楼宇自控基础培训.pdf

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1、楼宇自控基础什么是楼宇自控系统楼宇自控系统（BAS-Building Automation System）又称为建筑设备自动化系统，它是在综合运用自动控制、计算机、通信、传感器等技术的基础上，实现建筑物设备和实施的有效控制与管理，保证建筑设施的节能、高效、可靠、安全运行，满足广大使用者的需求。要点：1.建筑建筑-主要面向民用建筑。一些 工业项目中的民用部分。2.控制系统控制系统-运动控制/过程控制 3A CA BA OA 5A CA OA BA FA SA采用楼宇自控系统 是大型建筑物监控的必然趋势建筑物规模的增大（高度与面积）建筑物的多功能使用使用者对建筑物的服务要求多样化（环境的舒适性、沟

2、通的便捷性、生存空间的安全性、设施服务的完善性、管理组织的严密性等）服务性能要求日趋提高建筑物内部建筑设备的复杂性（VAV、群控、节能等）BAS的对象环境电力供应系统(高压变配电、低压配电、应急发电)照明系统(工作照明、事故照明、艺术照明、障碍照明、泛光照明等)环境控制系统(空调及冷热源、通风、环境监测与控制、给水、排水、卫生设备、污水处理)消防系统(火灾自动报警与消防联动控制)安保系统(防盗报警、电视监控、门禁、巡更)交通运输系统(电梯、电动扶梯、停车场)广播系统(背景音乐、事故广播、紧急广播)广义BA系统-(BA FA SA)狭义BA系统 国外消防、安保等系统都属于BA的子项，但国内考虑到

3、安全性、行业划分等原因，属于独立的系统。停车场控制与广播控制系统一般也自成系统。国内狭义的BA系统主要包括电力供应与管理系统、照明控制管理系统和环境控制与管理系统等由各系统承包商利用DDC控制器或PLC控制器对其进行监控和管理的子系统。BA系统功能 设备运行监控 节能控制 设备信息管理与分析设备运行监控 利用分散在控制现场的控制器完成设备本身的控制。通过现场总线实现设备之间的通讯和互操作。中央控制站集中显示和管理各控制点的状态和参数，并对整个系统进行控制和配置。设备运行监控的作用 自动、远程控制，减少人力 加快系统响应时间 提高控制精度 方便物业人员对整个系统的把握 发生故障时自动报警进行处理

4、节能控制能耗分析 冷热源与空调49%给排水15%厨房电器5%照明18%其余6%电梯7%给排水冷热源与空调照明电梯厨房电器其余BAS的有效节能手段最优设备投运台数控制最优启停控制焓值控制工作面照度自动控制公共区域分区照明控制供水系统压力控制温度自适应设定控制（平均室内温度每升高1度，能耗降低6%）VAV冰蓄冷等BAS的节能控制效果通过有效控制可节约建筑物20%左右的能耗有效地使用和发挥BA系统的功能，降低能耗保护环境，是可持续发展战略的重要实施环节节能控制方式能有效地减少设备的运行时间，降低设备的磨损与事故发生率，大大延长了设备的寿命，其间接减少设备维护与更新费用的作用也是巨大的设备信息综合运用

5、水平国内BA系统的设计目标大多定位在运行控制与管理，对建筑设备与系统状态检测点的确定仅是运行控制所必需的信息，功能以运行监控为主如果不能全面及时地掌握各设备系统的信息，就不能进行综合分析，不能进行故障诊断，尤其是对于渐发性的故障不能提出预警设备运行信息的综合分析有利于物业设施管理的设备故障诊断、设备运行状态优化、设备维护保养、降低设备能耗、提高服务质量等诸多工作项目BA的观念转变 BA发展初期，人们认识到，由于BA系统收集到大量数据，为充分利用这些数据，增加利润，许多BA厂商开始致力于推广能源分析与管理系统、在线故障诊断等高端应用。（功能拉动应用）但是欧洲从能源危机后，许多国家开始重视能源管理

6、，推出了许多能源审计和能源标准。目前，欧美能源管理的需求反过来促进了BA的发展。（需求推进应用）BA系统在能源管理与控制方面的许多应用已经突破了BA本身的控制内容，进一步渗透到建筑结构、暖通设计、照明设备等的设计、改造领域。BAS的发展 20世纪80年代，随着计算机集中管理分散控制系统（DCS）的诞生而产生20世纪80年代到90年代，作为一种低成本的DCS得到发展20世纪90年代的最后五年，随着各种通信协议的标准化和现场总线的发展而迅速推广目前，BA系统从初期的单一设备的控制，发展到今天的综合优化控制、在线设备故障诊断、全局信息管理和总体运行状态协调等高层次的集中管理分散控制方式，面向建筑物设

7、备系统的BA系统已将信息、控制、管理、决策有机地融合在一起集散控制系统基本思想：集中管理、分散控制BAS是一种低成本的DCS集散控制系统是工业生产过程控制需求的产物，首先在工控领域得到成功应用，然后逐渐应用于楼宇控制。相对于工业控制，楼宇控制无论在控制精度，还是系统实时响应性能、可靠程度等方面都不如工控那么严格；同时，系统的建设投资也较低。为适应楼宇控制的特点，集散控制系统的许多备份、冗余措施在楼宇控制中都取消了，系统结构及控制器、工作站的功能也有不同程度的简化和削弱，但整体系统的组成和构架还是相同的。因此有人称楼宇控制系统为“一种低成本的集散控制系统”。主要技术名词 BA主流技术简介 Lon

8、Works BACnet OPC C/S.&.B/S MODBUS-M-BUS现场控制总线现场总线的优越性现场总线的优越性节省硬件数量与投资；节省硬件数量与投资；节省安装费用；节省安装费用；节省维护开销；节省维护开销；用户具有高度的系统集成主动权；用户具有高度的系统集成主动权；提高系统的准确性与可靠性；提高系统的准确性与可靠性；现场控制总线是楼宇自控系统现场控制级的通讯现场控制总线是楼宇自控系统现场控制级的通讯网络，是实现底层控制设备之间数据共享与通信的基网络，是实现底层控制设备之间数据共享与通信的基础。现场控制总线技术提高了系统的可靠性，缩短了础。现场控制总线技术提高了系统的可靠性，缩短了响

9、应时间，减小了上位机的运算负荷，是整个控制系响应时间，减小了上位机的运算负荷，是整个控制系统性能提高的保证。统性能提高的保证。LON:LON:全称为全称为Local Operating NetworksLocal Operating Networks，即局部操作网络。是由美即局部操作网络。是由美国国EchelonEchelon公司推出的，是目前最流行的现场总线之一公司推出的，是目前最流行的现场总线之一。LonWorks:LonWorks:是是EchelonEchelon公司为支持公司为支持LONLON总线的设计而开发的一总线的设计而开发的一 整套完整的开发平台。整套完整的开发平台。LonTal

10、k:LonTalk:是是LonWorksLonWorks中使用的开放式通信协议，其最大特点是对中使用的开放式通信协议，其最大特点是对ISO/OSIISO/OSI七层参考模型的完全支持。七层参考模型的完全支持。LonMark:LonMark:是与是与EchelonEchelon公司无关的公司无关的LonWorksLonWorks用户标准化组织，按照用户标准化组织，按照LonMarkLonMark设计规范设计的设计规范设计的LonWorksLonWorks产品均可非常容易地集成产品均可非常容易地集成在一起。在一起。二、神经元芯片（二、神经元芯片（neuron chipneuron chip）神经元

11、芯片（神经元芯片（neuron chipneuron chip）是是LonWorksLonWorks技术的核心，它不技术的核心，它不仅是仅是LONLON总线的通信处理器，同时也可作为采集和控制的总线的通信处理器，同时也可作为采集和控制的通用处理器，通用处理器，LonWorksLonWorks技术中所有关于网络的操作实际上技术中所有关于网络的操作实际上都是通过它来完成的。都是通过它来完成的。一个神经元芯片拥有三个单元处理器。一个用于链路层的控一个神经元芯片拥有三个单元处理器。一个用于链路层的控制（制（MACMAC处理器）；一个用于网络层的控制处理器）；一个用于网络层的控制(网络处理器网络处理器)

12、；另一个用于用户的应用程序（应用处理器）。另外，还包括另一个用于用户的应用程序（应用处理器）。另外，还包括11 11个个I/OI/O口，这样在一个神经元芯片上就能完成网络和控制的功口，这样在一个神经元芯片上就能完成网络和控制的功能。能。LonWorksLonWorks技术特点包括技术特点包括1 1）在一个神经元芯片上可以完成网络和控制的功能。在一个神经元芯片上可以完成网络和控制的功能。2 2）支持多种通信介质（双绞线、电力线、光纤、无线等），）支持多种通信介质（双绞线、电力线、光纤、无线等），以及它们的互连。以及它们的互连。3 3）LonTalkLonTalk是支持是支持ISO/OSIISO/

13、OSI七层参考模型，提供了一个固化在七层参考模型，提供了一个固化在神经元芯片内的网络操作系统。神经元芯片内的网络操作系统。4 4）提供给使用者一个完整的开发平台，这包括现场调试工具）提供给使用者一个完整的开发平台，这包括现场调试工具LonBuilderLonBuilder、协议分析工具、网络开发语言协议分析工具、网络开发语言Nenron CNenron C等。等。5 5）由于支持面向对象的编程（网络变量）由于支持面向对象的编程（网络变量NVNV），），从而很容易实从而很容易实现网络的互操作。现网络的互操作。1.25Mbps 1.25Mbps 双绞线双绞线到到网络管理工具网络管理工具1.25Mb

14、ps 1.25Mbps 双绞线双绞线电力线电力线1.25Mbps 1.25Mbps 双绞线双绞线到电力线到电力线LonMarkLonMark典型典型LONLON网络示意图网络示意图BACnet:楼宇自动控制网络数据通讯协议（即:A Date Communication Protocol for Building Automation and Control Networks，简称BACnet协议）由美国暖通、空调和制冷工程师协会(ASHRAE)组织的 标准项目委员会135P (Stand Project Committee:SPC135P)历经八年半时间开发的。协议是针对采暖、通风、空调、制冷

15、控制设备所设计的，同时也为其他楼宇控制系统（例如照明、安保、消防等系统）的集成提供一个基本原则。随着信息技术及整个信息产业的发展，楼宇自动化系统（BAS）正朝集成化、智能化和网络化方向迈进。现场总线仅对楼宇自控系统的现场控制级网络进行了定义，而楼宇自控系统网络的标准化进程并不满足于现场控制级网络的公开化和标准化，而进一步追求整体通信解决方案的标准化。长期以来，众多厂家各自不同的专有协议阻碍了BAS系统的发展。一个不具备开放性、不能实现互操作的系统给系统的运行、维护和升级改造带来不便。因此，用户期望不同厂家的产品能使用同一种标准通信语言，实现互操作和开放性。受上世纪70年代能源危机的影响，在楼宇

16、自控系统中，空调与冷热源系统（HVAC&R）最先意识到开放性标准的重要性。1987年，在美国纽约召开了由楼宇自控领域专家组成的关于“标准化能量管理系统协议”的圆桌会议，会议决定由ASHRAE资助制定一个标准楼宇自控网络数据通信协议。通过定义工作站级通讯网络的标准通信协议，以取消不同厂商工作站之间的专有网关，将不同厂商、不同功能的产品集成在一个系统中，并实现各厂商设备的互操作，从而实现整个楼宇控制系统的标准化和开放化。1987.1 ASHRAE 发起成立SPC135p 委员会-Standard Project Committee 135p 1991.8 第一个公开评审草案标准 1994.3 第二

17、个公开评审草案标准 1995.3 第三个公开评审草案标准 1995.6 正式成为 ASHRAE 标准 1995.12 被批准为美国国家标准，并正式命名为ANSI/ASHRAE 135-1995标准 2002.1 正式发布新版本 ANSI/ASHRAE 135-2001标准 2003.1.18 成为 ISO 的正式标准 ISO16484-5 BACnet是由多个楼宇自控系统产品供应商共同达成的应用于楼宇自控领域的一种数据通信协议标准。BACnet协议提供了楼宇自控系统实现互操作的方法，详细地阐述了楼宇自控网络系统的功能，阐明了有关系统组成单元如何共享数据、可以使用何种的功能以及信息格式、通讯媒介

18、等方面的全部规则。应 用 层网 络 层 ISO 8802-2(IEEE802.2)类 型 1 MS/TP（主 从/令 牌 传 递）PTP（点 到 点 协 议）ISO 8802-3（IEEE 802.3）ARCNETLonTalk EIA-485（RS485)EIA-232（RS232）应 用 层网 络 层 数 据链 路 层物 理 层的 协 议 层 次对 应 的OSI层 次S 在楼宇自控网络环境中，“对象”作为一个抽象的互操作接口，楼宇设备间的互操作可以看作是BACnet对象之间的信息交换。对对象的访问必须定义操作的“命令”或“消息”，这种“命令”或“消息”就定义为“服务”。通过“服务”，BAC

19、net设备就可以读/写另一个设备的数据，或命令另一个设备执行某些操作。1.专用于楼宇自控网络2.完全开放，技术先进3.被许多标准组织接收为标准，具有广泛的权威性4.不依赖于现有的局域网或广域网技术，具有良好的互连特性5.具有良好的伸缩性6.具有良好的扩展性 KNX总线标准 EIB(European installation bus)作为第一个专门应用于电气安装、房屋自动化和安全系统等领域的开放性标准，近年来在国内外场馆照明、智能家居、大范围电气控制等功能型建筑应用中获得巨大成功。但EIB作为一个标准在普通民用建筑、暖通空调和安全技术等领域的推广并不成功。KNX总线标准以EIB标准为基础，并融合

20、了欧洲另外两个著名总线标准BatiBUS和EHS在配置机制和物理媒介方面的部分内容而形成。OPC 标准 OPC是英文OLE for Process Control的缩写，意为过程控制中的对象嵌入技术，是一项工业技术规范与标准。OPC标准是开发者在Windows的对象链接嵌入（OLE,Object Linking and Embedding）、部件对象模块（COM,Component Object Model）、分布部件对象模块（DCOM,Distributed Component Object Model）技术的基础上进行开发而得的。传统集成方案与OPC集成方案应用客户X应用客户Y应用客户Z。

21、接口驱动接口驱动硬件驱动接口驱动接口驱动硬件驱动接口驱动接口驱动接口驱动硬件驱动应用客户A应用客户B应用客户Z。硬件驱动硬件驱动硬件驱动OPC接口。（a)（b）OPC为解决系统集成问题提供了便捷的解决方案。在这种解决方案中，包括OPC服务器与OPC客户。OPC服务器一般并不知道它的客户，由OPC客户根据需要接通或断开与OPC服务器的链接。OPC的作用就是为服务器/客户的链接提供统一、标准的接口规范。按照这种统一规范，各服务器/客户之间可组成如图(b)中所示的链接方式。各客户/服务器间形成即插即用的简单、规范的链接关系。与(a)中的情形相比，显然简化了许多。OPC模式连结示意ExcelAcces

22、sWordHMIOLE自动化接口OPC通用接口制造商专用服务代码硬件驱动接口硬件11111111控制总线OPC客户OPC的作用 硬件厂商只需要编写一套驱动程序就可以满足不同用户的需要。应用程序开发者只需编写一个接口便可以连接不同的设备。软件开发商无需重复写大量的设备驱动程序。工程人员在设备选型上有了更多的选择。C/S结构与B/S结构 C/S(Client/Server)即客户机/服务器结构。在这种结构中，客户端需要安装专用的客户端软件。B/S(Browser/Server)即浏览器/服务器结构。这种结构是随着Internet技术兴起所产生的一种新型结构，是对C/S结构的一种改进。C/S与B/S结构比较 服务范围：C/S适用于小型局域网、B/S适用于Intranet或Internet。客户端：C/S需安装客户端软件、B/S无需。安全性：C/S较强、B/S较弱。程序构架：C/S相对封闭、B/S开放。软件重用性：C/S较差、B/S较强。系统维护：C/S困难、B/S简单。