1樓宇自控系統設計

　　樓宇自控系統是建筑設備自動化控制系統的簡稱。建筑設備主要是指為建筑服務的、那些提供人們基本生存環境（風、水、電）所需的大量機電設備，如暖通空調設備、照明設備、變配電設備以及給排水設備等，通過實現建筑設備自動化控制，以達到合理利用設備，節省能源、節省人力，確保設備安全運行之目的。

　　前些年人們提到樓宇自控系統，主要所指僅僅是建筑物內暖通空調設備的自動化控制系統，近年來已含蓋了建筑中的所有可控的機電設備，并成為“智能建筑”不可缺的基本環節。樓宇自控系統的發展也是經歷了從無到有，從低級到高級這一過程，實際上就是一個工業自動化控制系統發展的縮影。隨著信息技術、網絡技術、計算機技術、通信技術、顯示技術、半導體集成技術、控制技術、表面安裝技術及其他高新科學技術的發展，樓宇自控系統也將得到長足的發展，可以預見：

　　1）集散控制系統是現階段樓宇自控系統的主流；

　　2）現場總線技術是集散控制系統發展方向；

　　3）VLAN、TCP/IP等網絡技術在樓宇自控系統應用，網絡實現Web化；

　　4）通用控制器與智能儀表共存；

　　5）廣泛采用以狀態空間方法為基礎的現代控制理論解決樓宇自控問題，取得成效；

　　6）系統集成技術取得進展，OPC、ODBC等技術被廣泛應用；

　　7）人機界面、操作環境改善，符合人機工程學基本機理。

　　按建設部設計深度要求，一般民用建筑（對于具有特殊工藝要求的建筑物可能不完全適用）樓宇自控系統（BAS）設計，設計院至少應做下列工作：

　　1）充分了解受控對象的工藝要求，作出相應的控制原理圖；

　　2）受控對象控制種類統計（或稱控制器輸入/輸出狀態點表）；

　　3）控制網絡規劃設計；

　　4）平面布線規劃設計；

　　5）設計說明。

　　承包商（或供貨商）應按設計院的設計內容要求，做進一步的深化施工圖設計，包括提供產品的規格、材料、接線、安裝與維護等技術文件，并負責最終的安裝（或指導安裝）、調試及驗收申請。

　　但從目前眾多實施的工程來看效果不理想．有調查顯示：顧客對樓宇自控系統運行情況評價，“滿意”的占30%，“一般”的占40%，“差”的占30%。因此，本文旨在從專業設計實際出發，檢討設計中易出現的問題，以期舉一反三。

　　2若干問題

　　2．1對受控對象的工藝要求的了解不準確。

　　目前，電氣工程師（或自控工程師）對其他專業受控對象的工藝要求理解上的膚淺，甚至存在認識上的錯誤，而導致BAS運行效果欠佳的事例屢屢發生，其中暖通空調系統占較大比重，下面是一些工程中易出錯的實際問題，如：

　　（1）、設備專業規范《采暖通風與空氣調節設計規范》（GBJl9－87）中對舒適性空調的室內參數曾作了總的規定：

　　需要注意的是，上述數據僅指設計基數的取值范圍，不是指受控對象允許變化波動的范圍，民用建筑舒適性空調設計一般也不提空調精度要求。空調設計基數的選擇非常重要，實際工程應由設備工程師結合我國氣候特點和國情分析研究慎重確定，選擇不利不但對投資、運行、能源消耗起負面的影響，而且還危及人員的健康。

　　（2）、對夏季、冬季及過渡季的認識深度不夠。空調系統所指的夏季、冬季及過渡季控制參數是按照夏季、冬季及過渡季三種狀態劃分的三種工況，對應相應的溫度、濕度或焓值等工作環境參數，如果僅僅按照夏季、冬季及過渡季的實際季節變化來簡單的理解，往往使得空調系統最終獲得不理想的控制效果。

　　（3）、暖通空調自控系統，其精髓在于把握空調工藝中的“定”和“變”兩字上。往往未能根據不同管路、不同工況下的“定風（或定流）量”或“變風（或變流）量”的特性要求設計自控系統，如制冷機冷凍/冷卻循環水定流量；新風處理機組一般定新風量；變風量的空調機組分變新風量（或定新風比）和定新風量（或變新風比）等。

　　（4）、新風處理機組大都采用“定新風量”的設計，這一點往往沒有引起電氣控制工程師的足夠重視，在新風閥的控制上一般僅要求位式控制，新風閥多采用雙向單相（AC 220V/AC24V，三線）電機或電動執行機構位式控制；為盤管防凍新風閥設計成與送風機聯動；為防止風閥壓差過大無法開啟，通常先打開新風閥，后開送風機，停風機即關閥。

　　（5）、只有設有新風預熱器的空氣處理機組，或混合點（或加濕后的狀態點）有可能低于0℃的空氣處理機組，或者冬季過渡季要求作全新風運行且新風溫度可能低于0℃的空氣處理機組，才有必要考慮運行防凍問題，采取新風閥與機組聯動等防凍措施。

　　（6）、為了保證基本的室內空氣品質，可采用測量與控制室內CO：濃度的方法來實現。但實際上暖通空調專業往往是以設計確定最小新風量或換氣次數來實現的，若只是采用簡單的啟停機組的方式來控制室內CO：濃度則沒有必要；否則涉及變風量控制，控制較復雜，投資較大。

　　2．2控制原理描述不全面，受控對象控制種類統計不具體。

　　設計圖中見到的控制原理往往是千篇一律，不能根據具體實際工程做到有的放矢。受控對象的種類往往不能簡單的局限于AI、AO、DI、DO四種狀態，尤其是施工圖應反映每種狀態中不同信號特點的電特性，以便控制模塊的選配。

　　2．3 IBMS和BAS以及集成概念模糊。

　　IBMS 和BAS應是兩個層次的概念，BAS體現在控制子系統間的網絡通訊的互連；IBMS則體現在網絡信息系統的整合，也就是說IBMS體現集成的概念比較準確。一般在設計中比較注重控制子系統間控制功能聯動的描述，這往往被理解稱集成設計，從信息系統集成來講。設計應以用戶需求為基礎，做運行維護管理業務模型的規劃設計，IBMS與BAS共用管理工作站。

　　（1）、服務模塊——提供性能優越的服務環境。

　　現代智能大廈在應用了樓宇自控系統之后，可根據季節、空氣狀態情況的變化，通過調節新風閥的開度等方式，自動控制空調機組、新風機組的送風溫度，并可針對不同區域提供最佳的溫濕度控制，保證各區域環境參數。在中控室，提供給用戶一個觀察整個系統運行狀態的窗口，通過測量實際信息，可對溫度、壓力、流量等重要信息進行實時顯示和存儲，操作人員可以查看某個變量一段時間的變化統計曲線作出趨勢預測，提前作出有效響應，進而保障整個系統的平穩遠行。軟件規劃多種運行服務功能。

　　（2）、節能模塊——降低能耗和管理成本。

　　在滿足舒適性的前提下，樓宇自控系統通過合理組織設備運行，使大樓的運行費用為最低，也就是進行系統優化控制，降低能耗值。系統軟件設有節能程序，可以根據季節、人員和空氣流動情況的變化，將各區域的溫度加以合理調整，控制設備合理運行，使大樓的能耗降至最低，而且系統可以在運行一到兩年后分析歷史運行數據，提供優化調整，使大樓能耗進一步下降。軟件規劃多種運行節能措施。

　　（3）、安全模塊——提供突發故障的預防手段。

　　如果現代智能大廈的機電設備突然發生故障而停機，將對大廈產生嚴重后果。樓宇自控系統可從以下幾個方面預防這種局面的出現：

　　①、隨時檢查設備的實際負載和額定負載，一旦發現設備過載，立即自動卸載同時向中央控制室發出報警信號，以防損壞貴重設備。

　　②、監視設備運行狀況，一旦發現其中某臺設備運行異常，立即報警通知檢修人員前去檢查，以防引起更大范圍的設備故障。

　　③、自動記錄設備的累計運行小時數。當累計值達到規定的維修時間時，自動報告中央控制室，及時提醒進行設備檢修。

　　④、當一組設備中的某臺設備出現故障不能繼續運轉時，自動切換到備用設備；同時，對于臨時停電的情況，當恢復供電后，系統自動執行順序啟動程序，可保證設備投運順利，避免對設備的損害。

　　通過上述檢測、報警和處理方式，使現代智能大廈對機電設備突發故障具備有效的預防手段，以確保設備和財產安全。

　　（4）維護模塊——提高設備運行效率、減少管理人員數量。

　　通過對設備運行狀況的監測、診斷和記錄．早期發現和排除故障，及時通知維護和保養，保證設備始終處于良好的工作狀態。

　　樓宇自控系統對設備的有效監控，可使設備的故障率大大降低，同時也使維修工人可以更有效的工作，減少維修人員的數量；一體化管理方式，使操作、值班和管理人員盡可能地減少。

　　（5）擴展模塊——系統具有良好的擴展性，保證今后擴展的需要。

　　系統選用時應始終遵循標準化、開放性的原則，系統容量可以有適當的冗余，以適應日后的擴展。且應保證與其它系統的兼容性，可方便實現網絡的信息共享。

　　（6）、仿真模塊——系統具有自學習功能，可進行人員培訓、資料管理等。

　　2．4各系統設計界面不夠周到、清晰。

　　樓宇自控系統作為大樓內的一個重要組成系統，其實現自身的功能設計已經比較成熟和完善，但在系統實施過程中，經常由于系統界面的問題而導致系統的最終功能不夠完善，丟項、甩項等事情經常發生。

　　由于設計界面的問題牽扯的面比較多，涉及到工程實施中的暖通空調、給排水、變配電等多個專業。因此，在工程的前期將設計界面的問題進行明確，非常必要。

　　從另一個角度講，將設計界面的問題進行明確，可以使業主在工程的前期或在設備定貨之前，就明確提出界面接口要求，從而可以實現樓宇自控系統的完整性。

　　◎明確各方的責任及工作內容，避免出現問題時，互相扯皮。

　　◎確保實現系統設計的全部功能，避免資金的浪費。

　　（1）、與調節/控制的風閥及水閥的設計界面

　　一般系統中風閥與水閥的規格及控制模式，由設備工程師根據工況條件計算確定。因此，風閥與水閥調節/控制設計應與設備工程師配合，了解風閥與水閥的電動操作機構，配置相適應控制器。實際工程設計中，設備招標前風閥與水閥的電動操作機構往往難以準確確定，DDC輸出類型。

　　還存在另一種情況，調節閥由控制工程師選配，這時需設備工程師提出控制工況要求，控制工程師應根據管徑計算選擇調節閥規格及控制模式。

　　風閥的控制應根據工況要求選擇電動操作機構或配電子定位裝置。

　　（2）、與配電控制箱的設計界面

　　◎配電控制箱內設本地與遠程轉換開關和控制用隔離中間繼電器（無源或有源AC220V，見下圖），本地手動控制，遠程靠BAS的DDC向配電控制裝置發出遙控啟/停信號，并接收風機運行狀態、過負荷及本地/遠程控制轉換開關狀態信號。

　　◎ 本地DDC的電源（AC 220V）由配電控制箱提供，上圖DDC有源控制和無源控制兩種方式，筆者認為優選有源控制，因有時配電控制回路并未設控制隔離變壓器，這樣無源控制觸點有可能直接接人AC 220V回路，造成與其他控制線路不能共管敷設；另一方面，自控系統的控制電源宜由自己提供，避免造成扯皮現象。

　　以上這些需要在采購配電控制箱之前提出來，便于廠家加工。

　　（3）、與制冷機組、電梯等自帶控制裝置的設計界面

　　一種是將監控信號采用干接點的方式接人BAS的DDC；一種是采用通信接口點對點或總線的方式接入BAS。干接點的方式實現起來比較簡單，也比較可靠，不足之處是采集的信息量比較少；采用通信接口的方式可以克服干接點的不足，但實現起來比較難，受通信協議是否標準、廠家是否開放編碼表等因素的制約。

　　（4）、與變配電、照明等系統的設計界面系統中的遙控單元、智能化儀表或開關、照明控制單元、電參數變送器等自動化器件，應配合強電設計選配，預置在配電柜或照明箱中。

　　2．5缺乏合理的網絡架構規劃設計。

　　在樓宇自控系統未招標選定設備前，設計院往往對樓宇控制網絡架構規劃設計不是很明確，DDC的布置比較隨意，只注重控制原理及點表，網絡架構形式、執行標準、設備配置標準選用等方面的設計相對來講比較薄弱。

　　現在提起“Bus（總線）”、“Network（網絡）”可謂名目繁多，令人眼花燎亂。但“Field Bus（現場總線）”因其對工控機（包括DCS、PLC、工業PC、數控等）、自動化儀表和過程控制自動化產生的巨大影響，已成為世人囑目“熱點”。早已有人把現場總線描述成“21世紀的過程控制總線”，“自動控制領域開創了一個新的時代一一現場總線控制系統（FCS，Fieldbus Control System）”。目前，在樓宇各自動化控制系統中底層流行采用現場總線控制網絡，隨著工控計算機及網絡技術發展在建筑業廣泛普遍的應用，現場總線技術必將成為“智能建筑”領域主要的發展方向之一。

　　伴隨著信息技術的不斷發展，BAS已不可缺少的成為 Internet/Intranet網的一部分。樓宇自控系統雙層網絡結構內部也將隨之發生變化，DDC以上的物理鏈路可通過建筑物內綜合布線系統完成，采用VLAN技術可基于TCP/IP與其它系統共用LAN，通過OPC標準通信協議進行系統界面互聯。

　　3結論

　　為充分發揮樓宇自控系統的功能，需要設計單位周密詳細的設計論證、統一規劃，需要工程施工單位精心施工，更需要系統集成商以高度負責的態度，從用戶角度出發，為每一個項目選擇一個適合它本身的功能配置，甲方也盡早配備相應工程技術人員，加入到項目實施中，這樣才有助于項目的接受和系統的運行維護，從而真正發揮樓宇自控系統的功效，創造良好的社會經濟效益。

　　此外，盡管要電氣工程師或控制工程師全面掌握相關專業知識很困難，但為便于與設備等相關專業工程師溝通，使設計的控制系統符合工況要求，正常合理運行，必需了解一些概念性的知識，及早消除目前設計行業中專業相關環節之間的“灰色地帶”是關系系統成敗的關鍵所在。