1、智能建筑的概念和楼宇自动化系统简介程方（080403104，西安工业大学,陕西 西安 710021） 1摘要：智能建筑的概念和楼宇自动化系统简介，并列举了当今几大楼宇自控生产厂商的自控系统功能简介和实际运用。 关键词：智能建筑； 楼宇自动化系统； 概念；1、引言智能建筑是信息技术在建筑领域应用的必然结果，近年来得到了迅速的发展和普及，也日益得到社会的广泛认可和重视。建筑智能化已经成为现代高档建筑的主要特征。2 、关于智能建筑智能建筑的概念，在本世纪末诞生于美国。第一幢智能大厦于 1984 年在美国哈特福德 （Hartford）市建成。我国于 90 年代才起步，但迅猛发展势头令世人瞩目。智能建筑
2、是信息时代的必然产物，建筑物智能化程度随科学技术的发展而逐步提高。当今世界科学技术发展的主要标志是 4C 技术（即 Computer 计算机技术、Contro 控制技术、Communication 通信技术、CRT 图形显示技术）。将 4C 技术综合应用于建筑物之中，在建筑物内建立一个计算机综合网络，使建筑物智能化。4C 技术仅仅是智能建筑的结构化和系统化。智能建筑应当是：“通过对建筑物的 4 个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的内在联系，以最优化的设计， 提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。智能建筑物能够帮助大厦的主人，财产的管理者和拥有者等
3、意识到，他们在诸如费用开支、生活舒适、商务活动和人身安全等方面得到最大利益的回报。”1 作者简介：程方（1989 ） ，男，陕西省礼泉县人，本科，电话：15319711867， （ ） 。建筑智能化结构是由三大系统组成：楼宇自动化系统(BAS)、办公自动化系统(OAS)和通信自动化系统(CAS)3、楼宇自动化系统简介楼宇自动化系统也叫建筑设备自动化系统(BuidingAutomationSystem 简称 BAS)，是智能建筑不可缺少的一部分，其任务是对建筑物内的能源使用、环境、交通及安全设施进行监测、控制等，以提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。4、楼宇自动化系统的
4、组成与基本功能：建筑设备自动化系统通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。根据我国行业标准，BAS 又可分为设备运行管理与监控子系统和消防与安全防范子系统。一般情况下，这两个子系统宜一同纳入 BAS 考虑，如将消防与安全防范子系统独立设置，也应与 BAS 监控中心建立通信联系以便灾情发生时，能够按照约定实现操作权转移，进行一体化的协调控制。建筑设备自动化系统的基本功能可以归纳如下：(1)自动监视并控制各种机电设备的起、停，显示或打印当前运转状态。(2)自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史数据。(3)根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调
5、节各种设备，使之始终运行于最佳状态。(4)监测并及时处理各种意外、突发事件。(5)实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。(6)能源管理：水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化。(7)设备管理：包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。5、楼宇自动化控制系统的原理楼控系统采用的是基于现代控制理论的集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统(Distributedcontro systems 简称 DCS)。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置(DDC)完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中的不足和常规仪表控制
6、功能单一的局限性。安装于中央控制室的中央管理计算机具有 CRT 显示、打印输出、丰富的软件管理和很强的数字通信功能，能完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制等任务，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难、无法统一管理的缺点，保证设备在最佳状态下运行。6、 楼宇自动化系统设备的发展历史及相关产品简介楼宇设备自动化系统到目前为止已经历了四代产品：第一代：CCMS 中央监控系统(20 世纪 70 年代产品)BAS 从仪表系统发展成计算机系统，采用计算机键盘和 CRT 构成中央站，打印机代替了记录仪表，散设于建筑物各处的信息采集站 DGP(连接着传感器和执行器等设备)通过总线与中央站连接在一起组成中央
7、监控型自动化系统。DGP 分站的功能只是上传现场设备信息，下达中央站的控制命令。一台中央计算机操纵着整个系统的工作。中央站采集各分站信息，做出决策，完成全部设备的控制，中央站根据采集的信息和能量计测数据完成节能控制和调节。第二代：DCS 集散控制系统(20 世纪 80 年代产品)随着微处理机技术的发展和成本降低，DGP 分站安装了 CPU，发展成直接数字控制器DDC。配有微处理机芯片的 DDC 分站，可以独立完成所有控制工作，具有完善的控制、显示功能，进行节能管理，可以连接打印机、安装人机接口等。BAS 由 4 级组成，分别是现场、分站、中央站、管理系统。集散系统的主要特点是只有中央站和分站两
8、类接点，中央站完成监视，分站完成控制，分站完全自治，与中央站无关，保证了系统的可靠性。第三代：开放式集散系统(20 世纪 90 年代产品)随着现场总线技术的发展，DDC 分站连接传感器、执行器的输人输出模块，应用 ON 现场总线，从分内部走向设备现场，形成分布式输入输出现场网络层，从而使系统的配置更加灵活，由于 onWorks 技术的开放性，也使分站具有了一定程度的开放规模。BAS 控制网络就形成了 3 层结构，分别是管理层(中央站)、自动化层(DDC 分站)和现场网络层(ON)。第四代：网络集成系统(21 世纪产品)随着企业网 Intranet 建立，建筑设备自动化系统必然采用 Web 技术
9、，并力求在企业网中占据重要位置，BAS 中央站嵌入 Web 服务器，融合 Web 功能，以网页形式为工作模式，使 BAS 与 Intranet 成为一体系统。网络集成系统(EDI)是采用 Web 技术的建筑设备自动化系统，它有一组包含保安系统、机电设备系统和防火系统的管理软件。EBI 系统从不同层次的需要出发提供各种完善的开放技术，实现各个层次的集成，从现场层、自动化层到管理层。EBI 系统完成了管理系统和控制系统的一体化。目前，规模和影响较大的楼宇设备供应公司有美国霍尼维尔公司、江森公司、KMC 公司、德国西门子公司等。结束语楼宇自动化控制技术在我国还是一个新兴的技术领域，随着更多智能建筑的
10、出现，将有更加先进的技术补充到这一领域中，使这一技术更加成熟、完善。西门子 APOGEE 顶峰系统简介APOGEE 楼宇自控系统是西门子公司推出的新一代楼宇自控系统集成平台，完整的系统由 INSIGHT 监控软件、DDC 控制器、传感器、执行机构四大部分组成。关于西门子 APOGEE 系统，简要说明如下：1.1 中央工作站中央工作站系统由 PC 主机、彩色液晶显示器及打印机组成，是 BAS 系统的核心，它直接可以和以太网相连。整个大厦内所受监控的机电设备都在这里进行集中管理和显示，内装中英文 Insight 工作软件，提供给操作人员下拉式菜单、人机对话、动态显示图形，为用户提供一个非常好的、简
11、单易学的界面。操作者无需专业软件知识，即可通过鼠标和键盘操作管理整个控制系统。1.2 操作系统操作系统为楼宇自控系统提供了强大的工作平台，通过系统程序操作员可以在楼宇自控系统内进行各项资料的存取及监控。1.2.1 指令输入及菜单选择的方式操作员除了可以通过常规的键盘进行操作外，亦可以通过“鼠标”进行操作，包括启停、更改设定点、选择菜单等各项操作。1.2.2 图形及文字显示操作员可以将楼宇自控系统内的每一个监控点用图形或文字方式显示出来。1.2.3 多方面资料的显示操作系统有能力在同一时间内以“窗口”式的方法显示多方面的资料，以便容易对不同表现进行分析，真正做到了实时和多任务。1.2.4 密码的
12、保护多级别的密码将为业主及管理人员提供一个有效的保护工具。它可以管理及限制不同部门人员使用楼宇自控系统，同时防止系统被非有关人员使用，提高系统的安全性。1.2.5 彩色动态图形显示为使系统内的报警被更快地确定及更容易分析系统的表现，系统提供彩色动态图形显示，包括楼层的平面图及机电装置的系统示意图。1.2.6 系统的架构及界定所有温度及装置的控制策略及节能程序可以由用户决定，在做出界定或修正的程序时不会影响楼宇自控系统正常的运作。1.3 Insight 软件功能Insight 监控软件是以动态图形为界面，向用户提供楼宇管理和监控的集成管理软件。最多可支持 25 个客户端同时运行。Insight
13、监控软件提供了用户对 APOGEE 系统的三大功能：1、监视功能：用户可以通过动态图形、趋势图等应用程序对 APOGEE 系统控制设备的运行状态，被控对象的控制效果进行实时和历史的监视。2、控制功能：用户可通过控制命令，程序控制和日程表控制等应用程序控制楼宇自控设备的启停和调节。3、管理功能：包括用户账户管理、系统设备管理、程序上下载管理，用户还可通过系统的活动记录、报表等应用程序了解 APOGEE 系统自身的状态。通过对选件的安装，还可实现远程自动拨号服务、仿真终端、支持 WEB 服务、支持远程通告、支持虚拟控制器等功能。1.4 直接数字控制(DDC)DDC 是用于监视和控制系统中有关机电设
14、备的控制器，它是一个完整的控制器，它包含软硬件，能完成独立运行，不受到网络或其他控制器故障的影响。控制器构成主要是 32 位或 16 位微处理器和不同类型点的点终端模块，具有可脱离中央控制主机独立运行或联网运行能力。同时，当外电断电时，DDC 的后备电池可保证 RAM 中数据在 60 天不丢失。简单来说，DDC 具备以下功能：(1)使用强力过程控制语言 PPC 进行程序编写。(2)先进的比例积分微分暖通空调控制，闭环调节算法可使振荡最小并保持精密控制。(3)全面的报警管理、历史数据记录和操作员的控制监视功能。(4)为能源管理提供了内置的能源管理程序 SSTO。1.5APOGEE系统对建筑物进行
15、集中监控的系统主要包括：空调机组新风机组、变配电系统、照明系统、给排水系统、冷热源系统、备用发电机系统、电梯系统、变风量系统。参考文献：1王再英. 楼宇自动化系统原理与应用M，北京：电子工业出版社，2010,1-5.2沈晔 . 楼宇自动化技术与工程M，北京：机械工业出版社，2009,18-26.3赵乃卓，张明健.智能楼宇自动化技术M，北京：中国电力出版社，2009,15-19.4陆伟良.实用楼宇管理自动化控制工程M，江苏：东南大学出版社，2008,29-35.5沈瑞朱.楼宇智能化技术M,北京：中国建筑工业出版社，2004,99-120.6懂春桥.智能建筑自控网络M，北京：清华大学出版社，200
16、8,87-93.7孙萍 .建筑智能安全系统M，北京：机械工业出版社，2010,67-77.8马少华.楼宇设备自动控制M，北京：水利水电出版社，2004,55-65.附加题目1.方案一：高位水箱供水系统1、系统方案在高位水箱中，设置四个液位开关，分别为检测溢流水位、停泵水位、启泵水位、低限报警水位。DDC 根据液位开关送入信号来控制生活水泵的启停。当高位水箱液面低于启泵水位时，DDC 送出信号自动启动生活泵运行，向高位水箱供水。当高位水箱液面高于启泵水位而达到停泵水位时，DDC 送出信号自动停止生活泵。如果高位水箱液面达到停泵水位而生活水泵不停止供水，液面继续上升达到溢流报警水位，控制器发出声光
17、报警信号，提醒工作人员及时处理。同样当高位水箱液面低于启泵水位时，水泵没有及时启动，用户继续用水，但水位达到低限报警水位时，控制器发出报警信号，提醒工作人员及时处理。当工作泵发生故障时，备用泵能自动投入运行。2、系统控制原理图O LH LM LL L生活水池F SF SO LH LM LL L生活水泵高位水箱供水管网D I D I D O4 D I监控点类型 2 D O 4 D I高位水箱供水方式原理图 （ 方案一 ）水池溢流/停泵/启泵/低限报警水位监测恒速水泵故障报警恒速水泵运行状态恒速水泵启停控制水流开关高位水箱溢流/停泵/启泵/低限报警水位监测3、系统控制点表监测、控制点描述 AI A
18、O DI DO 接口位置 备注给水泵运行状态 给水泵动力柜主接触器辅助触点给水泵故障状态 给水泵动力柜主电路热继电器辅助触点给水泵手/自动转换状态 给水泵动力柜控制电路，可选给水泵开/关控制 DDC 数字输出接口到给水泵动力柜主接触器控制回路水流开关状态 水流开关状态输出高位水箱水位监测 高位水箱水位开关状态，一般有溢流、停泵、启泵、低限报警四个液位开关生活消防水池水位监测 地下水池水位开关状态，一般有溢流、停泵、启泵、低限报警四个液位开关合计方案二：水泵直接供水系统1、系统方案安装在水泵输出口的水管式压力传感器监测管网压力，DDC 控制器根据这一检测值与设定值比较的偏差去控制变频器的输出频率
19、，实现水泵转速的控制，将供水压力维持在设计范围内。当给水管网用户用水量增多、管网压力减小，控制器控制变频器输出频率增加，水泵转速随着增加，供水量增加，以满足用户的需求；给水管网用户用水量减少、管网压力增加，控制器控制变频器输出频率降低，水泵转速随着减少，供水量减少，以达到节能的目的。系统运行时，调速泵首先工作，当调速泵不能满足用水量要求时，自动启动恒速泵；反之，压力过高时，也是先调低调速泵转速，然后再减少恒速泵的运行台数。2、原理图E - 3F SF SP监控点类型 D OD ID I4 D I D I D I D O A O A IO LH LM LL L城市供水管网水池生活水泵供水管网水泵
20、直接供水方式原理图 （ 方案二 ）2 D O水池高/中/低水位监测恒速水泵故障报警恒速水泵运行状态恒速水泵转速控制变速水泵故障报警变速水泵运行状态变速水泵启停控制变速水泵转速控制水流开关供水压力检测3、控制点表监测、控制点描述 AI AO DI DO 接口位置 备注恒速水泵运行状态 恒速水泵动力柜主接触器辅助触点恒速水泵故障状态 恒速水泵动力柜主电路热继电器辅助触点恒速水泵手/自动转换状态 恒速水泵动力柜控制电路，可选恒速水泵开关控制 DDC 数字输出接口到给水泵动力柜主接触器控制回路变速水泵运行状态 变速水泵动力柜主接触器辅助触点变速水泵故障状态 变速水泵动力柜主电路热继电器辅助触点变速水泵
21、手/自动转换状态 变速水泵动力柜控制电路，可选变速水泵开关控制 DDC 数字输出接口到给水泵动力柜主接触器控制回路水流开关状态 水流开关状态输出水池水位监测 水池液位开关状态管网给水压力监测 管式液压传感器合计方案三：气压供水方式1、原理通过管式压力传感器检测给水管网入口压力，DDC 控制器将测量压力值与设定值比较，根据比较偏差的大小控制给水泵的启停，以保证供水压力在要求的范围内。2、原理图O LH LM LL LF SF SPD I D I D O4 D I 2 D O A I监控点类型水池城市供水管网给水管网压力传感器气压给水方式原理图 （ 方案三 ）气囊气压罐水池高/中/低水位监测生活水泵故障报警生活水泵运行状态生活水泵启停控制水流开关供水压力检测3、监控点表监测、控制点描述 AI AO DI DO 接口位置 备注给水泵运行状态 给水泵动力柜主接触器辅助触点给水泵故障状态 给水泵动力柜主电路热继电器辅助触点给水泵手/自动转换状态 给水泵动力柜控制电路，可选给水泵开关控制 DDC 数字输出接口到给水泵动力柜主接触器控制回路水流开关状态 水流开关状态输出管网给水压力监测 管式液压传感器水池水位监测 地下水池水位开关状态合计
