第2章楼 宇 自 动 化(keyong)

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1、第2章 楼 宇 自 动 化 第2章 楼 宇 自 动 化 2.1 楼宇自动化控制技术基础 2.2 供配电监控系统 2.3 照明监控系统 2.4 暖通空调监控系统 2.5 给排水监控系统 2.6 电梯与停车场监控系统 2.7 防雷与接地系统 2.8 能源管理和控制系统(EMCS) 返回 第2章 楼 宇 自 动 化 概述 建筑设备自动化系统（BAS，Building Auotomation System) ，是应用前端探测器或执行器，现场设备（DDC），网络通讯技 术及计算机控制实现对建筑物内机电设备运行的监视、控制和管 理的综合系统。 探测器 执行器 DDC网络 控制 PC 系统框图 第2章 楼

2、宇 自 动 化 概述 建筑物中的机电设备具有多而散的特点。为 方便监控和管理，按类别和功能划分为： 暖通空调监控子系统，供配电设备监控子系 统，照明监控子系统，给排水监控子系统，电梯 监控子系统等。 建筑设备自动化系统有广义BAS和狭义BAS之分，狭义BAS 没有火灾自动报警系统和安全防范系统，包括电力、照明、空调 、给排水等。在智能建筑设计标准（GB/T503142000）中 ，称广义的为建筑设备自动化系统，称狭义的为建筑设备监控系 统。 第2章 楼 宇 自 动 化 概述 LON总线系统集成系统图 抄表系统 电力监测系统 空调系统 消防系统 第2章 楼 宇 自 动 化 2.1 楼宇自动化控制

3、技术基础 图 2.1 第2章 楼 宇 自 动 化 假设控制中心是大脑，布线系统是血液神经系统 ，则建立在自动化控制技术基础之上的各类传感器和 控制器就是手脚关节。通过这些自动化单元，可以获 得被测对象有关物理、化学性质的信息，并根据这些 信息对被测对象进行控制。如传感器、可编程序控制 器(PLC)、变送器等。 第2章 楼 宇 自 动 化 2.1.1 传感器概述 在测量的过程中将物理量、化学量转变成电信号 的装置叫传感器。而把传感器得到的电信号再转变成 标准的电信号的装置叫变送器。 传感器、变送器是工业自动化控制及信息检测技 术中不可缺少的控制元件。它可以把诸如温度、压力 、流量、液位、位置等模

4、拟量或开关量转变成电信号 ，再由自动化控制仪表或计算机进行控制处理和调节 。 第2章 楼 宇 自 动 化 借助于传感器和变送器，可以对智能建筑的各类 参数进行测试和评定，并进行过程控制和调节，还可 以进行远距离的传送和信号处理。 当前，传感器、变送器总的发展趋势是朝着小型 化、多功能化及智能化方向发展。特别是增加了数据 处理功能、自诊断功能、软硬件相组合功能、人机对 话功能、接口功能、显示和报警功能等。它们在楼宇 自动化中得到了广泛的应用。 第2章 楼 宇 自 动 化 2.1.2 楼宇自控中的传感器与控制器 1楼宇自控中常用的传感器 楼宇自控中常用的传感器有如下几种： (1) 温度传感器。温度

5、传感器用于测量水管或风管 中介质的温度，以此来控制相应的水泵、风机、阀门 和风门等执行元件的开度。 (2) 湿度传感器。湿度传感器用于测量风道中介质 的湿度，以此来控制相应的加湿阀的开度。 第2章 楼 宇 自 动 化 (3) 压力或压差传感器。压力或压差传感器主要用 来检测水管或是风管中的压力和压差，以此来控制相 应的变频器以调整水泵或风机的转速，或是调节比例 阀门的开度。 (4) 流量传感器。流量传感器主要是检测水系统中 液体的流量，以此来控制相应水泵阀的数量。 因为它们都是传感器，所以通常用来控制模拟量 ，其输出模拟量是010 V或是420 A。它们的结构 是传感器和变送器的组合。 第2章

6、 楼 宇 自 动 化 除了以上常用的传感器之外，BAS中有时还会用 到许多其他类型的特殊传感变送器，如用来检验空气 中二氧化碳、一氧化碳浓度等的传感器，用来检测电 网中电流或电压的电流电压传感器，用来检测环境明 暗程度的照度传感器，还有一些是组合型的传感器， 如空气品质传感器、功率因素变送器等等。 2楼宇自控中常用的控制器 楼宇自控中常用的控制器有如下几种，它们输出 的形式是开关量： 第2章 楼 宇 自 动 化 (1) 温度控制器。温度控制器主要用来检测现场的 温度，一般是由感温元件、控制电路、信号输出等三 部分组成的。在楼宇自控中，温度控制器主要用于测 量室内的温度，以此控制风机盘管冷、热水

7、阀的启停 。 (2) 湿度控制器。湿度控制器主要用来检测现场的 湿度，一般是由感湿元件、控制电路、信号输出等三 部分组成的。在楼宇自控中，湿度控制器主要用于室 内的湿度检测，以此来控制加湿阀的启停。 第2章 楼 宇 自 动 化 (3) 防霜冻保护开关。防霜冻保护开关主要用来检 测新风机组或空气处理机中的盘管温度，当温度低于 某一设定值时，系统自动关闭风机和新风阀门，同时 打开热水电动二通阀来防止盘管的冻结。 (4) 压差开关。压差开关主要用来检测新风机组或 空气处理机中的滤网，当滤网发生堵塞时，装在滤网 两端的压差开关会发出报警信号。 第2章 楼 宇 自 动 化 (5) 水流开关。水流开关主要

8、用来检测管道内是否 有水的流动，通常应用于制冷站、热站、给排水等带 有泵类的系统中。 (6) 液位开关。液位开关主要用来检测液体的液位 ，如清水池和污水池的液位。 第2章 楼 宇 自 动 化 2.1.3 阀门与电动执行器 在气体和液体的流动控制中，常常用阀门来作为 介质流动的控制手段。要想实现自动化控制就得对一 些阀门、风门等元件实现自动控制。这就需要用到阀 门和电动执行器。 1阀门 常见的阀门有如下几种： 第2章 楼 宇 自 动 化 (1) 风机盘管电动阀。这是一种平衡式冷热水阀， 主要应用于风机盘管的控制中，这类阀所需的功率最 小，是通电开启的一种阀门。阀门的开启时间仅为7 s ，具有很好

9、的密闭性，流体允许温度为095。 (2) 二通螺纹线性阀。这种阀门主要应用于供热通 风和空调，也可以用于饱和水蒸气。它的连接方式是 采用内螺纹结构，阀体是纯铜材料。它与电动执行器 一起可以实现连续的开度调节，是进行自动调节的主 要元件。 第2章 楼 宇 自 动 化 (3) 法兰式三通阀。这种阀门主要应用于供热与空 调，也可以用于饱和水蒸气。它的连接方式是采用法 兰结构，阀体与阀座为一体化结构，泄露率极低，适 应的温度为2170。它与电动执行器一起可以实现 连续的开度调节，是进行自动调节的主要元件。 2电动执行器 电动执行器有如下几种： 第2章 楼 宇 自 动 化 (1) 电动阀门执行器。这种执

10、行器适用于HVAC阀 门(HVAC：采暖、通风和空调)，内带一个选择正反 作用插头，用于提供模拟输出DC 010 V的调制控制 。它具有安装快捷、阀门定位准确、低功耗、高的关 断压力、终端推力限位开关等优点。电动线性阀门执 行器还带有手动调节和精确的同步电动机控制。阀的 自身还带有位置反馈的输出信号，可以和阀门组合在 一起进行PID(比例积分微分，一种闭环回路算法)调节 。通常被用来对液体、气体等介质进行变量的开度控 制，它也是自动化控制中的主要元件。 第2章 楼 宇 自 动 化 (2) 风门执行器。这种执行器用于控制风门、通风 百叶窗和VAV装置的调节、浮点控制，可以和标准的 圆形和方形的风

11、门连杆进行连接，被广泛地应用在风 门的开度控制，特别是在空气处理机和新风机组的回 风阀、排风阀、新风阀中实行PID的控制，使之形成 一定的比例连锁控制。 实际的控制回路中，直接数字控制器(DDC)常常不 能直接控制相关设备，中间还要用到其他各种类型的 辅助控制器以完成动作，如变频器、继电器等。 第2章 楼 宇 自 动 化 2.1.4 集散控制系统 又称分布式控制系统(DCSDistributed Control System)，它的特征是“集中管理，分散控制”，即以分 布在现场被控设备处的各种功能性微机(下位机)完成 被控设备的实时监测、保护与控制。该系统克服了计 算机集中控制带来的危险性高度

12、集中和常规仪表控制 功能单一的局限性；以安装于中央监控室 第2章 楼 宇 自 动 化 并具有很强的数字通信、CRT显示、打印输出与丰富 的控制管理软件功能的中央管理计算机(上位机)完成 集中操作、显示与优化控制功能，避免了因常规仪表 分散控制而造成的人机联系困难，且便于统一管理。 传感器/控制器群针对水、电、气、报警、消防等 终端设施进行检测与控制，一般根据监控需求按类或 按组控制。对大型DCS，中间还有区域控制中心。 第2章 楼 宇 自 动 化 分布式系统将许多台计算机联合起来，共同承担 监测与控制管理的工作，所连接的每台计算机既可以 独立进行监测和控制工作，又可以在中央控制机指导 下工作，

13、还可以与其他计算机协调交换信息，共同完 成某项控制任务。其灵活性、可靠性要远高于单台控 制器。 第2章 楼 宇 自 动 化 如图2.2所示，集散型计算机控制系统主要 由四部分构成。 第2章 楼 宇 自 动 化 图 2.2 第2章 楼 宇 自 动 化 1中央管理计算机(或称上位机、中央监控计算机 ) 中央管理计算机设置在中央监控室内，它将来自 现场设备的所有信息数据集中提供给监控人员，并接 至室内的显示设备、记录设备和报警装置等。由于中 央管理计算机是整个BAS的核心，相当于人的大脑， 其重要性是不言而喻的。普通商用个人计算机用作中 央控制机显然是不合理的。一般为了提高计算机的可 靠性通常采用两

14、种方法： 第2章 楼 宇 自 动 化 一种是直接采用工业控制 计算机；另一种就是采 用容错计算机。工业控制计算机(也称IPC)由于采用了 特殊的生产工艺和手段,其稳定性是普通商用PC所无法 比拟的。而所谓容错计算机就是采用两台普通PC通过 互为冗余备份的方法来充当中央控制主机，一旦其中 一台PC出现故障，作为备份的另一台主机可立刻被专 用的总线控制电路启动，从而不会导致系统瘫痪。 第2章 楼 宇 自 动 化 2DDC(直接数字控制器，亦称下位机) DDC作为系统与现场设备的接口，它通过分散设 置在被控设备的附近收集来自现场设备的信息，并能 独立监控有关现场设备。它通过数据传输线路与中央 监控室

15、的中央管理监控计算机保持通信联系，接受其 统一控制与优化管理。 第2章 楼 宇 自 动 化 3通信网络 中央管理计算机与DDC之间的信息传送，由数据 传输线路(通信网络)实现，较小规模的BAS系统可以 简单地使用屏蔽双绞线作为传输介质。 第2章 楼 宇 自 动 化 4传感器与执行器 BAS系统的末端为传感器和执行器，它被装置在 被控设备的传感(检测)元件和执行元件上。这些传感 元件如温度传感器、相对湿度传感器、压力传感器、 流量传感器、电流电压转换器、液位检测器、压差器 和水流开关等，将现场检测到的模拟量信号或数字量 信号输入至DDC，DDC则输出控制信号传送给继电器 、调节器等执行元件，对现

16、场被控设备进行控制。 第2章 楼 宇 自 动 化 2.1.5 现场总线技术 集散型控制系统还没有从根本上解决系统内部的 通信问题和分布式问题，只是自成封闭系统，以固定 集散模式和通信约定构成。因此，这种控制系统还很 难适应智能大厦种类繁多的设备检测和控制要求。近 年来，专门为实时控制而设计的、能在控制层提供互 操作的现场总线技术逐渐成熟，如著名的LonWorks技 术。 第2章 楼 宇 自 动 化 现场总线网络是局域网络技术在控制领域的延伸和应 用，它是将控制系统按局域网络(LAN)的方式进行构 造，用网络节点代替LAN中的工作站，并将其安装于 监控现场，直接与各种监控传感器和控制器相连。现 场总线网中每个节点间可以实现点到点的信息传送， 具有极其良好的互操作性，这样便使整个网络实现了 无中心的真正的分布式控制模式。这种网络集数据采 集、分析、控制和网络通信为一体，十分适合于智能 建筑进行分布式网络管理和控制。近年来，楼宇自动 化正 第2章 楼 宇 自 动 化 在向着开放系统迅速发展。在实时控制方面，实现可 互相操作的现场总线技术的通信协议如Lon