楼宇自控系统怎么设计才对

建筑自动控制系统是建筑设备自动控制系统的缩写。建筑设备主要是指为人们提供基本生活环境（风、水、电）所需的大量机电设备，如暖通空调设备、照明设备、变配电设备、给排水设备等，通过实现建筑设备的自动控制，实现设备的合理利用、节能、人力，确保设备的安全运行。

几年前，人们提到建筑自动控制系统，主要是指建筑中暖通空调设备的自动控制系统。近年来，它涵盖了建筑中所有可控的机电设备，成为“智能建筑”不可或缺的基本环节。建筑自动控制系统的发展也经历了从零开始的过程，从低到高，实际上是工业自动控制系统发展的缩影。随着信息技术、网络技术、计算机技术、通信技术、显示技术、半导体集成技术、控制技术、表面安装技术等高科技技术的发展，建筑自动控制系统也将得到很大的发展，可以预见：

1)配送控制系统是现阶段建筑自控系统的主流；

2)现场总线技术是集散控制系统的发展方向；

3)VLAN、TCP/IP等网络技术应用于建筑自控系统，网络实现网络化；

4)通用控制器与智能仪器共存；

5)基于状态空间法的现代控制理论广泛应用，解决建筑自控问题，取得成效；

6)系统集成技术取得进展，OPC、ODBC等技术得到广泛应用；

7)人机界面，改善操作环境，符合人机工程学的基本机制。

根据建设部的设计深度要求，一般民用建筑(可能不完全适用于有特殊工艺要求的建筑)的自动控制系统(BAS)设计，设计院至少应做以下工作:

1)充分了解受控对象的工艺要求，制定相应的控制原理图；

2)受控对象控制类型统计(或控制器输入/输出状态点表)；

3)控制网络规划设计；

4)平面布线规划设计；

5)设计说明。

承包商（或供应商）应根据设计院的设计内容要求，进一步深化施工图设计，包括提供产品规格、材料、接线、安装维护等技术文件，并负责安装（或指导安装）、调试验收申请。

然而，从目前许多项目的实施来看，效果并不理想。一项调查显示，30%的客户对建筑自动控制系统的运行进行评估，30%的客户“满意”，40%的“一般”和30%的“差”。因此，本文旨在从专业设计的实际出发，回顾设计中容易出现的问题，从一个例子中得出推论。

2若干问题

2.1对受控对象的工艺要求了解不准确。

目前，电气工程师（或自动控制工程师）对其他专业受控对象的工艺要求的理解较浅，甚至存在理解错误，导致BAS运行效果差，其中暖通空调系统占很大比例，以下是一些实际问题，如：

(1)《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJl9-87)中对舒适空调的室内参数作了总体规定:

注：当使用无特殊要求时。舒适空调的相对湿度不受限制。

需要注意的是，上述数据仅指设计基础的值范围，而不是受控对象允许波动的范围。民用建筑舒适空调设计一般不提及空调精度要求。空调设计基础的选择非常重要。设备工程师应结合我国气候特点和国情分析研究，认真确定实际工程。不利的选择不仅会对投资、运营和能源消耗产生负面影响，还会危及人员健康。

（2）对夏季、冬季和过渡季节的有足够的了解。空调系统指夏季、冬季和过渡季节控制参数是根据夏季、冬季和过渡季节三种状态，相应的温度、湿度或焓工作环境参数，如果只根据夏季、冬季和过渡季节的实际季节变化，往往使空调系统获得不理想的控制效果。

（3）暖通空调自动控制系统的本质是掌握空调工艺中的“固定”和“变化”一词。自动控制系统通常无法根据不同管道、不同工况下的“固定风（或固定流）量”或“变风（或变流）量”的特点设计，如制冷机冷冻/冷却循环水固定流量；新风处理机组一般设置新风量；变风空调机组分为新风量（或新风比）和新风量（或新风比）。

（4）大多数新风处理机组采用“固定新风量”的设计，这往往没有引起电气控制工程师的足够重视。一般来说，新风阀的控制只需要位式控制。新风阀多采用双向单相电机或电动执行机构（AC220V/AC24V、三线）位式控制；设计为线圈防冻新风阀与送风机连接；为防止风阀压差过大，无法打开，通常先打开新风阀，然后打开送风机，关闭风机。

（5）只有配备新风预热器的空气处理机组或混合点（或加湿状态点）可能低于0℃的空气处理机组，或冬季过渡季要求新风运行，新风温度可能低于0℃的空气处理机组，需要考虑运行防冻问题，采取新风阀与机组联动等防冻措施。

（6）为了保证室内空气的基本质量，可以通过测量和控制室内CO：浓度来实现。但事实上，暖通空调专业往往是通过设计来确定较小的新风量或通风次数来实现的。如果室内CO仅通过简单的启停机组来控制：则不需要浓度；否则，它涉及风量控制、复杂控制和大投资。

2.2控制原理描述不全面，受控对象控制类型统计不具体。

设计图纸中看到的控制原理往往是一样的，不能根据具体的实际项目来实现有针对性的目标。受控对象的类型往往不能简单地局限于人工智能、AO、DI、DO四种状态，特别是施工图应反映各种状态下不同信号特性的电气特性，以便选择控制模块。

2.3IBMS、BAS和集成概念模糊。

IBMS和BAS应该是两个层次的概念，BAS反映在控制子系统之间的网络通信连接上；IBMS反映在网络信息系统的集成上，即IBMS反映了更准确的集成概念。一般来说，在设计中，更注重控制子系统之间控制功能联动的描述，这通常被理解为信息系统集成的集成设计。设计应基于用户需求，规划设计运行维护管理业务模式，IBMS和BAS共享管理工作站。

(1)服务模块-提供性能优越的服务环境。

现代智能建筑应用建筑自动控制系统后，可根据季节和空气状态的变化，自动控制空调机组和新风机组的送风温度，通过调整新风阀的开度，为不同区域提供较佳的温湿度控制，确保各区域的环境参数。在中央控制室，为用户提供一个窗口，观察整个系统的运行状态。通过测量实际信息，可以实时显示和存储温度、压力、流量等重要信息。操作人员可以检查一段时间内变量的变化统计曲线，做出趋势预测，提前做出有效响应，确保整个系统的平稳长途旅行。软件规划了各种操作服务功能。

(2)节能模块-降低能耗和管理成本。

在满足舒适性的前提下，建筑自动控制系统通过合理组织设备运行，较大限度地降低建筑运行成本，即系统优化控制，降低能耗值。系统软件设有节能程序，可根据季节、人员和空气流动的变化，合理调整各区域温度，控制设备合理运行，较大限度地降低建筑能耗，系统可分析历史运行数据，运行一到两年后提供优化调整，进一步降低建筑能耗。软件规划了各种运行节能措施。

(3)安全模块-提供突发故障预防手段。

如果现代智能建筑的机电设备突然故障并停机，将对建筑造成严重后果。建筑自动控制系统可以从以下几个方面防止这种情况：

①随时检查设备的实际负载和额定负载。一旦设备过载，立即自动卸载并向中央控制室发出报警信号，防止贵重设备损坏。

②监控设备运行情况，一旦发现设备运行异常，立即报警通知维修人员检查，防止更大范围的设备故障。

③自动记录设备的累计运行时间。当累计值达到规定的维护时间时，自动向中央控制室报告，及时提醒设备维护。

④，当一组设备中的某台设备出现故障时。

通过上述检测、报警和处理方式，使现代智能大厦对机电设备突发故障具备有效的预防手段，以确保设备和财产安全。

(4)维护模块——提高设备运行效率、减少管理人员数量。

　　通过对设备运行状况的监测、诊断和记录．早期发现和排除故障，及时通知维护和保养，保证设备始终处于良好的工作状态。

　　楼宇自控系统对设备的有效监控，可使设备的故障率大大降低，同时也使维修工人可以更有效的工作，减少维修人员的数量；一体化管理方式，使操作、值班和管理人员尽可能地减少。

(5)扩展模块——系统具有良好的扩展性，保证今后扩展的需要。

　　系统选用时应始终遵循标准化、开放性的原则，系统容量可以有适当的冗余，以适应日后的扩展。且应保证与其它系统的兼容性，可方便实现网络的信息共享。

(6)、仿真模块——系统具有自学习功能，可进行人员培训、资料管理等。

2．4各系统设计界面不够周到、清晰。

　　楼宇自控系统作为大楼内的一个重要组成系统，其实现自身的功能设计已经比较成熟和完善，但在系统实施过程中，经常由于系统界面的问题而导致系统的功能不够完善，丢项、甩项等事情经常发生。

　　由于设计界面的问题牵扯的面比较多，涉及到工程实施中的暖通空调、给排水、变配电等多个专业。因此，在工程的前期将设计界面的问题进行明确，非常必要。

　　从另一个角度讲，将设计界面的问题进行明确，可以使业主在工程的前期或在设备定货之前，就明确提出界面接口要求，从而可以实现楼宇自控系统的完整性。

◎明确各方的责任及工作内容，避免出现问题时，互相扯皮。

◎确保实现系统设计的全部功能，避免资金的浪费。

(1)、与调节／控制的风阀及水阀的设计界面

　　一般系统中风阀与水阀的规格及控制模式，由设备工程师根据工况条件计算确定。因此，风阀与水阀调节／控制设计应与设备工程师配合，了解风阀与水阀的电动操作机构，配置相适应控制器。实际工程设计中，设备招标前风阀与水阀的电动操作机构往往难以准确确定，DDC输出类型。

　　还存在另一种情况，调节阀由控制工程师选配，这时需设备工程师提出控制工况要求，控制工程师应根据管径计算选择调节阀规格及控制模式。

　　风阀的控制应根据工况要求选择电动操作机构或配电子定位装置。

(2)、与配电控制箱的设计界面

◎配电控制箱内设本地与远程转换开关和控制用隔离中间继电器(无源或有源AC220V，见下图)，本地手动控制，远程靠BAS的DDC向配电控制装置发出遥控启／停信号，并接收风机运行状态、过负荷及本地／远程控制转换开关状态信号。

◎本地DDC的电源(AC 220V)由配电控制箱提供，上图DDC有源控制和无源控制两种方式，笔者认为优选有源控制，因有时配电控制回路并未设控制隔离变压器，这样无源控制触点有可能直接接人AC 220V回路，造成与其他控制线路不能共管敷设；另一方面，自控系统的控制电源宜由自己提供，避免造成扯皮现象。

以上这些需要在采购配电控制箱之前提出来，便于厂家加工。

(3)、与制冷机组、电梯等自带控制装置的设计界面

　　一种是将监控信号采用干接点的方式接人BAS的DDC；一种是采用通信接口点对点或总线的方式接入BAS。干接点的方式实现起来比较简单，也比较可靠，不足之处是采集的信息量比较少；采用通信接口的方式可以克服干接点的不足，但实现起来比较难，受通信协议是否标准、厂家是否开放编码表等因素的制约。

(4)、与变配电、照明等系统的设计界面系统中的遥控单元、智能化仪表或开关、照明控制单元、电参数变送器等自动化器件，应配合强电设计选配，预置在配电柜或照明箱中。

2．5缺乏合理的网络架构规划设计。

　　在楼宇自控系统未招标选定设备前，设计院往往对楼宇控制网络架构规划设计不是很明确，DDC的布置比较随意，只注重控制原理及点表，网络架构形式、执行标准、设备配置标准选用等方面的设计相对来讲比较薄弱。

　　现在提起"Bus(总线)"、"Network(网络)"可谓名目繁多，令人眼花燎乱。但"Field Bus(现场总线)"因其对工控机(包括DCS、PLC、工业PC、数控等)、自动化仪表和过程控制自动化产生的巨大影响，已成为世人嘱目"热点"。早已有人把现场总线描述成"21世纪的过程控制总线"，"自动控制领域开创了一个新的时代一一现场总线控制系统(FCS，Fieldbus Control System)"。目前，在楼宇各自动化控制系统中底层流行采用现场总线控制网络，随着工控计算机及网络技术发展在建筑业广泛普遍的应用，现场总线技术必将成为"智能建筑"领域主要的发展方向之一。

　　伴随着信息技术的不断发展，BAS已不可缺少的成为Internet／Intranet网的一部分。楼宇自控系统双层网络结构内部也将随之发生变化，DDC以上的物理链路可通过建筑物内综合布线系统完成，采用VLAN技术可基于TCP／IP与其它系统共用LAN，通过OPC标准通信协议进行系统界面互联。

3　结论

　　为充分发挥楼宇自控系统的功能，需要设计单位周密详细的设计论证、统一规划，需要工程施工单位精心施工，更需要系统集成商以高度负责的态度，从用户角度出发，为每一个项目选择一个适合它本身的功能配置，甲方也尽早配备相应工程技术人员，加入到项目实施中，这样才有助于项目的接受和系统的运行维护，从而真正发挥楼宇自控系统的功效，创造良好的社会经济效益。

　　此外，尽管要电气工程师或控制工程师全面掌握相关专业知识很困难，但为便于与设备等相关专业工程师沟通，使设计的控制系统符合工况要求，正常合理运行，必需了解一些概念性的知识，及早消除目前设计行业中专业相关环节之间的"灰色地带"是关系系统成败的关键所在