建筑设备自动化技术

建筑设备自动化技术第一页，共五十一页，2022年，8月28日第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求 8.1.1BAS的对象环境8.1.2BAS的功能要求8.1.3BAS的技术基础8.1.4BAS常用检测设备和执行器8.2集散控制 8.2.1集散控制系统的基本组成与系统结构集散控制系统的典型结构8.2.3集散控制系统的特点8.3BAS中的集散控制系统8.3.1集散型BAS的典型网络结构集散型BAS系统的组态8.3.3集散型BAS的几种方案8.3.4BAS中的基本监测点、接口位置及常用传感器8.4智能建筑的BAS系统设计8.4.1BAS设计原则8.4.2BAS设计、施工及验收依据8.4.3BAS设计步骤8.4.4BAS设计中的几个关键问题第二页，共五十一页，2022年，8月28日本章导读

本章主要介绍了BAS对象环境、功能要求和技术基础，然后介绍了当前主流BAS系统结构（集散系统）及发展方向，最后给出了BAS设计原则、步骤和依据。本章的重点和难点是在理解BAS系统构成的基础上，结合以前所学的各门专业知识（检测技术、控制原理和电气控制技术），完成BAS设计。

第8章建筑设备自动化技术

第三页，共五十一页，2022年，8月28日8.1.1BAS的对象环境

第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

建筑设备自动化系统（BAS）（BuildingAutomationSystem），指将建筑物或建筑群的电力、照明、给排水、防火、保安、车库管理等设备或系统，以集中监视、控制和管理为目的，构成的综合系统。

根据智能建筑设计标准（GB/T50314—2000），建筑设备自动化系统可分为建筑设备监控系统子系统和安防与消防系统（广义BAS），其中，建筑设备监控系统子系统，被称为侠义BAS。如图8-1所示。

第四页，共五十一页，2022年，8月28日BAS对象环境第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.1BAS的对象环境图8-1BAS对象环境

第五页，共五十一页，2022年，8月28日BAS功能要求第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.2BAS的功能要求

（1）对空调系统设备、通风设备及环境监测系统等运行工况的监视、控制、测量、记录。（2）对供配电系统、变配电设备、应急（备用）电源设备、直流电源设备、大容量不停电电源设备监视、测量、记录。（3）对动力设备和照明设备进行监视和控制。（4）对给排水系统的给排水设备、饮水设备及污水处理设备等运行工况的监视、控制、测量、记录。（5）对热力系统的热源设备等运行工况的监视、控制、测量、记录。（6）对公共安全防范系统、火灾自动报警与消防联动控制系统运行工况进行必要的监视及联动控制。（7）对电梯及自动扶梯的运行监视。第六页，共五十一页，2022年，8月28日BAS监视、测量、控制、记录显示的功能第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.1BAS的对象环境第七页，共五十一页，2022年，8月28日8.1.3BAS的技术基础第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

BAS将各个控制子系统集成为一个综合系统，其核心技术是集散控制系统，它是由计算机技术、自动控制技术、通信网络技术和人机接口技术相互发展渗透产生的。但它不同于分散的仪表控制系统，也不同于集中式控制系统，它吸取了二者的优点而发展起来的一种系统工程技术。利用集散控制技术把BAS构造成一个庞大的集散控制系统，在这个系统中处于最高层的是中央监控与管理计算机，中央管理计算机通过通信网络与各个子系统的控制器相连，组成分散控制、集中监控和管理的功能模式，各个子系统也可以通过网络能够进行信息交换和联动，实现优化管理。BAS的技术基础

第八页，共五十一页，2022年，8月28日8.1.3BAS的技术基础第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

BAS将各个控制子系统集成为一个综合系统，其核心技术是集散控制系统图8-2广义的BAS系统组成概念图

第九页，共五十一页，2022年，8月28日电量检测设备第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用检测设备和执行器图8-3电量检测设备

对高、低压进线及发电机电压、电流监测，对低压进线及发电机功率因数、有功功率、无功功率、电量的监测，它们将为绘制负荷曲线、进行无功补偿、电费结算及能源管理、用电设备的运行和调度提供依据。

第十页，共五十一页，2022年，8月28日温度检测设备第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用检测设备和执行器图8-4温度传感器

在BAS中对温度的检测主要用于:室内气温、室外气温,范围在-40～45℃；风道气温,范围在-40～130℃；水管内水温,范围在0～90℃。

第十一页，共五十一页，2022年，8月28日湿度检测设备第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用检测设备和执行器图8-5相对湿度传感器

在BAS中对湿度的检测主要用于室内室外的空气湿度、风道的空气湿度的检测等。第十二页，共五十一页，2022年，8月28日压力检测设备第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用检测设备和执行器图8-6压力压差传感器在BAS中对压力的检测主要用于风道静压、供水管压、差压的检测,有时也用来测量液位的高程,如水箱的水位等。大部分的应用属于微压测量,量程在0～5000Pa。第十三页，共五十一页，2022年，8月28日液位检测设备第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用检测设备和执行器图8-7液位传感器BAS中对液位的监测主要是供水系统的中地下水或者高位水箱的水位，排水系统中集水坑的水位，消防水箱的水位等。第十四页，共五十一页，2022年，8月28日流量检测设备第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用检测设备和执行器图8-7水流量计热源系统中锅炉热水流量和二次热水回水流量等的监测。根据分水器、集水器的供、回水温度及回水干管的流量测量值，来实时计算空调末端设备所需的热负荷，按照热负荷自动调整热交换器及热水给水泵的台数。第十五页，共五十一页，2022年，8月28日照度监测设备第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用检测设备和执行器图8-9照度传感器BAS中采用照度传感器对室外照度自然光度进行测量，实现照明系统根据不同室外照度环境进行自动调光，保证良好照度的前提下，实现节能。第十六页，共五十一页，2022年，8月28日电磁阀第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用检测设备和执行器图8-10电磁阀结构原理电磁阀是电动执行器中最简单的一种，它利用电磁铁的吸合和释放对小口径阀门作通、断两种状态的控制，由于结构简单、价格低廉，常和两位式简易控制器组成简单的自动调节系统。其原理如图8-10所示。第十七页，共五十一页，2022年，8月28日电动阀第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用检测设备和执行器图8-11电动阀结构原理电动执行器使用电动机作动力元件，将控制器来的信号转变为阀的开度。如图8-11,12所示。第十八页，共五十一页，2022年，8月28日风门第8章建筑设备自动化技术

8.1建筑设备自动化系统（BAS）的功能需求

8.1.4BAS常用检测设备和执行器图8-13电动式风门的结构原理在智能楼宇的空调、通风系统中，用得最多的调节机构是风门，风门用来精确控制风的流量。如图8-13所示。第十九页，共五十一页，2022年，8月28日三大部分组成第8章建筑设备自动化技术

8.2集散控制8.2.1集散控制系统的基本组成与系统结构图8-14集散控制系统的组成集散控制系统是由分散过程控制装置、操作管理装置、通信系统三大部分组成的,如图8-14所示。第二十页，共五十一页，2022年，8月28日各部分功能第8章建筑设备自动化技术

8.2集散控制8.2.1集散控制系统的基本组成与系统结构1、分散过程控制装置①采集生产过程中的各种过程变量；②进行模拟量和数字量的相互转换，完成控制算法的各种运算，对输入与输出量进行有关的软件滤波及其他的一些运算；③将运算结果送到执行机构；④通过通信部分将相关数据送到操作和管理装置。2、操作管理装置①显示现场装置当中的各种参数，便于操作人员监视和操作；②操作人员通过它发出操作指令给生产过程。3、通信系统完成分散过程控制装置和操作管理装置之间的通信第二十一页，共五十一页，2022年，8月28日第三代集散控制系统的典型结构第8章建筑设备自动化技术

8.2集散控制集散控制系统的典型结构图8-15模件化控制站+与MAP兼容的局域网+信息综合管理系统第二十二页，共五十一页，2022年，8月28日第二代集散控制系统的典型结构第8章建筑设备自动化技术

8.2集散控制集散控制系统的典型结构图8-16分散过程控制站+局域网+信息管理系统构成第二十三页，共五十一页，2022年，8月28日PLC+通信系统+操作管理站第8章建筑设备自动化技术

8.2集散控制集散控制系统的典型结构图8-17PLC+集散控制系统结构第二十四页，共五十一页，2022年，8月28日8.2.3集散控制系统的特点第8章建筑设备自动化技术

8.2集散控制(1)分级递阶控制；(2)分散控制；(3)自治性；(4)协调性；(5)友好性；(6)适应性、灵活性和可扩充性；(7)开放系统；(8)可靠性。第二十五页，共五十一页，2022年，8月28日BAS中的集散控制网络综述第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统

在一幢大楼中，需要实时监测与控制的设备品种多、数量大，并且分布在建筑物的各个空间。大型的建筑物有几十层楼面，多达几十万平方米的建筑面积，需要数千套设备遍布建筑内外。对于BAS这一个规模庞大、功能综合、因素众多的大系统，要解决的不仅是各个子系统的局部优化问题，而且是一个整体综合优化问题。若采用集中式计算机控制，则所有现场信号都集中于同一个地方，由一台计算机进行集中控制。这种控制方式虽然结构简单，但功能有限，且可靠性不高，故不能适应智能建筑的需要。第二十六页，共五十一页，2022年，8月28日BAS中的集散控制网络综述第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统

鉴于集中式控制系统的缺点，目前的BAS广泛应用集散控制系统，充分利用其集中操作和管理、分散控制的优势。值得注意的是，相比于工业生产过程，BAS对控制精度、系统实时性、可靠性要求的控制指标可能要求要低一些。所以BAS中集散控制系统产品的档次和性能有所削弱，但系统架构还是一样的。目前基于DCS的楼宇自动化产品和生产厂商很多，国外有美国Honeywell（霍尼韦尔）的EXCEL5000，JONHNSONCONTROL（江森）的METASYS，德国SIEMENS的SYSTEM600APOGEE，瑞典TAC的TACVISTA，国内有清华同方的RH-2000等。第二十七页，共五十一页，2022年，8月28日单层网络结构第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.1集散型BAS的典型网络结构图8-18工作站＋现场控制设备的单层网络结构

第二十八页，共五十一页，2022年，8月28日单层网络结构的特点第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.1集散型BAS的典型网络结构

现场设备通过现场控制网络相互连接，工作站通过通信适配器直接接入现场控制网络。它适用于监控节点少、分布比较集中的小型楼宇自控系统单层网络结构特点有：

（1）整个网络的网络配置、集中操作、管理和决策全部由工作站承担；（2）控制功能分散在各类现场控制器和智能传感器以及智能执行机构中；（3）同一条现场控制总线上的设备可以直接通信，不同总线上的设备必须通过工作站才能通信；（4）构建简单、配置方便；（5）只支持一个工作站，该工作站承担不同总线设备直接通信中转的任务。第二十九页，共五十一页，2022年，8月28日两层网络结构第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.1集散型BAS的典型网络结构图8-19BAS两层网络结构

第三十页，共五十一页，2022年，8月28日两层网络结构的特点第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.1集散型BAS的典型网络结构两层网络结构适用于大多数的BAS，其特点是：（1）现场控制设备之间的通信要求实时性高，抗干扰能力强，对通信效率要求不高，一般采用控制总线（例如现场总线）完成；

绝大多数BAS厂商在底层控制总线上都有一些支持某种开放式现场总线的技术的产品，例如第五章中的Lonworks现场总线。这样两层网络都可以构成开放式的网络结构，不同的厂家间的产品可以互联。（2）操作员站（工作站、服务器）之间由于需要大量的数据、图形的交互、通信带宽要求高，而对实时性、抗干扰能力要求不高，所以多采用以太网技术；注意这一部分的内容和第5章的联系起来！第三十一页，共五十一页，2022年，8月28日两层网络结构的特点第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.1集散型BAS的典型网络结构（3）通信控制器可以由专门的网桥、网关设备或者工控机实现。不同的BAS产品中，通信控制器的功能强弱不同。功能简单的仅仅起到协议转换的作用，在采用这种产品的网络中，不同现场总线之间的设备的通信仍旧要通过工作站进行中转；复杂的可以实现路由选择、数据存储等功能，甚至可以直接对输入输出模块进行控制，起到DDC的功能，这时候不再是简单的通信控制器，而是一个区域控制器。

在采用区域控制器的网络中，不同控制总线之间的设备的通信不用通过工作站，而且由于这时候系统除了人机界面以外的功能外的所有功能都是由区域控制器以下的现场设备完成的，因此工作站的的关闭不影响系统的工作，这是两层网络结构的最大优势。第三十二页，共五十一页，2022年，8月28日三层网络结构第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.1集散型BAS的典型网络结构图8-20BAS三层网络结构

第三十三页，共五十一页，2022年，8月28日三层网络结构的特点第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.1集散型BAS的典型网络结构

三层网络的特点是：（1）在各末端现场安装一些小点数、功能相对简单的现场控制装置，完成末端设备基本控制功能，这些小点数现场控制设备通过现场总线相连；（2）小点数现场控制设备通过现场控制总线接入一个现场大型通用控制器，大量联动运算在此控制设备内完成。这些现场大型通用控制器也可以带一些输入输出模块直接监控现场设备；（3）现场大型通用控制器之间通过中间控制网络实现互联，这层网络在通信效率、抗干扰能力等方面的性能介于以太网和现场总线之间。第三十四页，共五十一页，2022年，8月28日BAS网络结构发展趋势第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.1集散型BAS的典型网络结构BAS网络结构不断朝着开放化、标准化、远程化、集成化方向发展。(1)现场总线技术应用于BAS现场控制网络。(2）工业以太网在各方面的性能都达到甚至超过一些现场总线技术。DDC直接接入工业以太网可以简化集散控制系统的网络结构，提高网络监控性能，是集散控制系统的一个重要发展方向。(3）BACnet从整体上对系统通信网络的标准结构及各层协议进行了定义，为整个BAS网络完全标准化提供了可能。(4）OPC(OLEforprocesscontrol)技术为实现BAS与智能楼宇中其他子系统之间的联动和信息集成提供了一种开放、灵活、标准的技术。第三十五页，共五十一页，2022年，8月28日画面的组态第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统集散型BAS系统的组态

图8-21设备运行状态显示

第三十六页，共五十一页，2022年，8月28日按建筑层面组织的集散型BAS系统第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.3集散型BAS的几种方案图8-22按楼层面组织的集散型BAS系统

第三十七页，共五十一页，2022年，8月28日按建筑设备功能组织的集散型BAS系统第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.3集散型BAS的几种方案图8-23按设备功能组织的集散型BAS系统第三十八页，共五十一页，2022年，8月28日混合型的集散型BAS系统第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.3集散型BAS的几种方案这是兼有上述二种结构特点的混合型,即某些子系统(如供电、给排水、消防、电梯)采用按整座楼宇设备功能组织的集中控制方式,另外一些子系统(如灯光照明、空调、等等)则按楼宇建筑层面组织的分区控制方式。这是一种灵活的结构系统,它兼有上述两种方案的特点,可以根据实际的需求而调整。第三十九页，共五十一页，2022年，8月28日表

1第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.4BAS中的基本监测点、接口位置及常用传感器第四十页，共五十一页，2022年，8月28日表

2第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.4BAS中的基本监测点、接口位置及常用传感器第四十一页，共五十一页，2022年，8月28日表

3第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.4BAS中的基本监测点、接口位置及常用传感器第四十二页，共五十一页，2022年，8月28日表

4第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.4BAS中的基本监测点、接口位置及常用传感器第四十三页，共五十一页，2022年，8月28日表

5第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.4BAS中的基本监测点、接口位置及常用传感器第四十四页，共五十一页，2022年，8月28日表

6第8章建筑设备自动化技术

8.3BAS中的集散控制系统8.3.4BAS中的基本监测点、接口位置及常用传感器第四十五页，共五十一页，2022年，8月28日8.4.1BAS设计原则第8章建筑设备自动化技术

8.4智能建筑的BAS系统设计BAS的设计原则是功能实用、技术先进、设备及系统具有良好开放性和可集成性、选择符合主流标准的系统和产品、保证在建筑物生命周期内BAS系统的造价和运行维护费用尽可能低、系统安全、可靠、具有良好容错性。

第四十六页，共五十一页，2022年，8月28日8.4.2BAS设计、施工及验收依据第8章建筑设备自动化技术

8.4智能建筑的BAS系统设计1．国家标准（1）《智能建筑设计标准》（GB/T50314—2000）；（2）《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-1992）；（3）《供配电系统设计规范》（GB50052/95）；（4）《工业企业通信接地设计规范》（GB/TJ79-1985）；（5）《采暖通风于空气调节设计规范》（GBJ19-1987）；（6）《智能建筑弱电工程设计施工图集》（GJBT－471）；（7）《自动化仪表工程施工及验收规范》（GB50093-2002）；（8）《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》(GB50168-1992)；（9）《建筑电气安装工程质量验收标准》（GB50303-2002）；（10）《智能建筑施工验收规范》（GB50-2003）等。2．其他依据：（1）甲方提供的技术资料和设计要求；（2）采用的控制系统的技术手册。第四十七页，共五十一页，2022年，8月28日8.4.3BAS设计步骤第8章建筑设备自动化技术

8.4智能建筑的BAS系统设计1.技术需求分析设计人员根据建筑物的实际情况以及业主的要求（一般通过招标文件实现），依据相关规范与规定，确定建筑物内实施自动控制及管理的各个功能子系统。根据业主提供的技术数据与设计资料（一般为设计图纸），确认各功能子系统所包含的需要监控、管理的设备数量。2.确定各功能子系统的控制方案对于需要