楼宇自控系统设计基础讲义

1、楼宇自控系统设计（初学者必读）楼宇自控系统设计 楼宇自控系统是建筑设备自动化控制系统的简称。建筑设备主要是指为建筑服务的、那些提供人们基本生存环境(风、水、电)所需的大量机电设备，如暖通空调设备、照明设备、变配电设备以及给排水设备等，通过实现建筑设备自动化控制，以达到合理利用设备，节省能源、节省人力，确保设备安全运行之目的。前些年年人们提提到楼宇宇自控系系统，主主要所指指仅仅是是建筑物物内暖通通空调设设备的自自动化控控制系统统，近年年来已含含盖了建建筑中的的所有可可控的机机电设备备，并成成为“智能建建筑”不可缺缺的基本本环节。楼楼宇自控控系统的的发展也也是经历历了从无无到有，从从低级到到高级这

2、这一过程程，实际际上就是是一个工工业自动动化控制制系统发发展的缩缩影。随随着信息息技术、网网络技术术、计算算机技术术、通信信技术、显显示技术术、半导导体集成成技术、控控制技术术、表面面安装技技术及其其他高新新科学技技术的发发展，楼楼宇自控控系统也也将得到到长足的的发展，可可以预见见：1)集散控控制系统统是现阶阶段楼宇宇自控系系统的主主流；2)现场总总线技术术是集散散控制系系统发展展方向；3)VLAAN、TCPIP等网络络技术在在楼宇自自控系统统应用，网网络实现现Web化；4)通用控控制器与与智能仪仪表共存存；5)广泛采采用以状状态空间间方法为为基础的的现代控控制理论论解决楼楼宇自控控问题，取取

3、得成效效；6)系统集集成技术术取得进进展，OPC、ODBBC等技术术被广泛泛应用；7)人机界界面、操操作环境境改善，符符合人机机工程学学基本机机理。按建设部设设计深度度要求，一一般民用用建筑(对于具具有特殊殊工艺要要求的建建筑物可可能不完完全适用用)楼宇自自控系统统(BAAS)设计，设设计院至至少应做做下列工工作：1)充分了了解受控控对象的的工艺要要求，作作出相应应的控制制原理图图；2)受控对对象控制制种类统统计(或称控控制器输输入输输出状态态点表)；3)控制网网络规划划设计；4)平面布布线规划划设计；5)设计说说明。承包商商(或供货货商)应按设设计院的的设计内内容要求求，做进进一步的的深化施

4、施工图设设计，包包括提供供产品的的规格、材材料、接接线、安安装与维维护等技技术文件件，并负负责最终终的安装装(或指导导安装)、调试试及验收收申请。但从目目前众多多实施的的工程来来看效果果不理想想有调调查显示示：顾客客对楼宇宇自控系系统运行行情况评评价，“满意”的占30，“一般”的占40，“差”的占30。因因此，本本文旨在在从专业业设计实实际出发发，检讨讨设计中中易出现现的问题题，以期期举一反反三。2若干问问题21对受受控对象象的工艺艺要求的的了解不不准确。目前，电电气工程程师(或自控控工程师师)对其他他专业受受控对象象的工艺艺要求理理解上的的肤浅，甚甚至存在在认识上上的错误误，而导导致BAS运

5、行效效果欠佳佳的事例例屡屡发发生，其其中暖通通空调系系统占较较大比重重，下面面是一些些工程中中易出错错的实际际问题，如如：(1)、设设备专业业规范采采暖通风风与空气气调节设设计规范范(GBBJl99-877)中对舒舒适性空空调的室室内参数数曾作了了总的规规定：干球温度相对湿度空气漉速冬季t=182240-600v0.22ms夏季t=242840%-65v0.33ms注：当使用用紊件无无特殊要要求时。舒舒适性空空调的相相对湿漫漫度可不不受限制制。需要注意的的是，上上述数据据仅指设设计基数数的取值值范围，不不是指受受控对象象允许变变化波动动的范围围，民用用建筑舒舒适性空空调设计计一般也也不提空空调

6、精度度要求。空空调设计计基数的的选择非非常重要要，实际际工程应应由设备备工程师师结合我我国气候候特点和和国情分分析研究究慎重确确定，选选择不利利不但对对投资、运运行、能能源消耗耗起负面面的影响响，而且且还危及及人员的的健康。(2)、对对夏季、冬冬季及过过渡季的的认识深深度不够够。空调调系统所所指的夏夏季、冬冬季及过过渡季控控制参数数是按照照夏季、冬冬季及过过渡季三三种状态态划分的的三种工工况，对对应相应应的温度度、湿度度或焓值值等工作作环境参参数，如如果仅仅仅按照夏夏季、冬冬季及过过渡季的的实际季季节变化化来简单单的理解解，往往往使得空空调系统统最终获获得不理理想的控控制效果果。(3)、暖暖通

7、空调调自控系系统，其其精髓在在于把握握空调工工艺中的的“定”和“变”两字上上。往往往未能根根据不同同管路、不不同工况况下的“定风(或定流)量”或“变风(或变流)量”的特性性要求设设计自控控系统，如如制冷机机冷冻冷却循循环水定定流量；新风处处理机组组一般定定新风量量；变风风量的空空调机组组分变新新风量(或定新新风比)和定新新风量(或变新新风比)等。(4)、新新风处理理机组大大都采用用“定新风风量”的设计计，这一一点往往往没有引引起电气气控制工工程师的的足够重重视，在在新风阀阀的控制制上一般般仅要求求位式控控制，新新风阀多多采用双双向单相相(ACC 2220VAC224V，三线)电机或或电动执执行

8、机构构位式控控制；为为盘管防防冻新风风阀设计计成与送送风机联联动；为为防止风风阀压差差过大无无法开启启，通常常先打开开新风阀阀，后开开送风机机，停风风机即关关阀。(5)、只只有设有有新风预预热器的的空气处处理机组组，或混混合点(或加湿湿后的状状态点)有可能能低于0的空气气处理机机组，或或者冬季季过渡季季要求作作全新风风运行且且新风温温度可能能低于0的空气气处理机机组，才才有必要要考虑运运行防冻冻问题，采采取新风风阀与机机组联动动等防冻冻措施。(6)、为为了保证证基本的的室内空空气品质质，可采采用测量量与控制制室内CO：浓度度的方法法来实现现。但实实际上暖暖通空调调专业往往往是以以设计确确定最小

9、小新风量量或换气气次数来来实现的的，若只只是采用用简单的的启停机机组的方方式来控控制室内内CO：浓度度则没有有必要；否则涉涉及变风风量控制制，控制制较复杂杂，投资资较大。22控制制原理描描述不全全面，受受控对象象控制种种类统计计不具体体。设计图图中见到到的控制制原理往往往是千千篇一律律，不能能根据具具体实际际工程做做到有的的放矢。受受控对象象的种类类往往不不能简单单的局限限于AI、AO、DI、DO四种状状态，尤尤其是施施工图应应反映每每种状态态中不同同信号特特点的电电特性，以以便控制制模块的的选配。23 IIBMSS和BAS以及集集成概念念模糊。IBMMS和BAS应是两两个层次次的概念念，BA

10、S体现在在控制子子系统间间的网络络通讯的的互连；IBMMS则体现现在网络络信息系系统的整整合，也也就是说说IBMMS体现集集成的概概念比较较准确。一一般在设设计中比比较注重重控制子子系统间间控制功功能联动动的描述述，这往往往被理理解称集集成设计计，从信信息系统统集成来来讲。设设计应以以用户需需求为基基础，做做运行维维护管理理业务模模型的规规划设计计，IBMMS与BAS共用管管理工作作站。(1)、服服务模块块提供性性能优越越的服务务环境。现代智智能大厦厦在应用用了楼宇宇自控系系统之后后，可根根据季节节、空气气状态情情况的变变化，通通过调节节新风阀阀的开度度等方式式，自动动控制空空调机组组、新风风

11、机组的的送风温温度，并并可针对对不同区区域提供供最佳的的温湿度度控制，保保证各区区域环境境参数。在在中控室室，提供供给用户户一个观观察整个个系统运运行状态态的窗口口，通过过测量实实际信息息，可对对温度、压压力、流流量等重重要信息息进行实实时显示示和存储储，操作作人员可可以查看看某个变变量一段段时间的的变化统统计曲线线作出趋趋势预测测，提前前作出有有效响应应，进而而保障整整个系统统的平稳稳远行。软软件规划划多种运运行服务务功能。(2)、节节能模块块降低能能耗和管管理成本本。在满足足舒适性性的前提提下，楼楼宇自控控系统通通过合理理组织设设备运行行，使大大楼的运运行费用用为最低低，也就就是进行行系统

12、优优化控制制，降低低能耗值值。系统统软件设设有节能能程序，可可以根据据季节、人人员和空空气流动动情况的的变化，将将各区域域的温度度加以合合理调整整，控制制设备合合理运行行，使大大楼的能能耗降至至最低，而而且系统统可以在在运行一一到两年年后分析析历史运运行数据据，提供供优化调调整，使使大楼能能耗进一一步下降降。软件件规划多多种运行行节能措措施。(3)、安安全模块块提供突突发故障障的预防防手段。如果现现代智能能大厦的的机电设设备突然然发生故故障而停停机，将将对大厦厦产生严严重后果果。楼宇宇自控系系统可从从以下几几个方面面预防这这种局面面的出现现：、随时检检查设备备的实际际负载和和额定负负载，一一旦

13、发现现设备过过载，立立即自动动卸载同同时向中中央控制制室发出出报警信信号，以以防损坏坏贵重设设备。、监视设设备运行行状况，一一旦发现现其中某某台设备备运行异异常，立立即报警警通知检检修人员员前去检检查，以以防引起起更大范范围的设设备故障障。、自动记记录设备备的累计计运行小小时数。当当累计值值达到规规定的维维修时间间时，自自动报告告中央控控制室，及及时提醒醒进行设设备检修修。、当一组组设备中中的某台台设备出出现故障障不能继继续运转转时，自自动切换换到备用用设备；同时，对对于临时时停电的的情况，当当恢复供供电后，系系统自动动执行顺顺序启动动程序，可可保证设设备投运运顺利，避避免对设设备的损损害。通

14、过上上述检测测、报警警和处理理方式，使使现代智智能大厦厦对机电电设备突突发故障障具备有有效的预预防手段段，以确确保设备备和财产产安全。(4)维护护模块提高设设备运行行效率、减减少管理理人员数数量。通过对对设备运运行状况况的监测测、诊断断和记录录早期期发现和和排除故故障，及及时通知知维护和和保养，保保证设备备始终处处于良好好的工作作状态。楼宇自自控系统统对设备备的有效效监控，可可使设备备的故障障率大大大降低，同同时也使使维修工工人可以以更有效效的工作作，减少少维修人人员的数数量；一一体化管管理方式式，使操操作、值值班和管管理人员员尽可能能地减少少。(5)扩展展模块系统具具有良好好的扩展展性，保保

15、证今后后扩展的的需要。系统选选用时应应始终遵遵循标准准化、开开放性的的原则，系系统容量量可以有有适当的的冗余，以以适应日日后的扩扩展。且且应保证证与其它它系统的的兼容性性，可方方便实现现网络的的信息共共享。(6)、仿仿真模块块系统具具有自学学习功能能，可进进行人员员培训、资资料管理理等。24各系系统设计计界面不不够周到到、清晰晰。楼宇自自控系统统作为大大楼内的的一个重重要组成成系统，其其实现自自身的功功能设计计已经比比较成熟熟和完善善，但在在系统实实施过程程中，经经常由于于系统界界面的问问题而导导致系统统的最终终功能不不够完善善，丢项项、甩项项等事情情经常发发生。由于设设计界面面的问题题牵扯的

16、的面比较较多，涉涉及到工工程实施施中的暖暖通空调调、给排排水、变变配电等等多个专专业。因因此，在在工程的的前期将将设计界界面的问问题进行行明确，非非常必要要。从另一一个角度度讲，将将设计界界面的问问题进行行明确，可可以使业业主在工工程的前前期或在在设备定定货之前前，就明明确提出出界面接接口要求求，从而而可以实实现楼宇宇自控系系统的完完整性。明确各方方的责任任及工作作内容，避避免出现现问题时时，互相相扯皮。确保实现现系统设设计的全全部功能能，避免免资金的的浪费。(1)、与与调节控制的的风阀及及水阀的的设计界界面一般系系统中风风阀与水水阀的规规格及控控制模式式，由设设备工程程师根据据工况条条件计算

17、算确定。因因此，风风阀与水水阀调节节控制制设计应应与设备备工程师师配合，了了解风阀阀与水阀阀的电动动操作机机构，配配置相适适应控制制器。实实际工程程设计中中，设备备招标前前风阀与与水阀的的电动操操作机构构往往难难以准确确确定，DDC输出类类型。还存在在另一种种情况，调调节阀由由控制工工程师选选配，这这时需设设备工程程师提出出控制工工况要求求，控制制工程师师应根据据管径计计算选择择调节阀阀规格及及控制模模式。风阀的的控制应应根据工工况要求求选择电电动操作作机构或或配电子子定位装装置。(2)、与与配电控控制箱的的设计界界面配电控制制箱内设设本地与与远程转转换开关关和控制制用隔离离中间继继电器(无源

18、或或有源AC2220VV，见下下图)，本地地手动控控制，远远程靠BAS的DDC向配电电控制装装置发出出遥控启启停信信号，并并接收风风机运行行状态、过过负荷及及本地远程控控制转换换开关状状态信号号。本地DDDC的电源(ACC 2220V)由配电电控制箱箱提供，上上图DDC有源控控制和无无源控制制两种方方式，笔笔者认为为优选有有源控制制，因有有时配电电控制回回路并未未设控制制隔离变变压器，这这样无源源控制触触点有可可能直接接接人AC 2200V回路，造造成与其其他控制制线路不不能共管管敷设；另一方方面，自自控系统统的控制制电源宜宜由自己己提供，避避免造成成扯皮现现象。以上这些需需要在采采购配电电控

19、制箱箱之前提提出来，便便于厂家家加工。(3)、与与制冷机机组、电电梯等自自带控制制装置的的设计界界面一种是是将监控控信号采采用干接接点的方方式接人人BAS的DDC；一种种是采用用通信接接口点对对点或总总线的方方式接入入BAS。干接接点的方方式实现现起来比比较简单单，也比比较可靠靠，不足足之处是是采集的的信息量量比较少少；采用用通信接接口的方方式可以以克服干干接点的的不足，但但实现起起来比较较难，受受通信协协议是否否标准、厂厂家是否否开放编编码表等等因素的的制约。(4)、与与变配电电、照明明等系统统的设计计界面系系统中的的遥控单单元、智智能化仪仪表或开开关、照照明控制制单元、电电参数变变送器等等

20、自动化化器件，应应配合强强电设计计选配，预预置在配配电柜或或照明箱箱中。25缺乏乏合理的的网络架架构规划划设计。在楼宇宇自控系系统未招招标选定定设备前前，设计计院往往往对楼宇宇控制网网络架构构规划设设计不是是很明确确，DDC的布置置比较随随意，只只注重控控制原理理及点表表，网络络架构形形式、执执行标准准、设备备配置标标准选用用等方面面的设计计相对来来讲比较较薄弱。现在提提起“Buss(总线)”、“Nettworrk(网络)”可谓名名目繁多多，令人人眼花燎燎乱。但但“Fieeld Buss(现场总总线)”因其对对工控机机(包括DCS、PLC、工业PC、数控控等)、自动动化仪表表和过程程控制自自动化产产生的巨巨大影响响，已成成为世人人嘱目“热点”。早已已有人把把现场总总线描述述成“21世纪的的过程控控制总线线”，“自动控控制领域域开创了了一个新新的时代代一一现现场总线线控制系系统(FCCS，Fieeldbbus Conntrool SSy