浅谈智能建筑楼宇自控系统
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【摘要】本文介绍了楼宇自控系统；PID调节及控制技术；集散控制系统；现场总线技术
【关键词】楼宇自控系统；PID调节；集散控制系统；现场总线技术
中图分类号： TB381 文献标识码： A
1 前言
智能建筑已成为未来建筑的标志，是信息时代的必然产物，它是建立在建筑设计、信息科学、行为科学、环境科学、系统工程学、人类工程学等各类学科之上的交叉应用，是人、信息及工作环境的智能结合。楼宇自控系统是实现智能建筑的基础。现就有关于楼宇自控系统的问题做些介绍，以供探讨。
2 楼宇自控系统的概念
楼宇自控系统（Building Automation System，简称BAS）是指采用现代计算机技术对智能建筑中分散的各类建筑设备的运行、能源使用状况、安全状况以及节能等进行有效的综合自动监测、控制与管理的系统，确保建筑物内舒适、安全的工作、生活环境，同时实现高效节能的要求。
3 PID调节及控制技术
自控系统包括现场传感器、变送器、输入/输出接口、执行机构、控制器。控制器的输出经过输出接口、执行机构，被加到受控系统；控制系统的被控量经过现场传感器、变送器，通过输入接口送到控制器。在工程实际中，比例―积分―微分控制（PID）又称PID调节，是应用最广泛的调节器控制规律。
PID调节器是根据系统的给定值与实际值的偏差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。自控系统要很好地完成控制任务，必须在满足工作状态稳定的前提下，同时保证系统的精度，满足调节过程的质量指标要求。比例控制系统的响应快速性作用于输出；积分控制系统的准确性消除过去的累积误差；微分控制系统的稳定性具有超前控制作用。因此，PID调节可以解决在控制过程中，系统稳定性与精度之间的矛盾。
4 集散控制系统及现场总线技术
集散控制系统（DCS）是采用分散控制策略、集中管理的计算机控制系统。它通过分布在现场的数字化控制器完成对被控设备的实时监测、控制和保护任务，以具有强大数据处理、记录、显示及丰富软件功能的中央计算机完成优化管理、集中操作及显示报警等工作。集散控制系统（DCS）是一种横向分散、纵向分层的体系结构，功能分层可分为现场控制级、监控级、管理级，层与层之间通过通信网络相连。现场控制级由现场直接数字控制器（DDC）及现场通信网络组成，其主要功能为采样现场数据，处理采样数据，控制算法与运算，执行控制输出，并与监控级、其它站点进行数据交互，实现对现场设备的实时监测与诊断。监控级由一台或多台通过局域网连接的计算机工作站构成，作为现场控制器的上位计算机。监控计算机可分为以管理、改进系统功能为目的的监控站及以操作为目的的操作站，其主要功能是采集数据，进行数据转换与处理，进行数据监视和存储，实施连续控制、批量控制或顺序控制的运算和输出控制，进行数据和设备的自诊断，实施数据通信。管理级的中央管理计算机是以中央控制室操作站为中心，辅以报警装置、打印机等外设组成，是集散控制系统（DCS）人机联系的主要界面。中央管理计算机是对整个系统的集中操作和监视，其主要功能为实现数据记录、存储、显示和输出，优化控制和优化整个集散控制系统的管理调度，实施故障报警、事件处理和诊断，实现数据通信。
现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线作为传送信息的公共路径实现信息互换，并共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统，是计算机控制系统与通信技术相结合的产物，其本质体现在以下六个方面：
（1）现场设备互连。
（2）现场通信网络。
（3）互操作性。
（4）分散功能块。
（5）通信线供电。
（6）开放式互联网络。
现场总线的特点可归纳为以下五点：
（1）用数字化通信代替4～20mA模拟信号传输。
（2）控制功能下移，实现彻底的分散控制。
（3）具有互操作性。
（4）集现场设备的远程控制、参数化及故障诊断为一体。
（5）真正的开放系统。
由于现场总线技术体现出的特点及优势，现今楼宇自控系统（BAS）多采用在集散控制系统（DCS）中引入现场总线进行数据传输，从而进一步完善了整个系统的控制、管理、决策等功能。常用的主流现场总线有：控制器局域网（CAN）、LonWorks、PROFIBUS、INTERBUS等。
5 楼宇自控系统的内容
楼宇自控系统对楼宇内暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯系统进行综合协调、运行管理和维护保养，为所有机电设备提供安全、可靠、节能、长效运行的保证，实现暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯系统之间的信息互通，从而提高整个建筑物内部设备运行的效率，减少能源消耗，同时使管理者随时掌握设备运行状况、能量消耗情况及各种参数变化情况。楼宇自控系统包括对空调、给排水、供配电、照明、电梯系统的监视及控制。楼宇自控系统应根据建筑设备的情况选择配置以下各项监控功能：
（1）压缩式制冷系统和吸收式制冷系统的运行状态监测、监视、故障报警、启停程序配置、机组台数或群控控制、机组运行均衡控制及能耗累计。
（2）蓄冰制冷系统的启停控制、运行状态显示、故障报警、制冰与溶冰控制、冰库蓄冰量监测及能耗累计。
（3）热力系统的运行状态监视、台数控制、燃气锅炉房可燃气体浓度监测与报警、热交换器温度控制、热交换器与热循环泵连锁控制及能耗累计。
（4）冷冻水供、回水温度、压力与回水流量、压力监测、冷冻泵启停控制和状态显示、冷冻泵过载报警、冷冻水进出口温度、压力监测、冷却水进出口温度监测、冷却水最低回水温度控制、冷却水泵启停控制和状态显示、冷却水泵故障报警、冷却塔风机启停控制和状态显示、冷却塔风机故障报警。
（5）空调机组启停控制及运行状态显示；过载报警监测；送、回风温度监测；室内外温、湿度监测；过滤器状态显示及报警；风机故障报警；冷（热）水流量调节；加湿器控制；风门调节；风机、风阀、调节阀连锁控制；室内CO2浓度或空气品质监测；（寒冷地区）防冻控制；送回风机组与消防系统联动控制。
（6）变风量（VAV）系统的总风量调节；送风压力监测；风机变频控制；最小风量控制；最小新风量控制；加热控制。
（7）送排风系统的风机启停控制和运行状态显示；风机故障报警；风机与消防系统联动控制。
（8）风机盘管机组室内温度测量及控制；冷（热）水阀开关控制；风机启停及调速控制；能耗分段累计。
（9）水泵自动启停控制及运行状态显示；水泵故障报警；水箱液位监测、超高与超低水位报警。污水处理系统的水泵启停控制及运行状态显示；水泵故障报警；污水集水井、中水处理池监视、超高与超低液位报警；漏水报警监视。
（10）中压开关与主要低压开关的状态监视及故障报警；中压与低压主母排的电压、电流及功率因数测量；电能计量；变压器温度监测及超温报警；备用及应急电源的手动/自动状态、电压、电流及频率监测；主回路及重要回路的谐波监测及记录。
（11）大空间、门厅、楼梯间及走道等公共场所的照明按时间程序控制（值班照明除外）；航空障碍灯、庭院照明、道路照明按时间程序或按亮度控制和故障报警；泛光照明的场景、亮度按时间程序控制和故障报警；广场及停车场照明按时间程序控制。
（12）电梯、自动扶梯的运行状态显示及故障报警。
（13）当热力系统、制冷系统、空调系统、给排水系统、电力系统、照明系统和电梯管理系统等采用分别自成体系的专业监控系统时，应通过通信接口纳入楼宇自控系统。
6 结束语
随着计算机技术的飞速发展，采用开放性技术的楼宇自控系统将对建筑的安全性、舒适性、高效性、经济性、适应性等方面起到更大的作用。
参考文献
[1]《智能建筑设计标准》GB/T50314-2006中华人民共和国国家标准
[2]徐洪彬《现代酒店智能化系统工程》东南大学出版社
[3]《智能建筑电气技术》中国电力出版社
[4]龚威《现代楼宇自动控制技术》清华大学出版社