建筑設備自動化系統(tǒng)的設計(了解)

第3章建筑設備自動化系統(tǒng)的設計3.1建筑設備自動化系統(tǒng)設計標準3.2監(jiān)控點屬性劃分與監(jiān)控表的編制3.3傳感器與執(zhí)行器選擇3.4分站規(guī)劃與配置3.5中央站硬件與軟件配置3.6建筑設備自動化控制網(wǎng)絡通信協(xié)議3.7建筑設備自動化系統(tǒng)與火災系統(tǒng)的互聯(lián)

建筑設備自動化系統(tǒng)(BAS)，實質(zhì)上是一套中央監(jiān)控系統(tǒng);

系統(tǒng)通過對建筑物(或建筑群)內(nèi)的各種電力設備、空調(diào)、冷熱源設備、防火、防盜設備等進行集中監(jiān)控，構建舒適、安全安全環(huán)境，且在充分考慮節(jié)能和環(huán)境保護的前提下，使建筑內(nèi)的各種設備狀態(tài)及利用率均達到最佳目的;

建筑設備自動化系統(tǒng)是建筑弱電系統(tǒng)工程中較為復雜的系統(tǒng)之一，設計時必須要依照國家相應設計標準及規(guī)范；

設計人員須了解被設計系統(tǒng)的功能要求，掌握系統(tǒng)的設計流程，監(jiān)控表的編制和DDC的選型與配置、整個控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構以及BA系統(tǒng)的軟、硬件組成及配置3.1建筑設備自動化系統(tǒng)設計標準

1)設計標準—BAS系統(tǒng)設計以國家標準和規(guī)范為實際依據(jù)，參照行業(yè)標準；

★

民用建筑電氣設計規(guī)范（JGJ/T16-92）

★采暖通風與空調(diào)調(diào)節(jié)設計規(guī)范（GBJ19/87）

★火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范（GBJ116/88）

★民用建筑照明設計標準（GBJ133-90）

★工業(yè)與民用供電系統(tǒng)設計規(guī)范（GBJ52-83）

★低壓配電裝置及線路設計規(guī)范（GBJ54-83）

★建筑設計防火規(guī)范（GBJ16-87）

★建筑物防雷設計規(guī)范（GBJ50057-94）

★智能建筑設計標準（GB/T50314--2000

）

★。。。。。2)建筑設備自動化系統(tǒng)的設計流程

—建筑設備自動化系統(tǒng)設計必須根據(jù)建筑物的使用功能和業(yè)主的具體需求進行系統(tǒng)設計。具體設計流程：方案設計、深化設計及施工設計方案設計

(1)研究建筑物的功能，了解業(yè)主對BA系統(tǒng)的需求和要求；

(2)研究控制方案，確定控制功能和控制網(wǎng)絡結構；

(3)確定監(jiān)控范圍、控制范圍、監(jiān)控點數(shù)；

(4)畫出各子系統(tǒng)的控制系統(tǒng)大樣圖

(5)系統(tǒng)選型（DDC的選型等）深化設計及施工設計1）根據(jù)方案設計及用戶要求，確定控制范圍和控制內(nèi)容；2）與機電人員設計過程商榷控制方案，共同核定對指定監(jiān)控點實施監(jiān)控的技術可行性;3)按各被控設備需實現(xiàn)的控制功能，編制各被控子系控制點表，

并繪制各被控子系統(tǒng)控制原理圖；4)根據(jù)系統(tǒng)集成要求，確定BA系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構及組成結構；5)結合各設備分布平面圖，進行控制分站監(jiān)控點的劃分;

—劃分時各控制分站的監(jiān)控點不能過于飽滿，應留有10％以上的余地，在此基礎上，確定系統(tǒng)硬件組態(tài)和系統(tǒng)軟件;6）按照各子系統(tǒng)設備分布的情況及需采集的數(shù)據(jù)，選擇傳感器及相應執(zhí)行機構,并確定現(xiàn)場的安裝位置；7)繪制BA系統(tǒng)總平面圖，將各個設備控制系統(tǒng)組成網(wǎng)絡；8)確定使用線纜的介質(zhì)、尺寸等。3)建筑設備自動化系統(tǒng)監(jiān)控中心功能確定根據(jù)智能建筑設計標準(GB/T50314-2000)中的一般規(guī)定，并結合用戶需求完成系統(tǒng)中央監(jiān)控中心的功能確定。1.對建筑物內(nèi)各類設備的監(jiān)視、控制、測量，應做到運行安全、可靠、節(jié)省能源、節(jié)省人力。2.建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構模式應采用集散或分布式控制的方式，由管理層網(wǎng)絡與監(jiān)控層網(wǎng)絡組成，實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的監(jiān)控和控制。3.系統(tǒng)應實時采集、記錄設備運行的有關數(shù)據(jù)，并進行分析處理。4.建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)應滿足管理的需要。監(jiān)控中心的需具備的功能－系統(tǒng)的集中監(jiān)控、顯示、操作功能；數(shù)據(jù)管理輔助功能；安全保障管理；自診斷功能；與其他系統(tǒng)的通信功能。3.2監(jiān)控點屬性劃分與監(jiān)控表的編制2、監(jiān)控表的繪制與統(tǒng)計－所編制出的監(jiān)控表，對于每個監(jiān)控點應明確表出下列內(nèi)容：①所屬設備名稱及其編號②監(jiān)控點的被監(jiān)控量③監(jiān)控點所屬類型1、監(jiān)控點屬性的劃分

。模擬輸入(AI):溫度、濕度、壓力等(0V～10V或4mA～20mA,DC信號)

。模擬輸出(AO):作用于連續(xù)調(diào)節(jié)閥門,風門(0V～10V或4mA～20mA,DC信號)

。數(shù)字輸入(DI):用于觸點閉合、斷開狀態(tài)，用于啟/停狀態(tài)的監(jiān)視和報警。數(shù)字輸出(DO):用于電動機的啟動、停止，控制，兩位式驅(qū)動器的控制等

——編制監(jiān)控點總表，應以現(xiàn)場控制器為單位，按模擬輸入、數(shù)字輸入、模擬輸出、數(shù)字輸出等種類分別統(tǒng)計。監(jiān)控點統(tǒng)計表編制

DDC配置表編制3.3傳感器與執(zhí)行器選擇

1)傳感器

—用于對BA系統(tǒng)中溫度/濕度/壓力/液位/流量等數(shù)據(jù)進行檢測。。標準信號：0～10mA、4～20mA2)執(zhí)行器

—由執(zhí)行機構、調(diào)節(jié)機構組成，主要有電動執(zhí)行器、氣動執(zhí)行器、液動執(zhí)行器

。電動執(zhí)行器:電磁閥、電動調(diào)節(jié)閥

。電動調(diào)節(jié)閥:電動執(zhí)行機構、調(diào)節(jié)閥

3.4分站的規(guī)劃與配置在BA系統(tǒng)的組成中，一般均包括中央操作站(監(jiān)控級)，分布式現(xiàn)場控制器(分站－現(xiàn)場級)、現(xiàn)場儀表（傳感器、變送器、執(zhí)行機構等)

和通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)場級監(jiān)控級管理級分站為模塊化的主控制器，其輸入/輸出模塊可分為兩類；。集中式：輸入/輸出模塊和CPU模塊等安裝在同一箱體中；。分布式：輸入/輸出模塊分布在不同地方，使用現(xiàn)場總線把它們連在一起與CPU模塊連通工作；分站監(jiān)控區(qū)域的劃分。集中布置的大型設備監(jiān)控點應盡量規(guī)劃在一個分站內(nèi)監(jiān)控，如監(jiān)控點超過一個分站允許的80％，可設兩個或兩個以上分站；。分站的監(jiān)控范圍可不受樓層限制，每個分站至監(jiān)控點的最大距離應根據(jù)傳輸介質(zhì)、波特率及最大距離性能參數(shù)確定；原則上依據(jù)平均距離最短的設置原則，將分站設置于監(jiān)控點附近；。防火分站應按消防規(guī)范，參照放火分區(qū)及區(qū)域報警器的設置規(guī)定確定其監(jiān)控范圍；。分站對控制對象實施控制時，必須滿足實時性要求；

—對于統(tǒng)一管理的建筑群或特大建筑物，當其設備數(shù)量級多，配裝置又極為分散時，宜采用多個微型中心站；3.5

中央站硬件與軟件配置中央站硬件配置由凈化電源組成的計算機系統(tǒng)；通信接口單元(CIU)(通信適配器、適配卡)。—中央站設計時應考慮的問題

采用冗余技術問題；

中央站和分站通信速率及通信協(xié)議一致性問題；。系統(tǒng)軟件、應用軟件(組態(tài)軟件)；

－組態(tài)軟件是指人機界面/監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集軟件，是一個使用戶能快速建立自己的HMI（HumanMachineInterface）的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境

(人機界面生成軟件)，它是監(jiān)控級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，為用戶提供快速構建自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)：就是用應用軟件中提供的工具、方法來完成工程具體任務的過程；

。數(shù)據(jù)庫管理軟件、通信管理軟件、故障自診斷和系統(tǒng)調(diào)試與維護軟件包；中央站的軟件配置3.5

建筑設備自動化控制網(wǎng)絡通信協(xié)議

當前，國際上現(xiàn)場總線發(fā)展的種類相應較多，常見的約有40余種(ProfiBus、LonWorks、CAN、HART、Modbus、DeviceNet等),由于現(xiàn)場總線的國際標準不能建立，致使用戶面對多種總線協(xié)議問題，使得用戶在選擇時難以抉擇，這是用戶所不希望的。

目前，在世界范圍內(nèi)，樓宇自動化中最流行的通信協(xié)議和技術當推BACnet和LonWorks網(wǎng)絡通信協(xié)議，也是目前我國重點應用的。1.BACnet協(xié)議

BACnet是由美國暖通空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)于1995年頒發(fā)的全球首個為樓宇自控網(wǎng)絡制定的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，它是一個標準通訊和數(shù)據(jù)交換協(xié)議。各廠家按照這一協(xié)議標準開發(fā)與樓宇自控網(wǎng)兼容的控制器與接口，最終達到不同廠家生產(chǎn)的控制器都可以相互交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)互操作。

BACnet確立了在不必考慮生產(chǎn)廠家，不依賴任何專用芯片組的情況下，各種系統(tǒng)實現(xiàn)開放性與互操作性的基本規(guī)則。其作用是為不同商家產(chǎn)品的系統(tǒng)之間進行信息交流提供平臺和支持。目前世界上已有數(shù)百家國際知名的廠家支持BACnet，其中包括樓宇自控系統(tǒng)廠家、消防系統(tǒng)廠家、冷凍機廠家、配電照明系統(tǒng)廠家和安保系統(tǒng)廠家等。

BACnet協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

BACnet協(xié)議以OSI為模型，定義了一個四層模型;支持五種組合類型的數(shù)據(jù)鏈路層/物理層規(guī)范，四種局域網(wǎng)技術和一種點對點的通信規(guī)范，其中主從/令牌傳遞(MS/TP)協(xié)議是專門針對樓宇自控設備設計的數(shù)據(jù)鏈路規(guī)范。

BACnet在物理介質(zhì)上支持雙絞線、同軸電纜和光纜。BACnet網(wǎng)絡層ISO8802-3(IEEE802.3)ARCNET令牌網(wǎng)MS/TP(主從/令牌傳遞)PTP(點到點協(xié)議)EIA-485(RS485)EIA-232(RS232)ISO8802-2(IEEE802.2)類型1LonTalkBACnet應用層

BACnet的協(xié)議層次應用層

網(wǎng)絡層

數(shù)據(jù)

鏈路層

物理層

在拓撲結構上，

BACnet沒有嚴格規(guī)定，其設備通過物理連接被接入四種局域網(wǎng)(802.3、ARCNET、RS485、LonTalk)的其中任何一種；或通過專用撥號串行數(shù)據(jù)線接到WAN上；

BACnet的網(wǎng)絡層網(wǎng)橋

中繼器

路由器

半路由器

半路由器

BACnet的應用層

采用面向?qū)ο蠹夹g，定義具有屬性的對象(Object)來表示任意的樓宇自控設備功能，

目前BACnet共定義了18個對象，123個屬性和6個大類35種服務

－如報警及事件響應、文件訪問、對象訪問、設備遠程管理、虛擬終端、安全等)

對象名稱應

用

舉

例01模擬輸入AnalogInput模擬傳感器輸入如機械開關On/Off輸入02模擬輸出AnalogOutput模擬控制量輸出03模擬值AnalogValue模擬控制設備參數(shù)如設備閥值04數(shù)字輸入BinaryInput數(shù)字傳感器輸入如電子開關On/Off輸入05數(shù)字輸出BinaryOutput繼電器輸出06數(shù)字值BinaryValue數(shù)字控制系統(tǒng)參數(shù)07命令Command向多設備多對象寫多值如日期設置08日歷表Calender程序定義的事件執(zhí)行日期列表09時間表Schedule周期操作時間表10事件登記EventEnrollment描述錯誤狀態(tài)事件如輸入值超界或報警事件。通知一個設備對象，也可通過“通知類”對象通知多設備對象11文件File允許訪問（讀/寫）設備支持的數(shù)據(jù)文件12組Group提供單一操作下訪問多對象多屬性13環(huán)Loop提供訪問一個“控制環(huán)”的標準化操作14多態(tài)輸入Multi-stateOutput表述多狀態(tài)處理程序的狀況，如制冷設備開、關和除霜循環(huán)15多態(tài)輸出Multi-stateOutput表述多狀態(tài)處理程序的期望狀態(tài)，如制冷設備開始冷卻、除霜的時間16通知類NotificationClass包含一個設備列表，配合“事件登記”對象將報警報文發(fā)送給多設備17程序Program允許設備應用程序開始和停止、裝載和卸載，并報告程序當前狀態(tài)18設備Device其屬性表示設備支持的對象和服務以及設備商和固件版本等信息。獨立于任何制造商，不需要專門芯片，且得到眾多制造商的支持；

。有完善和良好的數(shù)據(jù)表示和交換方法；

。按標準制造的產(chǎn)品有嚴格的性能等級和完整的說明；

。產(chǎn)品有良好的互操作性，有利于系統(tǒng)的擴展和集成。

—BACnet目前已成為當今智能建筑發(fā)展的主流技術，為制造商和用戶提供了最好的條件和收益。

。產(chǎn)品有眾多的供應商提供服務和維護，有利于運行費用的降低；。系統(tǒng)可以由不同廠商的產(chǎn)品組成，有利于市場競爭，保護先進的產(chǎn)品占有市場；。產(chǎn)品有從眾多的供應商提供服務和維護，有利于運行費用的降低；。用戶可從眾多廠商中來選擇性價比最優(yōu)的產(chǎn)品和集成商，避免專用協(xié)議的設備與系統(tǒng)壟斷，盡量減少工程投資費用。

BACnet協(xié)議優(yōu)點

2.LonTalk協(xié)議

LonTalk協(xié)議是90年代初由ECHELON公司發(fā)布的基于現(xiàn)場控制器、傳感器、執(zhí)行器通信的通信協(xié)議。采用LonTalk協(xié)議構成局域網(wǎng)為LonWorks，它是一種開放的分布式控制網(wǎng)絡。－LonWorks采用了嵌入芯片技術，將LonTalk協(xié)議固化到網(wǎng)絡芯片中，使LonWorks可方便地應用到控制系統(tǒng)中；－LonTalk協(xié)議提供了OSI參考模型所定義的全部七層服務。這是LonWorks技術的先進性之一。也是LonTalk協(xié)議區(qū)別于其它各種協(xié)議的重要特點；－LonTalk協(xié)議支持以不同通訊介質(zhì)分段的網(wǎng)絡；支持多種介質(zhì)的傳輸，其它的許多網(wǎng)絡只能選用幾種專用的介質(zhì)。

LonTalk協(xié)議特點

LonTalk協(xié)議是面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡協(xié)議，實現(xiàn)采用網(wǎng)絡變量形式；

協(xié)議使用的介質(zhì)訪問控制技術是P-堅持CSMA(載波信號多路偵聽)技術；

協(xié)議對各種介質(zhì)的支持是獨立的，可容許通信介質(zhì)類型有雙絞線、同軸電纜、光纖、電力線、無線電、紅外線等；

LonTalk支持多通道技術。LonTalk規(guī)定,一個通道至多有32385個節(jié)點，通道之間通過路由器連接。這樣,不僅可實現(xiàn)多介質(zhì)在同一網(wǎng)絡上的連接，且可減輕一個通道的網(wǎng)絡信道過于擁擠；

協(xié)議采用分層編址方法。它使用域(domain)、子網(wǎng)(subnet)、節(jié)點和組的概念，可方便實現(xiàn)整個域、某個子網(wǎng)、某個節(jié)點、某個組的通信。域(255個子網(wǎng))、子網(wǎng)(127個節(jié)點)

LonWork和BACnet組網(wǎng)方案3.6

BA系統(tǒng)與火災報警系統(tǒng)的互連

—在建筑設備自動化互聯(lián)中，消防報警與BA控制系統(tǒng)應參與整體系統(tǒng)集成，但必須遵循行業(yè)管理規(guī)定。所以，在BA系統(tǒng)集成過程中，通常只能共享有關消防系統(tǒng)消息，而不能直接參與控制。1.消防自控系統(tǒng)