楼宇自动化系统控制

楼宇自动化系统控制

侯彦伟徐毅（黑龙江国裕机电工程有限公司，黑龙江哈尔

摘要：分析了楼宇自动化系统的功能、结构组成、工作原理及发展简史，结合当今各大楼宇自动化系统产品，阐述了现代建筑楼宇自动化系统软硬件功能及控制内容，并对楼宇自动化系统应用实例进行了介绍。

关键词：系统；监测；控制；输入/输出；控制器；通讯；工作站

楼宇自动化系统也叫建筑设备自动化系统（BuidingAutomationSystem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。

1楼宇自动化系统的组成与原理

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。

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（Distributedcontrolsystems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楼宇自动化系统的发展

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、执行器的输人输出模块，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LonWorks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、自动化层和现场网络层。

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。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。

3西门子APOGEE顶峰楼宇自动化控制系统

APOGEE楼宇自控系统是西门子公司推出的新一代楼宇自控/系统集成平台，完整的系统由INSIGHT监控软件、DDC控制器、传感器、执行机构四大部分组成。

3.1中央工作站

中央工作站系统由PC主机、彩色液晶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，内装中/英文Insight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。操作者无需专业软件知识，即可通过鼠标和键盘操作管理整个控制系统。

3.2Insight软件功能

Insight监控软件是以动态图形为界面，向用户提供楼宇管理和监控的集成管理软件。最多可支持25个客户端同时运行。

Insight监控软件提供了用户对APOGEE系统的三大功能：

（1）监视功能：用户可以通过动态图形、趋势图等应用程序对APOGEE系统控制设备的运行状态，被控对象的控制效果进行实时和历史的监视。

（2）控制功能：用户可通过控制命令，程序控制和日程表控制等应用程序控制楼宇自控设备的启停和调节。

（3）管理功能：包括用户帐户管理、系统设备管理、程序上下载管理，用户还可通过系统的活动记录、报表等应用程序了解APOGEE系统自身的状态。

通过对选件的安装，还可实现远程自动拨号服务、仿真终端、支持WEB服务、支持远程通告、支持虚拟控制器等功能。

3.3直接数字控制（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，它包含软硬件，能完成独立运行，不受到网络或其他控制器故障的影响。

制器构成主要是32位微处理器和不同类型点的点终端模块，具有可脱离中央控制主机独立运行或联网运行能力。简单来说，DDC具备以下功能：

（1）使用强力过程控制语言PPCL进行程序编写。

（2）先进的比例积分微分暖通空调控制，闭环调节算法可使振荡最小并保持精密控制。

（3）全面的报警管理、历史数据记录和操作员的控制监视功能。

（4）为能源管理提供了内置的能源管理程序SSTO。

4自动化控制系统监控内容

APOGEE系统对建筑物进行集中监控的系统主要包括：

（1）空调机组新风机组；

（2）变配电系统；

（3）照明系统；

（4）给排水系统；

（5）冷热源系统；

（6）备用发电机系统；

（7）电梯系统。

5自动化控制系统功能

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。

结束语

楼宇自动化控制技术在我国还是一个新兴的技术领域，随着更多智能建筑的出现，将有更加先进的技术补充到这一领域中，使这一技术更加成熟、完善。