建筑设备自动化系统的设计(了解)

第3章建筑设备自动化系统的设计3.1建筑设备自动化系统设计标准3.2监控点属性划分与监控表的编制3.3传感器与执行器选择3.4分站规划与配置3.5中央站硬件与软件配置3.6建筑设备自动化控制网络通信协议3.7建筑设备自动化系统与火灾系统的互联

建筑设备自动化系统(BAS)，实质上是一套中央监控系统;

系统通过对建筑物(或建筑群)内的各种电力设备、空调、冷热源设备、防火、防盗设备等进行集中监控，构建舒适、安全安全环境，且在充分考虑节能和环境保护的前提下，使建筑内的各种设备状态及利用率均达到最佳目的;

建筑设备自动化系统是建筑弱电系统工程中较为复杂的系统之一，设计时必须要依照国家相应设计标准及规范；

设计人员须了解被设计系统的功能要求，掌握系统的设计流程，监控表的编制和DDC的选型与配置、整个控制系统的网络结构以及BA系统的软、硬件组成及配置3.1建筑设备自动化系统设计标准

1)设计标准—BAS系统设计以国家标准和规范为实际依据，参照行业标准；

★

民用建筑电气设计规范（JGJ/T16-92）

★采暖通风与空调调节设计规范（GBJ19/87）

★火灾自动报警系统设计规范（GBJ116/88）

★民用建筑照明设计标准（GBJ133-90）

★工业与民用供电系统设计规范（GBJ52-83）

★低压配电装置及线路设计规范（GBJ54-83）

★建筑设计防火规范（GBJ16-87）

★建筑物防雷设计规范（GBJ50057-94）

★智能建筑设计标准（GB/T50314--2000

）

★。。。。。2)建筑设备自动化系统的设计流程

—建筑设备自动化系统设计必须根据建筑物的使用功能和业主的具体需求进行系统设计。具体设计流程：方案设计、深化设计及施工设计方案设计

(1)研究建筑物的功能，了解业主对BA系统的需求和要求；

(2)研究控制方案，确定控制功能和控制网络结构；

(3)确定监控范围、控制范围、监控点数；

(4)画出各子系统的控制系统大样图

(5)系统选型（DDC的选型等）深化设计及施工设计1）根据方案设计及用户要求，确定控制范围和控制内容；2）与机电人员设计过程商榷控制方案，共同核定对指定监控点实施监控的技术可行性;3)按各被控设备需实现的控制功能，编制各被控子系控制点表，

并绘制各被控子系统控制原理图；4)根据系统集成要求，确定BA系统的网络架构及组成结构；5)结合各设备分布平面图，进行控制分站监控点的划分;

—划分时各控制分站的监控点不能过于饱满，应留有10％以上的余地，在此基础上，确定系统硬件组态和系统软件;6）按照各子系统设备分布的情况及需采集的数据，选择传感器及相应执行机构,并确定现场的安装位置；7)绘制BA系统总平面图，将各个设备控制系统组成网络；8)确定使用线缆的介质、尺寸等。3)建筑设备自动化系统监控中心功能确定根据智能建筑设计标准(GB/T50314-2000)中的一般规定，并结合用户需求完成系统中央监控中心的功能确定。1.对建筑物内各类设备的监视、控制、测量，应做到运行安全、可靠、节省能源、节省人力。2.建筑设备监控系统的网络结构模式应采用集散或分布式控制的方式，由管理层网络与监控层网络组成，实现对设备运行状态的监控和控制。3.系统应实时采集、记录设备运行的有关数据，并进行分析处理。4.建筑设备监控系统应满足管理的需要。监控中心的需具备的功能－系统的集中监控、显示、操作功能；数据管理辅助功能；安全保障管理；自诊断功能；与其他系统的通信功能。3.2监控点属性划分与监控表的编制2、监控表的绘制与统计－所编制出的监控表，对于每个监控点应明确表出下列内容：①所属设备名称及其编号②监控点的被监控量③监控点所属类型1、监控点属性的划分

。模拟输入(AI):温度、湿度、压力等(0V～10V或4mA～20mA,DC信号)

。模拟输出(AO):作用于连续调节阀门,风门(0V～10V或4mA～20mA,DC信号)

。数字输入(DI):用于触点闭合、断开状态，用于启/停状态的监视和报警。数字输出(DO):用于电动机的启动、停止，控制，两位式驱动器的控制等

——编制监控点总表，应以现场控制器为单位，按模拟输入、数字输入、模拟输出、数字输出等种类分别统计。监控点统计表编制

DDC配置表编制3.3传感器与执行器选择

1)传感器

—用于对BA系统中温度/湿度/压力/液位/流量等数据进行检测。。标准信号：0～10mA、4～20mA2)执行器

—由执行机构、调节机构组成，主要有电动执行器、气动执行器、液动执行器

。电动执行器:电磁阀、电动调节阀

。电动调节阀:电动执行机构、调节阀

3.4分站的规划与配置在BA系统的组成中，一般均包括中央操作站(监控级)，分布式现场控制器(分站－现场级)、现场仪表（传感器、变送器、执行机构等)

和通信网络。现场级监控级管理级分站为模块化的主控制器，其输入/输出模块可分为两类；。集中式：输入/输出模块和CPU模块等安装在同一箱体中；。分布式：输入/输出模块分布在不同地方，使用现场总线把它们连在一起与CPU模块连通工作；分站监控区域的划分。集中布置的大型设备监控点应尽量规划在一个分站内监控，如监控点超过一个分站允许的80％，可设两个或两个以上分站；。分站的监控范围可不受楼层限制，每个分站至监控点的最大距离应根据传输介质、波特率及最大距离性能参数确定；原则上依据平均距离最短的设置原则，将分站设置于监控点附近；。防火分站应按消防规范，参照放火分区及区域报警器的设置规定确定其监控范围；。分站对控制对象实施控制时，必须满足实时性要求；

—对于统一管理的建筑群或特大建筑物，当其设备数量级多，配装置又极为分散时，宜采用多个微型中心站；3.5

中央站硬件与软件配置中央站硬件配置由净化电源组成的计算机系统；通信接口单元(CIU)(通信适配器、适配卡)。—中央站设计时应考虑的问题

采用冗余技术问题；

中央站和分站通信速率及通信协议一致性问题；。系统软件、应用软件(组态软件)；

－组态软件是指人机界面/监视控制和数据采集软件，是一个使用户能快速建立自己的HMI（HumanMachineInterface）的软件工具，或开发环境

(人机界面生成软件)，它是监控级的软件平台和开发环境，为用户提供快速构建自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态：就是用应用软件中提供的工具、方法来完成工程具体任务的过程；

。数据库管理软件、通信管理软件、故障自诊断和系统调试与维护软件包；中央站的软件配置3.5

建筑设备自动化控制网络通信协议

当前，国际上现场总线发展的种类相应较多，常见的约有40余种(ProfiBus、LonWorks、CAN、HART、Modbus、DeviceNet等),由于现场总线的国际标准不能建立，致使用户面对多种总线协议问题，使得用户在选择时难以抉择，这是用户所不希望的。

目前，在世界范围内，楼宇自动化中最流行的通信协议和技术当推BACnet和LonWorks网络通信协议，也是目前我国重点应用的。1.BACnet协议

BACnet是由美国暖通空调工程师协会(ASHRAE)于1995年颁发的全球首个为楼宇自控网络制定的数据通讯协议，它是一个标准通讯和数据交换协议。各厂家按照这一协议标准开发与楼宇自控网兼容的控制器与接口，最终达到不同厂家生产的控制器都可以相互交换数据，实现互操作。

BACnet确立了在不必考虑生产厂家，不依赖任何专用芯片组的情况下，各种系统实现开放性与互操作性的基本规则。其作用是为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。目前世界上已有数百家国际知名的厂家支持BACnet，其中包括楼宇自控系统厂家、消防系统厂家、冷冻机厂家、配电照明系统厂家和安保系统厂家等。

BACnet协议的物理层和数据链路层

BACnet协议以OSI为模型，定义了一个四层模型;支持五种组合类型的数据链路层/物理层规范，四种局域网技术和一种点对点的通信规范，其中主从/令牌传递(MS/TP)协议是专门针对楼宇自控设备设计的数据链路规范。

BACnet在物理介质上支持双绞线、同轴电缆和光缆。BACnet网络层ISO8802-3(IEEE802.3)ARCNET令牌网MS/TP(主从/令牌传递)PTP(点到点协议)EIA-485(RS485)EIA-232(RS232)ISO8802-2(IEEE802.2)类型1LonTalkBACnet应用层

BACnet的协议层次应用层

网络层

数据

链路层

物理层

在拓扑结构上，

BACnet没有严格规定，其设备通过物理连接被接入四种局域网(802.3、ARCNET、RS485、LonTalk)的其中任何一种；或通过专用拨号串行数据线接到WAN上；

BACnet的网络层网桥

中继器

路由器

半路由器

半路由器

BACnet的应用层

采用面向对象技术，定义具有属性的对象(Object)来表示任意的楼宇自控设备功能，

目前BACnet共定义了18个对象，123个属性和6个大类35种服务

－如报警及事件响应、文件访问、对象访问、设备远程管理、虚拟终端、安全等)

对象名称应

用

举

例01模拟输入AnalogInput模拟传感器输入如机械开关On/Off输入02模拟输出AnalogOutput模拟控制量输出03模拟值AnalogValue模拟控制设备参数如设备阀值04数字输入BinaryInput数字传感器输入如电子开关On/Off输入05数字输出BinaryOutput继电器输出06数字值BinaryValue数字控制系统参数07命令Command向多设备多对象写多值如日期设置08日历表Calender程序定义的事件执行日期列表09时间表Schedule周期操作时间表10事件登记EventEnrollment描述错误状态事件如输入值超界或报警事件。通知一个设备对象，也可通过“通知类”对象通知多设备对象11文件File允许访问（读/写）设备支持的数据文件12组Group提供单一操作下访问多对象多属性13环Loop提供访问一个“控制环”的标准化操作14多态输入Multi-stateOutput表述多状态处理程序的状况，如制冷设备开、关和除霜循环15多态输出Multi-stateOutput表述多状态处理程序的期望状态，如制冷设备开始冷却、除霜的时间16通知类NotificationClass包含一个设备列表，配合“事件登记”对象将报警报文发送给多设备17程序Program允许设备应用程序开始和停止、装载和卸载，并报告程序当前状态18设备Device其属性表示设备支持的对象和服务以及设备商和固件版本等信息。独立于任何制造商，不需要专门芯片，且得到众多制造商的支持；

。有完善和良好的数据表示和交换方法；

。按标准制造的产品有严格的性能等级和完整的说明；

。产品有良好的互操作性，有利于系统的扩展和集成。

—BACnet目前已成为当今智能建筑发展的主流技术，为制造商和用户提供了最好的条件和收益。

。产品有众多的供应商提供服务和维护，有利于运行费用的降低；。系统可以由不同厂商的产品组成，有利于市场竞争，保护先进的产品占有市场；。产品有从众多的供应商提供服务和维护，有利于运行费用的降低；。用户可从众多厂商中来选择性价比最优的产品和集成商，避免专用协议的设备与系统垄断，尽量减少工程投资费用。

BACnet协议优点

2.LonTalk协议

LonTalk协议是90年代初由ECHELON公司发布的基于现场控制器、传感器、执行器通信的通信协议。采用LonTalk协议构成局域网为LonWorks，它是一种开放的分布式控制网络。－LonWorks采用了嵌入芯片技术，将LonTalk协议固化到网络芯片中，使LonWorks可方便地应用到控制系统中；－LonTalk协议提供了OSI参考模型所定义的全部七层服务。这是LonWorks技术的先进性之一。也是LonTalk协议区别于其它各种协议的重要特点；－LonTalk协议支持以不同通讯介质分段的网络；支持多种介质的传输，其它的许多网络只能选用几种专用的介质。

LonTalk协议特点

LonTalk协议是面向对象的网络协议，实现采用网络变量形式；

协议使用的介质访问控制技术是P-坚持CSMA(载波信号多路侦听)技术；

协议对各种介质的支持是独立的，可容许通信介质类型有双绞线、同轴电缆、光纤、电力线、无线电、红外线等；

LonTalk支持多通道技术。LonTalk规定,一个通道至多有32385个节点，通道之间通过路由器连接。这样,不仅可实现多介质在同一网络上的连接，且可减轻一个通道的网络信道过于拥挤；

协议采用分层编址方法。它使用域(domain)、子网(subnet)、节点和组的概念，可方便实现整个域、某个子网、某个节点、某个组的通信。域(255个子网)、子网(127个节点)

LonWork和BACnet组网方案3.6

BA系统与火灾报警系统的互连

—在建筑设备自动化互联中，消防报警与BA控制系统应参与整体系统集成，但必须遵循行业管理规定。所以，在BA系统集成过程中，通常只能共享有关消防系统消息，而不能直接参与控制。1.消防自控系统