建筑设备自动化知识点

建筑设备自动化系统含义

建筑设备自动化系统，简称BAS，（Building Automation System）是将建筑物或建筑群内的电力、照明、空调、电梯、给排水、防灾、保安、车库管理等设备或系统进行集中监视、控制和管理为目的而构成的综合系统。又称为建筑管理系统（BMS），是广义的BAS。BAS 是智能建筑的主要系统和重要标志

建筑设备自动化系统整体功能

以最优控制为中心的过程控制自动化

以运行状态监视为中心的维护管理自动化

以安全状态监视和灾害控制为中心的防灾自动化

以节能运行为中心的能量管理自动化

计算机控制系统分类

1按控制形式分: 开环、闭环

2按控制规律分: 顺序控制

常规控制（PID）

先进控制（最优、预测）

智能控制（模糊、神经网络、专家系统）

3按应用分: 操作指导控制系统

直接数字控制系统（DDC）

监督计算机控制（SCC）

集散控制系统（DCS）－分布式控制系统

现场总线控制系统（FCS）

计算机集成制造系统（CIMS）

集散控制系统（DCS）

①体系结构

基本思想：

分散控制、集中操作、分级管理、综合协调

分三级：

1、现场控制级

2、监控级

3、企业管理级

②基本组成

1现场I/O控制站：采集各种参数和状态信号并进行数据

处理；信息的传送与接收；现场控制

2操作员站：为操作人员提供人机界面，使操作员及时了

解现场运行状态，各种参数的值是否异常等，并可通过

输入设备对工艺过程进行调节；处理历史数据，完成报

表、历史趋势曲线

3工程师站：对系统进行离线配置和组态

4管理计算机：收集各部门信息，进行分析综合，并作出决策，实现管理控制一体化

5数据通信网络：传送数据

现场总线控制系统

①现场总线的含义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，是多点通信的底层控制网络。

②现场总线控制系统的基本组成

③现场总线控制系统的特点：

1现场通信网络分散型控制系统的网络截止于控制器或现场控制单元，现场信号仍然是一对一的模拟信号传输。而现场总线把通信线一直延伸到生产现场或生产设备，即延伸到传感器、变送器或执行器等。

2现场设备互连一对信号传输线将N个现场智能节点连接在一起，相互之间能够进行双向信号传输。

3互操作性来自不同制造厂的现场设备，不仅可以互相通信，而且可以统一组态，构成所需的控制回路，共同实现控制策略。

4分散的体系结构现场总线废弃了DCS的现场控制单元和控制器，把DCS控制器的功能块分散给现场仪表，从而构成虚拟控制站。

5通信线供电现场总线常用线为双绞线，通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上获取能量。

6开放式互连网络即可以与同类网络互连，也可与不同类型网络互连。通过网络对现场设备和功能块统一组态，能把不同厂商的网络及设备融为一体，构成统一的现场总线控制系统。计算机通信网络协议

协议是关于信息交换的术语，由语法、语义和定时三部分组成。

开放系统互联参考模型

一个典型的开放系统结构可以应用在工业和商业的控制系统上，按照布置所有的开放系统元件，使用标准协议作为本系统语言，无需翻译，可以相互通信。

国际标准化组织（ISO）的ISO7498所定义的开放系统互连模型OSI作为通信网络国际标准化的参考模型，它详细描述了软件功能的七个层次。如表一所示：

Lontalk协议

Lontalk协议是LonWorks技术所使用的通信协议，是LonWorks技术的核心技术之一。LonWorks 技术概述

LonWorks技术由美国Echelon公司20世纪90年代初开发推出的点对点双向通信的单层分布式控制网络。

Lonworks技术基于LonTalk协议采用自由拓扑结构方式把控制单元连接成开放的测控网络，这个网络符合国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互联（OSI）模式。

LonWorks技术的优点

1网络结构灵活，组网方便。LonWorks网络具有自由拓扑结构，可以是总线型、星型、树型、复合型等，实现真正的点对点通讯。

2LonWorks 技术支持多种通讯介质和多种传输速率。支持的通讯介质有双绞线、同轴电缆、光纤、无线微波、红外线、超声波等，甚至多种介质能在同一网络中混合使用。

3完善的开发工具。

4无主的网络系统。

5开发LonWorks网络节点的时间短，易于维护。

BACnet和LonWorks的比较

在建筑设备自动化系统中，BACnet和LonMark标准互为补充，实现了实时控制域和管理信息域的网络化运作。

两者尽管目标不一致，但在应用时却有交叉。

BACnet协议是信息管理域方面：BACnet协议是为实现不同的系统互联而制定的标准。BACnet有比LonMark更为大量的数据通讯，运作高级复杂的大信息量，有更强大的过程处理、组织处理能力。适于大型智能建筑，大型智能建筑其分为若干区域，此时很有可能几个不同的系统（不同厂家的）存在。如果希望可以在一个用户界面进行整个系统的操作，BACnet 是最经济、最理想的选择。

LonMark标准是实时控制域方面：LonMark标准为建筑物自控系统中传感器与执行器之间的网络化，实现互操作性产品制定的标准；是控制现场传感器与执行器之间实现互操作的网络标准。因此，适合智能型大楼中HV AC、电力供应、照明系统、消防系统、保安系统之间进行通讯、互操作，此时，LonMark可以提供一种较为经济的方法，因为该协议对这种类型的运用效果最佳。

总之，在实时控制域方面，尤其在设备级适于采用LonWorks技术标准，而在信息管理域方面、在上层网之间互联适用BACnet标准，这二者之间不是竞争而是互补。

而以LonWorks 技术为核心的LonMark 标准将被世界更多标准组织认证与认可、引用。新风机组监控系统

定义：新风机组是为各房间提供一定的新鲜空气，满足人员卫生要求。

构成：新风机组由新风阀、过滤器、空气冷却器/空气加热器、送风机等组成。

控制内容：1、送风温度控制2、送风相对湿度控制3、防冻控制4、二氧化碳浓度控制

一、送风温度控制

工作原理：以被处理的新风出口温度保持恒定值为原则。

1.监测功能

1）风机的状态显示、故障报警。

2）测量风机出口空气温湿度参数。以了解机组是否将新风处理到要求的状态。

3）测量新风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要更换。

4）检查新风阀状况，以确定其是否打开。

2. 控制功能

1）根据要求起/停风机。

2）自动控制空气－水换热器水侧调节阀，使风机出口空气温度达到设定值。

3）自动控制蒸汽加湿器调节阀，使冬季风机出口空气相对湿度达到设定值。

4）控制新风电动风阀。

3. 联锁及保护功能

1）在冬季，空气－水换热器的防冻保护。

热水温度过低或停止供应时，系统自动停止风机关闭新风阀；热水恢复温度或供应时，重新起动风机打开新风阀。

2）风机停机，风阀、电动调节阀同时关闭；风机起动，风阀、电动调节阀同时打开。

4. 集中管理功能

1）显示新风机组起/停状况，送风温度、湿度、风阀、电动调节阀的状态；

2）通过管理计算机起停新风机组，修改送风参数的设定值；

3）管理计算机对运行状况进行故障报警；

4）自动/远程控制。

二、室内温度控制

直流式系统，新风还承担全部室内负荷，必须在被控房间的典型区域安装温度传感器对室内温度进行控制。

三、送风温度与室内温度的联合控制

非直流式系统中，新风机组通常与风机盘管一起使用，新风机组承担部分室内负荷，应采用送风温度与室内温度的联合控制方式。

制冷工况和供热工况：被控量为送风温度过渡工况：被控量为室内温度。

四、CO2浓度控制

目的：房间人数不多时，减少新风量，以节省能源。

五、根据焓值控制新风量

目的：根据新风、回风焓值的比较来控制新风量与

回风量，达到节能的目的。

Qw＝（hw-hr）

hw－新风焓值

hr－回风焓值

qv－新风量

说明：

1）焓值控制器实际上是焓比较器。

2）焓值控制器与阀门定位器配合，用一个控制器

控制三个阀门，实现分程控制。

3）温、湿度传感器可以直接采用焓值控制器。

4）热水阀与冷水阀开度由室内温度控制器控制。

5）若B区，新风阀处于最大开度，室温仍高于给定值，系统失调，应由室内温度控制系统进行控制。

变风量末端装置：

1）按照是否补偿系统送风压力变化分类，有压力相关型和压力无关型。

2）按有无风机分类，有基本型和风机动力型（串联风机型和并联风机型）。

3）按单、双风道分类，有单风道型和双风道型。

压力有关型末端风口：根据房间温度实测值与设定值之差，温度控制器直接调整末端装置中的风阀。这样做，当某个房间温度达到要求值时，由于其它房间风量的变化或总的送风机风量有所变化导致连接末端装置风道处的空气压力有变化，从而使这个房间的风量变化。由于房间热惯性较大，在此瞬间房间温度并不变化。待房间温度发生足够大的变化后，再对风阀进行调整，又会反过来影响其它房间的风量，并引起温度变化，这样各房间风阀不断调节，风量和温度不断变化，导致系统不稳定。

一种改进的方法是采用：

压力无关型末端风口：此种末端上装有风量测量装置，房间温度的变化不再由温度控制器直接改变风阀开度，而是去修正风量设定值。风阀则根据实测的风量与风量设定值进行调整。这样，当某房间风量由于风道内压力变化而变化时，末端控制装置会直接调整风阀，以维持原来的风量，房间温度不会由此引起波动。

送风机的控制

1、定静压变温法（CPT）

控制原理：

在保证系统风管上某一点(或几点平均，常在离风机约2／3处)静压一定的前提下，室内要求风量由V A V所带风阀调节；系统送风量由风管上某一点(或几点平均)静压与该点设

定静压的偏差按已定的控制规律控制变频器，通过变频器调节风机转速来确定。

还可以根据送风温度控制器改变送风温度来满足室内环境舒适性的要求。

缺点：

（1）系统送风量由静压值控制，回使风机转速过高，节能效果差。

（2）变风量末端装置的风阀开度小时，气流通过的噪声大，影响室内环境。

（3）静压点的确定复杂，科学性差。

2、变静压法（最小静压法）

基本思想：尽量使每个V A V风阀处于全开状态（即开度在80％－90％之间），把系统静压降至最低，在改变空调系统的送风量时能最大限度地降低风机转速，达到节能的效果。

控制原理：根据变风量末端风阀的开度，阶段性地改变风管中压力测点的静压设定值，在适应流量要求的同时，控制送风机的转速，尽量使静压保持允许的最低值，以最大限度节省风机能量。

变风量末端阀如何影响控制过程？

变风量末端装置的风阀是全部处于中间状态→系统静压过高(系统提供的风量大于每个末端装置需要的风量) →调节并降低风机转速。

变风量末端装置的风阀全部处于全开状态，且风量传感器检测的实际风量等于温控器设定值→系统静压适合。

变风量末端装置的风阀全部处于全开状态，且风量传感器检测的实际风量低于温控器设定值→系统静压偏低→调节并提高风机转速。

变静压法的特点：节能效果好，控制精度高，空气品质好。

控制复杂，调试麻烦。

调节效果具有一定的滞后性。

3、总风量控制法

控制机理：所有末端设定风量之和就是系统当前要求的总风量，用该风量对风机实施前馈控制。

在空调系统阻力系数不发生变化时，总风量和风机转速满足下列关系式：

n1,n2风机转速，G1，G2风机的风量，λ比例系数。

确定调节用风机转速时，必须考虑各末端风量变化的不均匀性。

总风量控制法的特点：

（1）总风量控制方法在控制形式上具有比静压控制简单的多的结构。

（2）总风量控制方式在控制特点上是直接根据设定风量计算出要求的风机转速，具有某种程度上的前馈控制含义。

（3）总风量控制方式在控制性能上具有快速、稳定的特点，不像压力控制下系统压力总是有一些高频小幅振荡。

（4）总风量控制在风机节能上介于变静压控制和定静压控制之间，并更接近于变静压控制。

（5）总风量控制有自己的缺陷，即增加了末端之间的耦合程度。

一级泵冷冻水系统压差控制

工作过程：

设计工况下所有设备满负荷运行，旁通阀开度为零，

压差传感器两端接口处的压差为压差控制器的设定值?P0。

当用户末端负荷变小时，用户末端的两通阀关小，

供、回水压差高于设定值，压差控制器控制旁通阀打开，

减小供、回水压差直至达到?P0时，才停止。

若冷水的旁通量超过了单台冷水循环泵流量时，则

自动关闭一台冷水循环泵。对应的冷水机组、冷却水泵

及冷却塔也停止运行。

一级泵冷冻水系统冷冻机台数控制

（1）操作指导控制：

自动采集计算实际冷负荷；人工控制冷冻机运行台数及相应联动设备的控制。

11

22G G n n λ=??G

G n n =设计运行运行设计

特点：

开环控制结构，简单、灵活；

控制过程慢、实时性差，节能效果差。

（2）压差旁通阀位置控制：

负荷时，一台冷水机组运行，旁通阀处于某

一开度位置；

随着负荷增加，旁通阀开度逐渐减小，达到

某一负荷时，旁通阀全关，限位开关闭合，启动

第二台冷水机组及水泵等辅助设备。

同理，负荷继续增加，启动第三台冷水机组

及水泵等辅助设备。

（3）恒定供回水压差的流量旁通控制：

以旁通流量控制冷水机组和水泵的起停。

由满负荷降至66.6％负荷时，停止一台冷水机组和水泵；降至33.3％负荷时，再停止一台冷水机组和水泵。

回水温度控制：

冷水机组冷量计算公式：Q=q m c(t2-t1)

qm－回水流量，

c－水的比热，

t1,t2－冷冻水供回水温度。

冷水机组出水温度通常

设定为7℃，在定流量

系统中，回水温度反映

了需冷量。

(4)冷量控制：Q=q m c(t2-t1)

通过测量用户侧的供回水温度和冷冻水流量，计算出实际需冷量，根据实际需冷量确定冷水机组的运行台数。

注意：qm：用户侧总回水流量，不包括旁通流量。t2：用户侧总回水温度，不包括旁通水。

当用户侧水系统为变流量系统，冷源侧为定流量系统时，冷量控制有四种实施方案。方案一：

方案二：

安装两根回水管、两个回水流量变送器、两个回水温度传感器。

冷负荷：Q=q m c(t2-t1) q m=q1+q2 t2=q2t21+q1t22

q1+q2

方案三：

压差旁通管连接在供、

回水干管上。

方案四：错误的安装方式。

温度传感器和流量变送器测量的是混水温度和混水流量。双参数给水控制系统

以锅炉汽包水位作为主要调节信号，

以蒸汽流量作为辅助调节信号。

特点：

前馈控制，增加了蒸汽流量信号的超前

作用，能克服蒸汽流量扰动对水位的影响，

消除“虚假水位”现象，提高了控制品质。