楼宇自动化的发展现状

楼宇自动化的发展现状

随着计算机技术、控制技术、通信技术及信息技术的飞速发展，人们对生活、办公环境安全性、舒适性的要求日渐增长，智能建筑应运而生。智能建筑通常包含三大基本要素，即楼宇自动化系统（BAS）、通信三者的有机结合，使建筑物能够提供一个合理、高效、舒适、安全、方便的生活和工作环境。其中，楼宇自动化控制系统是智能建筑的一个重要组成部分。楼宇自动化控制系统就是对大厦内的各种机电设施进行全面的计算机监控管理，如空调制冷系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯、消防、安全防范系统等；通过对各个子系统进行监控、控制、信息记录，实现分散节能控制和集中科学管理，为建筑物用户提供良好的工作环境，为建筑物的管理者提供方便的管理手段，从而减少建筑物的能耗并降低管理成本。

下面我就介绍一下楼宇自动化系统的组成、基本功能、原理、核心的软硬件技术、发展历史以及相关产品，使大家对楼宇自动化技术的发展现状有一个较为全面的了解，同时展望一下楼宇自动化的美好未来。

一、楼宇自动化系统的组成与基本功能

建筑设备自动化系统通常包括暖通空调、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，如图所示。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。

建筑设备自动化系统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。

二、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(Distributedcontrol systems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。

以下介绍与分布控制系统相关的几个概念。

1、直接数字控制系统(DDC)

直接数字控制系统(Direct Digital Control简称DDC)。计算机通过模拟量输入通道和开关量输入通道采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道和开关量输出通道直接控制生产过程。因此DDC系统是一个闭环控制系统，是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式。DDC系统中的计算机直接承担控制任务，因而要求实时性好、可靠性高和适应性强。

2、分布式控制系统的体系结构

分布式控制系统(Distributed Control Systems简称DCS)20世纪于70年代中期出现并迅速发展起来，它将计算机技术、控制技术、图形显示技术和通信技术汇集于一体，可对分散在现场的设备进行控制，又可方便地集中管理、操作，与以往的控制系统相比，既避免了单台计算机集中控制的不足，又克服了常规仪表人机交互困难的缺点。

3、现场总线技术的应用——分布式控制系统的进一步分散化

(1)现场总线(Fieldbus)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。不同的现场总线遵循的协议不同，接口标准不同，各具特色。现场总线技术具有如下一些特点：①具有很高的性能价格比。②现场总线把处于设备现场的智能仪表连成网络，使控制、报警、趋势分析等功能分散到现场仪表，使控制结构进一步分散化。③现场总线控制系统是一个开放式系统。

(2)LonWorks技术

LonWorks是一种完全分布式控制的局部操作网(Local Operating Network—LON)技术。LonWorks网络节点由神经元芯片、收发器、固件和I／O接口电路组成。神经元芯片(Neuron chip)是这种智能节点的核心，它由媒体访问控制处理器、网络处理器和应用处理器组成，这就使得节点既能管理网络通信，又具有控制功能。

(3)分布式控制系统的进一步分散化

传统的分布式控制系统在现场控制站这一级依然是一个集中式结构，而现在的分布式控制系统是在原有分布式控制系统的基础上，采用LonWorks现场总线的建筑设备自动化系统发展起来的新系统,标准LAN为原有的分布式控制系统，使用BACnet协议，以利于实现多种供应商的不同类型的子系统之间的通信信息交换，把具有控制功能的各个岛连成一个整体。新增的LonWorks现场总线使用LonTalk协议，把控制功能进一步分散到现场级仪表，标准LAN与现场总线之间的路由器相联。这样BACnet和LonMark两项标准互相补充，互为依托，构成一个完全分散的、真正开放的建筑设备自动化系统。

三、楼宇自动化系统设备的发展历史及相关产品简介

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、执行器的输人输出模块，应用LON 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(LON)。

第四代：网络集成系统(21世纪产品)