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1、,楼宇智能化技术 第3版,许锦标,广东工业大学自动化学院 ,第7章 楼宇设备自动化技术,本章导读,楼宇设备自动化是实现楼宇智能化的基础，其难点在于设备多（种类多，测控点数多）而散（布置分散在整栋建筑的各个角落）。楼宇设备自动化有效的解决方案是采用集散控制系统（DCS）和系统集成技术。 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（现场总线控制系统FCS），在此基础上讨论了BAS设计原则、步骤和方法。针对FCS己经是BAS的主流技术这一事实，本章着重介绍了几种在BAS中广泛应用的现场总线。针对BAS的产品没有一个统一的标准,在不同厂商的系统之间信息不能共享，
2、不能互联互通联动这个问题，其解决的方法就是系统集成技术，它是BAS的另一个核心技术。为此，我们有必要了解BACnet协议，因为，它是能有效解决这个问题的根本方法。 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。,本章目录,第7章 楼宇设备自动化技术 7.1 楼宇设备自动化系统(BAS)的功能 7.1.1 BAS的对象环境 7.1.2 BAS的功能要求 7.1.3 BAS的功能描述 7.1.4 BAS的技术基础 7.2 BAS的系统结构 7.2.1 BAS体系结构的优选 7.2.2 集散控制系统 7.2.3 现场控
3、制站（DDC）的功能与结构 7.2.4 集散型BAS的结构 7.2.5 集散型BAS的设计方法 7.3现场总线技术 7.3.1 现场总线基本概念 7.3.2 LonWorks总线 7.3.3 EIB/KNX总线 7.3.4 Modbus总线 7.4 BACnet协议 7.4.1 BACnet协议简介 7.4.2 BACnet体系结构 7.4.3 BACnet的物理层和数据链路层协议 7.4.4 BACnet的网络层协议 7.4.5 BACnet的应用层协议 7.4.6 BIBB和标准BACnet设备 7.5 智能化楼宇的BAS系统设计 7.5.1 BAS中的基本监测点、接口位置及常用传感器 7
4、.5.2 BAS的设计原则和相关标准 7.5.3 BAS设计步骤 7.5.4 某市博览中心的BAS方案设计案例 7.5.5 智能照明控制系统,7.1 楼宇设备自动化系统(BAS)的功能,楼宇自动化系统(BAS，Building Automation System)是楼宇智能化的基础 BAS是针对建筑机电设备，检测其运行参数、控制其运行状态，自动调节相关设备，使其始终运行于最佳状态; 自动监测并处理诸如停电、火灾、地震等意外事件; 自动实现对电力、供热、供水等能源的使用、调节与管理，从而保障工作或居住环境既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人。,7.1.1 BAS的对象环境,(1)电力供应系统(高
5、压配电、变电、低压配电、应急发电); (2)照明系统(工作照明、事故照明、艺术照明、障碍灯等特殊照明); (3)环境控制系统(空调及冷热源、通风环境监测与控制、给水、排水、卫生设备、污水处理); (4)消防系统(火灾自动检测与报警、自动灭火、排烟、联动控制、紧急广播); (5)安防系统(防盗报警、视频监控、出入口控制、电子巡更); (6)交通运输系统(电梯、电动扶梯、停车场、车队); (7)广播系统(背景音乐、事故广播、紧急广播) 。,BAS有广义BAS和狭义BAS之分,广义BAS包括了安防与消防系统，狭义BAS是除了安防与消防系统之外的建筑设备监控系统,在实际工程建设及管理中，安防工程和消防
6、工程通常都是单独招标建设的，其后期的运行管理分别隶属不同的政府职能部门（安防系统归公安治安管理，消防系统归武警消防管理）,7.1.2 BAS的功能要求,(1)具有对建筑机电设备测量、监视和控制功能，确保各类设备系统运行稳定、安全和可靠并达到节能和环保的管理要求。 (2)采用集散式控制系统 (FCS，DCS ) 。 (3)具有对建筑物环境参数的监测功能。 (4)满足对建筑物的物业管理需要。 (5)具有良好的人机交互界面及采用中文操作界面。 (6)共享所需的公共安全等相关系统的数据信息等资源。,7.1.3 BAS的功能描述,设备控制自动化 (1)变配电及应急发电设备测控 (2)照明设备测控 (3)
7、通风空调设备测控 (4)给排水设备测控 (5)电梯设备测控 (6)停车场管理与控制 防灾自动化 (1)智能消防系统 (2)智能安防系统 (3)防灾系统,设备管理自动化 (1)水、电、煤气等使用计量和收费管理。 (2)设备运转状态记录及维护、检修的预告。 (3)定期通知设备维护及开列设备保养工作单。 (4)设备的档案管理。 (5)会议室、停车场等场所使用的预约申请、管理 能源管理自动化 是在不影响用户舒适性的原则下,利用传感技术和先进的运转控制技术对设备实行效率化的运转管理，以节省无谓的能源消耗。,7.1.4 BAS的技术基础,楼宇自动化系统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
8、制系统,BAS是一个集成的系统,由于BAS所面临的监控对象的复杂性,目前全球范围内没有一个厂商能够提供所有的软硬件产品。这就事实上形成各自为阵、占山为王、相互争夺地盘的竞争事态,最终导致BAS的产品没有一个统一的标准:信息不能共享，不能互联互通联动。解决这个问题的方法就是系统集成技术。,BAS是一个集成的系统,通过系统集成，最终将不同厂家、不同协议标准的产品组织在一个大系统中，实现信息互联互通，达到控制联动、信息共享的目标。所以说，BAS是一个集成的系统,BAS的难点,这些设备多而散 多，即数量多，被控制、监视、测量的对象多，多达上千点到上万点;物理量的种类多。 散，即这些设备分散在各个楼层和
9、角落。 楼宇自动化系统(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 。,7.2 BAS的系统结构,在楼宇中，需要实时监测与控制的设备品种多、数量大，而且分布在楼宇各个部分。大型的楼宇，有几十层楼面，多达十多万平方米的建筑面积，需数千台套设备遍布楼宇内外。对于楼宇自动化这一个规模庞大、功能综合、因素众多的大系统，要解决的不仅是各子系统的局部优化问题，而且是一个整体综合优化问题。 采用集中式计算控制不能适应现代楼宇管理的需要。 集散控制充分体现了集中操作管理、分散控制的思想,是目前BAS广泛采用的体系结构。,7.2.2 集散控制系统,集散型计算机控制系统又名分布式计算机控
10、制系统，简称集散控制系统(Distributed Control System,DCS)，是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。集散控制系统的核心思想是分散控制,集中管理。,集散控制系统的组成,集散控制系统的结构是一个分布式系统,新一代集散控制系统的体系结构,FCS变革传统的单一功能的模拟仪表，将其改为综合功能的数字仪表；变革传统的计算机控制系统(DDC、DCS)，将输入、输出、运算和控制功能分散分布到现场总线仪表中，形成全数字的彻底的分散控制系统,DCS和FCS的结构对比,7.2.3现场控制站（DDC）的功能与结构,直接数字控制器(Direct Di
11、gital Controller,DDC)，通常用作集散控制系统中的现场控制站, 通过通信总线与中央控制站联络。DDC的核心是控制计算机，通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，然后按照一定的控制规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制生产过程。如图所示,直接数字控制是一个闭环控制系统,现场控制站的结构,现场控制站是一个可独立运行的计算机监测与控制系统，其组成与结构如图所示。由于它是专为过程测控而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等与一般的计算机系统相比又有所不同,图7-10 现场控制站的组成
12、与结构,7.2.4 集散型BAS的结构,单层网络结构,工作站直接与现场控制设备相连； 两层网络结构,上层网络与现场控制总线两层，两层网络之间通过通信控制器连接； 三层网络结构,在上层网络与现场控制总线之间增加了一层中间层控制网络，解决由于末端分布范围较广形成的复杂联动控制问题。,单层网络结构,（1）整个系统的网络配置、集中操作、管理及决策等全部由工作站承担。 （2）控制功能分散在各类现场控制器及智能传感器、智能执行机构之中。 （3）同一条现场控制总线上所挂接的现场设备之间可以通过点对点或主从的方式直接进行通信，而不同的总线的设备直接通信必须通过工作站的中转。,EIB/KNX家居智能控制系统,两
13、层网络结构,现场设备通过现场控制网络互相连接；操作员站（工作站、服务器）采用局域网中比较成熟的以太网等技术构建；现场控制网络和以太网等上层网络之间通过通信控制器实现协议转换、路由选择等。两层网络结构是目前BAS产品的主流。,HONEYWELL WEBs 楼宇自控系统结构图,柏斯顿IBS-5000楼宇自控系统结构图,利达BABEL楼控系统架构图,浙大中控OptiSYS楼控系统架构图,三层网络结构,现场大型通用控制设备采用中间层控制网络实现互联。中间层控制网络和以太网等上层网络之间通过通信控制器实现协议转换、路由选择等。三层网络结构适用于监控点相对分散、联动功能复杂的BAS系统。,西门子APOGE
14、E楼宇自动化系统结构,7.2.5 集散型BAS的设计方法,按楼宇建筑层面组织集散型BAS系统（先结构后功能划分子系统） 按楼宇设备功能组织集散型BAS系统 （先功能后结构划分子系统） 混合型的集散型BAS系统,按楼宇建筑层面组织的集散型BAS系统方案,(1) 布线设计及施工比较简单,子系统(区域)的控制功能设置比较灵活,调试工作相对独立。 (2)整个系统的可靠性较好,子系统失灵不会波及整个楼宇系统。 (3)设备投资增大,尤其是高层楼宇。 (4)较适合商用的多功能楼宇。,按设备功能组织的集散型BAS系统,7.3 现场总线技术,1 现场总线基本概念 2 LonWorks总线 3 EIB/KNX总线
15、 4 Modbus总线,7.3.1 现场总线基本概念,现场总线（Fieldbus）是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。 现场总线的本质体现在以下六个方面：现场通信网络/现场设备互联/互操作性/分散功能块/通信线供电/开放式互联网络,现场总线基本概念,目前世界上存在着大约四十余种现场总线，如PROFIBUS、LONWorks、InterBus、CAN、HART、MODBus、FF、WorldFIP、BitBus、DeviceNet、ControlNet等,现场总线基本概念,每种总线大都有其应用的领域，比如FF、PROFIBUS-PA适
16、用于石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域；LONWorks、PROFIBUS-FMS、DeviceNet适用于楼宇、交通运输、农业等领域；DeviceNet、PROFIBUS-DP适用于加工制造业等等。,7.3.2 LonWorks总线,它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部层通讯协议，Lonworks技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。,LonWorks总线,Lonworks网络支持多种拓扑结构:总线型、星型、环型、混合型。 支持双绞线、同轴电缆、电力线、光缆和红外线等多种通信介质， 通讯速率从300bps至1.25Mbps不等， 直接通信距离可达2200m（78Kbps）,Lonworks网络支持多种通信介质,Lonworks网络规模,Lonworks网络组成采用三级编址：域(domain) 、子网(sub-net) 、节点(node)。网络中最多有
