BA系统简述.docx
《BA系统简述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《BA系统简述.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
BA系统简述
中国国际高新技术成果交易会（以下简称“高交会”）是国家科技部，信息产业部，对外经济贸易部和中国科学院（即“三部一院”）为加速中国高新技术发展，促进高新技术成果交易而在深圳联合举办的交易会。
高交会展览中心座落在深圳市中心区，建筑面积28000m2，是一座现代化大型展览馆，亦是深圳市面向二十一世纪的标志建筑。
该项目深受各级领导的有力支持和高度重视，深圳市政府为此进行面向国际的招标。
其中的楼宇自动化项目备受人注目，国际上的几家著名楼宇自动化公司参与竞标，最后，深圳市圳君实业发展有限公司邀请上海希比环境控制有限公司作为技术支持和设备供货商，在竞标中获胜。
为了体现高标准，多功能，优质量，低成本的要求，高交会展览中心楼宇自控系统方案致力于实现建筑物内的各硬件系统设备管理自动化、智能化、节能化，同时为大楼的用户和工作人员提供舒适、便利、高效率的环境。
1、系统选择
1.传统系统的局限性
自世界上诞生智能化大楼以来，随着人们需求的不断提高，楼宇自控系统经历了不同的发展阶段。
最初，人们在大楼里引进自动控制设备的目的，在于解决一些具体的实际问题，如空调的温度控制、大楼的能源管理等，采用一些就地控制的设备。
随着大楼机电设备的日益丰富，采用就地控制的办法势必造成控制设备过于庞杂，控制功能简单，维修保养麻烦等问题。
为此，集散型的楼宇自控系统应运而生，它也是目前传统的楼宇自控方式。
通过现场DDC实现可编程控制，大大丰富了控制功能，能满足用户各种特殊的要求。
同时，它又利用计算机通讯技术，将DDC连成系统集中管理，提高了系统的可靠性，减少了管理的工作量，因而受到业主的普遍欢迎。
但是，由于需求的不断上升，传统的楼宇自控系统的局限也逐渐暴露出来，归纳起来，主要有以下几个方面：
其一，传统的楼宇自控系统就其本质而言，还是一个封闭的系统。
表现在通讯协议上，各厂家各自为政，互不兼容。
然而，对于一个封闭的系统来说，实现集成则意味着大量的软件开发工作，不仅成本高，而且性能差。
其二，由于系统是封闭的，它从设计、供货、调试到维修、保养、升级等一系列工作只能由该厂家垄断，业主无能为力，只能被动接受。
如此，最初的投资得不到有效的保护。
其三，当令世界，计算机网络技术发展日新月异，产品更新的周期越来越短，楼宇自控的新产品也必将层出不穷。
对于封闭系统来说，产品的更新不但受到厂家技术发展的制约，更受到厂家垄断利益的限制。
实际上，要想低成本的跟踪先进技术的发展几乎是不可能的。
2．解决方案——标准、开放的通讯协议
楼宇自控系统的上述困难是世界性的。
各国专业人员从八十年代后期就开始寻求解决方案。
今天，人们终于认识到，唯有制订一个标准的完全公开的通讯协议，以供所有的厂家共同执行，即推行所谓的开放系统，才能彻底改变现状，使楼宇技术的发展进入一个崭新的阶段。
不难理解，如果不同厂“家的产品执行同一通讯协议，弱电系统的集成，信息共享就会变得轻而易举；同样，当业上选定一个开放系统后，由于执行这个仆放协议的所有不同（一家生产的控制产品都可兼容使用，因此，用户对系统的每一次维修、保养都可面对大量的选择余地，而个再受到某一厂家的垄断限制；此时，市场上出现更好的产品，业主仍可在充分比较的基础上自由选择性价比最好的产品来实现硬件的升级，从而达到跟踪先进技术发展的目的。
由此可见，真正意义上的开放系统，必须同时满足：
采用标准的通讯协议；该协议要被各厂家普遍认同，成为主流。
目前，在楼宇自控领域，这样的标准协议有二个，一个是BACnet，用于解决系统间的集成；另一个是美国Echelon公司推出的LonWorks技术，用于现场DDC之间的互操作。
因此，我们认为一个理想的系统应同时容纳上述上二个标准。
在此，我们经过慎重选择，决定采用美国希比公司I／A系列智能楼宇自控系统来实现高交会展览中心的楼宇自控系统。
3．开放的I/A系统
I／A系统是美国希比公司最新型的楼宇智能化控制系统，该系统运用了当前最为先进的控制网络技术，其控制总线和现场总线均采用了有公开标准的通讯协议，使系统完全成为一个标准的开放系统，各个不同系统之间的集成变得更方便和可行，代表了楼宇智能化系统今后必然的发展趋势。
I／A系统的控制总线采用了BACnet标准，其通讯速率可达10Mbps，可通过PDS，也能通过同轴电缆实现连接。
BACnet是ASHRE（美国供暖、制冷及空调工程师协会）135-90标准，并成为美国国家标准以及欧共体标准草案。
I/A系统的现场总线采用工业界已公认的通讯效率最高的LonWorks标准，用双绞线连接，通讯速率78．8Kbps，通讯距离可达1200m。
其通讯协议为LonTalk协议。
LonTalk是唯一的点对点通讯标准，它的使用为在现场总线这一级上完全实现开放性和互操作性提供了解决途径，使整个大楼的自控系统更现代化，高效。
由于I／A系统实现两级总线标准，现场总线所有节点均以点对点方式实现通讯，通讯应答时间小于0．5秒，提高系统的可靠性，其工作效率可完全满足楼宇控制的实时要求。
系统容量大，数据通道多级冗余，为用户今后的系统升级提供厂标准的平台和开放的基础，确保用户投资。
I／A系统高效可靠的网络结构、开放灵活的系统构成、先进经济的控制设备、模块化编程工程软件以及友好、简洁的用户界面等特点，使得该系统集先进、标准、可靠、易维护为一体，用户将不必再面临系统的扩充、升级、供货厂商单一等问题。
2、系统功能
我们对高交会展览中心内的各机电设备包括暖通空调系统、通排风系统、照明系统等主要设备采用计算机集中式的自动化监控和管理模式。
以达到对各类机组提供可靠的、经济的优化控制。
所做的楼字自动化控制系统方案设计具有以下特点：
具备技术先进性和经济合理性，既能满足大型展览也能满足小型（局部）展览对设备分组和自动控制以及节能的要求。
楼宇设备自控系统解决方案
楼宇设备自控系统（BuildingAutomationSystem-RTU）主要是建筑物的变配电设备、应急备用电源设备、蓄电池、不停电源设备等监视、测量和照明设备的监控，给排水系统的给排水设备、饮水设备及污水处理设备等运行、工况的监视、测量与控制，空调系统的次热源设备、空调设备、通风设备及环境监测设备等运行工况的监视、测量与控制，热力系统的热源设备等运行工况的监视,以及对电梯、自动扶梯设备运行工况的监视。
通过RTU实现对建筑物内上述机电设备的监控与管理,可以节约能源和人力资源,向用户创造更舒适安全的环境。
空调及通风系统
空调机组
风机控制：
风机由RTU系统按每天预先编排的时间及需求来控制风机的启停并记录运行时间累积。
在配电回路故障条件下禁止开机。
温度控制：
根据测量的回风温度与设定值的偏差，进行计算，经比例积分微分（PID）规律控制水调节阀，温度高于设定温度时开大水阀，温度低于设定温度时关小水阀，使送风温度维持在设定的范围内。
风门控制：
根据测量到的室内外温度,进行计算比较，采用经济运行方式，在满足卫生许可条件下，尽量采用最小新风比例，充分利用室内回风，过渡季节充分利用室外空气的自然调节能力，以达到节省冷量的消耗，同时满足空调的要求。
压差报警：
进行过滤网压差检测与阻塞报警。
联动控制：
风机、水阀、风门联动控制，在关闭风机时关闭水阀和风门。
检测：
回风温度，室外温度，风机状态，手自动状态。
报警：
设备故障报警。
故障报警同时打印维修派工单，及在上位机反映。
中央监控显示打印：
参数，状态，报警，动态流程图（设定值、测量值、状态等）
新风机组
风机控制：
风机由RTU系统按每天预先编排的时间假日程序来控制风机的启停并记录运行时间累积。
在配电回路故障条件下禁止开机。
温度控制：
根据要求在设置室外温度检测点，系统将根据测量的室外温度、送风温度与设定温度，进行计算，经比例积分微分（PID）规律控制冷水调节阀，温度太高时开大冷水阀，温度太低时关小冷水阀，使送风温度维持在设定的范围内。
检测：
送风温度，室外温度，风机状态，故障、手自动状态，送风管静压值，风机转速。
报警：
风机故障报警。
故障报警同时打印维修派工单，及在上位机反映。
中央监控显示与打印：
参数，状态，报警，动态流程图（设定值、测量值、状态等）。
其他通风设备
风机控制：
送风机、排风机由RTU系统按照需求及每天预先编排的时间假日程序来控制风机的启停并记录运行时间累积。
夏季充分利用夜间风，降低空调能量损耗。
在配电回路故障条件下禁止开机。
检测：
风机状态。
报警：
风机故障报警。
故障报警同时打印维修派工单，及在上位机反映。
中央监控显示与打印：
参数，状态，报警，手自动状态、动态流程图（设定值、测量值、状态等）。
冷水机组系统
冷水机组系统的监控，RTU系统按每天预先编排的时间假日程序来控制冷冻系统的启停和监视各
设备的工作状态。
负荷控制：
测量冷冻水供回水温度、回水流量，计算用户的实际冷负荷，系统根据计算结果控制冷水机组开启的台数及冷水机组的制冷量，从而实现节能的目的。
压差控制：
根据冷冻水供回水压差控制旁通阀的开度，以保证系统供回水温度的平衡。
设备群控：
冷水机组系统的群控功能，根据负荷自动启/停冷水机组，并具有设定和修改控制参数功能。
冷水机组内的各种状态与过程参数将通过标准接口由冷水机组统上的控制器读取。
当旁通流量达到一台泵流量时，关停一台水泵，当总供回水压差低于设定值时开启水泵，以达到变量控制，实现空调系统综合节能的目的。
系统显示冷冻水泵的运行状态和故障报警。
监测：
冷水机组系统的运行状态,运行时间累积,各环节水的温度、流量、水位、输入电流、电压.
报警：
冷水机组系统故障报警，水温超过限定值报警。
故障报警同时打印维修派工单，及在上位机反映。
中央监控显示与打印：
参数，状态，报警，动态流程图（设定值、测量值、状态等）。
给排水系统
控制：
根据生活水箱、生活水池的水位启停生活水泵；根据污水池的水位控制排污泵的启停。
报警：
生活水箱超低水位报警,生活水泵故障报警.故障报警同时打印维修派工单,及在上位机反映
中央监控显示与打印：
水池、生活水箱、污水池水位状态，生活水泵与污水泵状态及报警。
变配电系统
从大厦的安全性考虑，中央监控系统对配电房的有关变配电状况，实行一般实时监视而不作控制，通常强电回路一切控制操作均留给现场有关控制器或操作人员执行。
BAS系统可实时监视以下参量：
监测：
高压开关、低压开关和母联开关的工作状态；低压配电柜的电压、电流、功率因数、有功电度和无功电度；
报警：
变压器超温报警，油箱低油位报警，发电机润滑油超温报警，蓄电池低电压报警，回路超负荷报警,电流超过额定值报警。
故障报警同时打印维修派工单，及在上位机反映。
中央监控显示与打印：
各设备状态、参数、报警，动态流程图。
照明系统
照明系统的控制采用分回路按时间表自动开关，节省能源，并监测各回路的工作状态。
RTU系统按预先编排的时间假日程序来进行照明系统设备的开关控制及监视其状态；
正常照明监控：
航空障碍灯，走廊等处室内照明；
非正常照明监控：
安全照明、应急照明、疏散标志照明；
特殊照明监控：
广告、建筑立面的艺术照明。
电梯系统
监测：
电梯由RTU系统监视电梯的运行状态；
报警：
由RTU系统对电梯故障进行报警。
楼宇自动化控制网络技术的新应用发展
摘要：
文章简要介绍了楼宇自动化系统，分析了传统集散控制系统和新兴的现场总线控制系统优缺点以及应用，并介绍了楼宇自控领域中流行的4种现场总线，说明了以太网技术的发展以及在楼宇自控领域中的最新应用情况，对现场总线控制系统和以太网进行了比较。
1楼宇自动化系统综述
目前日益流行的智能建筑（IntelligentBuidings）是建筑技术与计算机信息技术相结合的产物，是信息社会的需要，也是未来建筑发展的方向。
智能建筑主要由楼宇自动化系统（BuidingAutomationSystem，缩写为BAS）、通信自动化系统（CAS）和办公自动化系统（OAS）三大系统组成。
其中，楼宇自动化系统是智能建筑中最基本和最重要的组成部分。
楼宇自动化系统是利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统，将大楼内部各种设备连接到一个控制网络上，通过网络对其进行综合的控制，这些设备包括空调、照明设备、电梯、消防设备、安防设备等等。
它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能的要求。
2现场控制系统FCS的出现以及在楼宇自控中的应用
上个世纪七八十年代，伴随着计算机可靠性提高，价格大幅下降，出现了由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的分布式控制系统（DistributedControlSystem，简称DCS）。
DCS是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种综合控制系统。
它的测量变送仪表一般是模拟仪表，因此它属于一种模拟数字混合控制系统，这种系统较以前的各种控制系统有了较大的进步。
DCS在工业自动化控制领域获得了广泛的应用，也开始应用到楼宇自动化控制领域，但是DCS存在如下一些缺点：
（1）安装费用高。
采用一台仪表、一对传输线的接线方式，导致接线庞杂、工程周期长、安装费用高、维护困难；
（2）可靠性差。
模拟信号传输精度低，而且抗干扰性差；
（3）系统封闭。
各厂家的产品自成系统，系统封闭、不开放，难以实现产品的互换与互操作以及组成更大范围的网络系统。
上个世纪90年代以来，随着控制技术、计算机技术、通信技术的发展，出现了基于现场总线的控制系统（FCS），FCS克服了DCS的缺点，它是一种全数字化的、全分散的、全开放、可互操作和开放式互连的新一代控制系统。
目前，现场总线技术已经成为自动化技术中的一个热点，备受国内外自动化设备制造商与用户的关注。
FCS极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。
与传统的DCS（分布式控制系统）相比，FCS具有可靠性高、可维护性好、成本低、实时性好、实现了控制管理一体化的结构体系等优点。
现场总线的出现，为工业自动化带来了一场深层次的革命，从而开创了工业自动控制的新纪元，被誉为自动化领域的计算机局域网。
鉴于FCS的许多优点，控制专家们纷纷预言“FCS将取代DCS成为21世纪控制系统的主流。
”现在，FCS已经被应用到楼宇自动化控制领域。
2.1应用于楼宇自动化领域的几种现场总线
由于诱人的市场商机和不同的应用领域的存在，世界一些大公司或公司联盟纷纷提出自己的现场总线协议标准。
据不完全统计，目前国际上有40种宣称为开放型的现场总线标准。
这些协议根据国际标准化组织（ISO）的计算机网络开放式互连系统的OSI参考模型来制定的。
大多数现场总线只是用其中的一、二和七层协议。
于是现场总线呈现杂乱纷呈的局面。
在这些现场总线中不乏优异的现场总线，如CAN、Modbus、Profibus、Lonworks、BACnet、DeviceNet等等。
其中Lonworks、BACnet、CAN、EIB等现场总线在楼宇自动化领域获得了较广泛的应用。
尽管基于现场总线的FCS克服了DCS的许多缺点，但还是有一些不如人意的地方，最明显的缺点：
多种现场总线并存而互不兼容，导致FCS的可互操作性只能在同一种现场总线系统中实现。
后面将对FCS的缺点做进一步说明。
（1）LonWorks
美国Wchelom公司1991年推出了EON（LocalOperrationgNetworks）技术，又称Lonworks技术。
它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件公司的大力支持，已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。
具体地说LonWorks具有以下优点：
①网络结构灵活、组网方便。
它支持多种网络拓扑形式，包括总线型、星型、树型、自由拓扑型等，这样可适应复杂的现场环境，方便现场布线；
②支持多种传输介质。
包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等；两种传输速率：
78bps和1.25Mbps，最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定，一般可从500m到2700m。
可接人的节点最多为32385个；
③完善的开发工具。
提供完善的系统开发环境，采用开放的NEURONC语言，它是ANSIC语言的扩展；
④无主的网络系统。
LonWorks网络中各节点的地位相同，网络管理可设在任一节点处，并可安装多个网络管理器；
⑤开发LonWorks网络节点的时间较短，也易于维护。
LonWorks采用的LonTMk协议固化在Echelon公司的Neuron芯片中，这样可以节省开发LonWorks网络节点的时间，也方便维护。
同其它现场总线一样，LonWorks也有自身的缺点。
首先，LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全开放性也受到一些质疑。
尽管LonWorks存在一些不足，但是LonWorks的FCS还在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。
世界上有2万多家OEM厂商生产LonWorks相关产品，其中种类已达3500多种。
目前世界上已安装有500多万个LonWorks节点，LonTMk协议也被接纳为欧洲CENTC247、CENTC205的一部分。
自1996年以来，LonWorks也开始在国内获得大量的应用。
在建设部的支持下，国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于LonWorks的楼宇自动化控制系统，并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点工程中得到应用。
（2）BACnet
BACnet是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议。
它代表了智能建筑发展的主流趋势。
BACnet不是软件或硬件，也不是固件，严格地说，BACnet并不是现场总线，而是一种网络协议，即通信规则。
为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。
BACnet详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。
BACnet采用了Ethernet、ARCNET、MS／TP、PTP、LonTalk五种网络技术进行通信。
可根据系统通信是和通信速度选择不同的网络技术。
相对其它现场总线，BACnet标准最大的优点是可以与Ethernet、LonWorks等网络进行无缝集成。
不过BACnet主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问题设计，并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。
BACnet标准已在全球得到了广泛的应用，全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持BACnet标准。
BACnet在不到10年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼宇自控领域中唯一的ISO标准。
虽然我国是WTO和ISO成员国，但是BACnet在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小，而且在工程中采用的BACnet产品和技术也基本上全部是从国外引进的，还没有真正意义上的国产化BACnet相关产品。
（3）CAN
CAN总线最初是德国Bosch公司为汽车监控控制系统设计提出的，现在它已经成为一种国际标准，在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。
CAN具有以下优点：
①采用8字节的短帧传送，故传输时间短、抗干扰性强；
②具有多种错误校验方式，形成强大的差错控制能力。
而且在严重错误的情况下，节点会自动离线，避免影响总线上其它节点；
③采用无损坏的仲裁技术；
④CAN芯片不但价格低而且供应商多。
CAN缺点是：
CAN总线上最多可挂接110个节点，这不完全能满足整个智能建筑的需要。
不过可以通过利用中继器进行扩展，相对其它一些现场总线，CAN总线技术比较简单，CAN相关产品的开发费用也远远低于其它现场总线技术产品的开发费用。
因此，很早国内就有一些企业推出了基于CAN总线的楼宇自控的相关产品。
如狮岛、索龙集团开发出了S2000楼宇自控系统。
（4）EIB
EIB是欧洲安装总线（EuropeanlnstallationBus）的缩写。
它在1990年被提出，经过十多年的发展，成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准，在欧洲得到了进300家厂商的支持。
1999年EIB被引进中国的智能化建筑领域，并在上海同济大学建立了EIB认证技术培训中心。
在短短的几年里，国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场所的灯光、窗帘、空调等控制和安防系统方面获得了广泛应用，如厦门国际会展中心、大连国贸中心、浙江人民大会堂等。
国内的EIB项目基本上被ABB公司和SIMENS公司所垄断。
3以太网开始进入楼宇自控领域
以太网发展至今已有20年历程，作为局域网组网的主要技术，以其简单、价廉、高带宽、维护方便以及不断发展等优点一直在局域网领域中牢牢占据着统治地位。
近年来，以太网技术获得了快速地发展。
交换型和全双功以太网的出现，克服了传统以太网的共享公共传输媒体和半双功传输的弱点，实现了站点独占传输媒体并同时收发数据，也减少了网络上的数据碰撞。
以太网的标准不断更新和扩展，目前的以太网不仅在物理层（包括拓扑结构、传输速率、传输媒体），并且在数据链路层与原来的传统以太网标准有了很大的进步，以太网标准系列已扩展成20余个。
现在已太网不但由局域网向着接入网和城域网领域发展，同时开始进入工业控制和楼宇自控领域。
新发布的IEEE802.3af标准开始对以太网供电作出了规定，它消除了以太网技术进入现场控制领域的一个严重障碍。
目前，3Com、华为、DLINK等公司开始提供符合IEEE802.3af标准的交换机产品。
另外，一些现场总线的协会或组织也开始提出基于其现场总线的开放式以太网标准，即工业以太网标准，如ODVA（开放DeviceNet供货商协会）和CI（ContolNet国际组织）发布的EtherNet／IP标准、PP（现场总线基金会）发布的HSE（HighSpeedEthernet，高速以太网）、Profibus国际组织发布的ProfiNet。
支持这些工业以太网标准的交换机、网卡等产品也开始出现，如MOXA公司的EDS-508系列工业以太网交换机（支持EtherNet／IP）、北京航天华辉自动化技术有限公司的AnyBus-S10／100M（支持Ethemet／IP和Modbus／TCP）等。
美国VDC（VentureDevelopmentCorp.）调查报告指出，Ethemet在工业控制领域中的应用将越来越广泛，市场占有率将从2000年的11％增加到2005年的23％。
伴随着以太网技术在工业控制领域的成功应用，以太网技术也必将越来越多地渗透到楼宇自控领域。
目前，以太网多用于基于现场总线的楼宇自控网络集成到智能建筑中的信息网（如图1所示），在一些新开发的楼宇自控系统中，以太网直接进入了控制层，如北京楼宇自动化中心开发的基于以太网的ENC-20011P智能建筑测控系统。
ENC-20011P控制系统的结构如图2所示。
一般的空调、照明等系统通过ENC参量控制模块集成到以太网上；带有RS232或RS485接口的系统通过网关转换模块集成到以太网上；IP电话以及IP摄像机直接连接到以太网上。
在楼宇自控网络
升级会员 