關于智能建筑樓宇自控系統的研究

吳棟 葛寶榮

（嘉興市中房智能科技有限公司，浙江 嘉興 314000）

1 智能建筑

智能建筑是通過對建筑物的四個基本要素：結構、系統、服務和管理以及它們之間的內在聯系進行最優化設計，從而提供一個投資合理的，具有高效、舒適、便利環境的建筑空間。其中結構指的是建筑環境結構，它涵蓋了建筑物的結構、裝飾、建材、空間劃分等；系統指的是實現建筑物功能所安裝運行的光機電設備系統，如空調、電梯、照明、通信、綜合布線、一卡通、業務辦公等智能化系統；服務是指為建筑物的使用者和管理者提供高效、優質的全方位服務，提供安全、舒適、高效、便利的生活、學習與工作環境，并降低建筑設備系統的運行維護費用；管理指的是對人、財、物、信息及智能化系統的全面管理。

1.1 智能建筑的現狀及發展

智能建筑在我國的起步比較晚，從整體上看分為初級和發展兩個階段，1990年～1995年為初始階段，是從單一功能專用系統開始，并有多功能系統綜合出現。1995年～2000年進入了系統集成階段，主要是以樓宇自動化管理系統為中心的集成，并已見成效，發展較快。2000年到目前為止是一體化集成管理系統，現正在進行中，發展較慢。

1996年以來，我國的智能建筑行業進入發展階段，在全國范圍內得到了推廣應用，經過實踐的鍛煉，我國智能化系統的技術隊伍趨于成熟，縮小了我國智能建筑行業與國際水平的差距。但我國的智能建筑行業如果要趕上國外的先進水平仍然有很長一段路要走。近年來我國智能建筑也得到了迅速發展，呈現出巨大的市場潛力，并經過多年的發展，如今己進入全面發展階段。

1.2 智能建筑的層次結構

建筑智能化系統的結構由上層的智能建筑綜合管理系統和第二層的3個智能化子系統構成：建筑設備管理系統，通信網絡系統和辦公自動化系統。BMS，CNS 和OAS 三個子系統通過綜合布線系統連接成一個完整的智能化系統，由IBMS 統一監管。BMS 包括建筑設備自動化系統、消防自動化系統、安全防范自動化系統。整個建筑智能化系統是建立在建筑(環境)這個平臺(或基礎)之上的。

智能建筑的靈魂是智能化系統，各級子系統集成在一起，共同作用，才支撐起智能建筑。智能化系統提供方便、快捷的服務，提高了商用、民用等各種建筑的智能水平，滿足了公眾對信息日益增長的需求。

2 智能建筑中的樓宇自控系統

2.1 樓宇自控系統的構成及基本功能

樓宇自動化系統是整個智能大廈智能化系統中，內容最為豐富、設備最多、控制管理最復雜、控制范圍最廣的建筑智能化系統，是整個智能大廈建筑智能系統最重要的組成部分之一。樓宇自動化系統，包括了狹義的建筑設備自動化系統BAS、消防報警自動化系統FAS 和安全防范自動化系統SAS 三大子系統。

智能建筑樓宇設備自動化系統中包括下列實時監控子系統：樓宇機電設備監控系統；保安系統；消防報警系統；廣播音響系統；停車場管理系統。樓宇自動化系統的基本功能如下：

2.1.1 實時監控各子系統的關鍵設備和關鍵點。樓宇自動化系統將獨立分散的子系統集成起來，提供一個集中監控的方式，并以圖形、文字、動畫的方式顯示出來。

2.1.2 執行上層下達的管理方面的控制指令。根據需要，系統管理人員可以直接下達命令，控制任何一個設備的運行。

2.1.3 綜合各個設備監控子系統的狀態信息，提供相關報告。

2.1.4 記錄歷史數據，提供綜合信息管理功能。

2.2 樓宇自控系統的網絡結構

我國的智能建筑起步較晚，集成化的樓宇自動化系統國內還沒有，國內市場幾乎被外國產品覆蓋。目前國外可實現全面實時監控管理的樓宇自動化系統基本上是分層結構模式，系統功能一般是從空調控制系統發展起來的，端點控制設備均為可編程模塊化控制器。一般來說，樓宇自動化系統的網絡結構都采用現場總線結構形式。簡單來說，可以分成三層，最上層是信息域的干線，按照國家標準采用總線拓撲結構的以太網作為樓宇自動化系統的干線，以實現網絡資源的共享以及各個中央站點之間的通信。第二層為控制域的干線，即完成控制的各分站點總線，一般采用RS485 總線網絡，作用是以不小于9.8 kbit/s 的通信速度把各分站點連接起來，處理各種信息，同時，在分站點總線上還必須設有與其他廠商設備連接的接口，以便實現與其他設備的通信聯網。第三層為子站點總線，它是由分散的控制器相互連接使用，子站總線通過子站連接器與分站總線連接，從現場設備監控到的信息傳輸到中央工作站進行處理，并從上級網絡獲得信息的處理結果。

2.3 樓宇自控系統的系統結構

樓宇自動化系統經過20多年的發展，現在主要有集散結構形式和現場總線結構形式兩種系統結構形式。

2.3.1 集散式結構(DCS)形式

集散結構形式，即集散控制系統的結構形式(DCS：Distributed Control System)是20世紀70年代后，隨著計算機技術與數字通信技術的發展而誕生的一種先進而有效的控制方法，是目前使用最多的一種BAS 系統結構，特征是集中管理、分散控制。一般有二層網絡和三級控制設備，如圖1所示：

現場控制器實現對現場設備信號的采集、處理、控制、輸出等執行過程。操作站由工業計算機(或PC機)和操作控制臺組成。中央監控站可對集散控制系統進行離線的配置、組態工作和在線的系統監視、控制和維護。當中央監控站或操作站出現故障時，其下層控制設備仍能獨立實施控制，保證系統的可靠性。集散結構形式，是目前使用最多的一種BAS 系統結構，但隨著現場總線結構形式的快速發展，己逐步被現場總線結構形式所取代。

2.3.2 現場總線結構(FCS)形式

現場總線結構形式，即是現場總線控制系統的結構形式。現場總線控制系統(Fieldbus Control System,FCS)，一般由現場智能設備(儀表)、現場總線、監控組態計算機三部分構成。其核心是現場總線技術。

相比于DCS 系統來說，現場總線技術的實時、可靠、低成本、使用方便等特點使其在被控現場層得到了廣泛應用，也很好地解決DCS 控制系統中遺留的問題，從信號標準、通信標準到系統標準，從體系結構、設計方法、安裝調試到產品結構都有革命性的變化。它實際上是控制技術、儀表工業技術和網絡技術三者結合的產物。換句話說，當制造和過程控制有分立設備發展到共享設備、工業儀表由簡單電子儀表進化到智能儀表、計算機網絡延伸到傳感器和執行器時，它即成為這幾大技術分支結合的歷史必然。以現場總線為核心的現場總線控制系統(FCS)必將成為未來工業生產重要的組成部分，必將取代傳統的DCS 系統，成為第五代過程控制體系結構。目前，現場總線控制系統結構形式己得到了認可和發展，樓宇自動化系統中一般都采用這種結構形式，它是未來樓宇自動化系統發展和應用的主流方向。

3 結束語

樓宇自控系統集成是一門綜合性很強的新興技術，它涉及到計算機、信息工程、自動控制、系統工程、通信工程、管理工程、價值工程以及與特定應用場合相關的眾多學科。各個學科都有自己的知識體系，必須協調這些學科的相互關系，才能進行有效系統集成。

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