浅议楼宇自动化系统设计

马婷

【摘要】随着21世纪的到来，建筑设备自动化有着很好的发展前景。随着人们物质文化生活日益进步的今天，人们对住宅的楼宇自动化越来越重视。总体上讲，建筑设备自动化技术应该会随着社会的发展，朝着功能多样化、技术尖端化、操作全智能化等多方向高速发展，不断满足人们对生活质量的需求，本文将采用全新的楼宇管理模式，使其先进性、智能化程度在当前及未来若干年内，都处于领先地位，供同行参考。

【关键词】楼宇自动化系统；设计；以太网现场总线；人机界面；直接数字控制器

一、工程概况

某大厦A区Ⅰ段地上11层，集办公、会议于一体，设备机房包括新风机房、强电设备间和弱电设备间等，电气设备包括新风机组22台、送/排风机4台、电梯4台，集水坑4个、污水潜水泵4台。该大厦A区Ⅱ段地上11层、地下1层，集办公、会议于一体，设备机房包括变配电室、新风机房、进风机房、强电设备间和弱电设备间等，电气设备包括新风机组22台、送/排风机6台、电梯6台，集水坑14个、污水潜水泵16台、生活水箱1个、生活水泵2台，照明回路4路，2路高压进线、5个变压器、5路低压出线和1台柴油发电机。

某大厦A区Ⅲ段地上11层，集办公、会议于一体，设备机房包括新风机房、强电设备间和弱电设备间等，电气设备包括新风机组22台、送/排风机4台、电梯4台，集水坑4个、污水潜水泵4台。某大厦B区，地上2层，设有设备机房区域，包括制冷机房、锅炉房等，设备包括冷水机组2台、冷却水泵3台、冷冻水泵3台、冷却水塔风机10台，热水循环泵2台，新风机组8台、10台送排风机。

另外，该大厦面积较大，为了给空调/新风系统提供环境参照数据，在室外适当位置设置室外温湿度传感器，监测室外温、湿度。

二、楼控系统概述

楼宇自控系统（BuildingAutomationSystems，简称BAS）是智能大厦的一个重要的组成部分。BAS是基于现代计算机技术、自动控制技术、通信技术及网络技术，通过网络将分布在各监控现场的系统控制器连接起来，共同完成集中操作、管理和分散控制功能的综合自动化系统。

该大厦中各系统设备的设计具有以下特点：建筑面积大，主要电气设备数量多，分布散。BA系统在各楼层的设备机房处设置HW-BA5000系列DDC模块，对现场电气设备进行实时监控，DDC可独立完成全部的监测、控制工作。再以LonWorks总线连接各DDC模块至中央监控中心，在中央监控中心，我们可以查看到各种电气设备运行状态、相关参数，并控制电气设备启停。根据设备分布的特点，本设计4条Lon总线，A区Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段和附楼部分控制器分别由一条总线相连。实现了一体化控制、监测和管理，提供了一个舒适、安全的生活和工作环境。

三、设计内容

该大厦作为一座集楼宇自控、消防、安全防范、会议、综合布线系统等诸多子系统于一体的综合性智能化建筑，它不仅需要对大楼内的所有的机电设备进行统一管理，而且这些设备还需与其它的智能化子系统进行通讯和必要的联动控制，以致力于创造一个高效、节能、舒适、高性能价格比、温馨和安全的工作环境。

四、设计原则

此项目在符合国家规范的前提下，根据多年从事智能化弱电系统的经验和该大厦工程的特点，从满足业主利益的角度出发，本着技术先进、高效便利、投资合理的精神，针对工程的智能化楼宇自控系统设计应充分考虑以下基本原则：先进性、灵活性和开放性、集成性和可扩展性、安全性与可靠性、服务性与便利性与经济合理性。

五、设计目标

该大厦楼宇自控系统将建筑电气设备与控制子系统（暖通空调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统等）进行分散控制、集中监视、管理，实现一体化控制、检测和管理，创造舒适、安全的工作环境，以最低的能源和电力消耗来维持系统和设备的正常运行，取得最低的大厦运作成本。

六、楼宇系统设计说明

某大厦工程是一座集空调自控、消防报警、安全防范及诸多子系统于一体的综合性智能化建筑。根据此大楼的建筑特点和应用功能，本方案选择海湾公司的最新一代可远程控制HW-BA5000楼与控制系统，该系统基于LonWorks现场总线技术开发，选用最先进的数字控制器，具有创新、简洁、高效、可靠等优点，可为其它供应商提供开放性接口，并可根据需要将楼宇控制系统、消防报警系统及安全防范系统及其它子系统集成在统一平台上。

本方案HW-BA5000监控范围及系统目标包括以下几部分：设备运行监控，包括对制冷系统、换热站系统、空调系统、新风系统、变配电系统、给排水系统、照明系统、电梯系统等的监控。

某大厦的楼宇自控系统包括中央监控中心（中央站）和DDC现场控制器（分站），由两级网络（以太网和LonWorks现场总线）连接，既可以满足系统庞大的容量要求，又可以提供高速的通讯能力，使管理人员在中央控制室就可以全面了解大厦的各种设备运行状况，并进行实时控制。

1、系统一级网络——以太网

楼宇控制系统的一级网络是一个以太网的局域网或广域网。在本方案中，针对该大厦工程来说，一级网络是TCP/IP标准协议、传输速度为10/100M的以太网，工作站使用标准的以太网的标准设备。

现场DDC模块通过LonWorks总线连接到以太网时，通过专用的Lon网络适配器（PCLTA-20）连接。

2、系统二级网络——LonWorks总线

本方案楼宇自控系统的二级网络包括多条LonWorks现场总线，LonWorks总线方式可实现DDC与DDC、DDC与中央控制站之间的点对点数据通信。

根据设备分布的特点，本方案设计4条Lon总线，A区Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段和附楼部分控制器分别由一条总线相连。

iiBS具有以下突出的特点与优点：

（1）整个系统基于Agilor实时数据库系统构建，通过实时数据库提供实时数据的采集与历史数据存储管理；

（2）内嵌实时数据订阅与发布机制使得浏览器/服务器模式的运行环境能够准确、及时地表现物理环境中的真实状态；

（3）系统支持采用数据驱动、事件驱动与时间驱动三种方式触发页面脚本的解释执行；提供实时规则推理能力支持业务逻辑与报警逻辑的在线定义以及基于优先级的规则调度机制。

3、监控功能说明

该大厦是一座现代化的综合性建筑，本着系统既要先进、实用、成熟、可靠，又要做到系统开放性、可扩展性好，兼顾投资合理、效益最佳的目的，楼宇自控系统依据暖通空调、电气等专业要求，对现场的机电设备和其它装置进行集中监视、控制和管理，使这些设备得以安全、可靠、高效地运行。

七、设计内容

1、制冷监控系统

制冷监控系统是整个空调系统的核心，由于制冷系统是建筑物内的用电大户，也是直接决定办公环境好坏的重要系统，并且该系统设备价格昂贵、日常保养和维护工作所需的人力和物力也很大。因此，对冷/热源系统实施有效的监控和管理是至关重要的。由于该系统监控点较多，需用多个不同型号的模块组合实现相关监测控制功能。

2、热交换监控系统

热交换系统监控对象：2台空调热水循环泵及相关温度、压力和流量等参数。热交换通过安装在热交换器供水管温度传感器、调节阀等设备，由DDC控制器内置的控制算法，如PID（比例积分微分）和优化PID算法，DDC控制器发出控制信号到电动调节阀，调节水管内的水流量，保持二次侧供水温度在要求的控制范围内。由于该系统监控点较多，可与制冷系统控制器模块组合实现相关监测控制功能。

楼宇自控系统具体监控内容如下：

•监测

监测热水循环泵手/自动状态、运行状态、故障报警

监测热水循环泵累计运行时间，发出定时检修提示

-监测一次供水温度、压力和流量

监测二次回水温度

•控制

-定时控制：按预先编排的时间假日程序控制系统设备启停

-根据二次回水温度与设定值之差，PID调节一次水供水阀门开度，保持空调热水供水温度在设定范围内

根据二次回水温度，控制热交换器和热水循环泵运行台数

-根据DDC内部存储的机组累计运行时间，对机组进行时间均衡调节：

需要启动时，优先开启累计运行时间最短的机组；

需要关闭时，优先关闭累计运行时间最长的机组

-按正确顺序依次联锁启停设备：

启动：热水循环泵→热交换器

停机：热交换器→热水循环泵

3、空调机组监控系统

4、新风机组监控系统

新风系统作为大楼的重要组成部分，主要新风机组组成，共74台新风机组，每台机组可由一台HW-BA5201DDC控制器实现自动控制，使楼内的房间及公共区域的温度保持在要求的范围内，同时达到管理方便、节省能源、延长设备使用寿命的目的。

5、送排风监控系统

纳入楼宇自控系统的送排风机为用于地下室配电间、汽车库、自行车库的送/排风机；用于卫生间的屋顶排风机；用于会议室、餐厅的通风机；用于厨房的通风机。可用HW-BA5204、HW-BA5208DDC控制器实现对送/排风机的统一控制，在楼宇自动控制模式下，自控系统将按时间表来操作设备，执行相关的程序和联锁。在手动模式下，楼宇系统控制功能失效，但监视功能仍然保持。操作管理人员在中央控制室可以任意启停控制和监视管理每台风机。

6、照明回路监控系统

可用HW-BA5204DDC控制器实现自动控制，对大楼照明实行监控不仅简化操作，还可以进行时间表控制，使被控灯具按时打开和熄灭，利于节约电能，便于管理。公共照明是最容易产生能源浪费的部分，本控制方案可以实现楼宇节能。同时，消防和保安系统也需要照明系统的密切配合。

7、中央监控系统

此外，如果将来需要对楼宇自控系统进行扩充，则只需要通过在LonWorks网络上简单的增加DDC控制器和相应的传感器，即可实现系统功能的扩展。

八、结束语

综上所述。本文通过以上论述，围绕大厦楼宇自控系统设计进行了分析说明。希望全新的楼宇管理模式最大限度地满足业主对现代化楼宇管理的需求，创造安全、健康、舒适宜人和能提高工作效率的优良环境，节约能源，并减少维护人员。

参考文献：

[1]郭福社，贺天柱，段峻.现场总线的发展与标准现状[J].现代电子技术.2004（18）.

[2]唐勇.智能建筑中的楼宇自动化系统理论浅析[J].中国新技术新产品.2009（18）.

[3]范怿涛.智能楼宇控制系统的开发与研究[D].北方工业大学2009.

[4]王红艳，张飞云.数字控制器设计方法浅析[J].许昌学院学报.2010（02）.

[5]董春桥.建筑自动化发展现状及趋势[J].建筑电气.2012（08）.