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楼宇自动化论文

大连海事大学

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毕业论文

二○一一年十月

谈楼宇自动化技术

Aboutbuildingautomation

专业班级：

自动化

（1）班

姓名：

于红淼

学号：

2220102057

指导教师：

李广强

信息科学技术学院

目录

摘要---------------------------------------------4

一、楼宇自动化系统简介------------------------4

二、楼宇自动化系统的发展史---------------------4

2.1．楼宇自动化系统在中国的发展-------------5

2.2.楼宇自动化系统在国外的发展-------------6

三、楼宇自动化控制系统的原理-----------------------------------------

四、楼宇自动化在实际中的应用实例----------------6

3.1.LONWORKS技术在楼宇智能照明领域的应用--------6

3.2.无线网络技术在家庭自动化网络的应用----------------9

五、总结-----------------------------------------9

参考文献-------------------------------------------------10

摘要

随着经济的发展，对大厦智能化的要求越来越高，智能大厦监控系统的应用也越来越广，需要监控的对象越趋多样化，必须使用具有统一规范、可靠性高、组建灵活、扩展性好、维护简便、性能价格比高的方式来组建系统。

因此，作为智能大厦的一个重要组成部分—楼宇自动化系统的研制具有极其重要的意义，本文论述了楼宇自动化系统在国内与国外的发展史以及发展前景，同时通过列举楼宇自动化系统在楼宇智能照明领域的应用的实例，论述了楼宇自动化系统发展对生活的重要意义

关键词：

楼宇自动化系统智能照明无线网络发展前景

一、楼宇自动化系统简介

楼宇自动化系统也叫建筑设备自动化系统（BuildingAutomationSystem简称BAS），是智能建筑不可缺少的一部分，其任务是对建筑物内的能源使用、环境、交通及安全设施进行监测、控制等，以提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。

楼宇自动化系统是智能建筑的主要组成部分之一。

智能建筑通过楼宇自动化系统实现建筑物（群）内设备与建筑环境的全面监控与管理，为建筑的使用者营造一个舒适、安全、经济、高效、便捷的工作生活环境，并通过优化设备运行与管理，降低运营费用。

楼宇自动化系统涉及建筑的电力、照明、空调、通风、给排水、防灾、安全防范、车库管理等设备与系统，是智能建筑中涉及面最广、设计任务和工程施工量最大的子系统，它的设计水平和工程建设质量对智能建筑功能的实现有直接的影响。

二、楼宇自动化系统的发展史

楼宇自动化控制采用的是计算机集散控制，所谓计算机集散控制就是分散控制集中管理。

它的分散控制器通常采用直接数字控制器，利用上位计算机进行画面的监控和管理。

主要手段是动画、曲线、文本、数据库、脚本、和各种专用控件等。

楼宇自动化包括：

空调与通风监控系统、给排水监控系统、照明监控系统、电力供应监控系统、电梯运行监控系统、综合保安系统、消防监控系统和结构化综合布线系统。

楼宇设备自动化系统到目前为止已经历了四代产品：

　　第一代：

CCMS中央监控系统（20世纪70年代产品）BAS从仪表系统发展成计算机系统，采用计算机键盘和CRT构成中央站，打印机代替了记录仪表，散设于建筑物各处的信息采集站DGP（连接着传感器和执行器等设备）通过总线与中央站连接在一起组成中央监控型自动化系统。

DGP分站的功能只是上传现场设备信息，下达中央站的控制命令。

一台中央计算机操纵着整个系统的工作。

中央站采集各分站信息，作出决策，完成全部设备的控制，中央站根据采集的信息和能量计测数据完成节能控制和调节。

　　第二代：

DCS集散控制系统（20世纪80年代产品）随着微处理机技术的发展和成本降低，DGP分站安装了CPU，发展成直接数字控制器DDC。

配有微处理机芯片的DDC分站，可以独立完成所有控制工作，具有完善的控制、显示功能，进行节能管理，可以连接打印机、安装人机接口等。

BAS由4级组成，分别是现场、分站、中央站、管理系统。

集散系统的主要特点是只有中央站和分站两类接点，中央站完成监视，分站完成控制，分站完全自治，与中央站无关，保证了系统的可靠性。

　　第三代：

开放式集散系统（20世纪90年代产品）随着现场总线技术的发展，DDC分站连接传感器、执行器的输入输出模块，应用ON现场总线，从分内部走向设备现场，形成分布式输入输出现场网络层，从而使系统的配置更加灵活，由于onWorks技术的开放性，也使分站具有了一定程度的开放规模。

BAS控制网络就形成了3层结构，分别是管理层（中央站）、自动化层（DDC分站）和现场网络层（ON）。

　　第四代：

网络集成系统（21世纪产品）,随着企业网Intranet建立，建筑设备自动化系统必然采用Web技术，并力求在企业网中占据重要位置，BAS中央站嵌入Web服务器，融合Web功能，以网页形式为工作模式，使BAS与Intranet成为一体系统。

　　网络集成系统（EDI）是采用Web技术的建筑设备自动化系统，它有一组包含保安系统、机电设备系统和防火系统的管理软件。

　　EBI系统从不同层次的需要出发提供各种完善的开放技术，实现各个层次的集成，从现场层、自动化层到管理层。

EBI系统完成了管理系统和控制系统的一体化。

2.1．楼宇自动化系统在中国的发展

中国香港智能建筑发展也较早，相继出现了汇丰银行大厦、立法会大厦、中银大厦等一批智能化程度较高的智能建筑。

中国大陆第一幢智能大厦是1989年建成的北京发展大厦。

1986年智能建筑被列为国家“七五”重点科技攻关项目，开始进行可行性研究阶段，该项目1991年通过鉴定。

1992年中国进入了智能大厦的高速发展阶段，其发展速度和规模在世界上绝无仅有。

目前，全国已有上千幢智能大厦。

　智能建筑在中国已成为建筑市场的大趋势，也是建筑业中新的“经济增长点”。

各类建筑（楼、馆、场等）的智能化工程投资，约占工程总投资的5%-8%，有的已高达10%；居住小区的智能化系统建设投资平均在每平方米60元左右（占土建投资的5%-8%），如按中国每年竣工面积计算总投资为几十亿元。

智能建筑这个新的“经济增长点”促成智能建筑相关企业迅速增长。

粗略估计，目前全国从事智能建筑的企业超过3000家，产品供应商近3000家。

中国有152家设计院和127家系统集成商具有智能建筑专项设计资质。

智能建筑随着经济的持续稳健增长，其数量和水平正逐年提高，在深圳，智能建筑也已进入高技术化、实用化发展阶段，从事楼宇智能化产品开发与制造、楼宇智能化系统集成工程设计与施工、智能化社区管理的企业逐渐走向专门化和专业化。

深圳居民对智能建筑的认可度也越来越高。

目前深圳的安防覆盖率居全国之首。

深圳还是国家发改委选定的全国社区信息化建设试点城市，深圳信息化社区的技术装备程度走在全国前列。

深圳智能建筑及相关行业的企业有数千家，一些国际上最新的技术、产品都能在深圳同步上市。

比如，深圳地区是全国安防产业的重要发源地和产品集散地，吸引许多国外知名品牌中国总代理都在此落户，并集中了全国70%左右的安防一级代理商，各类安防企业的年营业额超过30亿元。

2．2，楼宇自动化系统在国外的发展

智能建筑自1984年1月出现以来（美国康涅狄格州哈特福德市的都市大厦），在欧、美、日及世界各地得到迅速发展，其中以美国、日本兴建最多。

目前，美国有智能大厦几万幢。

目前，发达国家的智能建筑已从早期的追求功能完备齐全，向高技术化、实用化和节能化方向发展。

日本自1984年以来，在许多大城市建设了“智能化街区”、“智能化群楼”，新建的建筑中有80%以上为智能化建筑。

新加坡政府为推广智能建筑，拨巨资进行专项研究，计划将新加坡建成“智能城市花园”。

印度也于1995年起在加尔各答的盐湖开始建设“智能城”。

其他国家如法国、瑞典、英国、泰国等国家也不断兴建智能建筑

三、楼宇自动化控制系统的原理

楼控系统采用的是基于现代控制理论的集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统（Distributedcontrolsystems简称DCS）。

它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置（DDC）完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中的不足和常规仪表控制功能单一的局限性。

安装于中央控制室的中央管理计算机具有CRT显示、打印输出、丰富的软件管理和很强的数字通信功能，能完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制等任务，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难、无法统一管理的缺点，保证设备在最佳状态下运行。

四、楼宇自动化在实际中的应用实例

3.1LONWORKS技术在楼宇智能照明领域的应用

智能照明控制将是二十一世纪智能化高度发达的必然产物。

相对对于智能照明系统而言，传统的照明它仅仅是通过开和关来控制照明光源的发光时间。

如果进行亮度调整及配合不同的应用场合和环境要求而做出相应的照明场景，则要更换光源或重新布线才可实现，但对于某些如多点、群组、逻辑控制的场合，实现起来就相当困难甚至于无法实现；其次，如果要和空调、监控等系统整合，简直就是无法想象的。

但是智能照明管理系统的出现则使以上问题迎刃而解。

基于Echelon公司的LONWORKS控制网络技术，开发出了P-BUS总线式控制网络技术。

P-BUS总线式智能照明系统图如下所示：

该系统它具有Echelon公司的LONWORKS控制网络技术的以下特点：

具有智能监测和智能控制的功能,完全开放式的平台技术，布线除总线拓扑外可自由拓扑，支持各种通信介质包括双绞线、电力线、以太网等等；

其自由拓扑结构如下图所示

但是自由拓扑结构的使用有以下限制：

1，总线长度不超过100米

2，需要一个网络终结器（可以在任何位置）

3，至多32个PyxosPoint

该控制网络上位机软件具有实时报警、历史数据记录、远程监测管理等功能；该控制网络还采用了Echelon先进的电力线载波传输技术，支持在现有的交直流输电线上传输数据，设备实现网络化不需要重新布线。

该控制网络通讯线无极性，避免接错线造成的通讯故障，极大地方便了工程布线的施工、安装和维护；可靠的电力线载波传输技术，通讯速率高达312.5Kbps，大大提高了控制网络的抗干扰性能，保障了更远的通讯距离。

基于以上特性P-BUS智能照明控制系统具有如下功能：

øP-BUS系统可对白炽灯、冷光灯、投射灯、LED节能灯等多种光源进行调光，满足各种环境对照明的要求。

øP-BUS软件基于对象的图形化编程方式，P—BUS系统的模块式结构使其具有极大的灵活性，在以后的使用中用户在不改变布线条件下通过组态可随意改变照明功能。

ø可预设多种场景灯光组合及灯光模式以适应不同场合对环境灯光的要求。

系统的调光功能及场景开关可方便的转换多种场景，调光度可以10%的光度变化。

ø在系统中广泛地应用诸如亮度感应器、红外线感应器、温度感应器及时间设定等自动化输入单元以利用自然光线、红外线、温度变化等对灯光进行自动控制，从而使照明管理自动化。

可优化能源使用以达到良好的节能效果，在合理利用能源的同时达到最佳照明效果。

据数据资料表明：

有效地照明管理将节约电能达20%至25%，其长期的节能效果将更明显。

ø可简单的实现无人管理，提高综合管理水平。

P—BUS系统除了接收红外线、温度感应器等自动输入单元馈送的外部变化信号之外，还可根据预存的系统状态和控制指令自动控制灯光的运行情况，简化管理或实现无人值守化，提高综合管理水平。

øP-BUS系统的二线制结构使实现诸如多点、区域、群组控制变得轻而易举，简单的线路亦使安装方便、易于维护。

因系统的控制线均为普通双绞线，故可大量节省电源线材消耗量，降低开发投资成本和维修管理费用，缩短安装工期。

ø根据用户需求和外界环境的变化，仅仅是修改软件设置，而非改造线路就可扩充扩充或改变功能，大大降低改造费用和缩短改造周期并可适应各类环境的变化及不同客户的需求。

ø极高的安全性。

控制回路和负载分离，控制回路的工作电压为AC/DC24V，即使开关面板意外漏电，也能确保人身安全。

øP-BUS系统除控制灯光外，还可控制如电动窗帘等机电设备，并可和空调、保安系统等整合。

3.2无线网络技术在家庭自动化网络的应用

　　随着无线网络技术与有线网络技术（主要是与电话线产品）价格差的缩小，以及对室内移动操作设备需求的增加，无线网络技术的应用不断增加。

在家庭中主要有三大类无线网络技术的应用，包括家电控制、语音/数据设备、多媒体应用。

其中家电控制，数据通讯速率一般不大于10Kbps；语音/数据通讯，通讯速率一般为1~2Mbps（有些场合仍可以通过模拟拨号连接Internet）；多媒体应用中，视频需要较高的通讯速率，一般DVD需要大约3~8Mbps，HDTV系统需要大约19Mbps。

近期无线网络产品应能满足8Mbps，以便应用于多媒体应用。

而且应注意目前所给出的WLAN（WirelessLocalAreaNetwork）速率都只是理论速率，并非真正速率，只有借助于压缩技术才能真正适用于HDTV类型的视频流。

五、总结

本文通过论述LONWORKS技术在楼宇智能照明领域的应用也说明着楼宇自动化系统对人们生活的密切关系，楼宇的照明在楼宇内的用电量占有很大的比例，智能楼宇的最大特点之一便是节能，智能照明系统愈来愈成为智能楼宇中可持续发展的一项重要内容，它的控制水平的高低也直接反映出楼宇的智能化水平。

LONWORKS技术在楼宇中的应用能将大楼内所有照明回路及电动设备集中控制、管理及监控的一套智能系统。

它可以独立运行，有一套独立的控制协议，相对BA系统来说比较简单，完全能满足对照明控制。

随着计算机技术的普及与信息产业的飞速发展，楼宇自动化技术在现代智能建筑中的应用更加广泛，这也是随着社会发展的必然趋势。

楼宇自动化系统（BAS）对整个建筑的所有公用机电设备，包括建筑的中央空调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯系统，进行集中监测和遥控来提高建筑的管理水平，降低设备故障率，减少维护及营运成本。

设计楼宇自动化系统的主要目的在于将建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断，采用最优化的控制手段,对各系统设备进行集中监控和管理，使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，在创造出一个高效、舒适、安全的工作环境中，降低各系统造价，尽量节省能耗和日常管理的各项费用，保证系统充分运行，从而提高了智能建筑的高水平的现代化管理和服务，使投资能得到一个良好的回报。

楼宇机电设备监控系统，作为智能建筑楼宇自动化系统非常重要的一部分，担负着对整座大厦内机电设备的集中检测和控制，保证所有设备的正常运行，并达到最佳状态。

楼宇自动化控制技术在我国还是一个新兴的技术领域，随着更多智能建筑的出现，将有更加先进的技术补充到这一领域中，使这一技术更加成熟、完善。

参考文献

[1]

何志议.智能建筑中的楼宇自动化系统理论浅析[J].电工技术杂志,2004,（08）.

[2]

张崇巍,苑春明,张兴.中点电位平衡的三电平逆变器SVPWM简化算法及其实现[J].电气传动,2008,（11）.

[3]

孙怡.楼宇自控系统在现代智能建筑中的应用[J].测控技术,2003,（08）.