樓宇自動化控制系統簡介

（1）系統的定義

    樓宇自動化控制系統是將建筑物或建筑群內的暖通空調、給排水、供配電、電梯、照明等眾多分散設備的運行、安全狀況、能源使用狀況及節能管理實行集中監視、管理和分散控制的建筑物管理與控制系統，稱為 BAS（Building AutomationSystem），簡稱 BA。樓宇自控系統是機電專業的全覆蓋，主要包括2部分內容 ：監視和控制。監視范圍主要包括設備的運行狀態和安全狀況，控制范圍包括設備的啟停管理和節能管理。對于特殊大型設備，由于機組控制的復雜性， BA 一般只采集機組的參數反映在控制電腦上，并不控制機組的運行，只監視不控制，如冷水機組、燃氣鍋爐等。

（2）系統的組成及架構

    系統由控制電腦、 DDC 控制器、控制網絡、傳感器和末端控制器組成。
DDC 控制器是整個控制系統的核心，控制器的輸入輸出信號都分為數字和模擬2種，其中數字信號只有0和1兩個，通常能表示系統狀態的開與關，邏輯判斷的是與否等。模擬信號是0~10 V 電壓信號或者4~20 mA 電流信號，通過電壓或者電流信號的強弱表達百分比，可表達閥門的開度、空氣的濕度等信息。

    控制網絡按網絡結構分為2種類型，即 Bus 總線結構和純網絡結構。Bus 總線結構的最大優點就是系統簡單，對一些中、小型工程較為適用，但在大型工程時就會導致布線復雜。為解決大型項目中總線結構的布線復雜問題，衍生出支路 Bus線結構網絡，通過1個網絡控制引擎后產生多個支路 Bus 總線結構，可以簡化系統布線。

    傳感器主要有溫、濕度傳感器，其中溫度傳感器常用的是電阻傳感器，金屬隨著溫度變化，其電阻值也發生變化。對于不同金屬來說，溫度每變化1℃，電阻值變化是不同的，而電阻值又可直接作為輸入信號。濕度傳感器是采用0~10 V 電壓信號或者4~20 mA 電流信號作為傳輸對象。

（3）DDC控制器

    DDC 控制器是整個控制系統的核心，全稱是直接數字控制器（Direct Digital Control），其工作過程是控制器通過模擬量輸入通道（AI）和數字量輸入通道（DI）采集實時數據，并將模擬量信號轉變成計算機可接受的數字信號（A/D 轉換），然后按照一定的控制規律進行運算，最后發出控制信號，并將數字量信號轉變成模擬量信號（D/A 轉換），并通過模擬量輸出通道（AO）和數字量輸出通道（DO）直接控制設備的運行。這些輸入與輸出也稱為控制器的監控點位，數據的輸入與輸出的方向是針對 DDC 控制器而言。

暖通空調系統的典型應用

（1）新風機組

    新風系統中自控系統的控制對象包括風機、新風入口處的風閥，過濾器、冷熱盤管回水管道設置的電磁兩通或者三通閥，其控制原理圖如圖1所示，風機的控制是3個數字輸入節點，分別監測風機的運行狀態、 手動 / 自動狀態和故障報警，個數字輸出節點，控制風機的啟停，風機前后設壓差傳感器，監測風機實際運行狀態。

    新風風閥前設置新風溫度及濕度傳感器，為模擬輸入節點 ；新風風閥為開度調節，設置風閥控制的模擬輸出節點以及風閥反饋的模擬輸入節點 ；過濾器處設置壓差傳感器，為數字輸入節點 ；盤管處回水兩通閥設置閥門控制的模擬輸出節點、閥門開度反饋的模擬輸入節點，以及盤管防凍報警的數字輸入節點 ；加濕器給水兩通閥設置數字輸出節點，控制閥門啟停 ；送風管道處設置送風溫度和濕度傳感器，檢測送風溫濕度，均為模擬輸入節點。

    以上方案中也可做簡化，如風機處取消前后壓差傳感器 ；取消新風風閥前的溫濕度傳感器 ；新風風閥由開度調節改為啟閉控制，取消閥門反饋信號 ；盤管前取消防凍報警 ；盤管回水閥門取消閥門開度反饋 ；送風出口側取消送風濕度傳感器等。可大幅簡化控制節點，減少投資。

（2）組合式空調器

    組合式空調器的控制方案如圖2所示，送風機和回風機分別設置風機控制模塊， 3個 DI1個 DO，風機處設風機壓差傳感器監測風機實際運行情況 ；風閥共3個，新風閥、排風閥和混風閥，由于3個閥門均為開度調節，且需要相互配合，分別設置閥門控制的模擬輸出節點及閥門開度反饋的模擬輸入節點 ；過濾器設置壓差傳感器，為數字輸入節點 ；冷盤管回水兩通閥設置閥門控制的模擬輸出節點、閥門開度反饋的模擬輸入節點，以及盤管防凍報警的數字輸入節點，在熱盤管回水兩通閥設置閥門控制的模擬輸出節點、閥門開度反饋的模擬輸入節點 ；加濕器給水兩通閥設置數字輸出節點，控制閥門啟停，送風管道處設置送風溫度和濕度傳感器，檢測送風溫濕度，均為模擬輸入節點。回風管道處設置回風溫度和濕度傳感器，及CO2傳感器檢測送風溫、濕度及室內 CO2濃度，均為模擬輸入節點。可實現對室內空氣和設備的全面監測和控制。

    簡化自控方案可取消風機處的壓差監控，取消盤管處的防凍報警，風閥和水閥均可取消閥門開度反饋，取消新風、送風的溫濕度監測，僅保留回風處的溫度傳感器，通過回風溫度代替室溫監測。該系統僅能實現簡單的室溫控制，并調節水流量及調控新回風比。

（3）冷水機組

    冷水機組監控有2個數字輸入和1個數字輸出節點，輸入為運行狀態和故障報警，輸出為遠程啟停，冷水機組由于參數眾多，一般需要1個擴展模塊，用來直接讀取機組提供滿足odbus 協議的信號，全面展示機組運行界面。冷凍水側，分、集水器間設置的旁通閥需要進行閥門控制及閥門開度反饋。集水器處回水總管設置水管的溫度、壓力傳感器，為模擬輸入節點，監測冷凍水回水參數。

    冷凍水循環泵的監測與風機類似，但循環水泵由于設置了變頻器，因此需要增設變頻器的控制，具體是水泵個 DI 1個 DO，變頻器3個DI1個 DO，監測變頻器運行狀態、變頻器手動 / 自動狀態、變頻器故障報警和控制變頻器啟停，另外包括1個變頻器頻率設定的模擬輸出節點， 1個變頻器頻率反饋的模擬量輸入節點 ；循環水泵前后設壓差監控 ；冷水機組入口處回水管電磁閥設置閥門啟閉控制節點，為數字輸入節點，同時設置閥門反饋節點 ；冷機出水管道處設置溫度傳感器，監測冷機出口水溫 ；給水總管至分水器前設置給水溫度、壓力、流量監測，均為模擬輸入節點。

    冷卻水回水管設置電動蝶閥，設置閥門啟閉控制節點，為數字輸入節點，同時設置閥門反饋節點 ；冷卻水回水設溫度監測 ；冷卻水循環泵也為變頻泵，設置變頻水泵監控模塊 ；水泵前后設壓差監控；回水總管設置水管的溫度、壓力傳感器，為模擬輸入節點，監測冷凍水回水參數。冷卻塔入口設置電動閥，設置閥門啟閉控制的數字輸出節點 ；設置反饋節點的數字輸入節點 ；冷卻塔風機設置風機控制模塊 ；冷卻水給水總管設置水管的溫度、壓力傳感器，為模擬輸入節點，監測冷凍水給水參數。冷卻塔出口處設置冷卻塔出水溫度監測 ；冷卻水循環水泵前后設壓差監控。

    冷水機組自控方案的簡化內容包括 ：取消冷凍水泵、冷卻水泵的變頻控制，取消水泵前后壓差監控，改為水流開關狀態反饋，取消水閥的開度反饋等。

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    樓宇自控系統一項重要的數據就是點位數，點位數越多，能夠監視、控制的功能就越多，系統也越復雜，造價當然也就越高。設計人員應熟悉設備的控制手段和方法，根據業主需要提出建議，必要時提供自控原理圖，再交由專業公司二次深化設計，最終實現對系統的有效管理和控制，經濟、合理地滿足業主使用要求。