1、楼宇自动化控制系统的设计与应用摘要：本文介绍了楼宇自动化控制系统的构成，阐述了系统设计的主要步骤和方法，并结合自主设计的 YEPEF-LY-V1.0 楼宇自控系统对设计方案做了详细阐述，具有较强的实用性。 关键词：智能楼宇；楼宇自动化系统；楼宇自控系统设计； 中图分类号：F470.6 文献标识码：A 引言 楼宇自动化控制系统(Building Automation System，简称：BAS)是将建筑物内的空调、给排水、电力、电梯、消防等众多分散设备的运行、安全和能源使用状况实行集中监视、管理和分散控制的管理控制系统，它由中央工作站、通信网络、DDC 控制器及各类传感器和执行调节机构所组成。本
2、文介绍了 BAS 系统的组成和架构，在此基础上阐述了 BAS 系统的主要设计步骤和方法，并结合自主设计的 YEPEF-LY-V1.0 楼宇自控系统的实例给出了详细的设计方案。 2、系统组成 BAS 系统包括三级内容：第一级是中央工作站，主要由主机、显示器以及一些外围设备所组成，它直接与以太网相连。第二级是直接数字控制器（DDC） ，第三级是安装在现场的各类检测元件和传感器以及执行调节机构。管理层网络运行支持 TCP/IP 协议，中央工作站通过网络将信息传输到系统中任何需要的地方。现场控制网络采用的是 BACnet 通信协议，可独立地完成控制任务。BACnet 是由一个建筑管理、系统用户、系统集
3、成商组成的联合体提出的正式的、非专有的开放协议通信标准，它定义了系统各部分共享数据的所有规则，包含如何实现数据共享、信息如何解释等。 图 1BAS 系统组成 (1)中央工作站：包括 PC 机、外围设备（显示终端、打印机等） 。 (2)DDC：是以微处理器为基础的可编程直接数字控制器（DDC） ，它接收检测元件和传感器采集的信号，通过事先设计编制好的控制程序，执行相应的判断和处理，向执行调节机构发送控制信号。DDC 同时与中央工作站通信、DDC 与 DDC 之间进行点对点通信，共享信息资源。它有AI（模拟量输入） 、AO（模拟量输出） 、DI（数字量输入） 、DO（数字量输出）四种输入输出接口。
4、 其中： AI-模拟量输入接口，接收检测元件和传感器采集的信号，通常输入010V 或 420mA 的直流信号。 AO-模拟量输出接口，控制执行调节机构，通常输出 010V 或420mA 的直流信号。 DI-数字量输入接口，采集外部触点（或开关）闭合或断开的状态、脉冲计数等。 DO-数字量输出接口，控制设备的运行和启停。 (3)检测元件和传感器、执行调节机构：检测元件和传感器包括各种敏感元件、变送器、触点和开关,检测并采集各类型的参数，并将信号反馈至各分站控制器。执行调节机构接受 DDC 控制器发出的控制信号，控制调节现场设备的运行。 3、系统设计 3.1 设计流程 首先，确定系统所要达到的控制
5、目标、需要监控设备的种类、数量和分布，设计系统总控制网络图。其次，确定各子系统的控制方案及所要达到的控制目的，设计各子系统控制网络图。在确定被控设备的数量及相应的控制方案后，统计并确定被控设备的监控点数，绘制平面布置及其走线图。最后，项目具体实施工作。 设计步骤： 确定系统的控制范围和要求，需要监控设备的种类、数量和分布。 设计系统总控制网络图。 设计各子系统的架构方案和子系统之间的连接方式、子系统与其它部分的接口。 设计各子系统控制网络图 (5)统计监控点（AI、AO、DI、DO）的数量，根据监控点数和实际分布状况，设计各分站的监控区域。 (6)选择检测元件和传感器、执行调节机构。 (7)选
6、择系统设备。 (8)系统实施。 3.2 子系统 (1)空调系统：分为风系统和水系统。其中风系统包括新风空调机组、新/回风空调机组、变风量空调机组。水系统包括冷冻机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、热交换器、热水一次水泵、热泵机组 新风温度传感器用于测量管路中的液体温度或风道内的气体温度，输出信号为 010V 的电压信号或 420mA 电流信号，接至控制器（DDC）的 AI 接口。通过新风、回风的温度控制新风阀打开的程度，接至 DDC 的 AO 接口。压差开关用于检测滤尘网前后风的压力，它是一种数字的输入设备，接至 DDC 的 DI 接口。表冷器可根据不同的设定温度和室外的温度，注入热水或冷水，从
7、而加热或冷却空气。风机接至 DDC 的 DO接口控制启停。 水泵接至 DDC 的 DO 接口控制启停,水阀接至 DDC 的 AO 接口控制打开的角度。通过回风温度控制冷冻水供水阀的开度，通过冷冻水供水温度控制冷冻水旁通阀的开度。当冷却水回水温度不能保证时，则自动起动冷却塔风机。 (2)给排水系统：各类水泵、各类水箱 给排水系统的设备耗能分为两个方面：水能和电能的损耗。给水的能耗主要包括生活用水的能耗和消防用水的能耗，用电能耗主要集中在水泵运转与消防自动喷淋系统，水泵的耗电量与建筑物用水量呈正相关，喷淋系统用电与系统设计功率正相关。 (3)电力系统：照明控制、高/低压信号测量、备用发电机组 系统
8、管理中心提供对于建筑物内的高低配电房及所有变配电设备的监视报警、管理和自动控制，提供对于重要电气设备的控制程序、时间程序和相应的联动程序。 (4)电梯系统 电梯系统根据功能不同,数量和类型也不同。根据电梯的运行需求，对电梯的启停进行时间程序设定。 (5)保安、门禁系统等。 3.3 设计方案 YEPEF-LY-V1.0 系统是由我厂自主研发的一套 BAS 系统，系统架构如图 2 所示。本系统包括 2 台上位机、2 套 DDC 控制器、6 套受控模块。系统设中央工作站，由 2 台计算机（含管理计算机）联网组成。硬件采用安装 Windows XP 专业版操作系统的主流配置的 PC 机，软件采用行业常
9、用厂商(如西门子、霍尼韦尔、研华等)的监控软件。下设数字控制器（DDC） ，各 DDC 控制器以控制总线连接到中央工作站，实现联网控制。DDC 受控模块自主研发设计，通过上位机可实时监控各受控模块。中央工作站的主机与各 DDC 控制器之间可以通信，也可以相互交换传递信息。当系统出现异常情况时，会自动报警并记录。 图 2 系统架构图 DDC 控制器通过 AI 接口和 DI 接口实时采集数据，经运算处理后发出控制信号，并通过 AO 接口和 DO 接口直接控制受控模块，DDC 控制器采用24VDC 电源供电。输入信号类型包含 010VDC 和 020mADC 模拟量信号输入、无源开关量信号输入。输出
10、信号类型包含数字量输出、020mADC模拟量信号输出。 4 结束语 本文对 BAS 系统的构成作了简要的介绍，阐述了系统设计的步骤和方法，对 BAS 系统做出了概要设计，给出了具体设计方案。系统经实际测试和试用，运行效果稳定、良好,有较强的现实意义。 参考文献 1 楼宇自动化技术与应用理实一体化教程 ，高安邦，佟星主编，.机械工业出版社. 2013 . 2 西门子Insight 软件自学教程，2012 版. 3 西门子APOGEE 顶峰系统设计手册，2010 版. 4 瞿友汉. 数字化楼宇中的自动监控系统设计与实现D. 湖南大学 2011. 作者： 朱政 1983 年 6 月出生，江苏扬州人，工程师，研究方向为智能控制与阀门电动装置自动化研究
