楼宇自控系统(BA)
楼宇自控系统 (Building Automation System) 针对楼宇内各种机电设备进行集中管理和监控。这其中主要包括空调新风机组、送排风机、集水坑与排水泵、电梯、变配电、照明等。在整个楼宇范围内，通过整套楼宇自动控制系统及其内置最优化控制程序和预设时间程序，对所有机电设备进行集中管理和监控。在满足控制要求的前提下，实现全面节能，用控制器的控制功能代替日常运行维护的工作，大大减少日常的工作量，减少由于维护人员的工作失误而造成的设备失控或设备损坏。
一般对于一幢现代化楼宇，如果选用一套先进的楼宇自动控制系统，并由专业的技术人员编制的优化软件进行控制，业主可以得到：
由现场控制器全面自动控制所有机电设备，达到一些无法由手动实现的控制功能。
在中央控制室内，在中央工作站上可以直接监视所有的机电设备，通过监视报警状态了解所有的机电设备是否正常运行，并可以实现记录、打印报表等管理功能。
减少日常运行维护的工作量，进而减少日常运行维护人员。
通过最优化控制程序和预设时间程序控制对所有机电设备，实现全面节能，最优的节能效果可达45％。
2、总体功能描述
· 绿色环境控制：可对整个HVAC系统进行控制，在保证环境舒适要求的，最大限度地节省能源。
· 系统管理和密码控制：完善的可设置级别的密码控制，保证操作的合法性与安全性；高级用户可将屏幕设置成自己喜欢的格式，并完成其它高级操作。
· 设备维护功能：设备运行时间指示；负荷分配、设备运行自动转换；与其它维护软件包兼容的接口。
· 节能软件：时间控制、节日转换、线性或等百分比的优化控制、日负荷变化调节和热量控制等。
· 性能卓越的报警处理：报警分级，可以声音、图形、或可执行文件等方式报警，并自动生成详细的报警报告，报警信息可送至不同终端，接通传呼机，单项报警密码保护。
· 灵活的通讯方式：符合国际标准的OSI七层通讯模式，可与其它网络通讯；多用户、多终端的扩展功能；还可构成LAN、WAN自动拨号功能，通过modem与远方联系；接口为双绞电话线/PSTN/X25标准。
· 用户界面：工具条与带特征图形的按钮更便于操作。工程师可直接在图形界面进行图形控制，操作现场设备。同时提供不间断的实时数据和历史数据，使用户更加有效地管理和维护系统。
3、服务器配置
3.1、 客户/服务器
The TAC I/A 终端采用客户机/服务器配置。系统在以太网上运行 TCP/IP协议以及CSMA/CD协议，数据传送速度可达10/100Mbps。服务器提供控制器配置记录以及数据库记录备份，当发生局部数据丢失时，自动恢复现场控制器设置。
TAC I/A 用户软件可安装于以太网上的任意一台PC机上。用户可在控制现场就近对楼宇控制系统进行访问。每个服务器可同时支持五个操作终端。用户可通过这项功能对系统进行远程访问，存储数据记录及警报信息，接收报警信号和报告以及报警及数据记录分析报告，并可对管理报表进行相应格式化。系统也支持多个服务器，每个服务器最多可同时接受5位访问者。也可对一位用户进行设置，使之具有多个服务器的访问权限，可访问其数据记录及报警信息。
3.2、互联网服务
TAC I/A 适用于英特网，在加入网络服务可选功能后，不限数量的用户都可以通过任何一台装有网络浏览器（如NetscapeNavigator、MicrosoftInternetExplorer）的PC在网络服务器上（密码控制）选择察看BAS的任何信息。系统主页可根据客户需求生成，通常由一页或多页HTML、XML语言编写的网页组成。
我们的系统运行在MicrosoftWindows操作环境下。
我们的系统软件是TAC I/A (32位系统)。这个系统代表了最先进BA系统的人机界面。这个系统支持真正的多终端操作，并包含了基于DDE的数据传输和控制功能。请参见后述的软件功能介绍及所附的产品样本。
3.4、网络拓扑
TAC I/A 系统由操作终端、文件服务器、网络接口单元、智能现场控制器等构成上位管理总线和现场控制子网两级网络，形成分布式体系结构。
我们的网络分两层。
上层网 “主干网” 局域网
第一层称为“主干网”，和TAC I/A 操作终端之间使用点对点通讯方式。通讯媒介选用屏蔽双绞线STP(shieldedtwistedpair)。
控制器子网 局域网
第二层是控制器子网。每个子网通过一个ICLON连入“主干网”，通讯媒介将选用屏蔽双绞线(STP,shieldtwistedpair)，我们选用STP是考虑到增强抗干扰性能，在项目中因为配备了数量众多的变频器，这一特性在HVAC系统中显得尤为重要。
上位管理总线由操作终端、文件服务器、网络接口单元、打印机、调制解调器及与他方系统进行数据交换的接口软件等组成。该总线遵循Ethernet标准，采用TCP/IP协议具体技术指标如下：
· 传输速率 10/100Mb/s
· 拓扑结构 总线型结构
· 通讯媒介 同轴电缆Ethernet10Base-2，RG-58
· 遵循的具体网络标准 IEEE802.3
· 介质访问控制方式 CSMA/CD
· 网络层次ISO/OSI层次结构中的物理层和数据链路层
· 传输类型 报文分组交换
· 分组长度 64~1518字节
· 网络接口单元与现场控制器间的最大距离 2.5km
从时间平均值来看，所有该上位管理总线上的站点对网络的访问机会是均等的；按照Ethernet网络协议工作的任意站点(操作终端、文件服务器、网络控制器)都不会妨碍其它站点的扩展；在满负荷条件下，网络相当稳定；单个站点的故障不会影响整个网络，并可通过总线对各站点进行检测、诊断，便于维护和故障恢复。这种上位总线是目前十分流行和通用的管理总线之一。服务器、操作终端的结构使系统可以进行真正的多用户操作(当然分等级权限)。
同时系统支持多客户端/服务器网络结构，每个服务器支持五个客户端的访问，也可以将一个客户端设置成从不同的服务器中读取各自所需的数据。通过在终端或服务器上联接的Modem可以对更远方设备进行监控，当然还包括根据TCP/IP协议在国际互联网上对工程进行监视。在加入网络服务可选功能后，任何一台装有网络浏览器的PC都可以通过网络服务器（密码控制）而选择察看BAS的任何信息。通过网络服务的功能，不限数量的用户将可以察看和访问BAS的信息。
4.1、冷热源系统设备的监控
此项目工程设备多，而且由于空调冷热源系统是建筑物内的用电大户，也是直接决定室内环境好坏的重要系统，并且本部分的价格昂贵、日常保养和维护工作所需的人力和物力也很大。因此，对空调冷热源系统实施有效的监控和管理是至关重要的。
此项目工程中冷热源系统设备主要包括：冷水机组，冷冻水泵、冷却水泵
冷冻站系统的设备监控
楼宇自控系统控制的设备主要有：冷冻水泵、冷却水泵、
1）冷冻站系统监控具体内容：
冷水机组运行状态显示/故障报警/启停控制；
冷水机组冷冻水出口水流量及冷冻水、冷却水供回水温度的检测；
冷冻水泵运行状态显示/故障报警显示/启停控制；
冷却水泵运行状态显示/故障报警显示/启停控制；
冷冻水、冷却水水流状态的监测；
冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、进行电气连锁；
实现冷水机组的顺序启停
开机顺序：管路蝶阀→冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机→冷水机组；
停机顺序：冷水机组→冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机→管路蝶阀；
冷水机组的运行台数，按实际需要的冷负荷（根据流量和温差计算）进行优化选择控制。
冷冻水的补水泵由屋顶膨胀水箱水位信号控制。
2）信息接口方式
冷冻机
如本工程的制冷机组自带连网控制系统，对外提供现场总线接口（RS485/RS232），并开放其通讯协议，因为Niagara Framework 在国外已成功运用了近十年，已经对部分世界知名冷冻机厂家如：YORK、
CARRIER、TRANE等等，已经开发出了配套集成DRIVER。
机电设备的启动命令、运行状态、故障状态
启动命令：通过DDC的干节点实现
运行状态、故障状态：机电设备提供干节点。
各类传感器提取现场数据信号，执行器完成控制动作
3）主要的节能、安全措施
机泵一一对应系统的联锁控制
所谓机泵一一对应，是指一台冷冻水泵、一台冷却水泵和一台冷却塔风机对一台冷水机组，使冷水机组外部构成冷冻水和冷却水的循环运行系统，保证冷水机组正常的向空调系统供冷。
对于这样构成的冷冻水泵-冷却水泵-冷却塔风机-冷水机组系统，常用的联锁控制方法是：
时序控制
按先启动水泵、风机，后启动冷水机组的次序用控制器延时来构成控制程序的方法。操作时只需要启动第一台设备，以后各台设备按已编好的程序一一启动，只能顺程序，不能逆程序。停机时则按相反的次序，先停冷水机组，后停风机和水泵。这样的时间次序符合冷水机蒸发器和冷凝器的热交换程序。启动时，先启动水泵和风机，使热交换器处于温度均匀分布的准备状态；停机时，先停主机，热交换器仍残留剩余冷、热量，风机和水泵再延长一段运行时间，以便存留在蒸发器中的冷量和冷凝器中的热量得到充分的交换，空调系统则可以充分使用冷量。
水流保护
为了保护冷水机组的热交换器，在蒸发器出水总管和冷凝器出水总管上装有水流开关，这些水流开关在水泵启动后水流速度达到一定值后输出接点闭合。水流开关的接点接入冷水机组的控制电路中，作为冷水机组启动控制的一个外部联锁条件，在设计集中控制时可以借用这个外部条件来构成一种联锁控制方案。
冷水机组台数控制
据统计，在此项目这样的办公类建筑中，空调系统的能耗占总能耗的1/3左右，而水系统和冷热源又占空调系统总能耗的80%左右，因此，水系统和冷热源设备是空调系统节能的主要环节。而对冷水机组的运行台数进行控制则是水系统和冷热源设备节能的重要措施。
空调系统负荷时随着室外气象条件而变化的，而空调设计、设备选择是按最不利工况进行的。空调系统在绝大多数时间内在部分负荷下工作。冷水机组的运行台数决定了冷冻水量的大小，因而也确定了冷冻水泵、冷却塔风机的开启台数。用户负荷变化在一台冷水机组容量范围内时，冷水机组的运行台数不变，用户通过调节适应负荷变化，同时通过压差恒定法稳定流过冷水机组的水量。
空调系统的作用就是将经过空气处理设备（空调机组、新风机组、风机盘管）处理后的空气以合理的方式送入空调房间，这些空气带走房间内的热湿负荷，从而提供给我们一个舒适、高效的室内环境。
对于集中式全空气系统的控制，就是通过对空调机组的回风温度的测定，来自动进行分区调节。如果空调区域的温度与设定值有偏差，那么系统会按照一定的控制算法来自动调节（控制）该区域的空调机组表冷器的冷、，使送风温度达到理想值。同时为了最大限度的节省能量，根据全年空调负荷的特点，对空调机组的新、回风比进行调节。
空调机组监控系统主要由风门驱动器、风管式温度传感器、空气压差开关、二通电动控制阀以及控制器等组成。
1) 空调机组监控系统的主要功能：
采用串级控制系统对空调机组的回风、送风温度进行控制，其中回风系统作为主回路，送风系统作为副回路。利用串级调节电动阀调节冷水量控制送风温度，使回风温度维持在设定范围内。
对回风管、新风管的温度与相对湿度进行测量，计算出新风和回风的焓值，控制回风门和新风门的开启比例，从而达到节能。
每台空调机组的过滤网处均设有压差开关，由此来测定过滤网是否淤塞，此信号通过控制器反映在中央控制器中，通知维护人员进行清理。
按照时间表启动/停止风机，可实现运行时间累计。
风机前后设压差开关监测及风机运行状态的监测，风机故障报警。
风机、风阀和水阀联锁控制。
工况手/自动转换。
全热交换器运行故障控制；
空调机组流量监视；
2） 主要节能措施：
新/回风比例调节控制
在空调机组中，回风和新风按照一定的比例进行混合，混合后的空气集中在空调机组对其温湿度进行调节，处理后的空气经风道输送到使用地点，将室内冷热以及湿负荷带走。
空调系统的新风量是指冬夏季设计工况下应向空调房间提供的室外新鲜空气量，它的大小与室内空气品质和能量消耗有关。
在空调系统中，新风主要有三个作用：
- 满足卫生要求：一般是以稀释室内空气产生的CO2，使室内CO2浓度不超过1000ppm (1L/m3)为基准，由此确定常态下的每人新风量为30m3/h。对此项目这类的办公建筑一般采用25~30m3/（h•人）。
- 补充局部排风量：当空调房间内有排风柜等局部排风装置时，为了不使房间产生负压，在系统中必须采用相应的新风量来补偿风量。
- 保证空调房间的正压要求：为防止外界未经处理的空气渗入空调房间，干扰室内空调参数，在空调系统中采用一定量的新风来保持房间的正压。一般普通空调系统室内正压可取5~10Pa。
较大的新风量可以大大提高空调房间的空气质量，但同时空调机组所承担的新风负荷也增加，能耗提高，新风负荷一般占空调负荷的相当部分，有时可达30%~50%，从而减少新风负荷成了有效的节能方法。为了既保证空调房间的空气品质，又达到空调系统节能经济运行的要求，根据全年空调负荷分布的特点，在此项目的方案中，通过对回风管、新风管的温度和相对湿度进行检测，计算新风和回风的焓值，按照新、回风焓值比较来控制新风量与回风量的比例，最大限度的减少人工冷源和热源的使用时间和使用量，这是空调机节能的重要措施。
对于新风加风机盘管系统的控制，除分区自动控制外，还考虑每个不同用户对环境的要求不同，补充以就地直接控制的方式，即在每个房间内分别设置用于控制风机盘管的温控器。温控器具有室内温度传感器，风机转速控制和温度设定按钮。
新风机组监控系统主要由风管式温度传感器、湿度传感器、压差报警开关、风门驱动器等组成。
新风机组监控系统主要功能
通过测定送风温度与设定点（设定值可调）间的差值，对冷/热水电动阀实施控制以保证所要求的送风温度值；同时送风温度设定值可按新风温度再设定，尽量扩大空调对象的温度控制范围，达到节能的效果。
对加湿泵和电磁阀实施控制以确保送风湿度；同时送风相对湿度设定值可按新风相对湿度再设定。
测量水盘管表面温度，当温度低于设定值(可调整)时触发报警并联动一系列的防冻保护动作，如关闭新风阀并打开水阀等；
利用压差开关监测送风机两端的风压时实监控风机的工作状态；
风机前后设压差开关监测及风机运行状态的监测，风机故障报警。
风机、风阀和水阀联锁控制。
工况手/自动转换。
此项目的给排水系统包括生活给水系统、生活水箱、排污等。
楼宇自控系统实现以下功能：
监测大厦生活水箱的溢流水位和低水位报警信号；
变频器的运行及故障状态信号；
现场控制器根据收到的液位信号对相应的泵进行实时起停控制，也可按照时间程序自动控制各种水泵的启停。；
对监视信号系统在控制室能够进行实时报警和记录；
送排风监控系统的主要功能是：
排定工作及节假日作息时间表或其他操作条件，定时启/停各种送/排风机;
风机运行状态监控、过载报警；
检测风机的故障信号；
照明系统的控制与节能有重要关系。在大型办公建筑中它的电耗仅次于空调系统。此项目的照明分为三类：办公室照明、公共区域照明、泛光照明。办公室照明指房间内的照明，这部分照明所用的电量是照明系统中最大的。公共区域照明指走廊、过道、楼梯间、车库等区域的照明，包括应急照明。泛光照明指为了大厦的美观，在晚间照射大厦外观，使大厦在晚间呈现出色彩斑斓的照明。对建筑照明实行监控不仅简化操作，还可以进行时间表控制或照度控制，使被控灯具按时熄灭，利于节约电能。
公共照明系统的监测与控制
系统通过编排好的时间表，对整个大厦照明系统进行实时监测或控制。时间表既可编程在DDC中，也可放在上层服务器Niagara控制程序中，而且都可以在线或远程编程修改，同时每一盏灯的开关状态都以动画的形式在计算机屏幕上形象的表示出来，所有的开关时间都记录在服务器的数据库中，可以动态查询。
室内照明：
主要是办公室照明灯光的开关控制，大厦照明的用电量仅次于空调的用电量，因此对照明的控制是节约能源的重要问题。最简单的控制方法是定时开关电灯，如下班后自动关灯，避免由于忘了关灯而浪费能源。上班时间自动接通照明电路。设定节假日时间表来控制开关照明电路，节假日休息，切断照明回路电源，如遇加班情况，应向管理人员申请，由管理人员接通相应照明回路。
公共区域照明的控制：公共区域既走廊、楼梯间、车库等区域的照明的控制方法为定时控制法。既在下班后除保留必要的值班照明外，其它的照明应关掉，以节约能源。
泛光照明的控制，为使大厦晚间看上去更美丽，增加城市的色彩，为大厦装饰彩色灯饰及各种颜色不同的泛光照明是必须的。楼宇自控系统采用定时开关的方法控制泛光照明。制定时间表，如每天晚上几点开灯，几点关灯；可以规定开哪些灯，不开哪些灯；节假日怎么开灯等等。这些方案存储在DDC里，管理人员可随时调整这些方案。可根据照度传感器信号调整室外照明时间。
室内公共照明：以节省能源为主进行控制方案设计，结合各照明点的具体情况，充分利用自然采光，不同情况下开启不同的照明灯等，编制适当的开关时间表。
4.7、变配电设备监测
在大厦的变配电室设置变电站集中监控系统，监测电压、电流、功率、频率、开关状态等各种运行参数，系统设备及监测管理程序由变配电设备供货商成套提供。本系统与这套系统通过接口进行数据连接，原则上对其只监不控，对对方提供的所有数据都在数据库中记录，并能实时显示与查询，对重要的报警信号采用弹出式报警。
供配电系统是智能大厦不可缺少的重要组成部分。大厦内高压进线为两路10KV独立电源，两路可自动切换，互为备用。应急发电装置是由柴油发电机组成的，在两路电源都有故障时，柴油发电机组自动启动，保证消防，事故照明，电梯等的紧急用电。
电力的管理是大厦内最重要的部分之一。自动控制系统对变配电系统是只监视不控制。
1) 高压系统的监测（10KV）
进线出线真空断路器的开关状态及故障报警；
进线电流、电压、有功功率、无功功率、有功电能、功率因数等参数监测；
母联真空断路器的开关状态及故障报警；
变压器温度的监测与报警；
变压器风机运行状态、故障报警、起停控制。
以上参数送入楼宇自控系统中，由系统自动监视及记录，为电力管理人员提供高压运行的数据，便于管理及分析。监视主开关的状态，发生故障及时报警。监视大厦的用电情况。负荷的变化情况，便于管理人员分析。
2) 低压供电部分
低压侧检测项目：
变压器二次侧主开关的分合状态及故障状态检测;
变压器二次侧AB、BC、CA线电压检测;
母联空气短路器的分合状态及故障状态检测;
母联的三相电流检测;
各低压配电开关的分合状态及故障状态检测;
各低压配电出线三相电流，电压检测;
主要出线的功率因数监测；
楼宇自控系统采集以上供配电系统的信息作用下：
监视运行参数，如电压、电流、电量等等。特别对于低压配电部分来说，由于低压的每个供电回路，其供电对像比较具体，如供冷水机用电、供照明用电、供水泵用电等等，因此，这些参数对大厦的管理人员非常有用，基于这些参数，可以分析大厦内各主要用电设备的用电情况，为更有效率的用电，或科学的用电提供帮助。
监视各主要开关的分合状态及故障状态，可以使管理人员在中央控制室就能看到整个供配电的状况，知道各个开关的状态及哪个开关是在故障状态。中央控制室楼宇自控系统的显示器上以图形的方式画出了供配电的系统图，如果供配电系统中有什么问题，管理人员可立即发现，并很快确定故障位置，从而及时处理问题。
为适应对方各种可能的接口方式，BA系统设以下接口：
RS232/485接口；
LONWORKS接口；
BACnet接口；
对于其他现场总线需安装与LONWORKS的转换模块。
在以太网上通过TCP/IP、HTTP、XML等进行连接。
所有事故照明的工作状态都记录在计算机中，可随时查阅。
3) 柴油发电机组的监测和报警系统
通常为避免正常外部电网供电出现问题，造成大厦停电，因此大厦内要设置柴油发电机。在故障时由柴油发电机供电，保证消防设施、电梯、应急照明等设施的用电。楼宇自控系统通常对发电系统及切换系统并不控制，但为保障应急发电装置正常运行，楼宇自控系统对一些有关参数进行监视，自备应急柴油发电机组的安全保护及控制装置由设备自带，BA系统通过RS232/485、LonMark等接口与之相连，主要监测、显示、打印、记录以下参数：
机组工作状态及故障报警；
发电机组起停时间；
输出电压、电流、频率、有功功率、功率因数；
日用油箱高低液位、过压、过流、缺相报警信号监测；液位超高/超低报警及油温监测信号；
输油泵起/停信号和时间，故障报警信号。 |
