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BAS基础知识
楼与自动化监测与控制系统基础知识
1、BAS简介
、BAS的定义
楼宇自动化系统（BuildingAutomationSystem，简称BAS）以节约能源、集中管理、智能控制为目的，将建筑物或建筑群内的照明、空调、送排风、给排水、冷热源（热源与热交换、冷冻和冷却水）等设备或系统集成在一个控制系统内管理的综合性系统。
楼宇自动化系统通过对建筑的各种设备实施自动化检测、控制与管理，为业主和用户提供便捷高效、节能、舒适、安全的工作与生活环境，并使整个系统和其中的各种涉别处在最佳的工作状态，从而保证建筑物内各机电设备系统运行的经济性，保证管理的现代化、信息化和智能化。
BAS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。
、BAS的功能及工作原理
BAS通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。
根据我国行业标准，BAS又可分为设备运行管理与监控子系统和消防与安全防范子系统。
一般情况下，这两个子系统宜一同纳入BAS考虑，如将消防与安全防范子系统独立设置，也应与BAS监控中心建立通信联系以便灾情发生时，能够按照约定实现操作权转移，进行一体化的协调控制。
BAS的基本功能可以归纳如下：
（1）、自动监视并控制各种机电设备的起、停，显示或打印当前运转状态。
（2）、自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史数据。
（3）、根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使之始终运行于最佳状态。
（4）、监测并及时处理各种意外、突发事件。
（5）、实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。
（6）、能源管理：
水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化。
（7）、设备管理：
包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。
BAS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。
、BAS的发展
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LON现场总线，从分站内部走向设备现场，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LonWorks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（EBI）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。
目前，规模和影响较大的楼宇设备供应公司有美国霍尼维尔公司、江森公司、KMC公司、德国西门子公司等。
2、常见名词
、相关词汇
、5A写字楼
5A写字楼即甲级写字楼。
写字楼市场目前流行两大评定标准，一是甲级写字楼，一是5A写字楼。
所谓甲级写字楼，实为一种通行叫法，并没有固定标准，因为谁也不愿意被叫成乙级写字楼。
这样，恨不得任何一个有玻璃幕墙、带电梯、“长”得高一些的写字楼都自称为甲级写字楼。
相比之下，5A写字楼倒是有一定的标准，类似于酒店星级评定的方法。
所谓5A，是指智能化5A，包括：
OA：
办公自动化系统；
CA：
通讯自动化系统；
FA：
消防自动化系统；
SA：
安保自动化系统；
BA：
楼宇自动控制系统。
那么，5A写字楼具体有哪些标准呢？
第一要素：
黄金区位
房地产开发有三大要素，第一是地段，第二是地段，第三还是地段。
这对于酒店可能并非个个是真理，但对于写字楼，几乎无反例，其无疑是投资和购买写字楼的第一要素。
第二要素：
超大规模
这里所说的超大规模，不仅是指建筑体量本身比较大，而且更强调其规模的伸展力及拓展性。
一方面，不仅是写字楼建筑本身的规模要大，而且必须要有强大的综合配套，经营成一个集写字楼、公寓、商住、星级酒店、会展中心、休闲娱乐及购物中心于一体的大空间。
另一方面，还要视其交通条件而论，四通八达的交通一定是其写字楼规模的重要支撑。
一个写字楼如果没有相当大的建筑体量和规模化的配套设施，是难以称得上五星级的。
第三要素：
建筑文化
所谓建筑文化，对酒店可能是指国王饭店、皇后饭店这样的历史，但对于写字楼而言，与其说是世贸中心、国贸中心这样的品牌文化，倒不如直接说成是摩天大楼的建筑文化。
无论西方还是东方，无论发达还是落后，一谈到写字楼，都有明显的摩天大楼的情结。
尽管美国世贸中心被炸影响了世界各地对摩天大楼的追求，但估计这是暂时的。
因为从道理上讲，低矮的五角大楼也同样易于被攻击。
第四要素：
硬件设施
就像星级酒店在硬件配套上追求奢华极致一样，在写字楼方面追求的硬件，更多的是科技与创新。
这好比比尔·盖茨的科技豪宅与常规豪宅的区别，当然，科技豪宅也同样拥有奢华，只是强调重点已经转移。
除此之外，其所用的建筑技术、标准层高、标准承重、弱电系统、新风系统，以及电梯、智能等，都较酒店更先进。
但就写字楼的本质而言，硬件设施的最大追求应该是创新，主要体现在建筑设计和建筑功能的创新上。
第五要素：
软件服务
相对酒店的五星级服务标准，写字楼服务有了明显的变化，一方面体现在高效的物业管理上，另一方面体现在对入住企业的专业化商务服务上。
比如，将洗衣送餐这些酒店式服务改写为卫星会议、活动策划、会展中心等服务。
又如，一些新型写字楼不仅能够实现全天候空调节假日无休，而且还在送餐、夜餐甚至代办员工地铁月票等方面下功夫。
、DDC控制器
、DDC的定义
DDC（DirectDigitalControl）直接数字控制，通常称为DDC控制器。
DDC系统的组成通常包括中央控制设备（集中控制电脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等）、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。
它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件,及优于PLC等，特别成为各种建筑环境控制的通用模式。
DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。
DDC系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。
同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。
、工作原理
所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。
这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。
DDC控制器是整个控制系统的核心。
是系统实现控制功能的关键部件。
它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道（AI）和数字量输入通道（DI）采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号（A/D转换），然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号（D/A转换），并通过模拟量输出通道（AO）和数字量输出通道（DO）直接控制设备的运行。
、功能介绍
DDC控制器的软件通常包括基础软件、自检软件和应用软件三大块。
其中基础软件是作为固定程序固化在模块中的通用软件，通常由DDC生产厂家直接写在微处理芯片上，不需要也不可能由其它人员进行修改。
各个厂家的基础软件基本上是没有多少差别的。
设置自检软件和保证DDC控制器的正常运行，检测其运行故障，同时也可便于管理人员维修。
应用软件是针对各个空调设备的控制内容而编写的，因此这部分软件可根据管理人员的需要进行一定程度的修改。
它通常包括以下几个主要功能：
（1）、控制功能
提供模拟P、PI、PID的控制特性，有的还具备自动适应控制的功能。
（2）、实时功能
使计算机内的时间永远与实际标准时间一致。
（3）、管理功能
可对各个空调设备的控制参数以及运行状态进行再设定，同时还具备显视和监测功能，另外与集中控制电脑可进行各种相关的通讯。
（4）、报警与联锁功能
在接到报警信号后可根据已设置程序联锁有关设备的启停，同时向集中控制电脑发出警报。
（5）、能量管理控制
它包括运行控制（自动或编程设定空调设备在工作日和节假日的启停时间和运行台数）、能耗记录（记录瞬时和累积能耗以及空调设备的运行时间）、焓值控制（比较室内外空气焓值来控制新回风比和进行工况转换）。
评价一个DDC控制器的功能主要看其容量和配套的软件。
DDC控制器的容量是以其所包含的控制点的数量来衡量的，即其可接受的输入信号或可发出输出信号的功能和数量。
也就是说其有几个模拟量输入点，几个开关量输入点，有多少个模拟量输出点和多少个开关量输出点。
点数多少是评价一个DDC控制器的重要指标，一般来讲点数越多表明其功能越强，可控制和管理的范围越大，当然其价格也会越高。
、DDC系统的费用及应用
专门使用的DDC系统具有很多优点，以下列出其中最重要的几点：
（1）、操作
终端DDC系统是建筑物管理的有力工具，它的操作系统可方便地管理一个或多个岗位，可及时按客户要求或程序要求作出反应，DDC系统允许控制器在操作时间内同时具有其它功能，这一点是区别于传统系统的。
DDC系统可以单个终端获得整个建筑操作的所有信息，这就具有很强的故障诊断能力。
（2）、降低费用
一个良好设计的DDC系统可在能源和人力方面降低费用。
由于所有区域都经中心调度和控制可通过能量的转移而使之不会浪费，而且，系统可自动启动或停止机械设备，使其在不必要时不运转。
它还可通过操作终端自动诊断和处理许多问题，而无需维修人员亲临现场，从而省去许多费用，降低维修成本。
处于不同位置的多个建筑，可由一个中心控制室统一管理和监控，而不必单独控制，从而节省了人力。
（3）、提高舒适性
由于DDC系统比传统系统具有更高的精确度，温度可保持在更接近于设定值的值，为此改善居住环境。
（4）、无需校准
多数DDC系统无需校准，可减少维修保养费用，并长期保持精度，而传统系统校准后就开始降低精度。
（5）、改善控制方式
DDC系统允许更复杂的控制方式以完成整栋大楼的基本管理，这样可减少执行费用并改善其居住的舒适性。
DDC系统可根据建筑各部分的实际制冷量，调节冰水（寒水）机组的供冷量，以达到冷却水温要求又不致过冷，当建筑冷量需求变化时，还可随之调整冰水（寒水）机组。
（6）、提高房产价值
一套配有DDC系统的设备比未配DDC的设备具有更高的价值，它经常作的一个完整施工计划的重要组成部分，当一栋建筑预售时，预购者常之考虑该建筑是否装有最新管理系统。
（7）、更优越的控制
由于DDC系统可完成各种逻辑功能，可按建筑操作的客观情况作出复杂而精确的控制。
因而更具优越性。
（8）、高度灵活的控制
建筑物的各种参数往往不是一成不变的，新的客户或旧客户的新要求往往需要改变大楼的控制要求，多数DDC系统可按新要求重新编写程序，而不必改变硬件。
而且，DDC系统是模式化系统，便于以后大楼扩建，如大楼改建时，该系统可随之扩展。
（9）、改善居住条件
许多大楼的所有者使用DDC系统以鼓励租期已到的客户留在大楼中，当客户看到他们住处具有成效管理系统时，他们对大楼就更满意。
（10）、改善维护和服务
整栋建筑采用DDC系统后，维护工作可通过系统自动做到，并纪录需要服务的设备和地点，如需要，DDC系统还可纪录各部分机械的运转性能曲线和各房间的温度变化，这些在分析和诊断机械系统或控制器问题时十分有益，因为系统能发展操作中的许多偏差，故许多问题可在客户察觉前解决。
、PLC与DDC的对比
关于PLC与DDC，哪个应用在楼宇自控系统中更有优势，做如下面的比较：
（1）、应用领域：
DDC是由PLC发展而来的，PLC是专门应用在工业自动化方面的，在国内几乎全部的工业生产流水线控制系统，火力发电厂控制系统，钢铁厂控制系统都是应用了PLC系统，目前也有相当一部分楼控系统也应用了PLC。
楼宇自控DDC是生产厂家根据楼宇自控特点从PLC发展而来的，与PLC的区别其实只是在其内部固化了一部分程序，但同时也缺少的PLC的灵活性和应对复杂电磁干扰环境的能力。
（2）、结构差别：
通过多年的发展，现在的PLC在网络方面其实与DDC是一样的，也支持多种协议，也是分层结构，也可以实现点对点通讯，PLC分布在现场的各站点是不需要通过上位机就能进行通讯管理的。
（3）、软件特性：
DDC系统的上位机软件多为专用软件，其实从另一个侧面说明其不兼容，每个厂家的软件都有不一样，而且很多是英文的，这对技术员来讲更是恶梦的开始。
而PLC系统上位机软件既可是专用软件，又可是通用组态软件，现在国内通用组态软件都是纯中文的，组态灵活方便。
通用组态软件能应对复杂的工业控制系统，对区区楼控又何在话下。
再说无论是PLC系统还是DDC系统的调试都是有专业调试人员完成组态，再培训业主操作管理，对业主来讲其实是一样的，反观通组态软件既能实现专业软件的所有功能，又能实现专业软件很多不能实现的功能（如高仿真界面、人声报警、用户定制功能等）。
（4）、专业性：
现在很多楼控工程都应用了PLC系统，事实证明上述DDC功能PLC系统也能完成，经验丰富的PLC楼控实施商，也已积累了全部控制流程程序、能源管理及节能程序，同时由于其对所有流程程序拥有源程序，所以可以针对不同项目迅速做出量身定制的功能。
由于也有现成的流程程序，现场调试工作也非常短，同时也会比DDC调试更顺利，因为DDC内置程序只有接口函数，是固定格式，如遇特殊需求就得与远在千里之外的厂家工程师联系，而且能不能解决就不一定了。
（5）、 扩展性：
谁都知道PLC系统是通用性、开放性系统。
现阶段大多数PLC系统与大多数DDC系统操作员站之间用的都是TCP/IP协议，都可以做到有网络就可接入。
而目前DDC系统软件按用户数收取昂贵费用，令大部分已完工的楼控系统对分控操作站想要而不敢想啊！
PLC系统正好有此优势。
（6）、安全性：
其实这个问题只要想象一下:
一个火力发电厂正在发电，突然一个PLC模块坏了，如像上述所说的要将整个系统停机才能更换，那会是怎样的后果，锅炉都有可能爆炸啊！
呵呵！
比楼控后果要严重得多吧！
现在很多PLC系统的模块都是热拔插、热备冗余（这几个功能，楼控好像是这几年向PLC学的吧），PLC是面向工业环境开发的，在复杂的工业控制环境下模块的故障或系统停机都可能产生重大事故或人员伤亡，可靠性要求较DDC又何止高一等啊！
不知上述论述是怎么产生的。
PLC控制核心能够在恶劣的环境中长期可靠、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔（MTBF）大于15年。
（7）、调试繁简度：
PLC编程现在用得最多的是梯形图语言，这种语言形象化、所见即所，不需要英语水平，普通电工就能学会。
现在的PLC系统与DDC系统一样，都能坐在舒适的机房内通过一台笔记本电脑和一根网线就能将系统全部调试好。
至于精度问题拿产品技术参数一看便知啊！
只想说一句：
难道工业控制对精度的要求会低于楼控？
我想是个人都不会这样想吧！
哈哈！
现代化工业生产线上的控制系统动不动就是上万点（基本上都采用PLC，却没有一个用DDC），而且要求做到毫秒级网络连接，DDC能做到不？
综述：
其实DDC是由PLC发展而来的，是生产厂家专门针对细化市场而设计的，其与PLC最大的优势就只有固定的一部分控制程序这一项，其它性能方面应都较PLC差。
DDC由于只针对楼控这一个专业细分市场，全国市场容量不大，也就造成DDC为什么性能不突出，价格却较高的根本原因。
DDC中固定一部分控制程序，厂家的最初出发点是因为楼控系统的承建方，大多是弱电系统集成商，这个群体对自控技术接触得相对较少，所以厂家必须做一个容易的产品供其调试。
但正因为这样也便其失去了灵活性。
如碰上了经验丰富的自控工程师，其产品内固定的程序反而成为其发挥能力的包袱。
楼控系统完工交付用户后，由于用户维护工程师在社会上接触得更多的是PLC，PLC编程现在用得最多的是梯形图语言，这种语言形象化、所见即所，不需要英语水平，普通电工就能学会，所以其维护技术和成本反而更低。
再说一句题外事，现在几个楼控系统由完全由弱电集成商调试成功过，成功的楼控都是由经验丰富的调试工程师全程参与完成的。
而经验丰富的调试工程师是用PLC还是DDC就没有关系了。
、PID控制
、PID的定义及概述
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。
反馈理论的要素包括三个部分：
测量、比较和执行。
测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
（1）、比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-stateerror）。
（2）、积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（SystemwithSteady-stateError）。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到接近于零。
因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后几乎无稳态误差。
（3）、微分（D）控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。
所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
、PID的用途
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器（intelligentregulator），其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器（PLC），还有可实现PID控制的PC系统等等。
可编程控制器（PLC）是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器（PLC）可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。
还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。
、PID系统的分类
（1）、开环控制系统
开环控制系统（open-loopcontrolsystem）是指被控对象的输出（被控制量）对控制器（controller）的输入没有影响。
在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。
（2）、闭环控制系统
闭环控制系统（closed-loopcontrolsystem）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。
闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（NegativeFeedback），若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。
闭环控制系统的例子很多。
比如人就是一个具有负反
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