直接送到打印机，减少失误。打印机有击打式点阵打印机、喷墨打印机和激光打印机等数种。击打式点阵打印机适合打印数据已很少用。喷墨打印机和激光打印机除了打印数据外，还可以打印图形。

(1)喷墨打印机

打印速度，单色1页/min，彩色4页/min。分辨率，单色600×600dpi，彩色300X300dpi。纸张，连续纸102-406mm，单张纸A4(210×297mm)。

(2)激光打印机

打印速度为单色4页/min；分辨率为单色600×600dpi；纸张为单张纸A4(210×297mm)。

建筑物自动化系统涉及的范围很广，广义的建筑物自动化(BA)定义包含火灾报警自动化(FA)与保安自动化(SA)，监控系统主要包括以下子系统。

1．变配电系统

安全、可靠的供电是智能建筑正常运行的先决条件。电力系统除要满足继电保护与备用电源自动投入等功能要求外，还必须具备对开关和变压器的状态，系统的电流、电压、有功功率和无功功率等参数的监测，进而实现全面的能量管理。

2．照明系统

照明系统能耗很大，在大型高层建筑中仅次于供热、通风与空调(HVAC)系统，并导致冷气负荷增加。智能照明控制应十分重视节能工作，例如，人走灯熄，用程序设定开/关灯时间，利用钥匙开关、红外线、超声波及微波测量方法等随时开/关灯。国外的分析报告指出，按这三种设计方案的照明控制大概可节约30%～50%的照明用电。

3．空调与冷热源系统

空调系统在建筑物中的能耗最大，故在保证提供舒适环境的条件下，应尽量降低能耗。主要节能控制措施如下：

(1)设备最佳启/停控制。

(2)空调及制冷机的节能优化控制。

(3)设备运行周期控制。

(4)电力负荷控制。

(5)储冷系统最佳控制等。

4．环境监测与给水排水系统

除空调系统外，尚需监测空气的洁净与卫生度，进而采取排风与消毒等措施。我国有很多城市为缺水城市，除应保证饮用水外，尚需重视水的再利用控制。

5．电梯系统

大型建筑均配备多组电梯。需要利用计算机实现群控，以达到优化传送、控制设备平均

使用率与节约能源运行管理等目的。等亦需监测，并联网实现优化管理。

6．停车场管理系统

电梯楼层的状况、电源状态、供电电压、系统功率因数停车场管理常采取读卡方式。内部车库不计费时，汽车经读卡器确认属该系统后，即可进入停车场。另一种为停车计费方式，通常分为两种计费方法，一种是当汽车经读卡器进入车库后即开始计时，在出口处按时收费；另一种是在停车场的每个车位设一车位传感器，当车停在车位时开始计时，当车辆离开车位时计费停止。

建筑物自动化系统(BAS)又称为建筑设备监控系统或楼宇自动化系统，是一个分布式微机监控系统。

在大型公建内为了实现节能和安全等目的，采用微机控制系统，将配变电、动力、照明、暖通、给排水等的监测控制管理集中在监控中心(兼作消防中心)。该系统同时可以完成安全防护、报警、巡更、电子地图、远程抄表、预收费等功能。本系统所有信息可以与其他系统共享，实现物业管理自动化。

建筑物自动化系统可以实现的功能有：

1)配变电系统：监视、测量电压电流等重要电气参数、开关状态，故障报警，遥控操作。

2)照明系统：控制小区的公共走道、大厅、停车库、花园等地的照明灯，按时间、日期计划或室外日光进行自动开关，监视开关的状态。采用智能化灯光控制系统，可以进行灯光场景控制，保护灯具，延长灯具寿命。

3)暖通空调：监视、测量室内外的空气参数，按计划起停空调设备，节能运行。

4)给排水：监视水泵运行状态，各种水池液位监测报警，饮用水过滤杀细菌设备监测控制，热水供应设备监测控制，水池液位自动控制。

5)电梯：监视电梯运行状况，自动调度运行控制，记录运行时间。

建筑物自动化系统的软件特点

建筑物自动化系统的软件包括系统软件和应用软件。这些软件的要求各有特点。

(1)软件的规划、选用、编制和开发要求是中央站和分站应配置相应的软件分站应该能独立完成所负担的控制功能，而且在发生故障时不影响系统的运行。具体要求有：

1)软件应有模块化结构，减少重复，便于扩展。

2)操作员级别管理，防止未得到授权人员的操作或越权操作。

3)操作方便。

4)系统扩展性好，数据可修改。

5)用高级语言开发应用程序。

6)对逻辑与物理资源的编程能简单地实现。

7)有系统诊断软件。

8)有练习功能。

9)有操作帮助功能。

(2)操作系统操作系统是控制和管理系统硬件和软件资源，组织计算机工作流程的软件。操作系统有下列几种：

1)DOS是一种单用户单任务的操作系统。

2)Windows 3．x是一种在DOS基础上的，单用户多任务的操作系统。

3)Windows 9X和Windows XP是一种多任务网络操作系统。

4)Windows NT是一种占先式多任务网络操作系统。

5)NOVELL NetWare是一种网络操作系统。

6)UNIX是一种多用户分时操作系统，类似的有SCOOPENDESK TOP 3．0。

7)QNX是一种多用户实时操作系统，它是UNIX的一个分支。

8)OS/2是一种占先式多任务网络操作系统。

9)Linux是一种多任务网络操作系统。

在BA系统中所用的操作系统要实时性较好，常用的为Windows操作系统。

控制分站软件功能

建筑物自动化系统要求的控制分站软件有系统软件(监控程序和实时操作系统)、通信软件、输入/输出点处理软件、操作命令控制软件、报警处理软件、报警锁定软件、运算软件、控制软件、时间/事件程序(TEP)、能量管理和控制软件。其中一些软件的功能是：

1．运算软件

主要对数据进行计算，如平均值、高低值选择、焓值计算、逻辑运算、积算。

2．控制软件

采用直接数字控制，有比例、比例-积分、比例-积分—微分(PID)等控制功能。它执行现场要求的操作顺序，用比例、比例—积分或比例—积分-微分算法控制I-WAC系统。程序包含DDC操作员程序，例如自适应控制可对环境变化做出响应，自动调整系统的运行。

3．时间/事件程序

按照时间表发出命令，或根据启动停机计划，点报警或点状态变化触发标准的或定制的DDC程序，控制空调设备等。控制器固有的TEP提供与中央工作站TEP无关的时间顺序控制和事件触发程序。

4．能量管理和控制软件

有最佳启动停机程序、趋势记录、周期性负载和最大需求管理。

节能和控制程序库可以在控制器内执行。这些程序可以从其他控制器读取共享的输入，以控制自己的输出。这些程序能独立于中央工作站而运行，以保证系统的可靠性。控制器支持下列能量管理程序：

(1)分散型电力需求控制

在需求电力峰值到来之前，通过关掉事先选择好的设备，来减少高峰电力负荷。

(2)负载间断运行

通过间断运行来减少设备开启时间，从而减少能耗。

(3)焓值控制

选择空气源，以使被冷却盘管除去的空热量最少，来达到所希望的冷却温度。

(4)负荷再设定

重新设定冷却和加热设定值，使之刚好满足区域的最大要求。

(5)夜间循环

在下班期间开关设备，把温度维持在允许的范围内。

(6)夜风净化

在夏季、系统启动前、清晨，用冷空气清净建筑物。

(7)最佳启动

在人员进入前，为使空间湿度达到适当值，可稍微提前启动HVAC系统。

(8)最佳停机

在人员离开之前的最佳时刻关闭系统，既能使空间维持舒适的水平，又能尽早地关闭设备以节约能量。

(9)零能区

在某些时间，重新设定冷却和加热设定值，但仍维持房间内的舒适空间温度，以使那里的能量消耗最少。

(10)其他控制程序

1)自动转换夏令时。操作员可以预设定，何时软件应将时钟向后拨或向前拨1小时，以适应夏令时的转换。

2)特别时间计划。为特殊日期，如假日，提供日期的时间安排计划，中断标准系统处理。

3)运行时间。监视并累计设备运行时间(开或关的时间)，并发出预先设定的设备使用水平的信息。

5．用户化软件

可简化数据文件的修改。授权的操作员可以增加、修改和删除控制器、测点数据、能量管理数据和用户DOC程序。

6．终端仿真软件

当不需要分站提供图形操作的全部能力的时候，操作员可以用视频显示终端(POT)或个人计算机，以合适的终端仿真软件实现对简单的点和设备的操作(例如，读取测点数据，发出对该点的命令)。

中央软件的技术要求

中央软件是装在中央站的软件。中央软件的技术要求是按照设备监控要求而设定的，一般来说中央站软件要求的功能为：

①操作环境设定；②系统功能；③显示功能；④操作功能；⑤用户化功能；⑥控制功能；⑦数据保存功能。

下面是对设备监控中央站软件的一些具体技术要求：

1．操作环境设定

(1)操作环境设定功能系统内全部点按系统运用区分。这种运用区分是对系统外围设备运用环境设定的，指定显示器可/不可显示、打印机可/不可打印、蜂鸣器有/X鸣响、指定每个蜂鸣器的四种报警级别。

(2)操作级别设定可设定多级口令、多级操作级别。

(3)访问信息管理可变更系统口令、访问级别。

(4)系统管理可变更时间、图形信息、点的名称、运用区分。

(5)程序操作可变更时间程序等。

2．系统功能

(1)状况监控

对数字和模拟管理点的状况进行监控，定期更新数据，并可将该数据随时显示在显示器上。

(2)警报发生监控

发生警报时，自动执行警报发生信息显示和强制画面显示(依据级别设定)，并在鸣响警报同时显示警报和未确认警报指示器。另外，对每个管理点可进行警报级别(4级)以及画面强制显示级别、警报声音信息的设定，并可设定每一警报级别的警报铃声。警报级别基本上分紧急警报、重警报、中警报、轻警报。

(3)启动/停止失败监控

在输入启动/停止指令并经过一段时间后，如果机器状况仍然与输出状况不一致，就可以认为启动/停止失败(异常停止/启动)而发出警报。

(4)测量值上下限监控

对测量值进行上下限设定，如果测量值大于该设定值，则执行警报判断操作。

(5)测量值偏差监控

对测量值进行偏差设定，如果控制标准值和测量值的偏差大于该设定值，则执行警报判断操作。

(6)连续运转时间监控

如果机器的连续运转时间大于设定值，则发出警报。

(7)运转时间的累计

依据机器的运转状况累计运转时间，作为维修和检查的指南。

(8)启动/停止次数累计

累计机器的启动牌止次数，以作为维修和检查的指南。

(9)系统自动诊断

对系统内各部件(如CPU、GW、DCS)的CPU异常、通信异常进行监视。在异常时，可以打印其信息。

(10)分站自动诊断

系统内各分站(DDC、BS)的传送异常时，发出信号，可以打印其信息。

(11)模拟传感器监视

对测量点传感器断线，变换器、发信器异常的监视。异常时，发出信号，可以打印其信息。

3．显示功能

可以显示下面的内容：

(1)日历显示显示器可显示年、月、日、星期、时间。

(2)显示器可显示图像/图表

1)显示器显示概要图像/图表。以图表显示出每一单元系统的控制和管理内容。在图表上显示出机器的实际运转状况以及各种数据。每隔一定时间数据更新显示。一张图可最多表示多点的动画。一张系统图，可以分4张概要图，画面可以水平缍直滚动。

2)单管理点的信息检索。可从显示器的系统图中调出单管理点画面，并且也可显示出该管理点的详细画面。(如时序、趋势图、连动程序、控制程序)。

(3)警报显示警报发生时强制图形表示。未确认警报以图标表示，并以清单显示出系统中尚未经过警报确认操作的警报。在警报级别低或自动复位的场合，也可以不经确认。

(4)警报历史显示警报历史可长期保存，也可以用表格方式显示。它能累积的数据组数最多各为3000组。

(5)操作历史显示

显示操作时刻，启停操作。长期记忆设定变更操作，变更操作履历可用清单方式显示。能累积的操作状况和变化数据。能提供操作员操作信息。

(6)趋势图显示

显示测量对象的趋势图。显示一个周期的数据。

(7)显示器显示月报、日报

按照日报(时间单位)、月报(日单位)格式显示出所指定的测量值、积算值。显示按每时(7日间)、每日(2个月间)的最大/最小/合计/平均/读出值，最大/最小/平均可以按照特定时间范围设定。

(8)图形显示

可显示趋势图数据、日报/月报收集数据、机器开关状态，可显示其直方图、条形图。在同一画面上可以同时显示出多个管理点的数据。

(9)监控点清单显示

操作员可以将下列项目的表格显示出来。

1)警报点清单。显示警报点清单。

2)模拟量点清单。显示模拟量点清单。

3)积算量点清单。显示积算量点清单。

4)运行中设备清单。显示运行中设备清单。

5)停止中设备清单。显示停止中设备清单。

6)维修中设备清单。显示维修中设备清单。

(10)程序表格显示

操作员可以将下列项目的表格显示出来。

1)出租表格。显示出租户、日程等清单。

2)时序表格。显示时序表格、程序名称、本日时序等清单。

3)程序表格，显示各种控制程序清单、程序名称等清单。

(11)程序登录点表格

操作员注册控制程序的登录点、程序种类、程序号显示。

(12)警报指示

警报发生时，可以显示处理程序以及紧急联络地址的画面。

(13)帮助显示

显示说明操作的画面。

(14)多窗口显示

一个显示器可以用多个窗口表示多个画面。

4．操作功能

(1)手动个别启动/停止(切换)操作可从系统图画面或是报表画面中调出单管理点画面，以便在该画面中以手动使机器启动牌止的操作。

(2)手动变更个别设定值可从系统图画面成是报表画面中调出单管理点画面，以便在该画面中更改程序设定值。

(3)成组启动/停止(切换)操作可以按照时间程序、连动程序进行机器程序操作。

(4)变更成组设定值操作CPA程序操作，可远程更改设定值。

(5)指定维修登录脂除操作在维修设备机器时，可以进行图上某点的维修登录解除指定操作。这时，维修中的设备机器可以暂停控制程序的执行。

(6)指定程序的许可杰止操作可以进行各程序的实行褓留操作。

(7)画面滚动功能包括系统图画面及表格形式的信息，可以进行画面滚动检索操作。

5．用户化功能主要有以下几个方面。

(1)变更程序设定值操作可以更改时间、标准值、控制参数、登录管理点等的程序设定值。

(2)季节切换操作可以切换春、秋、夏、冬季节系统动作。

(3)日历时刻变更操作

可以变更系统的年、月、日、时间。

(4)变更平面简图操作

可以变更租户的房间平面简图及名称。

(5)变更管理点信息操作

可以进行管理点的名称、所属系统、报警水平、打印指定等信息。

(6)变更程序名称操作

可以变更简略图等各种程序的固有名称设定。

6．控制功能

主要有以下几个方面：

(1)日历功能

使用自动判断闰年、大月、小月的万年历，并且可以设定节假日。

(2)时间程序控制

将动力机器等登录于时间程序中，即可自动驱动该机器的定时开/关运作。时间程序根据7天及假日(1个星期日和2个特别日(由日历指定))的周期，可对机器的启动膺止时间作进行2次设定。此外，不论是星期日均可在7天以内(包含当日)变更各机器的启动时间。时间程序登录的机器，最早启动时间和最晚停止时间，可按照计划进行。

(3)火灾意外事故程序

发生火灾时停止空调器等相关机器的运作。在输入火灾信号时。火灾画面会显示在显示器上。对火灾时停止的机器，取消其他程序信号输入。

(4)停电处理

市电断电时(装设有备用电源的场合)一般控制功能被中止，此时只有火灾意外程序及手动操作可以执行输出操作。

(5)停电/自备电时的负荷分配控制

在商业用电停电，并且进行自备发电的场合，会自动按照发电机容量将负荷投入/切断。

(6)恢复供电程序

恢复供电后，在将自备发电切换为商业用电时，可按照自动或手动的恢复供电指令操作，并依照自备发电时的强制驱动控制让运转机器停止运作，然后一边参照时间表一边让停电瞬间正在运转中的机器自动启动(投入)。在部分停电的场合，可以手动恢复该点供电。

(7)电力需求监视权制

进行电力需求控制，在用电量超过合同供电量时，将负荷切除。

(8)事件程序

监视点的状态变化、报警、指定恢复条件、设定状态动作。可以进行与/或等逻辑条件设定动作。

7．记录功能

(1)信息记录

负责执行警报记录、正常复位记录、启动牌止失败记录、测量值上下限警报记录、停电械复供电记录、火灾时间记录、操作记录、状况变化记录等的打印操作。警报发生时以红字，警报复位时以蓝字，其他状况时则以黑字进行打印。

(2)警报历史打印

警报历史数据、警报级别，可用表格方式打印。

(3)操作历史打印

操作历史，可用清单方式打印。

(4)监控点表格打印

操作员可以将下列项目的表格打印出来：①警报点清单；②模拟点清单；③积算点清单；④运行中设备表格；⑤停止中设备表格；⑥维修中设备表格。

(5)程序登录点清单打印

打印操作员注册控制程序的登录点、程序种类、程序号。

(6)趋势图打印打印

操作员指定的趋势图。

(7)月报、日报打印

日报(时间单位)、月报(日单位)格式打印出所指定的测量值、积算值。按最大/最小/合计/平均值的运算结果打印。可以按照设定的时间范围最大/最小/平均值打印，可在任意时间以手动操作打印出过去7日间(含当日)的日报。

(8)图形打印

打印操作员指定的图形数据。

8．数据保存功能，主要为长期数据收集

可以在显示器显示及打印趋势图、图形日报/月报及过去7日间(含当日)的日报、过去2个月间(含当月)的月报数据等。