樓宇自控系統(tǒng)是建筑物設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。施工設(shè)備主要是指為施工服務(wù)，并為人們提供基本生活環(huán)境(風(fēng)、水、電)所需的大量機(jī)電設(shè)備，如暖通空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、變配電設(shè)備、給排水設(shè)備等，這些設(shè)備都是通過實(shí)現(xiàn)施工設(shè)備的自動(dòng)化控制，達(dá)到合理使用，節(jié)約能源，節(jié)約人力，保證設(shè)備安全運(yùn)行的目的。

一、樓宇自控系統(tǒng)的發(fā)展

在過去的幾年里，人們提到的樓宇自控系統(tǒng)，主要是指建筑物內(nèi)暖通空調(diào)設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它包含了建筑物內(nèi)所有可控制的機(jī)電設(shè)備，并且已經(jīng)成為”智能建筑”不可缺少的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。建筑自控系統(tǒng)的發(fā)展也是從無到有，從低層次到高層次的發(fā)展過程，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的縮影。伴隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、顯示技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)、表面安裝技術(shù)以及其他高科技的發(fā)展，樓宇自控系統(tǒng)將會(huì)有很大的發(fā)展，如：

1.分布式控制系統(tǒng)是現(xiàn)階段樓宇自控系統(tǒng)的主流；

2.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展方向；

3.VLAN、TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于樓宇自控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化；

4.通用控制器與智能儀表的結(jié)合；

5.廣泛運(yùn)用基于狀態(tài)空間法的現(xiàn)代控制理論來解決建筑物的自控問題，取得了良好的效果；

6.系統(tǒng)集成技術(shù)不斷進(jìn)步，OPC、ODBC等技術(shù)得到廣泛應(yīng)用；

7.改進(jìn)了人機(jī)界面，改善了操作環(huán)境，符合人機(jī)工程學(xué)的基本原理。

在一般民用建筑(對(duì)有特殊工藝要求的建筑可能不完全適用)，如建設(shè)部要求的深度設(shè)計(jì)中的樓宇自控系統(tǒng)(BAS)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)院至少應(yīng)完成以下工作：

（1）全面理解受控對(duì)象的工藝要求，編制相應(yīng)的控制原理圖；

（2）控制對(duì)象類型統(tǒng)計(jì)(或控制器輸入/輸出狀態(tài)點(diǎn)表)；

（3）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃控制設(shè)計(jì)；

（4）平面布線規(guī)劃方案；

（5）設(shè)計(jì)描述。

承包方(或供應(yīng)商)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步深化施工圖設(shè)計(jì)，包括提供產(chǎn)品規(guī)格、材料、接線、安裝和維修等技術(shù)文件，并負(fù)責(zé)最后安裝(或指導(dǎo)安裝)、調(diào)試和驗(yàn)收申請(qǐng)。

但是從目前眾多工程的實(shí)施情況來看效果并不理想.有調(diào)查顯示：用戶對(duì)樓宇自控系統(tǒng)運(yùn)行評(píng)價(jià)中，“滿意”占30%，“一般”占40%，“差”占30%。為此，本文從專業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行反思，以供參考。

二、若干問題

2.1不清楚受控對(duì)象的過程要求是什么

當(dāng)前，電氣工程師(或自控工程師)對(duì)其它專業(yè)受控對(duì)象的工藝要求了解比較膚淺，甚至存在認(rèn)識(shí)上的錯(cuò)誤，導(dǎo)致BAS運(yùn)行效果不佳的情況屢見不鮮，其中暖通空調(diào)系統(tǒng)占較大比例，以下是工程中容易出現(xiàn)的一些實(shí)際問題，如：

(1)設(shè)備專業(yè)規(guī)范《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJl9-87)，曾全面規(guī)定了舒適度空調(diào)的室內(nèi)參數(shù)：

注意：當(dāng)使用紊亂部件時(shí)沒有特殊要求。舒適空調(diào)的相對(duì)濕漫性可以不受限制。

值得注意的是，以上數(shù)據(jù)僅指設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的取值范圍，并不包括控制對(duì)象允許變動(dòng)的范圍，而對(duì)民用建筑舒適性空調(diào)設(shè)計(jì)一般不提供空調(diào)精度要求。空調(diào)機(jī)設(shè)計(jì)依據(jù)的選擇十分重要，實(shí)際工程應(yīng)由設(shè)備工程師結(jié)合我國(guó)氣候特點(diǎn)和國(guó)情分析研究，謹(jǐn)慎確定，選擇不利不僅會(huì)對(duì)投資、運(yùn)行、能耗產(chǎn)生負(fù)面影響，而且會(huì)危害人員健康。

(2)對(duì)夏季、冬季和過渡季節(jié)的了解程度不夠?？照{(diào)器所指的夏季、冬季和過渡季的控制參數(shù)，是按夏季、冬季和過渡季三種狀態(tài)劃分的三種工況，對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的工作環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度或焓值等，如果僅僅根據(jù)它們的實(shí)際季節(jié)變化簡(jiǎn)單理解，往往使空調(diào)器得到的控制效果并不理想。

(3)暖通空調(diào)自控系統(tǒng)，其精髓在于對(duì)空調(diào)過程中的”定”與”變”二字的把握。根據(jù)不同管路、不同工況下的”定風(fēng)量(或定流量)”或”變風(fēng)量(或變流量)”的特點(diǎn)，往往不能設(shè)計(jì)出自控系統(tǒng)，例如，制冷機(jī)冷凍/冷卻循環(huán)水的定流量；新風(fēng)處理機(jī)組一般的定新風(fēng)量；空調(diào)機(jī)組的變新風(fēng)量(或定新風(fēng)比)和變新風(fēng)比，等等。

(4)新風(fēng)處理機(jī)組大多采用“定風(fēng)量”設(shè)計(jì)，電控工程師對(duì)此往往不夠重視，在新風(fēng)閥的控制上一般只要求位式控制，新風(fēng)閥多采用雙向單相(AC220V/AC24V，三線)電機(jī)或電動(dòng)執(zhí)行器位式控制；為盤管防凍新風(fēng)閥設(shè)計(jì)成與送風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)；為防止風(fēng)閥壓差過大而無法開啟，通常先開新風(fēng)閥，后開送風(fēng)機(jī)，停風(fēng)機(jī)即關(guān)閥。

(5)只有具有新風(fēng)預(yù)熱器、混合點(diǎn)(或濕化狀態(tài)點(diǎn))有可能低于0℃，或在冬季過渡季節(jié)要求新風(fēng)完全運(yùn)轉(zhuǎn)且新風(fēng)溫度可能低于0℃的空氣處理機(jī)組，才有必要考慮運(yùn)行中的防凍問題，如新風(fēng)閥與機(jī)組聯(lián)動(dòng)等防凍措施。

(6)為保證基本的室內(nèi)空氣品質(zhì)，可采用CO2濃度在控制室內(nèi)測(cè)定法。但是事實(shí)上暖通空調(diào)專業(yè)往往是通過設(shè)計(jì)來確定最小新風(fēng)量或換氣次數(shù)，如果只是用簡(jiǎn)單的啟停機(jī)組控制室內(nèi)CO2濃度，沒有必要；否則涉及變風(fēng)量控制，控制比較復(fù)雜，投資也比較大。

2.2控制原理的描述不全面，控制對(duì)象的類型統(tǒng)計(jì)不具體

在設(shè)計(jì)圖紙上看到的控制原理往往是千篇一律，無法根據(jù)具體的工程實(shí)際做到有的放矢?？刂茖?duì)象的種類往往不能簡(jiǎn)單地局限于AI、AO、DI、DO四種狀態(tài)，尤其是施工圖應(yīng)反映各狀態(tài)下不同信號(hào)特征的電特性，以便進(jìn)行控制模塊的選擇。

2.3  IBMS和BAS以及集成概念不明確

IBM管理系統(tǒng)和BAS應(yīng)該是兩個(gè)層次的概念，BAS表現(xiàn)為控制子系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)通信的互聯(lián)，IBM管理系統(tǒng)表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的整合，即IBM管理系統(tǒng)表現(xiàn)為集成的概念。通常在設(shè)計(jì)中比較重視對(duì)控制子系統(tǒng)之間控制功能聯(lián)系的描述，這通常稱為集成設(shè)計(jì)，指的是信息系統(tǒng)集成。根據(jù)用戶的需求，進(jìn)行了運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理業(yè)務(wù)模式的規(guī)劃設(shè)計(jì)，IBMS和BAS共享管理工作站。

（1）服務(wù)模塊—-提供性能優(yōu)良的服務(wù)環(huán)境。

現(xiàn)代化的智能大廈在應(yīng)用樓宇自控系統(tǒng)后，可以根據(jù)季節(jié)、空氣狀況的變化，通過調(diào)節(jié)新風(fēng)閥的開度等手段，對(duì)空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組的送風(fēng)溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，并能針對(duì)不同區(qū)域提供最佳的溫濕度控制，保證各區(qū)域的環(huán)境參數(shù)。中央控制室為用戶提供了一個(gè)觀察整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的窗口，通過測(cè)量實(shí)際信息，可以實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)溫度、壓力、流量等重要信息，使操作人員能夠?qū)δ骋欢螘r(shí)間內(nèi)某一變量的變化情況做出趨勢(shì)預(yù)測(cè)，提前做出有效反應(yīng)，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。多個(gè)運(yùn)行服務(wù)功能的軟件規(guī)劃。

（2）節(jié)能模塊—-降低能源消耗和管理成本。

樓宇自控系統(tǒng)在滿足舒適度的前提下，通過合理地組織設(shè)備運(yùn)行，使建筑運(yùn)行費(fèi)用最小化，即通過系統(tǒng)優(yōu)化控制來降低能耗。安裝了節(jié)能程序的系統(tǒng)軟件，可根據(jù)季節(jié)變化、人員流量和空氣流量，對(duì)各區(qū)域溫度進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，控制設(shè)備的合理運(yùn)行，使建筑物能耗最小化，并可對(duì)建筑物運(yùn)行一至兩年后的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提供優(yōu)化調(diào)整，使建筑物能耗進(jìn)一步降低。多個(gè)運(yùn)行節(jié)能措施的軟件規(guī)劃。

（3）安全模塊—-為突發(fā)故障提供預(yù)防措施。

若現(xiàn)代智能大廈機(jī)電設(shè)備突然失靈而導(dǎo)致停機(jī)，將給大廈帶來嚴(yán)重后果。樓宇自控系統(tǒng)可以通過以下方式防止這一情況的發(fā)生：

①隨時(shí)檢查設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷和額定負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)設(shè)備負(fù)荷過大時(shí)，立即自動(dòng)卸載，同時(shí)向中控室發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以防損壞貴重設(shè)備。

②監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)其中某個(gè)設(shè)備運(yùn)行異常，立即報(bào)警通知維修人員去查看，以免造成更大范圍的設(shè)備故障。

③自動(dòng)記錄設(shè)備累計(jì)運(yùn)行小時(shí)數(shù)。累積值達(dá)到規(guī)定維修時(shí)間后，自動(dòng)向中控室報(bào)告，及時(shí)提醒設(shè)備維修。

④當(dāng)一組設(shè)備中的一臺(tái)發(fā)生故障不能繼續(xù)工作時(shí)，就自動(dòng)切換到備用設(shè)備；同時(shí)，在暫時(shí)停電的情況下，在恢復(fù)供電后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行順序啟動(dòng)程序，以確保設(shè)備順利投入運(yùn)行，避免對(duì)設(shè)備造成損害。

現(xiàn)代智能大廈采用上述檢測(cè)、報(bào)警和處理方式，對(duì)機(jī)電設(shè)備的突發(fā)故障進(jìn)行有效預(yù)防，確保了設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安全。

（4）維修單元——提高設(shè)備運(yùn)行效率，減少管理人員。

監(jiān)控、診斷、記錄設(shè)備運(yùn)行狀況，及早發(fā)現(xiàn)并排除故障，及時(shí)通知維修保養(yǎng)，確保設(shè)備始終處于良好的工作狀態(tài)。

樓宇自制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)控，可以使設(shè)備失效率大大降低，同時(shí)還能使維修工人更有效率地工作，減少維修人員的數(shù)量；采用綜合管理方法，盡可能減少操作、值班和管理人員。

（5）擴(kuò)展模塊——該系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，能夠滿足未來擴(kuò)展的需要。

在選擇系統(tǒng)時(shí)應(yīng)始終遵循標(biāo)準(zhǔn)化、開放性的原則，系統(tǒng)容量可有適當(dāng)?shù)娜哂啵赃m應(yīng)以后的擴(kuò)展。并且要保證與其他系統(tǒng)的兼容，可以方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息共享。

（6）仿真模塊——該系統(tǒng)具有自學(xué)功能，可進(jìn)行人員培訓(xùn)、資料管理等。

2．4各系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面不夠周到、清晰

作為建筑物的重要組成部分，樓宇自控系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)已相當(dāng)成熟和完善，但在系統(tǒng)實(shí)施過程中，常因系統(tǒng)界面存在問題而導(dǎo)致系統(tǒng)最終功能不完善，出現(xiàn)丟項(xiàng)、甩項(xiàng)等情況。

因設(shè)計(jì)界面的問題牽扯面較多，涉及到暖通空調(diào)、給排水、變配電等多個(gè)專業(yè)，工程實(shí)施中涉及到。所以在工程設(shè)計(jì)之前，要對(duì)界面的設(shè)計(jì)問題做清楚，很有必要。

另一方面，把界面設(shè)計(jì)問題搞清楚，可以使業(yè)主在工程開工前或設(shè)備安裝前，都能清楚地了解界面界面界面的要求，從而達(dá)到樓宇自控系統(tǒng)的完整。

◎明確各方責(zé)任和工作內(nèi)容，避免在發(fā)生矛盾時(shí)相互扯皮。

◎保證了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能完全實(shí)現(xiàn)，避免了資金浪費(fèi)。

（1）與調(diào)節(jié)/控制氣閥和水閥接口的設(shè)計(jì)。

常規(guī)系統(tǒng)中的抽水閥和水閥的規(guī)格和控制方式，由設(shè)備工程師根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算。所以，風(fēng)閥和水閥的調(diào)整/控制設(shè)計(jì)應(yīng)該是和設(shè)備工程師合作，了解風(fēng)閥和水閥的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，配置相應(yīng)的控制器。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，招標(biāo)前風(fēng)閥和水閥的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)常常難以精確確定，DDC的輸出類型也很難確定。

還有一種情況，當(dāng)調(diào)節(jié)閥由控制工程師選用時(shí)，需要設(shè)備工程師提出控制工況的要求，控制工程師應(yīng)根據(jù)管徑計(jì)算確定調(diào)節(jié)閥規(guī)格和控制方式。

氣門控制應(yīng)根據(jù)工作條件要求，選用電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)或配有電位器。

(2)、與配電控制箱的設(shè)計(jì)界面

◎配電控制箱內(nèi)設(shè)置本地遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān)和控制隔離中間繼電器(無源或有源AC220V，見下圖)，采用本地手動(dòng)控制，遠(yuǎn)程由BAS的DDC向配電控制設(shè)備發(fā)送遙控啟動(dòng)/停止信號(hào)，接收風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、過載狀態(tài)、遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程控制開關(guān)狀態(tài)信號(hào)。

◎局部DDC的電源(AC220V)由配電控制箱提供，上圖DDC的主動(dòng)控制和被動(dòng)控制兩種方式，由于有時(shí)配電控制回路沒有設(shè)置控制隔離變壓器，所以DDC的主動(dòng)控制觸點(diǎn)可以直接接人AC220V回路，因此筆者認(rèn)為最好是不與其它控制線路共用敷設(shè)；另一方面，自控系統(tǒng)的控制電源最好是由自己提供，避免發(fā)生扯皮現(xiàn)象。

在采購(gòu)配電控制箱前，需要提出上述要求，以方便廠家加工。

(3)與制冷機(jī)組、電梯等自帶控制裝置的設(shè)計(jì)接口。

其一是用干接點(diǎn)的方式將監(jiān)測(cè)信號(hào)與BAS的DDC連接起來，其二是用通信接口連接成點(diǎn)到點(diǎn)或總線連接起來。干接點(diǎn)方式實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單，也比較可靠，其缺點(diǎn)是采集的信息量較少；通過通信接口可以克服干接點(diǎn)方式的缺點(diǎn)，但實(shí)現(xiàn)起來比較困難，受到通信協(xié)議是否規(guī)范、廠商是否開放編碼表等因素的限制。

(4)、設(shè)計(jì)接口系統(tǒng)中的遙控單元、智能儀表或開關(guān)、照明控制單元、電參數(shù)變送器等自動(dòng)裝置，與變配電、照明等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)接口系統(tǒng)一樣，應(yīng)采用強(qiáng)電設(shè)計(jì)選配，并預(yù)先安裝在配電箱或照明箱中。

2.5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)缺乏合理性

設(shè)計(jì)單位通常對(duì)樓宇自控系統(tǒng)設(shè)備未進(jìn)行招標(biāo)前，對(duì)樓宇自控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)不十分明確，DDC的布局比較隨意，只注重控制原理和點(diǎn)表，網(wǎng)架形式、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)選擇等方面的設(shè)計(jì)相對(duì)薄弱。

如今，提起”Bus(總線)”、”Network(網(wǎng)絡(luò))”，可謂名聲大振，令人矚目。但是，“FieldBus(DCS)、PLC、工業(yè)PC、CNC等工業(yè)控制系統(tǒng)中的工業(yè)控制系統(tǒng)中的自動(dòng)儀表和過程控制自動(dòng)化系統(tǒng)由于其對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的巨大影響，已經(jīng)成為世界的“熱點(diǎn)”。很久以前就有人將現(xiàn)場(chǎng)總線描述為”21世紀(jì)的過程控制總線”,”自動(dòng)化控制領(lǐng)域開創(chuàng)了一個(gè)新紀(jì)元一一現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)”。當(dāng)前，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已廣泛應(yīng)用于樓宇各自動(dòng)控制系統(tǒng)中，隨著工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在樓宇中的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)必將成為“智能建筑”領(lǐng)域的主要發(fā)展方向之一。

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，BAS已經(jīng)成為Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分。建筑物內(nèi)部?jī)蓪幼钥叵到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也將隨之改變，DDC以上的物理連接可以通過建筑物內(nèi)綜合布線系統(tǒng)來完成，利用VLAN技術(shù)，可以基于TCP/IP和其他系統(tǒng)共享LAN，通過OPC標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接口互連。

三、結(jié)論

要使樓宇自控系統(tǒng)功能得到充分發(fā)揮，需要設(shè)計(jì)單位細(xì)致的設(shè)計(jì)論證，需要統(tǒng)一規(guī)劃，需要工程施工單位精心施工，更需要系統(tǒng)集成商以高度負(fù)責(zé)的態(tài)度，從用戶的角度，為每個(gè)項(xiàng)目選擇一個(gè)適合自身的功能配置，甲方也應(yīng)盡早配備相應(yīng)的工程技術(shù)人員，加入到項(xiàng)目實(shí)施中，這樣才有利于項(xiàng)目的驗(yàn)收和系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，從而真正發(fā)揮樓宇自控系統(tǒng)的作用，創(chuàng)造良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

另外，電氣工程師或控制工程師雖然很難全面掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)，但為了便于與設(shè)備等相關(guān)專業(yè)工程師進(jìn)行溝通，使設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)符合使用條件，并能正常、合理地運(yùn)行，就需要了解一些概念知識(shí)，在當(dāng)前的設(shè)計(jì)行業(yè)中，為了盡早消除專業(yè)相關(guān)環(huán)節(jié)之間的”灰色地帶”，關(guān)系到系統(tǒng)的成敗。