【摘要】本文介紹了樓宇自控系統(tǒng)；PID調(diào)節(jié)及控制技術(shù)；集散控制系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

【關(guān)鍵詞】樓宇自控系統(tǒng)；PID調(diào)節(jié)；集散控制系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

1 前言

智能建筑已成為未來(lái)建筑的標(biāo)志，是信息時(shí)代的必然產(chǎn)物，它是建立在建筑設(shè)計(jì)、信息科學(xué)、行為科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、人類(lèi)工程學(xué)等各類(lèi)學(xué)科之上的交叉應(yīng)用，是人、信息及工作環(huán)境的智能結(jié)合。樓宇自控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能建筑的基礎(chǔ)。現(xiàn)就有關(guān)于樓宇自控系統(tǒng)的問(wèn)題做些介紹，以供探討。

2 樓宇自控系統(tǒng)的概念

樓宇自控系統(tǒng)（Building Automation System，簡(jiǎn)稱(chēng)BAS）是指采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)智能建筑中分散的各類(lèi)建筑設(shè)備的運(yùn)行、能源使用狀況、安全狀況以及節(jié)能等進(jìn)行有效的綜合自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制與管理的系統(tǒng)，確保建筑物內(nèi)舒適、安全的工作、生活環(huán)境，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的要求。

3 PID調(diào)節(jié)及控制知識(shí)

自控系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)傳感器、變送器、輸入/輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制器?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，被加到受控系統(tǒng)；控制系統(tǒng)的被控量經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)傳感器、變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。在工程實(shí)際中，比例—積分—微分控制（PID）又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)，是應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律。

PID調(diào)節(jié)器是根據(jù)系統(tǒng)的給定值與實(shí)際值的偏差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制。自控系統(tǒng)要很好地完成控制任務(wù)，首先必須在滿足工作狀態(tài)穩(wěn)定的前提下，同時(shí)必須保證系統(tǒng)的精度，滿足調(diào)節(jié)過(guò)程的質(zhì)量指標(biāo)要求。比例控制系統(tǒng)的響應(yīng)快速性，作用于輸出；積分控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，消除過(guò)去的累積誤差；微分控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有超前控制作用。因此，PID調(diào)節(jié)可以解決在控制過(guò)程中，系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間的矛盾。

4 集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

集散控制系統(tǒng)（DCS）是采用分散控制策略、集中管理的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它通過(guò)分布在現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化控制器完成對(duì)被控設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)任務(wù)，以具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理、記錄、顯示及豐富軟件功能的中央計(jì)算機(jī)完成優(yōu)化管理、集中操作及顯示報(bào)警等工作。集散控制系統(tǒng)（DCS）是一種橫向分散、縱向分層的體系結(jié)構(gòu)，功能分層可分為現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)、監(jiān)控級(jí)、管理級(jí)，層與層之間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)相連?，F(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)由現(xiàn)場(chǎng)直接數(shù)字控制器（DDC）及現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)組成，其主要功能為采樣現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，處理采樣數(shù)據(jù)，控制算法與運(yùn)算，執(zhí)行控制輸出，并與監(jiān)控級(jí)、其它站點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷。監(jiān)控級(jí)由一臺(tái)或多臺(tái)通過(guò)局域網(wǎng)連接的計(jì)算機(jī)工作站構(gòu)成，作為現(xiàn)場(chǎng)控制器的上位計(jì)算機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)可分為以管理、改進(jìn)系統(tǒng)功能為目的的監(jiān)控站及以操作為目的的操作站，其主要功能是采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視和存儲(chǔ)，實(shí)施連續(xù)控制、批量控制或順序控制的運(yùn)算和輸出控制，進(jìn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備的自診斷，實(shí)施數(shù)據(jù)通信。管理級(jí)的中央管理計(jì)算機(jī)是以中央控制室操作站為中心，輔以報(bào)警裝置、打印機(jī)等外設(shè)組成，是集散控制系統(tǒng)（DCS）人機(jī)聯(lián)系的主要界面。中央管理計(jì)算機(jī)是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的集中操作和監(jiān)視，其主要功能為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)、顯示和輸出，優(yōu)化控制和優(yōu)化整個(gè)集散控制系統(tǒng)的管理調(diào)度，實(shí)施故障報(bào)警、事件處理和診斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

現(xiàn)場(chǎng)總線是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線作為傳送信息的公共路徑實(shí)現(xiàn)信息互換，并共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其本質(zhì)體現(xiàn)在以下六個(gè)方面：

（1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連；

（2）現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)；

（3）互操作性；

（4）分散功能塊；

（5）通信線供電；

（6）開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)可歸納為以下五點(diǎn)：

（1）用數(shù)字化通信代替4～20mA模擬信號(hào)傳輸；

（2）控制功能下移，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制；

（3）具有互操作性；

（4）集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、參數(shù)化及故障診斷為一體；

（5）真正的開(kāi)放系統(tǒng)。

由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)體現(xiàn)出的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)今樓宇自控系統(tǒng)（BAS）多采用在集散控制系統(tǒng)（DCS）中引入現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而進(jìn)一步完善了整個(gè)系統(tǒng)的控制、管理、決策等功能。常用的主流現(xiàn)場(chǎng)總線有：控制器局域網(wǎng)（CAN）、LonWorks、PROFIBUS、INTERBUS等。

5 樓宇自控系統(tǒng)的內(nèi)容

樓宇自控系統(tǒng)對(duì)樓宇內(nèi)暖通空調(diào)、給排水、供配電、照明、電梯系統(tǒng)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)、運(yùn)行管理和維護(hù)保養(yǎng)，為所有機(jī)電設(shè)備提供安全、可靠、節(jié)能、長(zhǎng)效運(yùn)行的保證，實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)、給排水、供配電、照明、電梯系統(tǒng)之間的信息互通，從而提高整個(gè)建筑物內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行的效率，減少能源消耗，同時(shí)使管理者隨時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀況、能量消耗情況及各種參數(shù)變化情況。樓宇自控系統(tǒng)包括對(duì)空調(diào)、給排水、供配電、照明、電梯系統(tǒng)的監(jiān)視及控制。樓宇自控系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)建筑設(shè)備的情況選擇配置以下各項(xiàng)監(jiān)控功能：

1.壓縮式制冷系統(tǒng)和吸收式制冷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、監(jiān)視、故障報(bào)警、啟停程序配置、機(jī)組臺(tái)數(shù)或群控控制、機(jī)組運(yùn)行均衡控制及能耗累計(jì)；

2.蓄冰制冷系統(tǒng)的啟?？刂?、運(yùn)行狀態(tài)顯示、故障報(bào)警、制冰與溶冰控制、冰庫(kù)蓄冰量監(jiān)測(cè)及能耗累計(jì)；

3.熱力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、臺(tái)數(shù)控制、燃?xì)忮仩t房可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)與報(bào)警、熱交換器溫度控制、熱交換器與熱循環(huán)泵連鎖控制及能耗累計(jì)；

4.冷凍水供、回水溫度、壓力與回水流量、壓力監(jiān)測(cè)、冷凍泵啟?？刂坪蜖顟B(tài)顯示、冷凍泵過(guò)載報(bào)警、冷凍水進(jìn)出口溫度、壓力監(jiān)測(cè)、冷卻水進(jìn)出口溫度監(jiān)測(cè)、冷卻水最低回水溫度控制、冷卻水泵啟停控制和狀態(tài)顯示、冷卻水泵故障報(bào)警、冷卻塔風(fēng)機(jī)啟停控制和狀態(tài)顯示、冷卻塔風(fēng)機(jī)故障報(bào)警。

5.空調(diào)機(jī)組啟停控制及運(yùn)行狀態(tài)顯示；過(guò)載報(bào)警監(jiān)測(cè)；送、回風(fēng)溫度監(jiān)測(cè)；室內(nèi)外溫、濕度監(jiān)測(cè)；過(guò)濾器狀態(tài)顯示及報(bào)警；風(fēng)機(jī)故障報(bào)警；冷（熱）水流量調(diào)節(jié)；加濕器控制；風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)；風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥、調(diào)節(jié)閥連鎖控制；室內(nèi)CO2濃度或空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)；（寒冷地區(qū)）防凍控制；送回風(fēng)機(jī)組與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制。

6.變風(fēng)量（VAV）系統(tǒng)的總風(fēng)量調(diào)節(jié)；送風(fēng)壓力監(jiān)測(cè)；風(fēng)機(jī)變頻控制；最小風(fēng)量控制；最小新風(fēng)量控制；加熱控制。

7.送排風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)啟?？刂坪瓦\(yùn)行狀態(tài)顯示；風(fēng)機(jī)故障報(bào)警；風(fēng)機(jī)與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制。

8.風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組室內(nèi)溫度測(cè)量及控制；冷（熱）水閥開(kāi)關(guān)控制；風(fēng)機(jī)啟停及調(diào)速控制。能耗分段累計(jì)。

9.水泵自動(dòng)啟?？刂萍斑\(yùn)行狀態(tài)顯示；水泵故障報(bào)警；水箱液位監(jiān)測(cè)、超高與超低水位報(bào)警。污水處理系統(tǒng)的水泵啟?？刂萍斑\(yùn)行狀態(tài)顯示；水泵故障報(bào)警；污水集水井、中水處理池監(jiān)視、超高與超低液位報(bào)警；漏水報(bào)警監(jiān)視。

10.中壓開(kāi)關(guān)與主要低壓開(kāi)關(guān)的狀態(tài)監(jiān)視及故障報(bào)警；中壓與低壓主母排的電壓、電流及功率因數(shù)測(cè)量；電能計(jì)量；變壓器溫度監(jiān)測(cè)及超溫報(bào)警；備用及應(yīng)急電源的手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)、電壓、電流及頻率監(jiān)測(cè)；主回路及重要回路的諧波監(jiān)測(cè)及記錄。

11.大空間、門(mén)廳、樓梯間及走道等公共場(chǎng)所的照明按時(shí)間程序控制（值班照明除外）；航空障礙燈、庭院照明、道路照明按時(shí)間程序或按亮度控制和故障報(bào)警；泛光照明的場(chǎng)景、亮度按時(shí)間程序控制和故障報(bào)警；廣場(chǎng)及停車(chē)場(chǎng)照明按時(shí)間程序控制。

12.電梯、自動(dòng)扶梯的運(yùn)行狀態(tài)顯示及故障報(bào)警。

13．當(dāng)熱力系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和電梯管理系統(tǒng)等采用分別自成體系的專(zhuān)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)通過(guò)通信接口納入樓宇自控系統(tǒng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，采用開(kāi)放性技術(shù)的樓宇自控系統(tǒng)將對(duì)建筑的安全性、舒適性、高效率、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性方面起到更大的作用。

參考文獻(xiàn)

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