分析楼宇自控系统的设计及存在的问题

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楼宇自控系统作为智能建筑集成管理系统的一个子系统，应当发挥其节能降耗的特性。但是，正如我们所知，楼宇自控系统并不能被很好地利用。导致这一问题的原因有多方面，其中，如何设计楼宇自控系统是重中之重。

首先，设计人员要充分理解控制工艺和控制逻辑。楼宇自控系统之所以有别于智能化系统的其他子系统，是因为它是一个控制系统，涉及自动化专业和控制专业。因此，在进行楼宇自控系统设计时，应该了解并掌握所控设备的工艺过程，对被控设备有何作用、如何进行工作、关键的控制过程是如何实现的等有充分的掌握。以冷热源系统为例，如果一个楼宇自控系统的设计师不了解冷热源系统的工作原理、工作过程，他是不可能设计好一个冷热源的自动控制过程的，最终必将导致楼宇自控系统只能实现远程控制，而无法实现系统群控这样的功能。

其次是要做好前期配合协调。没有好的沟通就没有好的设计，没有好的配合也就没有好的实施。楼宇自控系统所涉及的机电设备极为广泛，因此楼宇自控系统的设计者和各个专业的人员都会有接触，其中和强电专业人员的沟通是必不可少的。建筑机电设备中所有的空调、风机、水泵、照明等设备都有自己的控制电箱，让这些电箱为楼宇自控系统提供有效的I/O采集点和控制点至关重要。无论楼宇自控系统设计得多么好，如果在最后的实施过程中才发现强电专业的电箱中没有二次回路的信号接入点，必将导致强电电箱重新更改设计，或是楼控系统对这些设备不监控。

最后是要重视深化设计的跟进。任何一个设计都会因为前期的不明确或者后期的变更而出现问题，因此在楼宇自控系统设计的过程中，也要不断跟进项目的进度情况。大部分项目在进行弱电设计时，其建筑设计也处在一个更改变化的过程中，即使本已全部完成，也可能因为业主要求的变化而有新的变更产生。所以楼宇自控系统的设计也将是一个不断变化、不断更新的过程。设计者要根据水、电、暖及其他系统的变化，对所设计的楼宇自控系统进行更新设计以使之满足要求。深化设计的跟进不仅应该在前期设计过程中得到重视，更应该在后期项目实施过程中进行，保持一个连续的状态，从而保证整个楼宇自控系统的可控性。

楼宇自控系统的设计不容小觑。在对系统背后的涉及逻辑充分理解后，充分沟通，持续跟进，一定会使楼宇自控系统的设计更进一个台阶！

一. 概述
　　楼宇自控系统是建筑设备自动化控制系统的简称。建筑设备主要是指为建筑服务的、那些提供人们基本生存环境(风、水、电)所需的大量机电设备，如暖通空调设备、照明设备、变配电设备以及给排水设备等，通过实现建筑设备自动化控制，以达到合理利用设备，节省能源、节省人力，确保设备安全运行之目的。
　　随着科技和经济的不断发展，建筑内各种机电设备越来越多，越来越复杂，对机电设备的控制和管理要求也越来越高。楼宇自控系统在其发展过程经历了从分散控制到集中控制，再到集散控制目前正向开放式现场总线系统发展的则这么几个阶段。实际上就是一个工业自动化控制系统发展的缩影。可以预见：
　　1)集散控制系统是现阶段楼宇自控系统的主流；
　　2)现场总线技术是集散控制系统发展方向
　　3)VLAN、TCP／IP等网络技术在楼宇自控系统应用，网络实现Web化；
　　4)通用控制器与智能仪表共存；
　　5)广泛采用以状态空间方法为基础的现代控制理论解决楼宇自控问题，取得成效；
　　6)系统集成技术取得进展,人机界面、操作环境改善，符合人机工程学基本机理。
　　二. 楼宇自控系统设计阶段的划分和内容
　　楼宇自控系统是建筑设计的一部分，并与建筑设计同时进行的。在工程设计中，要根据业主的投资额和使用要求，确定楼宇自控系统的控制范围、控制点数及整个系统的构成。做好与土建施工有关部分的管线预留和预埋。我们把设计院完成的设计内容称为一次设计。主要内容包括：方案设计、初步设计、施工图设计。现将各部分内容予以简介：
　　（一）方案设计
　　此设计阶段，建筑电气专业设计文件主要为设计说明书。包括以下内容：
　　1．设计范围
　　在电气或弱电总说明中阐述建筑物智能化设计标准等级、设计范围。
　　2．BA设计的相关系统内容应说明自控设计包含的内容，例如：
　　对空调系统设备的运行状况进行监理、控制、测量和记录;
　　对供配电系统、变配电设备进行监视、控制、测量和记录；
　　对给排水系统设备的运行监视、控制、测量和记录；
　　对电梯及自动扶梯的运行监视、控制、测量和记录
　　3．当由楼宇自控系统完成系统集成时，应说明集成的内容。如：
　　对公共安全防范系统进行必要的监测
　　对火灾自动报警系统进行必要的监测
　　对停车场管理系统进行监测
　　（二）初步设计
　　此设计阶段，包括以下内容：设计说明书、系统图、平面图、主要设备材料表。图纸目录由总目录给出。
　　1．设计说明书
　　（1） 建筑概况：说明建筑类别、性质、面积、层数、高度及智能化设计标准等级等；
　　（2）相关专业提供给本专业的工程设计资料；
　　（3）建设方提供的有关职能部门认定的工程设计资料；
　　（4）本工程采用的主要标准及法规；
　　（5）设计范围：在电气或弱电设计说明中阐述的设计内容包括楼宇自控系统。
　　（6）楼宇自控系统控制室的位置、面积、独立设置或与哪些系统和用，监控总点数，包括数字输入、数字输出、模拟输入、模拟输出各为多少，系统的组成。
　　（7）各子系统的要求和联动控制功能；
　　（8）当完成智能化系统集成功能时需说明集成子系统及其要求；
　　（9）主要产品的选型；设计中所使用的符号、图例、标注的含义；接地要求及导线敷设方式。
　　（10）须提请在初步设计审批时需解决或确定的主要问题
　　2．系统图
　　应划出系统通讯的干线图、控制室大体位置，设备DDC大体位置，数量应在干线图中大体标出，只标出现路连接路径，不做线路选型。
　　3．平面图
　　包括控制室平面布置图和个分站DDC平面布置，只画出设备平面分布，不做线路连接。
　　4．主要设备材料表
　　包括主要设备的图例、名称、型号规格、技术参数、单位、数量、安装做法等。
　　（三）施工图设计
　　设计文件包括图纸目录、施工设计说明、系统图、平面图、主要设备表。
　　1．图纸目录:
　　先列出新绘制的图纸，后列重复使用图。
　　2．施工设计说明
　　（1）设计依据：可按初步设计中的设计依据进行说明。
　　（2）设计范围：在电气或弱电设计说明中阐述的设计内容包括楼宇自控系统
　　（3）当完成智能化系统集成功能时需说明集成子系统及其要求；
　　（4）主要产品的选型；设计中所使用的符号、图例、标注的含义；接地要求及导线敷设方式。
　　（5）系统的施工要求和注意事项（包括布线、设备安装等）；设备订货要求；工程选用标准图集编号、页号。
　　3．系统图
　　（1）监控系统干线图，绘至DDC站止，包括主控主要设备与DDC站的连接，线路选性与敷设方式，每个DDC 要有清晰的编号与监控点表一对应，线缆、设备的数量、路由，主要设备与设备间的连接应清晰画出，设备材料的图例、型号、数量应与平面图材料表一致，设备位置应与实际位置大体一致。
　　（2）监控点表：说明详细的设备和DDC的分布位置、监控对象、实现的功能、监控点分类、点数统计及DDC的点数占用率等，各监控点、DDC与干线系统图应严格一致。
　　4．平面图
　　平面图包括控制室平面布置图、接地平面图，DDC平面布置图、干线及设备机房外线路平面图。
　　5．主要设备材料表
　　包括主要设备的图例、名称、型号规格、技术参数、单位、数量、安装做法等。
　　（四）施工单位的深化设计
　　我们把设计院完成的设计内容称为一次设计。该设计图纸在施工中使用，是设备招标的基础资料，供设备招标使用。 招标工作完成后，由中标的专业公司配合设计院进行二次设计。
　　首先，要按产品性能、特点完善设计院的一次设计，核对控制点数表，确定各种设备的规格、型号，绘制二次设计施工图纸。包括详细的分系统图、接线图以及联动关系软件功能说明、系统的操作及维护手册。所选择的设备要有开放的标准，自控系统要对楼内全部机电设备进行控制，这些设备和系统的数据通讯必须按同一标准协议，它由一系列与软件及硬件相关的通讯协议组成，规定了计算机控制器之间所有对话方式。在实际工程中，多数设备和子系统愈来愈多，愈来愈复杂，不同厂商提供的不同产品和系统，其通讯协议不同，互联很困难。承包商一般采用开发网关方式，完成不同系统的互联。系统之间要完成协议转接，一定要开发网关的硬件及软件实现互联。承包公司二次设计完成后，供施工、设备安装、调试等环节使用。最后，通过权威或法定的测试后，该系统进行试运行。
　　三. 楼宇自控系统设计中应注意以下问题
　　1．管理范围的确定
　　对建筑物内各类设备的监视、控制、测量，应做到运行安全、可靠，节省能源和人力。管理范围要结合开发商或业主的投资来确定，还要考虑当地管理机构的具体要求。如：有的地方供电局要求，变配电系统可以纳入BAS系统，BAS系统可以集中显示、记录、测量、报警，不可以控制系统中断路器的合闸、跳闸；同时要求消防报警系统、连动系统必须独立，在BAS系统中可以显示、记录，不可以控制等。这些意见，各地方会不相同，随着科学技术的发展，会逐步改变。 现在智能建筑工程设计中，BAS系统管理范围一般包括：冷冻、空调系统，采暖、通风系统，给排水动力系统，变配电系统，照明系统、电梯、扶梯监视系统，车库管理系统等
　　2．控制器I/O点数的确定及其接口技术处理
　　确定控制点要参考《智能建筑设计标准》BAS系统甲级、乙级、丙级设计标准。要与专业设备工程师配合，参考该专业图纸和设计要求，共同研究确定控制点，编制监控点表。
　　通常建筑设备监控系统的规模大小是用“点数”来衡量的， 400点以下为小型系统，400～700点为中型系统，大于700点为大型系统。点数的多少不仅体现了系统的规模大小，而且直接关系到系统的投资与造价。在设计阶段，首先的工作应该是系统点数的确定。系统的点数又是基于整个系统设备数量和每台设备的监控、控制及测量功能的多少来确定，设计人员在确定时，必须与相关专业如空调、水道、强电等设计人员密切配合，根据功能，以便准确地确定整个建筑设备监控系统的总点数。
　　在建筑设备监控系统工程设计中，由于专业分工和专业交叉等问题，确定点数及如何处理点的外部连接接口经常协调不好，造成系统设计不合理，工程实施起来困难。作为系统的设计人员应与其它专业设计人员协调，并且了解其它专业设备如空调、给排水、电气等基本工作原理及其工艺要求。近几年来，随着建筑设备监控系统工程设计实践与总结，不少产品供应商和代理商都相继提供了一些设计选型手册，对工程中点的选型、点数确定以及点的连接接口技术等设计无疑是很大的帮助。这几年建设部陆续组织编制了适应建筑设备监控系统工程用“国家建筑标准设计图集”，为解决和部分解决工程设计及施工安装中的问题，提供了有效的方法。由天津市建筑设计院负责编制的“空调自控”标准设计图集中冷水机组、热交换装置、空气处理机、新风机组、变风量机组等空调设备参与监控系统的监视、控制及测量点的选择，类型确定都有列举。设计中结合具体工程就能很方便的确定其设备的点数和点的类型。由建设部设计院等单位编制的“常用风机控制电路图”（99D37S）、“常用水泵控制电路图”（01D303-3）和“液位测量装置安装”（99SD767）等国家建筑标准设计图集，对风机、水泵、液位控制等常用设备的控制回路中如何与计算机数据来集I/O控制器及DDC控制器，接口如何连接、变成信号与远传都有表示。
　　在由核工业部第二设计研究院负责编制的“6～10千伏配电所二次接线（直接操作）”（01D203-3）图集中，对6～10千伏配电装置、电力变压器、信号和直流电源装置进入建筑设备监控系统的监视、控制、测量等接口连接，在深化设计时，在相对应的二次标准接线图中取出监视、控制、测量接点去连接端子，如果是测量信号必须经变送器再接到DDC控制器的I/O接口上。建筑设备监控系统的设计、施工人员可以借助于以上“国家建筑标准设计图集”确定好系统点数和点的类型。配合电气人员完成机电设备二次接线深化设计，解决好接口连接。
　　3．中央操作站和通讯网络的正确配置
　　只有中央操作站和通讯网络配置正确，才能实现对建筑物内设备运行集中监控与管理的基本服务功能。中央操作站的设备配置时要考虑到系统的规模和投资的条件，不必贪大求全，应实用满足系统需要。
　　在“民用建筑电气设计规范”第二十六章中对中央操作站和通讯网络的配置原则，提出如下要求：
　　（1）满足集中监控的需要；
　　（2）所选的网络结构与监控系统相适应；
　　（3）实现危险分散尽量减少故障的波及面，特别是中、大型系统，采用分布式系统；
　　（4）减少初投资；
　　（5）系统必须易于实现扩展。
　　国内建筑设备监控系统市场上国内外产品很多，系统的网络结构也有不同，但系统构成主要是由以太网络及现场总线组成，大多数产品都符合BACnet和Lonworks协议标准，为不同厂家的产品相互连接及扩展，以及智能建筑的系统集成创造了条件。
　　在建成一个好的建筑设备监控系统时，除了注意以上三个部分的工作之外，在系统规划时，必须强调节能意识。一般情况下，一个建筑物的设备监控系统的投资约占建筑物总投资的1%～2%，回收投资年限在3～5年。如果投资几十万甚至上千万元建成的设备监控系统，起不到节能的作用，长年无法收回投资成本，这不是我们投资建立建筑设备监控系统的目的。节能是长期基本国策之一，而现在的建筑设备监控系统，有一部分或者相当一部分工程对这一点重视不足，未能充分挖掘出系统节能的潜在功能
　　四．结论
　　为充分发挥楼宇自控系统的功能，需要设计单位周密详细的设计论证、统一规划，需要工程施工单位精心施工，更需要系统集成商以高度负责的态度，从用户角度出发，为每一个项目选择一个适合它本身的功能配置，甲方也尽早配备相应工程技术人员，加入到项目实施中，这样才有助于项目的接受和系统的运行维护，从而真正发挥楼宇自控系统的功效，创造良好的社会经济效益。
　　此外，尽管要电气工程师或控制工程师全面掌握相关专业知识很困难，但为便于与设备等相关专业工程师沟通，使设计的控制系统符合工况要求，正常合理运行，必需了解一些概念性的知识，及早消除目前设计行业中专业相关环节之间的“灰色地带”是关系系统成败的关键所在。

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羿厚参芪： 建议多看看这方面的人才招聘信息,看看楼宇自控工程师或者相关你感兴趣的职位,看看用人单位所需要的人才有那些具体的要求,然后总结出你所要从事的职业的一些基本要求!!就我现在理解,真正的楼宇自控要解决的问题是中央空调系统...

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羿厚参芪： 个人浅见,仅供参考.楼宇自控从系统使用角度来看(从事产品研发的就另说了),属于应用,就像我们手里的手机一样,厂商做好的产品,配置好系统,我们来使用各种功能.楼宇自控系统也是建立在硬件产品的基础上,通过软件实现与硬件的逻辑连接,从而通过程序编辑,为客户实现各种使用及控制需求.要做好楼宇自控的应用,需要有丰富的经验,对涉及的风、水、电专业,计算机网络、通讯协议、设计思路、控制原理、产品选型、编程、实施.个人认为核心的技术应该是出现问题的应变和解决方案.