楼宇自控系统是智能型建筑的重要组成部分，是用先进的计算机技术和网络通讯技术结合而构成的一整套自动控制系统，控制的对象是楼内各类机电设备和设施，它们包括：

①维持建筑物正常运转的设备，例如冷水机组、空调机组、通排风机、热交换器、锅炉、水泵、配电柜、电梯等；

②为建筑物提供安全措施的设备，例如自动门、刷卡器、摄像机、保安巡更站、防盗传感器等；

③为建筑物提供便利服务的设备，例如地下停车场等。

   楼宇自控系统在我国的应用在八十年代才开始，但经过近十年的实践，人们已经越来越认识到楼宇自控系统的重要性，因此，越来越多的建筑内配置了该系统。

 

一、楼宇自控系统给建筑物带来的益处

在建筑物内应用楼宇自动控制系统，能使建筑物得到以下益处：

1）节电

楼宇自控系统通过电脑控制程序对全楼的设备进行监视和控制，统一调配所有设备用电量，可以实现用电负荷的最优控制，有效节省电能，减少不必要的浪费。作为一座现代化的建筑来说，电力的消耗是非常惊人的。大楼中各种设备都是“耗电大户”。

 

2）节省人力

楼宇自控系统采用集中电脑控制，大量减少维修人员，并能及时处理设备出现的问题。在没有楼宇自控系统的建筑物中，设备的开关、维护及保养都需要人去操作，这样不可避免地要求建筑配置庞大的人员队伍，而采用了自动控制系统之后，上述工作均由楼宇自控系统根据预先设计好的程序自动完成，大批的人力将被减少下来，首先节约了管理上的开支，同时也减少了由于管理众多人员所引起的一系列问题。

 

3）延长设备的使用寿命

在建筑内配置楼宇自控系统之后，设备的运行状态始终处于系统的监视之下，楼宇自控系统可提供设备运行的完整记录，同时可以定期打印出维护、保养的通知单，这样可以保证维护人员不超前、不误时地进行设备保养，因此可以可以使设备的运行寿命加长，也就是降低了建筑的运行费用。

 

4）保证建筑及人身安全

作为一座大型建筑来说，其本身的安全和人员生命的安全是非常重要的。先进的楼宇自控系统可以将保安管理、停车管理融在同一系统中，同时可方便地与消防报警系统联网，因此可极大地提高建筑的管理水平，减少部门之间的协调。在美国，在对大楼进行保险时，配有楼宇自控系统的建筑可享受到很大的优惠，由此可见楼宇自控系统的重要程度。

 

二、系统结构

BAS的网络结构由两级网络组成，第一级是高速局域网，它支持一级控制器、工作站和文件服务器。第二级是RS485总线，支持一系列专门的区域控制器，控制HVAC设备和灯光，二级总线与高速局域网通过一级网络控制器实现双向通讯，传递网络信息。

1）高速局域网

高速局域网可以是ARCNET网或EtherNet网。在ARCNET网上运行速度是 2.5M，在EtherNet网上运行速度是10M。高速局域网传递控制点的信息及报警信息。二级控制器的信息通过一级控制器也能在高速局域网上传递,高速局域网支持多用户通讯和多用户对话活动，也就是说整个网络上信息共享，报警信号传送的同时用户活动也被传送。

 

2）二级网络总线（信息总线）

二级网络总线或信息总线支持区域控制设备，控制楼宇的HVAC和灯光系统。RS485总线的传播速率是19200波特。信息总线提供了点对点的通讯线，二级控制器和便携式服务器之间，二级服务器之间可以同时通讯，当一级控制器发生故障时不影响与之相连的信息总线。

 

3）拔号通讯

通过标准拔号调制解调器（Modem），可以进入远程网络。经过一级网络控制器，调制解调器，允许直接进入高速局域网。当只有一部电话可用时，也可以构造多个调制解调器，使多个用户通讯。

 

三、系统控制器

1）一级网络控制器

一级网络控制器一般配有UPS后备电源，以防突然掉电造成的系统故障，一级控制器也可以从一个哑终端操纵装置工作站或便携式服务器，编程有RS232C接口接调制解调器和打印机，一级网络控制器必须有足够的存储单元用于整个控制策略，用户制定报告，电话编程和中央报警。

根据不同工程的需要，网络控制器可以有以下不同的应用：

 

⑴ 以局域网为基础的网络控制器

一级控制器运行在高速的局域网ARCNET网或以太网上。它们完成整个系统的协调接受控制程序，完成对HVAC单元和照明的控制，控制相关的设备和完成所有必须的数字功能，控制器是一个模块化的微型计算机，容量是16字节或更大。有一个不到一微秒的存储周期时间以局域网为基础的一级控制器上的一级和二级控制器数据共享实行全方位控制每一个控制器允许多个用户在及网或二级网上的工作站便携式计算机上操作。以局域网为基础的网络控制器能与16个I/0模块通讯，每个模块有32路输入16路输出。

一级网络控制器有自己的CPU板、时钟/日历、EEPROM、RAM、ROM。与信息总线、高速局域网通讯，通过RS232通道与打印机、调治解调器、终端以及其它用户的设备通讯。一级网络控制器能完全的独立运行工作。

 

⑵远程控制

控制器/一级控制器可以不接在高速局域网上，一个接口连接独立用于HVAC单元和灯光控制的控制器。

与操作工作站的通讯经过电话线信号，以9600波特的速率传输。远程控制器应服从整个系统的协调，接受控制程序，控制相关的设备和完成所有必需的数字功能。控制器是一个模块化的微型计算机，容量是16字节或更大，不到一微秒的存储周期时间，对整个控制来说每一个控制器都是二级控制器，数据共享，每一个控制器都允许多用户从工作站或便携式服务器操纵。

 

⑶基于局域网的设备控制器

在一级网络上的控制器也可以直接提供输入输出点，常用于中央控制室或大型的，监视控制点集中的场合（如变电室等）。

基于局域网的设备控制器有自己的CPU板、时钟/日历、EEPROM、RAM、ROM。与信息总线、高速局域网经通讯通道通讯，设备控制器能够完全独立的运行工作。控制器能完成HVAC单元和灯光的自动控制，控制相关的设备，协调一级控制器和二级控制器的通讯。级控制器在它的EPROM和带后备电源的RAM里驻留有控制程序，每一个控制器都是智能型控制器，当不需要从其它控制器取信息时，不同其它控制器通讯，能独立完成对楼宇的控制。

 

 

2）二级控制器

二级控制器即所谓可独立地对HVAC、灯光设备进行智能控制的控制器，每一个控制器都有自己内部的随机存储器。在一级控制器发生故障情况下，继续运行自己的区域控制功能，而且它还能同整个控制网共享。

二级控制器有自己的CPU、RAM和ROM、I/O便携式通讯通道，网络接口与二级控制器有自己的I/O板能够完全的独立运行工作。

二级控制器能够独立的用于HVAC单元和灯光的控制，每个控制器都有自己的控制程序，当一级控制器发生故障时，或者是本级网络其它控制器发生故障时，该控制器仍可继续进行工作。

控制程序储存在有后备电源的RAM和EPROM里，每个二级控制器都是智能控制器，当控制功能不需要其它控制器的信息时，不必同其它控制器通讯，就能完成所有的控制方案。

每个控制器都通过信息总线通讯，而且提供一个通道接便携式服务器，支持区域编程和参数的改变，也可以通过这个通道对接在信息总线上的区域控制器，对高速局域网的主控制器或不同信息总线上的二级控制器访问或编程。

通过局域网的便携式服务器或者通过接在一级控制器上的工作站，可以对每个控制器存储的程序编辑/修改。每个控制器可以从其它控制器上接受的数据，完成数学计算和有顺序的向局域网输入信号。

在每条信息总线扫描期间，每个控制器都能够在不同的二级控制器之间和不同的一级控制器之间交换信息，网络结构是透明的，每个系统控制器可储存和共享整个网络上的整个信息去管理区域控制器的计算和编程。

如电源故障，恢复电源后，控制器无须人为干预，自动完成下列功能：修复所有监测功能，恢复当前的操作，时间和状态同步，完成所要求的具体启动方案。同时，每个二级控制器有7年存储的后备电源。

二级控制器有低电平指示器，显示CPU运行的状态和信息总线的状态。

 

四、工作站

所有工作站和文档服务器都以Intel486微处理器或更高配置为基础。有足够的RAM和磁盘空间支持数据处理和存储、有足够的运算速度满足应用要求。推荐采用IBM、Comaq和DELL机型。所有计算机必须装上鼠标，所有的文件服务器都应配有备份系统。一般根据建筑的规模，楼宇自控系统分为单用户系统和多用户系统，因此工作站定义也有所不同。

1）用户工作站

作为单用户系统，工作站称为用户工作站。操作系统是IBM公司的OS/2系统（或其他先进的多任务的，支持网络操作的操作系统），所提供的软件可以使所有的一级和二级控制器之间相互通讯，具有高分辨率的彩色图案、报警、事件记录、报告设计和用户利用搜集的数据和数据操作进行组态的功能。一级控制器的通讯属于高速局域网接口，利用串行通讯或利用电话线通过拨号或租用专线电话进行通讯。

 

2）网络工作站

在多用户系统中，工作站称为网络工作站，操作系统是IBM公司的OS/2系统，支持客户机/服务器结构。一级网络可根据需要连接16台到64台工作站，每个工作站把中央文件服务器作为它的数据库，软件使一级控制器和二级控制器之间能够相互通讯。高分辨率的图面有报警、记录事件、报告设计等功能。用户可以用搜集的数据和数据操作进行组态，一级控制器的通讯可以接在高速局域网的接口上，也可以利用电话拨号或租用专线电话进行通讯。

 

3）文档服务器

在高速局域网上，系统配置多个工作站时要求有文档服务器支持系统工作，文档服务器为486计算机，运行微软公司的Lan Manager和SQL数据库服务器，文档服务器是整个网络的中央数据库，提供控制点数据的存储、应用软件报警活动和报警记录、图形转换和报告。如有需要，系统允许增加冗余的文档服务器，当主文档服务器出现故障时冗余的文档服务器自动充当中央数据库。

 

4）便携式服务器

全屏幕便携式计算机服务器可以直接与一级控制器、二级控制器保持通讯。便携式服务器软件能够使用户监测编程，改变参数，显示报警和在网络里的各个控制器之间传递信息。便携式服务器所做的修改在修改工作完成后可以自动的送到文件服务器。

 

5）触摸屏显示控制器

触摸屏控制器是完全的用户可编程控制器，有液晶显示，可显示24行，每行40个字符，屏上有64个键用手指触摸操作，屏幕显示各种图形、数据库的值和预先定义的控制画面，如：按钮、键盘和使操作者容易检查和修改系统信息的规则，每个信息总线上最多能接32个触摸屏，每个控制器可以在网络上访问其它控制器的信息。触摸屏控制器有64K的用户RAM存贮器和128K的EPROM。屏幕的分辨率是320*200个字符触摸屏时发出声音。触摸屏显示统控制器有一个可选择的实时时钟，精确度是10秒/天，实时时钟提供下列信息：每天的时间、日、月、年和星期。每个控制器经过网络从一级控制器接收同步时钟信号。控制器装有内部电源24VAC，50/60HZ电源在20%的偏差内波动。

 

 

五、系统软件

整个BAS系统中不同设备的软件分别有不同的要求，包括工作站、高速局域网、文档服务器、一级控制器和二级控制器的控制软件等。

1）控制器软件

控制器软件指的是每个一级控制器和二级控制器内操作系统。包括整个系统的运行，通讯和特殊控制器的功能使用。

一级控制器由以局域网网络控制器,远程主控制器和以局域网为基础的设备控制器组成。操作系统驻留在ROM存储器里.所有的应用软件驻留在有后备电源的RAM里，应用软件的大小由RAM容量限制。系统对应用程序的类型不应限制。二级控制器用于具体的HVAC单元和灯光的控制，对二级控制器编程，编程环境同一级控制器一样，系统会自动地对控制器程序进行编译。

每一个控制器都有并行通讯功能，保持所有的控制程序同时执行，每个程序可以访问所有输入输出设备的处理器，任何一个程序都可以根据其它程序的运行结果变化，这样可以保证公共数据的共享。控制器的这种控制功能，不会由于正常的、用户通讯而中断，用户通讯包括访问、程序的进入、打印程序等。一旦编程结束控制器就独立地工作。所有的控制点包括软件的点(变量)，在网络里都可以被访问。在不同的控制器之间分配控制点不用特殊编程。

每个控制器，一旦被编程，就以独立的工作方式管理设备，所有的控制点，包括软件在内的二进制小数点(变量)，在网络里都可以被访问，在不同的控制器之间可以共享控制点，而且应使用相同的编程方法。

通过工作站、便携式服务器或通过联接在一级控网络或远程主控器上的哑终端，所有的输入、输出和终端软件都可在菜单上组态，系统软件可接收的输入有数字量、模拟电量、温度传感器和脉冲信号，输出点有数字、模拟和三态输出，在模拟和数字输入和输出范围内，软件自动转换成线性或非线性设备的信号。二级控制器内有过载开关软件检测过载开关的状态，并模拟和数字输出记录当前的过载值。

 

2)工作站软件及便携式服务器软件

工作站软件包括操作系统、数据库和应用软件。软件由磁盘、磁带或CDROM提供,可以使用目前出售的软件和经过一段时间要升级的软件。便携式服务器软件包括操作系统软件，通过通讯软件对控制器进行必要的编程和监测。

 

3)应用软件

应用软件是一种用户可编程软件，通过应用软件，操作者实现对系统各类设备的编程、确定操作的顺序、规定控制的规则、监视运行参数和调整参数设定值。编程语言使用近似自然语言的结构叙述，由控制程序、函数、方案、报警、报告、通讯、区域显示、数学计算、口令和历史记录简单组态，构成编程语言。可以实现判断逻辑、过程说明、定义报表、报警管理等各种系统所需的功能。编程语言应该简单，并且容易掌握，使用者无须具有深厚的计算机知识。因此，编程语言不能是和Fortran、Pascal和C类似的高级语言。否则，系统操作人员的培训可能会非常困难。以下是控制器应用软件中常见的一些功能函数：

⑴PID，自整定PID.

⑵逻辑运算

⑶日历功能(秒、分、小时、天、星期、月、年)

⑷曲线拟合

⑸温度测量功能

⑹数学功能：

每个控制器都能完成基本的数学运算功能，(＋－X  /)平方、开方、指数、对数、布尔逻辑运算或其中二者的组合，控制器还可完成复杂的逻辑运算。例如 >、<、=、与、或、异或等。各种运算功能可用数学方程式表达，并且能嵌套到5层深度。

 

4）密码保护

软件使用两类限制口令系统。第一类由用户的名字组成，第二类是特殊的口令，由8个字符组成，每个口令都有独特的访问级别，根据用户的管理要求设置。密码系统一般为五级，它们分别定义如下：

第一级：资料的显示与存取；

第二级：第一级 + 操作员改变程序的能力；

第三级：第二级 + 资料库的更改；

第四级：第三级 + 资料库的重新设定；

第五级：第四级 + 更改密码系统。

所谓密码系统的实质就是对密码持有者的一种限制，限制操作者对系统的管理范围（可管理的内容）和管理深度（从仅观察系统的运行参数到对系统的全盘修改），通过密码管理，可以保证系统操作的安全性。

 

5）历史记录.

系统从1秒到365天内的任意时间内，通过用户定义每个控制器能够记录系统的变化。系统的各种变化(包括输入、输出、数学记算、标志等)均能被记录在案。记录的内容包括系统参数的瞬时值、平均值、最大值和最小值，记录可以是自动的，也可以是手动的。系统可以计算记录的平均值、标准编差、总和、最小值或最大值，用于程序控制时，也可以参考上述参考值。

 

6）报警

对于每个系统控制点，报警是基于高/低、限制或条件限制的、扫描器、测试所有的报警，能显示一个或多个报警或报告、信息和报告被送到一个可选择的显示板上，区域终端、工作站或通过调制解调器送到远程计算机设备上。

 

六、现场设备

现场设备包括各种传感器、变送器、变频器、继电器、开关，以及一级和二级控制器所需的电源、控制阀、驱动器、执行器和常规的控制器件。所有现场设备都有连接导线、管道和零配件。所有传感器和信号调节设备是在工业上普遍使用的类型，而不应选择非标准产品，这样可以保证系统今后的维护维修。