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楼宇自控系统(BAS)浅述 一.概述 楼宇自控系统(Building Automation System-BAS)作为智能化建筑的标志之一，在建筑设计中愈来愈占有举足轻重的地位。 由于现代建筑大量采用诸如集中空调、通风、动力、照明、电梯、给排水等机电设备。并且功能复杂、控制点繁多、设备配置分散，给设备控制和管理增加了相当大的人力和财力。整座建筑为了达到多功能性和舒适性的要求，所设置的系统就愈来愈复杂，造成设备运行能耗的增加。因此，整座建筑要在保证正常、舒适的工作环境的前提下，各种设备既能处于合理高效的工作状态,又能合理管理能源，控制能源使用和自动节约能源,是建筑设计所面临的重大课题。 楼宇自控系统(简称BAS)的产生，则恰到好处地实现了这一目的。BAS系用先进的计算机控制技术，并且含有丰富灵活的控制、管理软件和节能程序，使它能对各机电设备进行有条不紊、综合协调、科学地控制和管理。因此，有效地解决了节能、节省维护管理工作量和运行费用。 1.BAS的发展史 早在数十年前国外就有超高层大楼了。对于建筑物内各专业共存的机电设备(诸如空调系统、变配电系统、给排水系统等)的操作和运行，就当时的技术条件，只能采用大型仪表集中对各主要参数和重要设备进行监视，并集中操作。但在配线上，只能采用一对一的配线方式。若需将某个设备的状态信号及操作功能全部显示在中央监控室，必将造成配线太多的问题。因此，考虑到经济效益，最终只能选择一些最重要的设备在中央控制室内显示和操作，而大多数设备仍需要在现场操作和记录。 到了八十年代，微电脑技术的迅速发展，给楼宇自控系统带来新的契机。由于信号传送技术的进步，一对信号总线可传输多种信号。因此，对建筑内各种设备的状态监视不必一对一地配置线路了，全部设备状态和过程参数都可在中央控制显示，很容易进行操作和管理，不但节省了人力，而且提高了效率。但在控制功能方面，由于受当时现场控制器的局限(功能不完善，且价格昂贵)，大部分系统运算及处理功能，需集中到中央控制室内由计算机主机进行处理。因此，整个系统依然是集中监视、集中控制。不可避免，一旦主机故障，全楼设备将陷于瘫痪。 而在九十年代的今天，直接数字控制器(简称DDC)的出现取代了过去由中央监控主机所完成的监控功能。DDC配置于现场，接收中央监控主机的指令，自动地参考其他参数，自动演算并控制相关的设备。 因此，中央监控主机不再负担大量的数据运算和直接参与控制，而趋于管理功能。现代先进的楼宇自控系统(BAS)均采用集散式控制系统(DCS)，综合利用了现代计算机技术、现代控制技术、现代图形显示技术,并且由先进的通讯网络技术支持。真正实现了集中监视、集中管理、分散采集、分散控制。使全系统能够协调运行,一旦主机故障，不影响各DDC的独立正常工作。 2.BAS的基本构成和基本功能 (一)BAS的基本构成 现代典型的楼宇自控系统一般由以下几部分组成: (1)中央控制:中央控制部分对整个系统进行监测、协调和管理。设备包括工作站、文件服务器及打印机等，工作站和文件服务器通过网络接口联接在一级网络上。 (2)主控制器:主控制器是整个系统中各离散化的区域控制器(DDC)的协调者，其作用是实现全面的信息共享,完成区域控制器与中央控制室的工作站之间的信息传递、数据存储、区域或远端报警等功能。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。 (3)区域控制器(即直接数字控制器DDC):区域控制器是具体控制机电设备的装置，与安装在设备上的传感器件和执行机构相联，每个区域控制器都包含有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。 (4)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。 (5)执行机构:接收控制信号并调节被监控设备。 (6) 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。 (二)BAS的基本功能 (1)数据采集; (2) 各种设备启/停控制与监视; (3) 设备运行状况图象显示; (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。 二.BAS对各设备的基本监控功能 DDC作为现代BAS的标志之一，是以微型处理器为基础的计算机遥控处理单元，是实现BAS分散采集，分散控制最主要的单元。DDC设置于现场接收传感元件的模拟量信号(AI)或数字量信号(DI)，并且输出模拟量信号(AO)或数字量信号(DO)给执行机构。模拟量包括温度、湿度、压力、流量、液位、电流、电压等参数，应为4～20mA或0～10v等直流标准电信号。数字量包括状态信号和故障报警信号等，应为无源接点信号。 对于各机电设备的基本监控范围，如下所述： (1)冷水机组 A.实时控制：按时间程序，自动启/停； B.启动/停止顺序控制：根据工艺或设备要求对冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔实施按顺序联锁启/停； C.节能及优化启停控制：根据冷冻水供、回水温度差及回水流量，计算出实际冷负荷，来确定冷水机组开启的台数。冷水机组的启停顺序是根据机组运行时间来确定。即：累计运行时间少的先启动，运行时间长的先停。保证各机组具有均匀的运行时间。以上控制使机组始终处于最优化的状态下工作，从而达到了节能和延长设备机械平均使用寿命的目的。 D.压差控制：设于供、回水管间的旁通阀，当机组运行后，根据供、回压差自动调节阀门开度，保持供、回水压差平衡； E.监视功能：监视机组各设备工作状态、事故状态，并累计设备运行时间； F.显示、打印：被监控参数、设备状态、报警、动态流程图(含设定值、测量值、状态)。 (2)新风机组及空调机组 A. 实时控制：按时间程序，自动启/停； B. 温度控制：测量回风或送风温度与设定值比较，按比例积分(PI)规律输出相应的控制信号，调节电动阀的开度，使送回风温度控制在设定值范围内； C. 电动阀冬、夏季工作模式自动转换。此功能只用在北方需冬季采暖地区； D. 冬季湿度控制：测量回风湿度，调节蒸汽流量，使湿度控制在设定范围内； E. 监视功能：风机运行状态、故障状态、并累计运行时间；过滤器阻塞报警及送风温度超限报警； F. 显示、打印：被监控参数、状态、报警、动态流程图(含设定值、测量值、状态等)。 (3)通风系统 各送、排风机实时启/停；监视风机的运行状态和故障状态，并累积运行时间； (4)给排水系统 监视各类水池、水箱的水位上、下限，并根据上、下限水位，启停相关水泵； 监视各类水泵的运行状态、故障状态，并累计运行时间。根据累计时间自动调整泵的常、备用状态； (5)供配电系统 通常BAS对供配电系统只做监视不做控制。因此，供配电系统主要有如下监控功能： A. 高压进线的开关状态和事故状态； B. 变压器的工作温度、上限报警； C. 变压器出线的电压、电流、功率、功率因数，用电量及开关状态、故障报警； D. 显示、打印：参数、状态、报警、动态流程图(测量值、状态、报警等)。 (6)发电机组 监视发电机运行状态、故障状态、输出电压、电流及油箱油位； 以上所述仅为BAS对机电设备最基本的功能。 由于各类建筑的控制要求不同，如空调系统要求变风量控制或要求室外空气温、湿度补偿等。BAS通过它丰富的软件和先进的硬件功能，均可实现许多复杂的控制要求。 目前机电一体已成为厂家提供设备的趋式。许多设备均自带微机监控系统，如冷水机组、电梯系统等。为保证BAS的完整性，这些系统均可作为子系统与BAS进行联网。具体作法可以将各子系统串联到BAS主控制器的RS232接口上。这样避免了传感元件的重复设置。 三. 结束语 现代建筑往往要求为智能型，使得整座建筑各独立系统能够高度集成，做到保安、防火、设备监控三位一体，以提高物业管理的效率和综合服务功能。这些子系统均以综合的计算机网络联接起来，集成为一体化的综合计算机管理系统。BAS作为子系统对整个建筑内的机电设备进行监控。其功能和作用在管理系统中占有极为重要的地位。 有色金属研究总院 吴策