唐　勇

摘 要：樓宇自動化系統(tǒng)也叫建筑設備自動化系統(tǒng)（BuildingAutomationSystme簡稱BAS），是智能建筑不可缺少的一部分，其任務是對建筑物內(nèi)的能源使用、環(huán)境、交通及安全設施進行監(jiān)測、控制等，以提供一個既安全可靠，又節(jié)約能源，而且舒適宜人的工作或居住環(huán)境。

關(guān)鍵詞：樓宇自動化；控制系統(tǒng)

1 樓宇自動化系統(tǒng)的組成與基本功能

建筑設備自動化系統(tǒng)通常包括暖通空調(diào)、給排水、供配電、照明、電梯、消防、安全防范等子系統(tǒng)。根據(jù)我國行業(yè)標準，BSA又可分為設備運行管理與監(jiān)控子系統(tǒng)和消防與安全防范子系統(tǒng)。一般情況下，這兩個子系統(tǒng)宜一同納入BAS考慮，如將消防與安全防范子系統(tǒng)獨立設置，也應與BAS監(jiān)控中心建立通信聯(lián)系以便災情發(fā)生時，能夠按照約定實現(xiàn)操作權(quán)轉(zhuǎn)移，進行一體化的協(xié)調(diào)控制。

建筑設備自動化系統(tǒng)的基本功能可以歸納如下：

自動監(jiān)視并控制各種機電設備的起、停，普示或打印當前運轉(zhuǎn)狀態(tài)。自動檢測、顯示、打印各種機電設備的運行參數(shù)及其變化趨勢或歷史數(shù)據(jù)。根據(jù)外界條件、環(huán)境因素、負載變化情況自動調(diào)節(jié)各種設備，使之始終運行于最佳狀態(tài)。監(jiān)測并及時處理各種意外、突發(fā)事件。實現(xiàn)對大樓內(nèi)各種機電設備的統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)控制。能源管理：水、電、氣等的計量收費、實現(xiàn)能源管理自動化。

2 樓宇自運輸隊經(jīng)控制系統(tǒng)的原理

樓控系統(tǒng)采用的是基于現(xiàn)代控制理化的集散型計算機控制系統(tǒng)，也稱為布式控制系統(tǒng)（Distributedcontrol systems簡稱DCS）。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在現(xiàn)場被控設備處的微型計算機控制裝置（DCS）完成被控設備的實時檢測和控制任務，克服了計算機集中控制帶來的危險性高度集中的不足和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性。安裝于中央控制室的中央管理計算機具有CRT顯示、打印輸出、豐富的軟件管理和很強的數(shù)字通信功能，能完成集中操作、顯示、報警、打印與優(yōu)化控制等任務，避免了常規(guī)儀表控制分散后人機聯(lián)系困難、無法統(tǒng)一管理的缺點，保證設備在最佳狀態(tài)下運行。

以下介紹與分布控制系統(tǒng)相關(guān)的幾個概念。

2.1 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）

直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Direct Digital Control簡稱DDC）。計算機通過模擬量輸入通道（AI）和開關(guān)量輸入通道（DI）采集實時數(shù)據(jù)，然后按照一定的規(guī)律進行計算，最后發(fā)出控制信號，并通過模擬量輸出通道（AO）和開關(guān)量輸出通道（DO）直接控制生產(chǎn)過程。因此DDC系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計算機在工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種就用方式。DDC系統(tǒng)中的計算機直接承擔控制任務，因而要求實時性好、可靠性高的適應性強。

2.1.1 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的組成

直接數(shù)字控制系統(tǒng)主要由過程輸入通道、過程控制計算機、過程輸出通道三部分組成。

過程輸入通道由模擬量輸入和安息字量輸入兩部分組成。模擬量輸入通道由變送器、采樣開關(guān)、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和接口電路組成。其中變送器的作用是將非電量信號變換成標準電信號，可將溫度、壓力、流量變換成0-10mA或4-20mA的直流電信號，它是通過A/D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)的。-數(shù)字量輸入通道由開關(guān)觸點、光電耦合器和接口電路組成，反映生產(chǎn)過程的通/斷狀態(tài)的觸點信號，經(jīng)過光電耦合器和接口電路變換成數(shù)字信號送給計算機。

過程控制計算機直接承擔運算和控制任務，首先通過過程輸入通道采集被控對象的各種參數(shù)信號，再根據(jù)預定的控制規(guī)律（如PID）進行運算，然后被控對象發(fā)出控制信號，再通過輸出通道直接控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機構(gòu)。

2.1.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的基本算法

按照偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應用最為廣泛的一種基本規(guī)律，PID控制規(guī)律離散化并在計算機上實現(xiàn)，可以方便地利用已積累的成熟技術(shù)，而且可以在被控對象的數(shù)字模型或參數(shù)不很清楚的情況下，經(jīng)過在線整定達到滿意的效果。因此，將模擬調(diào)節(jié)規(guī)律離散化的數(shù)字PID算法，已被工業(yè)過程計算機控制系統(tǒng)普遍采用，成為DDC系統(tǒng)的基本算法。

2.2 分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control Systems簡稱DCS）20世紀于70年代中期出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來，它將計算機技術(shù)、控制技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和通信技術(shù)匯集于一體，可對分散在現(xiàn)場的設備進行控制，又可方便地集中管理，操作，與以往的控制系統(tǒng)相比，即避免了單臺計算機集中控制的不足，又克服了常規(guī)儀表人機交互困難的缺點。

分布式控制系統(tǒng)的多臺微型計算機取代的集中控制系統(tǒng)的單臺計算機從體系結(jié)構(gòu)上分散了危險性，提高了可靠性。

2.2.1 分布式控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)張

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡和分布式控制系統(tǒng)的支柱。整個分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實質(zhì)上是一個網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站、工程師站、操作員站、監(jiān)控計算機等都是這個網(wǎng)絡上的“節(jié)點”都含水有CPU和網(wǎng)張接口，它們都有自己特定的網(wǎng)絡地點（節(jié)點號），可以通過網(wǎng)絡發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡中的各節(jié)點處于平等地位，即能共享資源，又不相互依賴，形成即有統(tǒng)一指揮，又使危險分散的功能結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡的架構(gòu)區(qū)具有極大的伸縮性，可擴性很強，可以滿足分布式控制系統(tǒng)擴充與升級的需要，十分靈活、方便。

2.2.2 現(xiàn)場總線技術(shù)的應用--分布式控制系統(tǒng)的進一步分散化

現(xiàn)場總線概況 現(xiàn)場總線（Fieldbus）是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡。不同的現(xiàn)場總線遵循的協(xié)議不同，接口標準不同，各具特色?，F(xiàn)場總線技術(shù)具有如下一些特點：①以數(shù)字信號取代4-20mA的模擬信號，極大地提高了信號轉(zhuǎn)換的精度和可靠性，因此現(xiàn)場總線具有很高的性能價格比。（2）現(xiàn)場總線把處于設備現(xiàn)場的智能儀表（智能傳感器、智能執(zhí)行器）連成網(wǎng)絡，使控制、報警、趨勢分析等功能散到現(xiàn)場儀表，使控制結(jié)構(gòu)進一步分散化，導致控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的變化。（3）符合同一現(xiàn)場總線標準的不同廠家的儀表、裝置可以聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)互操作，不同標準通過網(wǎng)關(guān)或路由器也可互聯(lián)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一個開放式系統(tǒng)。

LonWorks是一種完全分布式控制的局部操作網(wǎng)（Local Operating Network-LON）技術(shù)。LonWorks網(wǎng)絡節(jié)點由神經(jīng)元芯片、收發(fā)器、固件和I/O接口電路組成。神經(jīng)元芯片（Neuron chip）是這種智能節(jié)點的核心，它由媒體訪問媒體防問控制處理器、網(wǎng)絡處理器和應用處理器組成，這就使得節(jié)點既能管理網(wǎng)絡通信，又有控制功能。

芯片附有固件，該固件實再LonTalk通信協(xié)議和所有的任務調(diào)度。LonTalk協(xié)議遵循世界標準組織ISO提出的開放式互聯(lián)參考模型OSI，具有完整的7層協(xié)議，管理網(wǎng)絡節(jié)點的通信，分配節(jié)點地點，運行內(nèi)含的沖突/檢測回避算法，控制物理/電氣的連接等。

Neuron芯片除了具有控制功能外，還帶有媒體訪問控制處理器和網(wǎng)絡處理器，LonTalk協(xié)議固芯片的ROM中，使得LonWorks的微型節(jié)點無需中心結(jié)構(gòu)的宛全分布式控制模式，將控制功能分散到了現(xiàn)場級儀表。

LonWorks網(wǎng)絡，可以采用多種通信媒體，如雙絞線、電力線、同軸電纜、光纜、無線電、紅外線，并且提供與上述多媒體相適應的收發(fā)器，這使得同一網(wǎng)絡中的信號可以在不 的媒體之間傳輸，因而可以根據(jù)需要組網(wǎng)，不同媒體之間以路由器進行連接。

LonWorks是為了避免眾多制造商以不同的含義來解釋LonWorks技術(shù)，保證不同的產(chǎn)品能夠方便地集成一起，以便構(gòu)成一個真正開放的系統(tǒng)，而制定的一個行業(yè)標準。

分布式控制系統(tǒng)的進一步分菜化。傳統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng)在現(xiàn)場控制站這一級依然是一個集中式結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)在的分布式控制系統(tǒng)是在原有分布工控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用LonWorks現(xiàn)場總線的建筑設備自動化系統(tǒng)發(fā)展起來的新系統(tǒng)，標準LAN原有的分布式控制系統(tǒng)，使用BADnet協(xié)議，以利于實現(xiàn)多種供應商的不同類型的子系統(tǒng)之間的通信信息交換，把具有控制功能的各個島連成一個整體，新增的LonWorks現(xiàn)場總線使用LonTalk協(xié)議，把控制功能進一步分散到現(xiàn)場級儀表，標準LAN與現(xiàn)場總線之間的路由器相聯(lián)。BACnet和LonWark現(xiàn)場總線使用LonTalk協(xié)議，把控制功能進一步分散現(xiàn)場級儀表，標準LAN與現(xiàn)場總線之間的路由器相聯(lián)。這樣BACnet和LonWark兩項標準互相補充，互為依托，構(gòu)成一個完全分散的、真正開放的建筑設備自動化系統(tǒng)。