智能大厦 楼宇自动控制(BA)系统

（BA 为Buliding Automation 缩写，是“楼宇自动控制”的意思）

一 .智能大厦的概念

由于智能建筑发展历史较短，关于智能建筑，目前尚无统一的概念，但如今已被人们普遍接受的观点是：某一建筑物必须 同时满足下列要求，才能称得上是智能建筑。

（1）具有先进的楼宇自动控制系统（BA）能够根据人们的需要，自动调节楼宇内的各种机电设备，包括电梯系统、空调系统、 照明系统、治安系统及消防系统等，以创造适合不同需求的人们所要求的不同的舒适工作环境，提高工作效率。

（2）先进的办公自动化（OA）能提高人们的工作效率，办公事务快捷而方便、包括计算机及网络设备、公共信息库、电子邮 件、大楼物业管理等。

（3）先进的通信系统能高速、准确的提供建筑物内外的一切通信需求，包括数据通信、电话、传真、图像、多媒体、光纤通 信和卫星通信等。

（4）具有支持上述三大系统的综合布线系统，能全面兼容、传输楼宇内各系统弱电信号的传输平台。

（5）楼宇真正意义上的系统集成和管理中心，集中管理和控制楼宇内各系统的工作状态，以创造一个高效、节能、舒适的工 作环境。

因此，我们可以这样来理解智能建筑：在某一特定建筑环境内，根据人们的实际需求，系统集成管理中心能利用综合布线系统来控制和管理系统，以创造一个高效、节能、舒适的工作环境，它是上述各系统和特定建筑环境完美结合的产物。

2 实践中的体会

要成功地建造一座智能化大楼，各专业工程技术人员、设计单位、产品供应商（如Honeywell、Airtek、Siemens、Johnson等一流产品）、承包商及专业咨询机构必须紧密合作，统 一规划、统一设计，不能走各专业各自为政、各系统分别设计、然后再来进行系统集成的弯路。本人体会在统一规划设计中要充分考虑以下几点：

（1）处理好系统的先进性和技术成熟程度的关系。尽可能采用技术上既先进又成熟的系统。

（2）系统必须是开放的，可扩展的。

（3）处理好经济性与先进性的关系。了解业主的建设目的和要求后，在不降低系统性能和先进性的基础上，应尽量考虑减少 投资成本。

（4）系统的安全性。由于目前市场上的楼宇自动系统都是国外产品，在设备选型时，必须充分考虑系统投入运动后的安全问 题，包括系统的成套性、产品的技术成熟程度、对方技术交底到底什么程度、运行数据管理甚至包括产品售后服务是否及时等， 以确保系统安全、正常地运行。

3 楼宇控制系统的各个子系统

包括：（1）空调机组的控制和监视；（2）冷冻水系统；（3）新风机组；（4）通风系统；（5）风机盘管理子系统；（6）给排水系统的控制和监视；（7）灯光照明系统；（8）电梯监控系统；（9）保安系统；（10）其他系统，如停车场管理系 统、巡更系统以及IC卡系统等。

4 如何实现系统集成

前面谈到楼宇自动控制系统的各个子系统，那么如何将这些子系统进行有效、合理的集成呢？这就迫切需要有一个各厂商 均认可并共同遵守的同一开放的通信协议。目前，在楼宇自动控制方面，被各厂商普遍认同并渐显主流成熟的标准有两个：

（1）BACnet 和LonMARK 标准

BACnet标准是信息管理域方面为实现不同的系统互联而制定的，上层通过以及网主干线，采用标 准国际网协议，提供系统高速通信，用于解决数据传输量较大的系统间的集成，比较著名的有Airtek BACnet系统等。

（Airtek BACnet系统）

图中：管理层使用到了BACnet工作站监控软件BACsoft

整合层主要使用了网络整合控制器 GC-RB11、DGC8888B等(B-BC)

控制层主要使用了现场DDC控制器DPCU8U8B、DPC8888B、DT3111B，DR8000M模块等

感控层主要是一些温湿度、水流量传感器；烟雾感测器，电动执行器、阀门等末端产品。

台湾Airtek 对BACnet系统提供了全套产品的研发和生产，是一个标准的BACnet，在遵循BACnet协议这一块还是首屈一指的；也是符合PICS（协议实现一致性声明）。

LonMARK 标准是1991年由美国Echelon公司以 LonWorks技术为基础推出的，LonWorks网络控制技术使得分散控制技术更趋成熟，用于解决数据传输量较小的现场控制器之 间的集成。

BACnet和LonMARK是两项标准，它们即有重叠的地方，也有不同的地方，在智能大厦楼宇自控系统中，两项标准互 相补充，互为依托，一个理想的系统应同时兼容上述两个标准。

（2）集散型楼宇自控系统的构成（实现） 目前，技术上较成熟，同时兼容上述两项标准的集散型楼宇自控系统的制造公司较多，比较著名的有美国Honewell EXCEL5000系统、美国江森 metaSYS系统和美国希比公司 I/A系统等。

由于过多不再赘述。

总之，在智能大厦中，采用开放的技术标准规划楼宇自动控制系统，既符合国际上的主流趋势，又较适合中国的国情，所 以在国内的建筑市场中有着强大的生命力，它的发展为今后更大力度的推动智能大厦技术向更深层次的发展打下坚实的基础，同时 ，我们也殷切希望能尽早地看到属于我们民族的智能大厦产业技术的萌芽。

什么是楼宇设备自控系统工程？主要运用在哪里领域？

楼宇自动化系统也叫建筑设备自动化系统(BuildingAutomationSystem简称BAS)，是智能建筑不可缺少的一部分，其任务是对建筑物内的能源使用、环境、交通及安全设施进行监测、控制等，以提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。

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。

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。

3.l 直接数字控制系统(DDC)

直接数字控制系统(Direct Digital Control简称DDC)如图2所示。计算机通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)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(AO)和开关量输出通道(DO)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。

3.1.1 直接数字控制系统的组成

直接数字控制系统主要由过程输入通道、过程控制计算机、过程输出通道三部分组成。

过程输入通道由模拟量输入和数字量输入两部分组成。模拟量输入通道由变送器、采样开关、放大器、A/D转换器和接口电路组成。其中变送器的作用是将非电量信号变换成标准电信号，可将温度、压力、流量变换成0-10mA或4-20mA的直流电信号，它是通过A/D转换器来实现的。-数字量输入通道由开关触点、光电耦合器和接口电路组成，反映生产过程的通/断状态的触点信号，经过光电耦合器和接口电路变换成数字信号送给计算机。

过程控制计算机直接承担运算和控制任务，首先通过过程输入通道采集被控对象的各种参数信号，再根据预定的控制规律(如PID)进行运算，然后向被控对象发出控制信号，再通过输出通道直接控制调节阀等执行机构。

过程输出通道由模拟量输出和数字量输出两部分组成。前者把计算机输出的数字控制信号转换成模拟电压或电流信号，再经过放大器去驱动调节阀等执行器实现对生产过程的控制。这一部分由接口电路、D/A转换器，放大器和执行器组成。后者把计算机输出的开关信号，经放大器去驱动电磁阀和继电器执行器，它由接口电器、光电耦合器、放大器和执行器组成。

3.1.2 直接数字控制系统的基本算法

按照偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制，是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种基本规律，将PID控制规律离散化并在计算机上实现，可以方便地利用已积累的成熟技术，而且可以在被控对象的数学模型或参数不很清楚的情况下，经过在线整定达到满意的效果。因此，将模拟调节规律离散化的数字PID算法，已被工业过程计算机控制系统普遍采用，成为DDC系统的基本算法。

数字PID控制算法，模拟量调节器的理想PID算式为

式中e(t)--偏差(设定值与实际输出值之差)

u(t)--控制量

Kp--比例放大系数

Ti一积分时间常数

Td--微分时间常数

写成传递函数形式

为了能在计算机上实现，必须将连续形式的微分方程化为离散形式的差分方程。设了为采样周期(与系统时间常数相比，T足够小)，k为采样序号(k=0，1，2，……)，可用矩形法计算而积以差分代替微分

式中e(k)--第k次采样所得偏差值

e(k-1)--第(k-1)次采样所得偏差值

u(k)--第k时刻的控制量

上式中的采样周期T越小(与系统时间常数比较而言)，则被控过程与连续控制过程越接近，又称为“准连续控制”。

3.2 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。

分布式控制系统的多台微型计算机取代了集中控制系统的单台计算机，从体系结构上分散了危险性，提高了可靠性。其基本结构功能如图3所示，图中现场控制站、数据采集站、工程师站、操作员站、监控计算机和管理计算机通过数据通信网络被有机地结合起来，组成分级分布控制系统。

3.2.1 分布式控制系统的数据通信网络

数据通信网络是分布式控制系统的支柱。整个分布式控制系统的结构，实质上是一个网络结构，现场控制站、数据采集站、工程师站、操作员站、监控计算机等都是这个网络上的“节点”，都含有CPU和网络接口，它们都有自己特定的网络地址(节点号)，可以通过网络发送和接收数据，网络中的各节点处于平等地位，既能共享资源，又不相互依赖，形成既有统一指挥，又使危险分散的功能结构，网络的架构区具有极大的伸缩性，可扩性很强，可以满足分布式控制系统扩充与升级的需要，十分灵活、方便。

(1)控制网络特点 分布式控制系统的通信网络不同于通用计算机网络，与一般的通信网络比较，它有如下特殊要求:①有高可靠性和安全性，要求传递的信息绝对准确、可靠，为此常采用冗余技术、后备措施和自诊断功能。如:控制站采用双CPU板，双I/0板等。②具有良好的实时性。③对环境适应性强。

(2)网络拓扑结构 建筑设备自动化系统常用的有总线网和环网，在两种结构中任意两节点通信可直接通过网络进行，各节点处于平等地位。

(3)网络通信协议 组成建筑设备自动化系统，必须有一种大家都能接受并且共同遵守的工作语言来实现相互之间的对话，这就是数据通信协议标准。

用于建筑自动化控制网络的BACnet协议由物理层、数据链路层、网络层和应用层组成，或相当于开放系统互联参考模型(OSI)的第一、二、三、七层协议

其中:ARCnet为令牌总线网，数据传输速率为2.5-20bit/s，有良好的实时性。MS/TP是一种主/从令牌传递数据链路层技术，允许使用EIA-485硬件。BACnet实现了不同生产厂家自控系统之间进行通信的技术，即从一个“岛”到另一个“岛”之间进行相互联系的技术。

3.2.2 现场总线技术的应用--分布式控制系统的进一步分散化

(1)现场总线概况 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以数字信号取代4-20mA的模拟信号，极大地提高了信号转换的精度和可靠性，因此现场总线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(智能传感器、智能执行器)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，导致控制系统体系结构的变化。③符合同一现场总线标准的不同厂家的仪表、装置可以联网，实现互操作，不同标准通过网关或路由器也可互联，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。Neuron芯片方块图。

芯片附有固件，该固件实现LonTalk通信协议和所有的任务调度。LonTalk协议遵循世界标准组织ISO提出的开放式互联参考模型OSI，具有完整的7层协议，管理网络节点的通信，分配节点地址，运行内含的冲突/检测回避算法，控制物理/电气的连接等。

Neuron芯片除了具有控制功能外，还带有媒体访问控制处理器和网络处理器，LonTalk协议固化在芯片的ROM中，使得LonWorks的微型节点无需中心结构的完全分布式控制模式，将控制功能分散到了现场级仪表。

LonWorks网络，可以采用多种通信媒体，如双绞线、电力线、同轴电缆、光缆、无线电、红外线，并且提供与上述多种媒体相适应的收发器，这使得同一网络中的信号可以在不同的媒体之间传输，因而可以根据需要组网，不同媒体之间以路由器进行连接。

LonMark是为了避免众多制造商以不同的含义来解释LonWorks技术，保证不同的产品能够方便地集成一起，以便构成一个真正开放的系统，而制定的一个行业标准。

(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。安本可视对讲维修员。

简述自动控制系统发展的四个阶段

楼宇自动化系统也叫建筑设备自动化系统(BuidingAutomationSystem简称BAS)，是智能建筑不可缺少的一部分，其任务是对建筑物内的能源使用、环境、交通及安全设施进行监测、控制等，以提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。

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。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。

我想请问下，霍尼韦尔、西门子、江森，这三家楼宇自控方面，各家的特色是什么~~

1、早期控制

早在古代，劳动人民就凭借生产实践中积累的丰富经验和对反馈的直观认识，发明了许多着闪烁控制理论智慧火花的杰作。如果要追溯自动控制技术的发展史，早在两千年前人类就有了自动控制技术的萌芽。

2、经典控制理论

自动控制理论是与人类社会发展密切联系的一门学科，是自动控制科学的核心自从19世纪Maxwell对具有调速器的蒸汽发动机系统进行线性常微分方程描述及稳定性分析以来。

经过20世纪初Nyquist，Bode，Harris，Evans，Wienner，Nichols等人的杰出贡献，终于形成了经典反馈控制理论基础，并于50年代趋于成熟。

特点是以传递函数为数学工具，采用频域方法，主要研究单输入单输出线性定常控制系统的分析与设计，但它存在着一定的局限性，即对多输入多输出系统不宜用经典控制理论解决，特别是对非线性时变系统更是无能为力。

3、现代控制理论

随着20世纪40年代中期计算机的出现及其应用领域的不断扩展，促进了自动控制理论朝着更为复杂也更为严密的方向发展，特别是在Kalman提出的可控性和可观测性概念以及提出的极大值理论的基础上，在20世纪5060年代开始出现了以状态空间分析(应用线性代数)为基础的现代控制理论。

现代控制理论本质上是一种时域法，其研究内容非常广泛，主要包括三个基本内容：多变量线性系统理论最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论现代控制理论从理论上解决了系统的可控性可观测性稳定性以及许多复杂系统的控制问题。

4、智能控制理论

随着现代科学技术的迅速发展，生产系统的规模越来越大，形成了复杂的大系统，导致了控制对象控制器以及控制任务和目的的日益复杂化，从而导致现代控制理论的成果很少在实际中得到应用经典控制理论现代控制理论在应用中遇到了不少难题，影响了它们的实际应用，其主要原因有三：

1)精确的数学模型难以获得此类控制系统的设计和分析都是建立在精确的数学模型的基础上的，而实际系统由于存在不确定性不完全性模糊性时变性非线性等因素，一般很难获得精确的数学模型；

2)假设过于苛刻研究这些系统时，人们必须提出一些比较苛刻的假设，而这些假设在应用中往往与实际不符；

3)控制系统过于复杂为了提高控制性能，整个控制系统变得极为复杂，这不仅增加了设备投资，也降低了系统的可靠性

第三代控制理论即智能控制理论就是在这样的背景下提出来的，它是人工智能和自动控制交叉的产物，是当今自动控制科学的出路之一。

扩展资料

自动控制系统的未来发展前景：

现代化工厂向规模集约化方向发展时，生产工艺对控制系统的可靠性、运算能力、扩展能力、开放性、操作及监控水平等方面提出了越来越高的要求。

传统的DCS系统已经不能满足现代工业自动化控制的设计标准和要求。随着工业自动化控制理论、计算机技术和现代通信技术的迅速发展，自动控制系统的未来发展方向将向智能化、网络化、全集成自动化等方向发展。

参考资料来源：百度百科-自动控制系统

这3家自控产品里面只要是原厂的正品，品质都差不多，各别项目里面的配置经济性会有区别。江森的系统不开放是个死穴，也是同行重点关注的对象，甲方犹豫也是从这个地方开始的，系统掌握的人越多后面相关问题的解决方案也会越多；西门子的模块配的很厉害，很多、很全，但是遇到对理论基础好的甲方推荐的难度也不小，西门子的产品线也很全，热电、工控领域都很强，相比之下楼控就变成捎带做的了，主要还是代理商在推；霍尼自动化控制的东西就太多了，可以说是复杂，产品系列也多，覆盖高中低档，这是竞争对手关注的重点。即使楼控方面也是，包含WEBS、5000、艾顿、卓灵4个系统，技术上讲WEBS的优势确实很明显，尤其是霍尼niagara平台确实很强大，让WEBS在集成方面优势一下变得很明显。

了解的不多，新手的个人意见，大家一起学习吧

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