楼宇自控系统在现代智能建筑中的应用

1、现代智能建筑的发展

以往，人们常把高楼大厦视为城市现代化的重要标志之一,但是随着科学技术的飞速发展，尤其以现代代通信技术(Communication)和现代图形显示技术(CRT),即所谓 4C 技术的历史性突破和在现代建筑中的应用,使过去的传统观念发生了质的变化。智能建筑的使用功能和技术性能较之传统建筑发生了深刻变化，使这种综合性高科技建筑物成为现代化城市的又一重要标志。

1.1 智能建筑产生的背景

智能建筑是上世纪 80 年代中期出现的一项新兴产业。当时跨国公司为了提高国际竞争能力，适应信息时代的要求，纷纷兴建或改建以高科技技术装备的高科技大厦(Hi-Building)。1984年在美国康涅狄格洲哈福得市落成了全球第 座世界公认的智能化大厦，次年日本的第一座智能大厦也相继落成。此后，智能建筑蓬勃发展,形成了世界建筑业中一枝独秀的局面。

智能建筑产生的背景主要源于以下几点:

①产业结构变化的需要。当今社会已经从工业社会发展到了信息社会，知识、信息已经成为越来越重要的资源。因而人类对其生产、生活的主要载体-建筑物的功能要求也发生了巨大的变化。

②电子信息技术发展的必然结果。随着数字技术、光导纤维通信技术、超大规模集成电路技术、图像通信系统的快速发展以及在社会各应用领域的渗透已达到了社会可以广泛接受的商品化程度，使其成为诸多行业更新发展的基本依据和重要手段。而高等级信息高速公路网的“节点”--建筑物也必然要满足其客观要求

③生产生活的客观要求。随着建筑物的高效化和多功能化，人们对生产、生活场所的条件也越来越要求方便、舒适、高效和节能。现代办公楼、商住楼内的办公自动化、通信自动化、楼宇自动化等支撑技术和设备管理已非人工所能应付,智能建筑也就应运而生。

1.2 智能建筑的基本概念

国际上的智能建筑物研究机构把智能建筑定义为: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关联的最优化设计，为业主提供一个投资合理的、且又拥有高效率的优雅舒适、便利快捷而又高度安全的环境空间。现代智能建筑的构成是以建筑物为载体，以结构化布线(PDS)为信息传输平台，由3大系统即楼宇自动化系统(BA)通信自动化系统(CA)以及办公自动化系统(OA)构成智能建筑的特点是通过完善的 3A 系统和结构化布线系统将现代建筑中的各系统高度集成。使人们能够通过信息管理平台将建筑物内的设备管理、数字语音通信、商业管理、办公自动化以及某些人工智能的IC 卡等诸多子系统集成为一体化的综合计算机管理系统。该系统应能全面实施对建筑物内上述各子系统进行检测、控制、调节、监视和自动化管理。

2、智能建筑中的楼宇自动化系统

智能建筑中通信及办公自动化系统是构成建筑智能化的关键,而楼宇自动化系统和结构化布线则是建筑智能化的基础。要真正实现智能建筑的高度集成使智能建筑具备以下4 个基本要素:办公设备智能化通信技术高性能化、建筑结构柔性化、设备管理和服务白动化、全方位化,则必须在智能建筑物内纳入结构化布线系统(PDS)。这是因为结构化布线是实现上述理想的信息传输通道，也可以说是使建筑智能化的神经系统。它正逐步地将建筑设备、空调设备、供电照明设备的监控、防灾、防盗及保安监控、通信和办公自动化等系统综合起米，使信息平台在满足通信需求的基础上:适应智能建筑的发展趋势，向综合化、宽带化、智能化、数字化和个人化方向发展,使之具备宽带、高速、大容量和多媒体为特征的信息传送能力。

在上述智能建筑的 3A 系统中,楼宇白动化系统(BAS)是最为重用的一部分，它也是智能建筑的所有子系统中最显效益的一个子系统。由于该系统控制和监测的对象涉及到智能建筑中的几乎所有运行设备所以其自动化程度的高低直接关系到整个智能大厦运行的好坏以及业主对该系统前期所做的投资能否在短期内迅速得到回报的关键所在。

2.1 楼宇白动化系统的构成

现代智能建筑中的楼宇自动化系统，或称建筑物自动化系统(BAS,building automation system)是将建筑物内的电力、照明、空调、防灾、保安、广播等设备以集中监视、控制和管理为目的而构成的一个综合系统。该系统应当是一个能够在中高层、超高层以及中大型建筑完成多种设备控制、监测和管理功能的网络系统。该系统主要由中央计算机站(可有多个工作站)、直接连接在同一个通信线路上的若干个分布在所属受控对象附近的现场直接数字式控制器(DDC)以及传感器、变送器、执行器等监测、执行元件和设备所组成。根据我国有关部门制定的设计规范，智能建筑中的楼宇自动化系统应该是一个开放的“集散型计算机过程控制系统”,通俗地讲就是该系统对受控设备和对象应能够进行分散式控制，集中式管理。

楼宇自动控制系统网络结构示意图所示

2.2 BAS的功能

BAS的主要功能是通过对智能大厦内的各种不同类型的设备了系统进行有效的监控和管理，使整个大厦的运行更加可靠、扩展方便灵活、投资大大降低收效显著增加;为生活在大厦内的人员提供一个既舒适温馨,又安全可靠的生活、工作环境。

要实现上述 BA系统的智能化控制和管理，则必须应用现代控制技术、计算机技术和网络数据传输技术,将建筑物由过去一个默无生机的土木结构变为个其有自动调节其内部环境、自动防卫智能化供给的有机体。其体地讲,就是以各种传感器变送器作为智能大厦的神经元触点，以数据传输线和各级中继器作为数据流的传输通道，以现场数据采集模块、现场控制器、区域控制器以及集中控制器作为数据的加工处理单元，以现场继电器输出模块控制设备的联动，以中央显示终端作为工作人员监视和控制的处理终端。

一个完善的智能楼宇自动化系统的各组成部分的功能简述如下:

(1)中央计算机系统

中央计算机系统是人机对话的主要桥梁，操作人员可通过计算机和系统软件直接监控和管理设备的所有输入/输出的状态。它应具备以下功能:

①按预先编制的工作程序实行自动监测和控制；

②对各监控对象的运行状态、高低峰值和实际监测数据进行分析处理,以表格、图形等显示:日；

③随时实施人机对话功能，按指令实现自动控制；

④当受控设备工作参数超限或发生故障时实现声、光报警，并分析、记录乃至实行远程控制处理:

⑤对现场直接控制器(如 DDC)进行集中管理，具备完善的系统自诊断和故障处理能力，同时可以防止非受权人员的非法侵入;

⑥具有优化控制计算能力以及与其他计算机系统联网的能力。

(2)直接数字控制器(DDC)

DDC 是现场控制器。它自带微处理器和时钟，可根据用户要求进行编程和预设编程以适应控制的要求。它接收各种传感器及设备发送来的信号，并按设定程序控制执行器,实现特定的功能，同时它可实现与中央计算机之间的双向通信以及 DDC与DDC 之间的点对点(point to point)的通信，共享信息资源，实现协调策略。DDC 具有自治性和独立性，在与计算机脱机的情况下,仍能独立工作。这就是有关设计规范中提到的“分散控制,集中管理”

(3)现场检测及执行元器件主要是通过各种传感器和测量仪表(如温度、度、感光、感烟、气体浓度、水位、液位、流量、电流、电压、压力、计时等)采集现场数据,并通过网络传输信道传送给现场控制器。执行器则根据控制器发出的控制指令,完成对不同设备的控制(如各种阀门或风门的开闭与调节:用电量或热管网热量及用水量的计量和费;节日照明、泛光照明以及夜间照明的开闭控制等)。

2.3 BA系统监控和管理内容

楼字白动化系统主要对以下系统实行监控和管:

①中央空调冷冻水白控系统:

②空气处理机组新风处机组自控系统:

③给、排水自控系统;

④送、排风自控系统;

⑤变配电及自备发电机监测系统;

⑥照明控制系统;

⑦电梯、扶梯监测系统;

⑧其他设备监控系统

楼宇自动化系统通过对以上各子系统运行的监控和管理，将会直接或间接地为投资者、业主带来显著的经济效益。

综上所述，智能建筑及楼宇自动化系统是上世纪90 年代后发展起来的一个新兴的综合性高科技产业，它的出现不仅大大提高了建筑领域的技术水平和技术含量，还将会大大推动化工、机械、电子、冶金等领域相关产品的升级换代，并使其技术和产品得到实际应用可以确信，进入21 世纪，智能建筑将成为我国建筑业发展的主流，其技术和产品必将形成一个新兴产业同时，智能建筑作为全球信息高速公路的“节点”,它对21 世纪世界经济的发展将起到不可估量的作用。

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