分析樓宇自控系統(tǒng)的設計及存在的問題

一. 概述 樓宇自控系統(tǒng)是建筑設備自動化控制系統(tǒng)的簡稱。建筑設備主要是指為建筑服務的、那些提供人們基本生存環(huán)境(風、水、電)所需的大量機電設備，如暖通空調設備、照明設備、變配電設備以及給排水設備等，通過實現建筑設備自動化控制，以達到合理利用設備，節(jié)省能源、節(jié)省人力，確保設備安全運行之目的。 隨著科技和經濟的不斷發(fā)展，建筑內各種機電設備越來越多，越來越復雜，對機電設備的控制和管理要求也越來越高。樓宇自控系統(tǒng)在其發(fā)展過程經歷了從分散控制到集中控制，再到集散控制目前正向開放式現場總線系統(tǒng)發(fā)展的則這么幾個階段。實際上就是一個工業(yè)自動化控制系統(tǒng)發(fā)展的縮影?？梢灶A見： 1)集散控制系統(tǒng)是現階段樓宇自控系統(tǒng)的主流； 2)現場總線技術是集散控制系統(tǒng)發(fā)展方向 3)VLAN、TCPIP等網絡技術在樓宇自控系統(tǒng)應用，網絡實現Web化； 4)通用控制器與智能儀表共存； 5)廣泛采用以狀態(tài)空間方法為基礎的現代控制理論解決樓宇自控問題，取得成效； 6)系統(tǒng)集成技術取得進展,人機界面、操作環(huán)境改善，符合人機工程學基本機理。 二. 樓宇自控系統(tǒng)設計階段的劃分和內容 樓宇自控系統(tǒng)是建筑設計的一部分，并與建筑設計同時進行的。在工程設計中，要根據業(yè)主的投資額和使用要求，確定樓宇自控系統(tǒng)的控制范圍、控制點數及整個系統(tǒng)的構成。做好與土建施工有關部分的管線預留和預埋。我們把設計院完成的設計內容稱為一次設計。主要內容包括：方案設計、初步設計、施工圖設計。現將各部分內容予以簡介：（一）方案設計 此設計階段，建筑電氣專業(yè)設計文件主要為設計說明書。包括以下內容： 1設計范圍 在電氣或弱電總說明中闡述建筑物智能化設計標準等級、設計范圍。 2BA設計的相關系統(tǒng)內容應說明自控設計包含的內容，例如： 對空調系統(tǒng)設備的運行狀況進行監(jiān)理、控制、測量和記錄; 對供配電系統(tǒng)、變配電設備進行監(jiān)視、控制、測量和記錄； 對給排水系統(tǒng)設備的運行監(jiān)視、控制、測量和記錄； 對電梯及自動扶梯的運行監(jiān)視、控制、測量和記錄 3當由樓宇自控系統(tǒng)完成系統(tǒng)集成時，應說明集成的內容。如： 對公共安全防范系統(tǒng)進行必要的監(jiān)測 對火災自動報警系統(tǒng)進行必要的監(jiān)測 對停車場管理系統(tǒng)進行監(jiān)測 （二）初步設計 此設計階段，包括以下內容：設計說明書、系統(tǒng)圖、平面圖、主要設備材料表。圖紙目錄由總目錄給出。 1設計說明書 （1） 建筑概況：說明建筑類別、性質、面積、層數、高度及智能化設計標準等級等； （2）相關專業(yè)提供給本專業(yè)的工程設計資料； （3）建設方提供的有關職能部門認定的工程設計資料； （4）本工程采用的主要標準及法規(guī)； （5）設計范圍：在電氣或弱電設計說明中闡述的設計內容包括樓宇自控系統(tǒng)。 （6）樓宇自控系統(tǒng)控制室的位置、面積、獨立設置或與哪些系統(tǒng)和用，監(jiān)控總點數，包括數字輸入、數字輸出、模擬輸入、模擬輸出各為多少，系統(tǒng)的組成。 （7）各子系統(tǒng)的要求和聯動控制功能； （8）當完成智能化系統(tǒng)集成功能時需說明集成子系統(tǒng)及其要求； （9）主要產品的選型；設計中所使用的符號、圖例、標注的含義；接地要求及導線敷設方式。 （10）須提請在初步設計審批時需解決或確定的主要問題 2系統(tǒng)圖 應劃出系統(tǒng)通訊的干線圖、控制室大體位置，設備DDC大體位置，數量應在干線圖中大體標出，只標出現路連接路徑，不做線路選型。 3平面圖 包括控制室平面布置圖和個分站DDC平面布置，只畫出設備平面分布，不做線路連接。 4主要設備材料表 包括主要設備的圖例、名稱、型號規(guī)格、技術參數、單位、數量、安裝做法等。 （三）施工圖設計 設計文件包括圖紙目錄、施工設計說明、系統(tǒng)圖、平面圖、主要設備表。 1圖紙目錄: 先列出新繪制的圖紙，后列重復使用圖。 2施工設計說明 （1）設計依據：可按初步設計中的設計依據進行說明。 （2）設計范圍：在電氣或弱電設計說明中闡述的設計內容包括樓宇自控系統(tǒng) （3）當完成智能化系統(tǒng)集成功能時需說明集成子系統(tǒng)及其要求； （4）主要產品的選型；設計中所使用的符號、圖例、標注的含義；接地要求及導線敷設方式。 （5）系統(tǒng)的施工要求和注意事項（包括布線、設備安裝等）；設備訂貨要求；工程選用標準圖集編號、頁號。 3系統(tǒng)圖 （1）監(jiān)控系統(tǒng)干線圖，繪至DDC站止，包括主控主要設備與DDC站的連接，線路選性與敷設方式，每個DDC 要有清晰的編號與監(jiān)控點表一對應，線纜、設備的數量、路由，主要設備與設備間的連接應清晰畫出，設備材料的圖例、型號、數量應與平面圖材料表一致，設備位置應與實際位置大體一致。 （2）監(jiān)控點表：說明詳細的設備和DDC的分布位置、監(jiān)控對象、實現的功能、監(jiān)控點分類、點數統(tǒng)計及DDC的點數占用率等，各監(jiān)控點、DDC與干線系統(tǒng)圖應嚴格一致。 4平面圖 平面圖包括控制室平面布置圖、接地平面圖，DDC平面布置圖、干線及設備機房外線路平面圖。5主要設備材料表 包括主要設備的圖例、名稱、型號規(guī)格、技術參數、單位、數量、安裝做法等。 （四）施工單位的深化設計 我們把設計院完成的設計內容稱為一次設計。該設計圖紙在施工中使用，是設備招標的基礎資料，供設備招標使用。 招標工作完成后，由中標的專業(yè)公司配合設計院進行二次設計。 首先，要按產品性能、特點完善設計院的一次設計，核對控制點數表，確定各種設備的規(guī)格、型號，繪制二次設計施工圖紙。包括詳細的分系統(tǒng)圖、接線圖以及聯動關系軟件功能說明、系統(tǒng)的操作及維護手冊。所選擇的設備要有開放的標準，自控系統(tǒng)要對樓內全部機電設備進行控制，這些設備和系統(tǒng)的數據通訊必須按同一標準協(xié)議，它由一系列與軟件及硬件相關的通訊協(xié)議組成，規(guī)定了計算機控制器之間所有對話方式。在實際工程中，多數設備和子系統(tǒng)愈來愈多，愈來愈復雜，不同廠商提供的不同產品和系統(tǒng)，其通訊協(xié)議不同，互聯很困難。承包商一般采用開發(fā)網關方式，完成不同系統(tǒng)的互聯。系統(tǒng)之間要完成協(xié)議轉接，一定要開發(fā)網關的硬件及軟件實現互聯。承包公司二次設計完成后，供施工、設備安裝、調試等環(huán)節(jié)使用。最后，通過權威或法定的測試后，該系統(tǒng)進行試運行。 三. 樓宇自控系統(tǒng)設計中應注意以下問題 1管理范圍的確定 對建筑物內各類設備的監(jiān)視、控制、測量，應做到運行安全、可靠，節(jié)省能源和人力。管理范圍要結合開發(fā)商或業(yè)主的投資來確定，還要考慮當地管理機構的具體要求。如：有的地方供電局要求，變配電系統(tǒng)可以納入BAS系統(tǒng)，BAS系統(tǒng)可以集中顯示、記錄、測量、報警，不可以控制系統(tǒng)中斷路器的合閘、跳閘；同時要求消防報警系統(tǒng)、連動系統(tǒng)必須獨立，在BAS系統(tǒng)中可以顯示、記錄，不可以控制等。這些意見，各地方會不相同，隨著科學技術的發(fā)展，會逐步改變。 現在智能建筑工程設計中，BAS系統(tǒng)管理范圍一般包括：冷凍、空調系統(tǒng)，采暖、通風系統(tǒng)，給排水動力系統(tǒng)，變配電系統(tǒng)，照明系統(tǒng)、電梯、扶梯監(jiān)視系統(tǒng)，車庫管理系統(tǒng)等 2控制器I/O點數的確定及其接口技術處理 確定控制點要參考智能建筑設計標準BAS系統(tǒng)甲級、乙級、丙級設計標準。要與專業(yè)設備工程師配合，參考該專業(yè)圖紙和設計要求，共同研究確定控制點，編制監(jiān)控點表。 通常建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模大小是用“點數”來衡量的， 400點以下為小型系統(tǒng)，400700點為中型系統(tǒng)，大于700點為大型系統(tǒng)。點數的多少不僅體現了系統(tǒng)的規(guī)模大小，而且直接關系到系統(tǒng)的投資與造價。在設計階段，首先的工作應該是系統(tǒng)點數的確定。系統(tǒng)的點數又是基于整個系統(tǒng)設備數量和每臺設備的監(jiān)控、控制及測量功能的多少來確定，設計人員在確定時，必須與相關專業(yè)如空調、水道、強電等設計人員密切配合，根據功能，以便準確地確定整個建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)的總點數。在建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)工程設計中，由于專業(yè)分工和專業(yè)交叉等問題，確定點數及如何處理點的外部連接接口經常協(xié)調不好，造成系統(tǒng)設計不合理，工程實施起來困難。作為系統(tǒng)的設計人員應與其它專業(yè)設計人員協(xié)調，并且了解其它專業(yè)設備如空調、給排水、電氣等基本工作原理及其工藝要求。近幾年來，隨著建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)工程設計實踐與總結，不少產品供應商和代理商都相繼提供了一些設計選型手冊，對工程中點的選型、點數確定以及點的連接接口技術等設計無疑是很大的幫助。這幾年建設部陸續(xù)組織編制了適應建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)工程用“國家建筑標準設計圖集”，為解決和部分解決工程設計及施工安裝中的問題，提供了有效的方法。由天津市建筑設計院負責編制的“空調自控”標準設計圖集中冷水機組、熱交換裝置、空氣處理機、新風機組、變風量機組等空調設備參與監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視、控制及測量點的選擇，類型確定都有列舉。設計中結合具體工程就能很方便的確定其設備的點數和點的類型。由建設部設計院等單位編制的“常用風機控制電路圖”（99D37S）、“常用水泵控制電路圖”（01D303-3）和“液位測量裝置安裝”（99SD767）等國家建筑標準設計圖集，對風機、水泵、液位控制等常用設備的控制回路中如何與計算機數據來集I/O控制器及DDC控制器，接口如何連接、變成信號與遠傳都有表示。 在由核工業(yè)部第二設計研究院負責編制的“610千伏配電所二次接線（直接操作）”（01D203-3）圖集中，對610千伏配電裝置、電力變壓器、信號和直流電源裝置進入建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、測量等接口連接，在深化設計時，在相對應的二次標準接線圖中取出監(jiān)視、控制、測量接點去連接端子，如果是測量信號必須經變送器再接到DDC控制器的I/O接口上。建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)的設計、施工人員可以借助于以上“國家建筑標準設計圖集”確定好系統(tǒng)點數和點的類型。配合電氣人員完成機電設備二次接線深化設計，解決好接口連接。 3中央操作站和通訊網絡的正確配置 只有中央操作站和通訊網絡配置正確，才能實現對建筑物內設備運行集中監(jiān)控與管理的基本服務功能。中央操作站的設備配置時要考慮到系統(tǒng)的規(guī)模和投資的條件，不必貪大求全，應實用滿足系統(tǒng)需要。在“民用建筑電氣設計規(guī)范”第二十六章中對中央操作站和通訊網絡的配置原則，提出如下要求： （1）滿足集中監(jiān)控的需要； （2）所選的網絡結構與監(jiān)控系統(tǒng)相適應； （3）實現危險分散盡量減少故障的波及面，特別是中、大型系統(tǒng)，采用分布式系統(tǒng)； （4）減少初投資； （5）系統(tǒng)必須易于實現擴展。 國內建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)市場上國內外產品很多，系統(tǒng)的網絡結構也有不同，但系統(tǒng)構成主要是由以太網絡及現場總線組成，大多數產品都符合BACnet和Lonworks協(xié)議標準，為不同廠家的產品相互連接及擴展，以及智能建筑的系統(tǒng)集成創(chuàng)造了條件。 在建成一個好的建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)時，除了注意以上三個部分的工作之外，在系統(tǒng)規(guī)劃時，必須強調節(jié)能意識。一般情況下，一個建筑物的設備監(jiān)控系統(tǒng)的投資約占建筑物總投資的1%2%，回收投資年限在35年。如果投資幾十萬甚至上千萬元建成的設備監(jiān)控系統(tǒng)，起不到節(jié)能的作用，長年無法收回投資成本，這不是我們投資建立建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)的目的。節(jié)能是長期基本國策之一，而現在的建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)，有一部分或者相當一部分工程對這一點重視不足，未能充分挖掘出系統(tǒng)節(jié)能的潛在功能四結論 為充分發(fā)揮樓宇自控系統(tǒng)的功能，需要設計單位周密詳細的設計論證、統(tǒng)一規(guī)劃，需要工程施工單位精心施工，更需要