建筑设备监控系统.docx

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建筑设备监控系统

18建筑设备监控系统

18.1一般规定

18.1.1本章适用于建筑物（群）所属建筑设备监控系统（BAS）的设计。

BAS可对下列子系统进行设备运行和建筑节能的监测与控制：

1冷冻水及冷却水系统；

2热交换系统；

3采暖通风及空气调节系统；

4给水与排水系统；

5供配电系统；

6公共照明系统；

7电梯和自动扶梯系统。

【注释】BAS按工作范围有两种定义方法，即广义的BAS和狭义的BAS。

广义的BAS即建筑设备自动化系统，它包括建筑设备监控系统、火灾自动报警系统和安全防范系统；狭义的BAS即建筑设备监控系统，它不包括火灾自动报警系统和安全防范系统。

从使用方便的角度，可将狭义二字去掉，简称建筑设备监控系统为“BAS”。

建筑设备监控系统的主要监控对象是各类建筑设备，为了界定其范围并与《智能建筑工程验收规范》GB50339保持一致，本规范规定这些建筑设备的监控可划分为7个子系统。

18.1.2建筑设备监控系统设计应符合下列规定：

1建筑设备监控系统应支持开放式系统技术，宜建立分布式控制网络；

2应选择先进、成熟和实用的技术和设备，符合技术发展的方向，并容易扩展、维护和升级；

3选择的第三方子系统或产品应具备开放性和互操作性；

4应从硬件和软件两方面确定系统的可集成性；

5应采取必要的防范措施，确保系统和信息的安全性；

6应根据建筑的功能、重要性等确定采取冗余、容错等技术。

【注释】集散控制系统DCS虽然号称是分布式控制系统，但实际上只做到了半分布，现场设备层并没有实现彻底分布，控制依赖于控制器。

真正的分布式控制系统FCS中，现场的各测控点（传感器、执行器等）均是智能化的，因此可将DCS中现场设备层单向传输的4～20mA模拟量信号变为全数字双向多站的数字通信，即实现了现场设备层的全网络化；并省去了传统DCS所必需的输入/输出模块和现场控制站，即控制功能进一步分散到现场设备上。

虽然FCS是发展方向，但由于智能型数字化的传感器、执行器目前的价格仍偏高，近期建筑设备监控系统仍以选择半分布的DCS为宜。

建筑设备监控系统的控制对象涉及面很广，很难有一个厂家的相关产品都是性价比最高的。

因此，由多家产品组成系统时就存在一个产品开放性的问题。

开放系统建立在标准化与业界实际遵循的接口协议的基础上，这些标准与协议应为系统提供软件的可移植性、系统的互操作性。

可移植性是指第三方的应用软件能很方便地在系统所提供的平台上运行，保护用户的已有资源，减少应用开发、维护和人员培训的费用。

互操作性是指不同的控制设备或系统通过通信网互联后，能够有效地进行数据的传输，并在此基础上协同工作、共享资源。

现场设备的互操作性问题在行业达成现场总线标准化（如建筑设备监控方面的LonMark标准）共识后在一定范围内得到了解决，前提是不同厂家的产品完全按照既定的标准生产。

在建筑设备监控系统中，照明控制子系统、电梯控制子系统、自备发电机控制子系统等往往采用第三方产品。

这时互连两个异构网络的网关应尽量避免采用自己开发的方式，因为一般情况下，第三方设备供应商不公开自己的软件；即使公开，也有很多附加条件，如高额付费、签订保密协议等，给使用者带来诸多不便。

通常选择由主体设备供应商与第三方设备供应商联合生产的专用网关，由于是成熟产品，可靠性大大提高，价格也较低。

在DCS选型中还应注意以下问题:

1目前正是新老系统交接的时期，DCS的软件、硬件正由专用走向通用。

选用比较通用型的系统，一是价格比较低，二是以后的备品比较好买，维护费用会大幅度降低，与其它系统的互连不仅容易，而且互连费用也低；

2应该从DCS本身价格和预计所创效益角度来考虑经济性。

DCS有国产的和进口的，对相同档次而言，进口的控制功能强一些。

但国产DCS价格要比进口的低很多，也能满足基本技术要求。

另外，国产DCS开发比较晚，已经结合一些先进的技术，某些技术比国外还先进一些，系统结构也比某些进口的DCS还要合理一些；

3售后服务问题。

国外厂商通常情况下存在配品、备件供应价格高，且不能及时提供的问题。

在招标时，各厂商为了压低价格，DCS的利润比较低,但由于系统的运行、维护和升级通常严重依赖于原来的设备厂商，他们可以从配品、备件得到高额补偿。

因此，用户应选择实力雄厚的、技术力量强的、境内技术支持好的厂家；

4应采用经过验证的先进技术，如DCS的开放性和互连性；加操作密级和防火墙的应用；现场总线技术的应用和第三方软、硬件的支持等；

5在DCS选型中要考虑系统集成的需要。

18.1.3设计建筑设备监控系统时，应根据监控功能需求设置监控点。

监控系统的服务功能应与管理模式相适应。

【注释】一般情况下，系统的功能越完善，要求的监控点就越多，但投资的费用就会越高。

系统的服务功能是与管理模式有关的。

例如，不同的管理模式，建筑设备监控系统、火灾报警系统与安全防范系统的集成可能有不同的方法，因此系统服务功能也各不相同。

18.1.4建筑设备监控系统规模，可按实时数据库的硬件点和软件点点数区分，宜符合表18.1.4的规定。

表18.1.4建筑设备监控系统规模

系统规模

实时数据库点数

小型系统

999及以下

中型系统

1000～2999

大型系统

3000及以上

【注释】在确定建筑设备监控系统网络结构、通信方式及控制方式时，系统规模的大小是需要考虑的主要因素之一。

因此，不同厂家的集散型计算机控制系统产品说明或综述介绍中，大多数都涉及规模划分问题，其共同点是以监控点的数量作为划分的依据。

但是各厂家都是根据各自产品的应用条件来描述规模大小的，有关系统规模大小的数量规定差异很大。

因此，表18.1.4给出一个系统规模量化标准作为参考。

该表的意义主要在于给出一个明确的量化标准，为后续条款的相关规定提供前提，而不在于其具体量化值。

18.1.5建筑设备监控系统，应具备系统自诊断和故障报警功能。

【注释】自诊断是计算机控制系统所独具的功能。

所谓自诊断就是设计一个程序或电路，使其能够对系统本身或某个逻辑部件进行检查，如发现故障则自动报告并采取相应的措施。

为了保证计算机系统正常运行，其维护费用是很高的。

这些费用主要用于培训人员、编写文件、提供各种维护仪器和工具等方面。

系统越大、越复杂，所需的维护费用也越高。

从维护效率来讲，排除机器故障的时间越短越好，因为机器停机时间越长，给用户造成的损失就越大。

特别是在连续运行的系统中，过长的维护时间将严重影响设备运行甚至是不允许的。

维护费用昂贵和维修时间过长，主要是由于技术不熟练，不能迅速准确地判断和排除故障而造成的。

如果系统具备一个较好的系统自诊断功能，给维护人员提供较多的信息，以帮助他们迅速地分析、判断故障原因和地点，那么，不仅可以缩短维修时间，而且也避免了对维修人员技术水平的过高要求。

为此，系统自诊断应具备如下功能：

1系统发生故障时，能及时发出声光报警信号，能够提出故障所在部位；

2系统发生故障后，能保存系统的故障状态记录，以便维护人员进行分析；

3能自动启动相应故障处理程序。

18.1.6当工程有智能建筑集成要求，且主管部门允许时，BAS应提供与火灾自动报警系统（FAS）及安全防范系统（SAS）的通信接口，构成建筑设备管理系统（BMS）。

【注释】建筑管理系统（BMS）的主要功能是把建筑设备监控系统（BAS）、火灾自动报警系统（FAS）及安全防范系统（SAS）集成到一个统一的信息平台上，建立统一的管理员操作界面，对纳入集成系统的所有设施进行统一的监测和控制，为跨系统的事件处理和决策提供综合的信息依据。

18.2建筑设备监控系统网络结构

18.2.1建筑设备监控系统，宜采用分布式系统和多层次的网络结构。

并应根据系统的规模、功能要求及选用产品的特点，采用单层、两层或三层的网络结构，但不同网络结构均应满足分布式系统集中监视操作和分散采集控制（分散危险）的原则。

大型系统宜采用由管理、控制、现场设备三个网络层构成的三层网络结构，其网络结构应符合图18.2.1的规定。

中型系统宜采用两层或三层的网络结构，其中两层网络结构宜由管理层和现场设备层构成。

小型系统宜采用以现场设备层为骨干构成的单层网络结构或两层网络结构。

各网络层应符合下列规定：

1管理网络层应完成系统集中监控和各种系统的集成；

2控制网络层应完成建筑设备的自动控制；

3现场设备网络层应完成末端设备控制和现场仪表设备的信息采集和处理。

图18.2.1建筑设备监控系统的三层网络系统结构

【注释】纵观控制系统的发展史，不难发现，每一代新的控制系统都是针对老一代控制系统存在的不足而推出的更完善的解决方案。

模拟仪表控制系统在20世纪六、七十年代占主导地位，但是随着控制系统中设备的日趋大型化，测控参数日益增多，稍大一点的系统，长长的仪表屏上分散的显示仪表和操作旋钮往往使得操作运行人员顾此失彼甚至无法工作。

随着计算机图像显示技术的发展，使计算机控制系统在集中显示操作方面与模拟系统相比有着天然优势，因此集中式计算机控制系统在20世纪七、八十年代占了主导地位。

当时，受计算机技术发展水平的限制，集中式计算机控制系统各回路的控制运算往往由同一台计算机集中完成，这就造成了危险集中，使系统的可靠性下降。

由于上述两种控制系统都采用一对一的配线方式，这使得大量的电缆需要集中到控制室，布线工作量很大，且线路长，信号损失和干扰也都比较大，因此，这两种系统都难以用在大型系统上。

鉴于使用数字通信网络可以克服一对一配线存在的一点对一点、单向、单一信号的低效率数据传递模式的缺点，在一根电缆上可以进行多点对多点、双向、多种数据的信息交换，因此，数字通信网络为大系统的发展提供了坚实的基础。

而且，数字通信网络技术与计算机技术的快速发展还为计算机分布式控制提供了可能性，20世纪八、九十年代占主导地位的集散控制系统（DCS）就是这样实现了分散控制（危险分散）。

但是遗憾的是，当时不同的DCS厂家为达到垄断经营的目的而采用各自专用的控制通信网络，不同厂家的DCS之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以实现网络互联和信息共享，且造价昂贵。

在这种情况下，用户当然迫切要求计算机控制系统实现开放性和降低成本。

现场总线控制系统（FCS）正是顺应以上潮流诞生的，它用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各控制器及仪表设备互连，同时将控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。

由上述可知，数字通信网络适用于大型控制系统，但控制系统的大型化必然带来通信网络的复杂化，使系统的设计难度加大。

人们在遇到难题时往往将其分解成若干个容易处理的子问题，然后分而治之逐个解决，这种结构化设计方法是工程设计中常用的一种手段，分层就是大系统分解的最好方法之一。

因此，对于一个大型的控制系统，往往采用多层次的网络体系结构，例如工业控制中采用4层结构（过程控制层、控制管理层、生产管理层和经营管理层），建筑设备控制系统相对简单，通常采用3层结构（管理网络层、控制网络层和现场网络层）或更少的层次结构。

严格地说，虽然控制系统的网络结构与控制系统体系结构都是分层次的，却并没有十分明确的对应关系。

但由于通信网络在控制系统中的决定性作用所造成的两者间的紧密关系，规范采用了统一分层的处理方式。

众所周知，分布式控制系统的本质就是控制要分散（危险分散、地域安装分散），显示、操作和管理要集中。

在管理网络层，服务器和操作站实现的就是集中显示、操作和管理的功能。

这一层的通信网络虽有实时性的要求，但更重要的是要求它能够传输大量数据、能够实现远方监控和有利于BMS、IBMS集成等方面的考虑。

一般情况下，对现场网络层的通信网络的带宽要求不高，但有较高的实时性要求。

由于很多系统都把