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1、1智能建筑的概念和楼宇自动化系统简介摘要：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 一 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）
2、。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2最大利益的回报。 ” 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)二、楼宇自动化系统简介楼宇自动
3、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。三、楼宇自动化系统的组成与基本功能：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
4、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。3(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。四、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
5、系统，也称分布式控制系统(Distributedcontrosystems 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。五、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
6、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，作出决策，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
7、了 CPU，发展成直接数4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 onWork
8、s 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，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
9、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。5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。几家影响较大的楼宇设备供应公司系统及功能简介：美国江森自控 Metasys 系统Metasys 的系统结构及硬件说明要想建成一个智能建筑，一个高素质的楼宇自控系统是不可缺少的，JOHNSONCONTROS 的 Metasys 系统的系统结构如下：JOHNS
10、ONCONTROS 的 Metasys 楼宇自按系统是由中央操作站（OWS）、网络控制器（NCU）、直接数字控制器（DDC）等组成，通过 Ethernet 网（N1 网）将中央操作站及网络控制器各节点连接起来，Ethernet/IP 使用标准的网络硬件在网络控制器与用户操作站之间完善地传递信息。同时安装在建筑物各处的直接数字控制器（DDC），将通过现场总线（N2 网）连接到网络控制器上，与其它网络控制器上的直接数字控制器及中央操作站保持紧密联系。现场需监控设备上的传感器及执行器等连接至以上各直接数字控制器内。从而实现分散控制、集中管理。以下分别对这些硬件设备做详细说明：1.1 通讯网络操作站及
11、网络控制单元之间最常用的连接方式是 N1 通讯网络。这构造采用以太网（ETHERNET）技术，通过一张 ETHERNET 卡（网络介面卡），在 N1 线上通讯。网络设置6N1 网可以设置成总线型、星型和混合型结构。它使 N1 网可以方便、经济地安装及扩展。N1 网可以使用同轴电缆、双绞线、光纤或它们的组合。NCU 和操作站可以直接支持同轴电缆，并可方便地加上适配器连接光纤回路。每段 N1 网的最长距离取决于所采用的媒质及网络上节点的数量。采用有源分流器可以延伸连接线的长度。两个节点间最长距离可达到 6.4 公里。开放式的结构和互连性ETHERNET 广泛应用于工业和楼宇自动化领域。众多的第三者
12、供应商都支持这个标准并提供 ETHERNET 设备，如分流器及应用软件。这意味着不用供应商提供的产品可以直接互换，使用户有更多的产品选择并且不会依赖于某一个供应商。N1 网上之通讯种类数据库之上传与下载、对现场设备之指令和状态之讯息等。各节点均具备动态访问（DynamicDataAccess）功能，即无论 N1 网上任何操作站或任何一个 NCU 上，均可以对全部的数据实现检测或控制。动态数据存取很多系统都只容许有限度的资料分类，Metasys 系统却能容许在 N1 总线上每个组件与组件间的自由通讯。这便是 METASYS 系统的一个独特之处动态数据存取，加快了大量讯息传递之速度。双重 onWo
13、rksN2 总线之运作是由在 onWorksN2 网上之 NCU 监控。如其中一条线发生故障（即在 N2 网上之某一点没有接收讯号），NCU 会发出指令以恢复正常通讯。1.2 操作站METASYS 系统根据大楼的具体功能要求，我们对操作站的介面，特性，功能7做了一系列的改进，增加了许多更直观的视觉显示效果，并且通过OPC（OEforprocessContro）软件技术使所有的设备管理系统均可在简单明了的图形显示下集中完成，目前我们称改进后的操作站系统为 M5，现就其几项主要的特征说明如下：多屏显示在一个操作员面显示监控庞大的集中自动化系统的所有信息是一个大难题，而 M5 操作站采用屏幕管理系统
14、解决了这个困难，大型建筑物、多建筑群及多种网络均可采用此项技术以支持多屏显示。现存图形的重复利用无论是 JohnsonContros 工作站内的图形，或是其它的图形格式，Metasys 操作站都能再利用它们。绘图软件 CoreDraw，Visio 及 AutoCad，同数码像机、视像抓取卡及数字扫描仪一样均能提供丰富的图形资源，操作站的灵活性大大减少了程序员和操作者的工作。动画介面M5 操作系统采用全新动画介面，可伴有音乐和旁白，更生动地描述现场情况，同时可将大楼受控设备的实时图像通过集成系统传到操作站，从而更准确直接地指导操作员应采取的动作。采用颜色梯度的动态信号Metasysworksta
15、tion 图形技术提供完整的动态图形控制，包括显示、消失、闪烁旋转、动画以及彩色梯度。全部通过易于使用和理解的图标控制定义对话，任一标志的功能控制都能直接相关于另一点或由大楼用户根据自己需要任意定义单独的设备。8动作趋势Metasysworkstation 提供给大楼用户有关能源管理以及设备诊断的数据分析曲线，如此详细的各点情况都有助于更好地理解相关控制功能的实现过程。大楼的管理人员可根据这些曲线分析受控设备的保养状况及其是否在最佳的工作状态。1.3 网络控制器（NCU）网络控制器是一种模块式、智能化的控制盘，为 METASYS 网络的心脏。通过多个网络控制器，即可将大楼每一个侧面的管理情况紧
16、密的连接起来，进行全面综合的管理。通过相互共享整个网络中的所有信息，每个 NCU 能用高级控制算法提供全建筑物范围的最优控制。网络控制器具有多种统计控制功能。网络控制器可配置手提终端检测器，该检测器完全可以代替操作站的功能，存取整个系统中所有信息和发出控制指令。1.4 直接数字控制器（DX-9100）直接数字式控制器是 Metasys 系统的最前端装置，直接与大楼内有关的设施连接起来，再通过 N2 总线与网络控制器相连，网络控制器与中央操作站均可对其实现超越控制。直接数字式控制器能够支持以下不同性质的监控点：-模拟量输入（AI）-数字量输入（DI）-模拟量输出（AO）-数字量输出（DO）具有可编程控制模块及 PC 逻辑运算模块，除能完成各种运算及 PID 回路控制功能外，还具有多种统计控制功能，可同时设置时间控制程度。9控制器具有独立运作的功能，当中央操作站及网络控制器发生问题时，控制器不受影响，继续进行运作，完成原有的全部监控功能。支持点对点通讯，可与 METASYS 网络进行动态数据存取。可通过传输模块（XT）接扩展模块（XP），增加控制输入输出点容量，配置灵活，并可通过内置
