1、 1 第 1 章 建筑设备自动化概述 教学目的： 通过本章学习，熟悉自 智能建筑的基本 概念， 掌握 智能建筑的组成及核心技术 ，掌握 建筑设备自动化系统及其发展。 教学重点： 掌握智能建筑的组成及核心技术 ，掌握 建筑设备自动化系统的功能。 教学难点： 建筑设备自动化系统的功能 。 第一讲 第 1 章 1.1-1.4 授课学时 2 教学目的 及要求 目的： 熟悉自 智能建筑的基本 概念 ，组成及核心技术 ，掌握 建筑设备自动化系统及其发展 。 要求： 掌握智能建筑的组成及核心技术 ，掌握 建筑设备自动化系统 。 教学难点 重点 及措施 重点： 掌握智能建筑的组成及核心技术 ，掌握 建筑设备自
2、动化系统的功能 。 难点： 建筑设备自动化系统的功能 。 措施：突出重点 ，重点讲解 授课方法 讲授 （现代化） 教学手段 多媒体 与板书结合 板书部分用下划线标注。 作业 思考题 师生互动 P14 3、 4 思考题： 建筑设备自动化的技术支撑体系。 讨论我国智能建筑市场状况。 1.1 智能建筑的基本概念 1.1.1 智能建筑 IB(Intelligent Building) 1984 年，由美国人提出，在一座改建后的大厦的宣传词中出现，该大厦采用计算机技术对楼内的空调、照明、电梯、防火等系统实施监测、控制等综合管理，为大楼用户提供各类信息服务，事先通信、办公自动化，从此诞生第一座智能建筑。
3、我国，智能建筑的建设起始于 1990 年的北京发展大厦，被认为我国智能建筑的雏形。该大厦装备了建筑设备自动化系统、通信网络系统、办公自动化系统，但 3 个子系统未实现系统集成，进行统一的控制和管理。 1.1.2 智能建筑的定义 以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。 2 1.1.3 智能建筑与传统建筑 1.具有传统建筑物的全部功能 2.它具有某种“拟人智能”特性及功能。 主要表现在： （ 1）具有感知、处理、传递所需信号或信息的能力； （ 2）是对收集的信息具有综合分析、判断和决策的
4、能力； （ 3）是具有发出指令并提供动作响应的能力。 1.1.4 智能建筑的类型 （用途） (1)智能办公、商用大楼 智能办公、商用大楼包括：政府机关办公楼，大型企业、公司办公楼、金融大厦 (银行、证券、保险、期货等 )，商业楼及出租写字楼等单栋智能化大楼。 (2)智能建筑群 (广场 ) 智能建筑由单栋开发到成片开发，形成一个位置相对集中的建筑群体，称为智能建筑群或智能广场，如医院、学校、酒店、宾馆、商场等。 (3)智能化住宅 智能化住宅多为以生活起居为目的而兴建的多层、高层建筑或建筑群。 (4)智能化小区 智能化小区是指具有一定智能化特点的住宅小区 -居住生活信息化、小区物业管理智能化、 I
5、C 卡通用化 。 1.1.5 智能建筑的功能 (1)舒适功能 智能建筑提供室内适宜的温度、湿度和新风，提供多媒体音像系统、装饰照明、公共环境背景音乐等。 (2)安全功能 智能建筑应确保人、财、物的高度安全，以及具有对灾害和突发事件的快速反应能力。 (3)便捷功能 智能建筑通过建筑物内外四通八达的电话、电视、计算机局域网、因特网等现代通信手段和各种基于网络的业务办公自动化系统，为人们提供一个高效便捷3 的工作、学习和生活环境。 1.2 智能建筑的组成及核心技术 1.2.1 智能建筑的核心技术 1)现代计算机技术 当代最先进的计算机技术应该首推的是并行处理、分布式计算机系统。 (2)现代控制技术
6、常用的控制系统为分布式控制系统 DCS(Distributed Control System)，它采用多层分级的结构形式，从下而上分为过程控制级、控制管理级、部门管理级和决策管理级。 (3)现代通信技术 现代通信技术实质上是通信技术与计算机网络技术的结合。 (4)现代图形显示技术 (CRT) 现代图形显示技术主要体现在计算机的操作和信息显示的图形化，即窗口技术 (Windows)与多媒体技术的完美结合。 1.2.2 建筑智能化系统的组成与集成 (1) 建筑设备自动化系统 BAS(Building Automation System) 1)建筑设备 监控 系统 （狭义 BAS） ，它将建筑物或建
7、筑群内的电力、照明、空调、电梯、给排水以集中监视、控制和管理为目的，构成的综合系统。 2)安全防范系统 SAS(Security Automation System)。 3)火灾自动报警与消防联动系统 FAS(Fire Automation System)。 (2)通信网络系统 CNS(Communication Network System) 通信网络系统包括通信系统、计算机网络、接入系统三大部分，是以数字程控交换机 PABX 和网络中央集控器为核心，通过网络布线将相关的设备和介质组成一体化的系统，并连接无线通信系统、卫星通信系统、有线广播系统、电视会议系统、 Internet 系统、多媒体
8、通信等，通信网络系统也经常称为通信自动化系统 CAS。 (3)办公自动化 系统 OAS(Office Automation System) 主要由办公作业设备与电子商务、管理信息系统 MIS、决策支持系统 DSS 等部分组成。 4 图 1-1 建筑集成管理系统组成示意图 (4)综合布线系统 GCS 综合布线系统是建筑物或建筑群内部之间的传输网络。 1.3 建筑设备自动化系统 图 1-3 建筑管理系统 BMS 结构 1.3.1 建筑设备 监控 系统的功能 (1)设备监控与管理 能够对建筑物内的各种建筑设备实现运行状态监视，起停、运行控制，并提供设备运行管理，包括维护保养及事故诊断分析，调度及费用
9、管理等。 (2)节能控制 包括空调、供配电、照明、给排水等设备的控制。 1.3.2 建筑设备自动化系统 (BAS)的范围及内容 (1)电力系统 安全、可靠的供电是智能建筑正常运行的先决条件。 OAS BAS 5 (2)照明系统 对于公共建筑，照明系统的能耗仅次于供热、通风与空调系统。 (3)电梯系统 7 层及以上住宅楼、高层建筑 (10 层及以上 )均需配备电梯。 (4)暖通空调系统 暖通空调系统在建筑物中的能耗最大，故在保证提供舒适环境的条件下，应尽量降低能耗。 (5)给排水系统 实现智能建筑给水设备的可靠、节能运行具有积极的意义。 1.3.3 BAS 的自 动测量、监测与控制 1. BAS
10、 的 自动测量 (1)选择测量 选择测量指在某一时刻，值班人员需要了解某一点参数值，可选择某点进行参数测量，并在荧光屏上用数字表示出来，或用打印机打印出来。 (2)扫描测量 扫描测量是指以选定的速度连续逐点测量，对测量点所取得的资料都规定上限值和下限值，每隔一定时间扫描一次，如果超出规定值，由蜂鸣器报警，并在显示器上显示出来，对未运转的设备就跳位，自动把它除外，继续进行扫描。 (3)连续测量 连续测量是指采用常规仪表进行在线不间断的测量和指示。 2. BAS 的 自动监视 （ 1）监控对象 BAS 的自动监视指对建筑物中的配电设备、空调、卫生、动力设备，火灾防范设备，照明设备，应急广播设备，电
11、梯设备等。 （ 2）监视内容 1)状态监视 状态监视和故障监视两种装置并用的情况较多，其目的是监视设备的起停、开关状态及切换状态。 2)故障、异常监视 机电设备发生异常故障时，应分别采取必要的紧急措施及紧急报警。 3)火灾监视 在建筑物中，应设有火灾自动报警系统，该系统由火灾探测器、火灾报警装置和消防联动装置等组成。 4)暖通空调系统的监视 暖通空调系统的监视包括：风机、阀门、水泵、冷热源设 备的运行状态监视；测量点的监视；保护装置的监视；温度、压力、流量的监视等。 6 3.BAS 的自动控制 BAS 的自动控制包括建筑设备的起停控制、设定值控制、设备（或系统）的节能控制与消防系统的控制等。
12、1.4 建筑设备自动化的发展 1.4.1 历史与现状 19 世纪末：机械控制器和电气控制器 20 世纪 50 年代：出现了气动仪表控制系统 20 世纪 70 年代：出现电子仪表和采用小型电子计算机的集中式控制系统 80 年代：出现采用微型计算机的集散型控制系统 (DCS) 先后引进了直接数字控制系统 DDC（ Direct Digital Control）； 计算机、模拟仪表混合控制系统； 计算机监督控制系统 SCC 和计算机集散控制系统 DCS。 20 世纪 70 年代后，计算机实现集中控制出现的问题： 1)集中式的计算机控制降低了系统的可靠性，风险高度集中，虽然可采用双重计算机等冗余技术，
13、但成本提高。 2)模拟信号数字化的工作在计算机端，使得太多太长的现场连线通过各类干扰环境到达现场，使系统抗干扰的设计和实现都十分困难。 3)系统的规模受到较大的限制。 目前，集散型控制系统（ DCS）向现场总线控制系统（ FCS）的结构模 式过渡。 1.4.2 建筑设备自动化技术的发展趋势 (1)网络技术 基于 Web 的 Intranet 网络技术成为建筑物或企业内部的信息主干网络的主流信息。 (2)控制网络技术 在计算机网络技术的推动下，控制系统要向体系结构的开放性网络互连方向发展，即开放性控制网络具有标准化、可移植性、可扩展性和可操作性。 (3)智能卡技术 随着半导体芯片技术的不断发展，
14、智能卡体积小、存储容量大、携带与使用方便、安全性与可靠性好、可脱机运行、一卡多用的优越性能越来越突出。 7 (4)可视化技术 此技术是指基于网络化的视像传输、交互和提供多媒体视像服务技术。 (5)家庭智能化技术 通过家庭智能化技术，实现家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置集中的或异地的监视和控制，以及进行家庭事务性管理。 (6)无线电局域网技术 该项新技术利用微波、激光、红外线作为传输媒介，摆脱了线缆的束缚。 (7)数据卫星通信技术 该技术又称为小型数据通信站 (VSAT)，是将通信卫星技术引向多功能、智能化、设备小型化，同时综合应用多波束覆盖、星载处理技术、地面蜂窝移动通信
15、和计算机软件技术等。 图 1-5 LonWorks 和 BACnet 的组合方案 8 第 2 章 计算机控制系统与通信网络结构 教学目的： 通过本章学习， 掌握建筑设备自动化系统的技术基础 计算机控制技术及计算机通信网络技术，掌握建筑设备自动化控制系统的集成技术 智能建筑系统集成及综合布线 教学重点： 计算机控制系统的组成及网络拓扑结构 ， 系统集成的内容与综合布线系统的构成及综合布线的优点 。 教学难点： 计算机控制系统的组成，计算机网络拓扑结构，系统集成的内容，综合布线系统的构成 。 第 二 讲 第 2 章 2.1.1 授课学时 2 教学目的 及要求 目的：了解 计算机控制系统的基本原理、
16、基本组成及分类 。 要求： 掌握计算机的基本组成和分类 。 教学难点 重点 及措施 重点： 计算机控制系统的组成 和分类 难点： 计算机控制系统的组成 措施： 突出重点 ，重点讲解 授课方法 讲授 （现代化） 教学手段 多媒体与板书结合 板书部分用下划线标注。 作业 思考题 师生互动 P64 1、 2 思考题： 计算机控制系统的数据预处理技术。 讨论计算机控制系统的分类。 2.1 建筑设备自动化系统的技术基础 2.1.1 计算机控制技术 1.计算机控制系统的基本原理 图 2-1 计算机控制系统的基本框图 (1)数据采集 对被控参数实时检测并转化成标准信号输入到计算机。 (2)控制 计算机对采集
17、的数据信息进行分析、求偏差并按照已确定的控制算法9 进行运算，发出相应的控制指令，产生调节作用施加与被控对象。 2.计算机控制系统的组成 图 2-2 计算机控制系统的组成框图 (1)硬件部分 硬件主要包括主机、外围设备、过程输入输出通道、人机联系设备等。 1)主机。 2)外围设备。 3)过程输入输出通道。 模拟量输入通道 (AI)。它将测量变送器输出的、反映生产过程的被控参数(如温度、压力、流量、物位、湿度等 )的标准电流信号 DC 010mA 或 DC 420mA转变为二进制数字信号，经接口送与计算机。其组成如图 2-3 所示。 图 2-3 模拟量输入通道的组成 10 图 2-4 信号的采样
18、过程 数字量输入通道 (DI)。它将反映生产过程或设备的、具有二进制逻辑 1和 0特征的状态参数信号 (如电气开关的闭合 /断开、指示灯的亮 /灭、继电器或接触器的吸合 /释放、电机的起动 /停止等 )采集并输送给计算机。其对应的二进制逻辑 1和 0数字信号均代表生产过程或设备的一个状态，这些状态作为控制的依据。它主要由输入调理电路、输入缓冲器和输入地址译码器等组成，如图 2-5所示。输入调理电路接受反映生产过程或设备的、具有二进制逻辑 1和 0特征的状态参数信号。由于采集状态参数信号时，可能存在的瞬间高压、过电流、接触抖动等现象，必须把采集到的 图 2-5 数字量输入通道的组成结构 图 2-6 输入调理电路的结构形式 a)小功率输入调理电路 b)大功率输入调理电路
