1、建筑设备监控系统方案18 建筑设备监控系统18.1 一般规定18.1.1 本章适用于建筑物（群）所属建筑设备监控系统（BAS）的设计。BAS可对下列子系统进行设备运行和建筑节能的监测与控制： 1 冷冻水及冷却水系统； 2 热交换系统； 3 采暖通风及空气调节系统； 4 给水与排水系统； 5 供配电系统； 6 公共照明系统； 7 电梯和自动扶梯系统。 【注释】 BAS按工作围有两种定义方法，即广义的BAS和狭义的BAS。广义的BAS即建筑设备自动化系统，它包括建筑设备监控系统、火灾自动报警系统和安全防系统；狭义的BAS即建筑设备监控系统，它不包括火灾自动报警系统和安全防系统。从使用方便的角度，可
2、将狭义二字去掉，简称建筑设备监控系统为“BAS”。 建筑设备监控系统的主要监控对象是各类建筑设备，为了界定其围并与智能建筑工程验收规GB50339保持一致，本规规定这些建筑设备的监控可划分为7个子系统。18.1.2 建筑设备监控系统设计应符合下列规定： 1 建筑设备监控系统应支持开放式系统技术，宜建立分布式控制网络； 2 应选择先进、成熟和实用的技术和设备，符合技术发展的方向，并容易扩展、维护和升级； 3 选择的第三方子系统或产品应具备开放性和互操作性； 4 应从硬件和软件两方面确定系统的可集成性； 5 应采取必要的防措施，确保系统和信息的安全性； 6 应根据建筑的功能、重要性等确定采取冗余、
3、容错等技术。 【注释】 集散控制系统DCS虽然号称是分布式控制系统，但实际上只做到了半分布，现场设备层并没有实现彻底分布，控制依赖于控制器。真正的分布式控制系统FCS中，现场的各测控点（传感器、执行器等）均是智能化的，因此可将DCS中现场设备层单向传输的420mA模拟量信号变为全数字双向多站的数字通信，即实现了现场设备层的全网络化；并省去了传统DCS所必需的输入/输出模块和现场控制站，即控制功能进一步分散到现场设备上。虽然FCS是发展方向，但由于智能型数字化的传感器、执行器目前的价格仍偏高，近期建筑设备监控系统仍以选择半分布的DCS为宜。 建筑设备监控系统的控制对象涉及面很广，很难有一个厂家的
4、相关产品都是性价比最高的。因此，由多家产品组成系统时就存在一个产品开放性的问题。开放系统建立在标准化与业界实际遵循的接口协议的基础上，这些标准与协议应为系统提供软件的可移植性、系统的互操作性。可移植性是指第三方的应用软件能很方便地在系统所提供的平台上运行，保护用户的已有资源，减少应用开发、维护和人员培训的费用。互操作性是指不同的控制设备或系统通过通信网互联后，能够有效地进行数据的传输，并在此基础上协同工作、共享资源。现场设备的互操作性问题在行业达成现场总线标准化（如建筑设备监控方面的Lon Mark标准）共识后在一定围得到了解决，前提是不同厂家的产品完全按照既定的标准生产。 在建筑设备监控系统
5、中，照明控制子系统、电梯控制子系统、自备发电机控制子系统等往往采用第三方产品。这时互连两个异构网络的网关应尽量避免采用自己开发的方式，因为一般情况下，第三方设备供应商不公开自己的软件；即使公开，也有很多附加条件，如高额付费、签订协议等，给使用者带来诸多不便。通常选择由主体设备供应商与第三方设备供应商联合生产的专用网关，由于是成熟产品，可靠性大大提高，价格也较低。 在DCS选型中还应注意以下问题: 1 目前正是新老系统交接的时期，DCS的软件、硬件正由专用走向通用。选用比较通用型的系统，一是价格比较低，二是以后的备品比较好买，维护费用会大幅度降低，与其它系统的互连不仅容易，而且互连费用也低； 2
6、 应该从DCS本身价格和预计所创效益角度来考虑经济性。DCS有国产的和进口的，对相同档次而言，进口的控制功能强一些。但国产DCS价格要比进口的低很多，也能满足基本技术要求。另外，国产DCS开发比较晚，已经结合一些先进的技术，某些技术比国外还先进一些，系统结构也比某些进口的DCS还要合理一些； 3 售后服务问题。国外厂商通常情况下存在配品、备件供应价格高，且不能及时提供的问题。在招标时，各厂商为了压低价格，DCS的利润比较低,但由于系统的运行、维护和升级通常严重依赖于原来的设备厂商，他们可以从配品、备件得到高额补偿。因此，用户应选择实力雄厚的、技术力量强的、境技术支持好的厂家； 4 应采用经过验
7、证的先进技术，如DCS的开放性和互连性；加操作密级和防火墙的应用；现场总线技术的应用和第三方软、硬件的支持等； 5 在DCS选型中要考虑系统集成的需要。 18.1.3 设计建筑设备监控系统时，应根据监控功能需求设置监控点。监控系统的服务功能应与管理模式相适应。【注释】 一般情况下，系统的功能越完善，要求的监控点就越多，但投资的费用就会越高。系统的服务功能是与管理模式有关的。例如，不同的管理模式， 建筑设备监控系统、火灾报警系统与安全防系统的集成可能有不同的方法，因此系统服务功能也各不相同。 18.1.4 建筑设备监控系统规模，可按实时数据库的硬件点和软件点点数区分，宜符合表18.1.4的规定。
8、表18.1.4 建筑设备监控系统规模系 统 规 模实时数据库点数小型系统999及以下中型系统10002999大型系统3000及以上 【注释】 在确定建筑设备监控系统网络结构、通信方式及控制方式时，系统规模的大小是需要考虑的主要因素之一。因此，不同厂家的集散型计算机控制系统产品说明或综述介绍中，大多数都涉及规模划分问题，其共同点是以监控点的数量作为划分的依据。但是各厂家都是根据各自产品的应用条件来描述规模大小的，有关系统规模大小的数量规定差异很大。因此，表18.1.4给出一个系统规模量化标准作为参考。该表的意义主要在于给出一个明确的量化标准，为后续条款的相关规定提供前提，而不在于其具体量化值。1
9、8.1.5 建筑设备监控系统，应具备系统自诊断和故障报警功能。 【注释】 自诊断是计算机控制系统所独具的功能。所谓自诊断就是设计一个程序或电路，使其能够对系统本身或某个逻辑部件进行检查，如发现故障则自动报告并采取相应的措施。 为了保证计算机系统正常运行，其维护费用是很高的。这些费用主要用于培训人员、编写文件、提供各种维护仪器和工具等方面。系统越大、越复杂，所需的维护费用也越高。从维护效率来讲，排除机器故障的时间越短越好，因为机器停机时间越长，给用户造成的损失就越大。特别是在连续运行的系统中，过长的维护时间将严重影响设备运行甚至是不允许的。 维护费用昂贵和维修时间过长，主要是由于技术不熟练，不能
10、迅速准确地判断和排除故障而造成的。如果系统具备一个较好的系统自诊断功能，给维护人员提供较多的信息，以帮助他们迅速地分析、判断故障原因和地点，那么，不仅可以缩短维修时间，而且也避免了对维修人员技术水平的过高要求。为此，系统自诊断应具备如下功能： 1 系统发生故障时，能及时发出声光报警信号，能够提出故障所在部位； 2 系统发生故障后，能保存系统的故障状态记录，以便维护人员进行分析； 3 能自动启动相应故障处理程序。18.1.6 当工程有智能建筑集成要求，且主管部门允许时，BAS应提供与火灾自动报警系统（FAS）及安全防系统（SAS）的通信接口，构成建筑设备管理系统（BMS）。 【注释】 建筑管理系
11、统（BMS）的主要功能是把建筑设备监控系统（BAS）、火灾自动报警系统（FAS）及安全防系统（SAS）集成到一个统一的信息平台上，建立统一的管理员操作界面，对纳入集成系统的所有设施进行统一的监测和控制，为跨系统的事件处理和决策提供综合的信息依据。 18.2 建筑设备监控系统网络结构18.2.1 建筑设备监控系统，宜采用分布式系统和多层次的网络结构。并应根据系统的规模、功能要求及选用产品的特点，采用单层、两层或三层的网络结构，但不同网络结构均应满足分布式系统集中监视操作和分散采集控制（分散危险）的原则。 大型系统宜采用由管理、控制、现场设备三个网络层构成的三层网络结构，其网络结构应符合图18.2
12、.1的规定。 中型系统宜采用两层或三层的网络结构，其中两层网络结构宜由管理层和现场设备层构成。 小型系统宜采用以现场设备层为骨干构成的单层网络结构或两层网络结构。各网络层应符合下列规定： 1 管理网络层应完成系统集中监控和各种系统的集成； 2 控制网络层应完成建筑设备的自动控制；3 现场设备网络层应完成末端设备控制和现场仪表设备的信息采集和处理。图18.2.1 建筑设备监控系统的三层网络系统结构 【注释】 纵观控制系统的发展史，不难发现，每一代新的控制系统都是针对老一代控制系统存在的不足而推出的更完善的解决方案。模拟仪表控制系统在20世纪六、七十年代占主导地位，但是随着控制系统中设备的日趋大型
13、化，测控参数日益增多，稍大一点的系统，长长的仪表屏上分散的显示仪表和操作旋钮往往使得操作运行人员顾此失彼甚至无法工作。随着计算机图像显示技术的发展，使计算机控制系统在集中显示操作方面与模拟系统相比有着天然优势，因此集中式计算机控制系统在20世纪七、八十年代占了主导地位。当时，受计算机技术发展水平的限制，集中式计算机控制系统各回路的控制运算往往由同一台计算机集中完成，这就造成了危险集中，使系统的可靠性下降。由于上述两种控制系统都采用一对一的配线方式，这使得大量的电缆需要集中到控制室，布线工作量很大，且线路长，信号损失和干扰也都比较大，因此，这两种系统都难以用在大型系统上。鉴于使用数字通信网络可以
14、克服一对一配线存在的一点对一点、单向、单一信号的低效率数据传递模式的缺点，在一根电缆上可以进行多点对多点、双向、多种数据的信息交换，因此，数字通信网络为大系统的发展提供了坚实的基础。而且，数字通信网络技术与计算机技术的快速发展还为计算机分布式控制提供了可能性，20世纪八、九十年代占主导地位的集散控制系统（DCS）就是这样实现了分散控制（危险分散）。但是遗憾的是，当时不同的DCS厂家为达到垄断经营的目的而采用各自专用的控制通信网络，不同厂家的DCS之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以实现网络互联和信息共享，且造价昂贵。在这种情况下，用户当然迫切要求计算机控制系统
15、实现开放性和降低成本。现场总线控制系统（FCS）正是顺应以上潮流诞生的，它用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各控制器及仪表设备互连，同时将控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。 由上述可知，数字通信网络适用于大型控制系统，但控制系统的大型化必然带来通信网络的复杂化，使系统的设计难度加大。人们在遇到难题时往往将其分解成若干个容易处理的子问题，然后分而治之逐个解决，这种结构化设计方法是工程设计中常用的一种手段，分层就是大系统分解的最好方法之一。因此，对于一个大型的控制系统，往往采用多层次的网络体系结构，例如工业控制中采用4层结构（过程控制层、控制管理层、生产管理层和经营管理
16、层），建筑设备控制系统相对简单，通常采用3层结构（管理网络层、控制网络层和现场网络层）或更少的层次结构。 严格地说，虽然控制系统的网络结构与控制系统体系结构都是分层次的，却并没有十分明确的对应关系。但由于通信网络在控制系统中的决定性作用所造成的两者间的紧密关系，规采用了统一分层的处理方式。众所周知，分布式控制系统的本质就是控制要分散（危险分散、地域安装分散），显示、操作和管理要集中。在管理网络层，服务器和操作站实现的就是集中显示、操作和管理的功能。这一层的通信网络虽有实时性的要求，但更重要的是要求它能够传输大量数据、能够实现远方监控和有利于BMS、IBMS集成等方面的考虑。一般情况下，对现场网
17、络层的通信网络的带宽要求不高，但有较高的实时性要求。由于很多系统都把基本控制功能下放到现场微控制器或智能仪表，实现了更彻底的分散控制，所以原则上控制网络层（分站）并不是必须的。选择较少层次的网络结构，可以简化设计、安装和管理，降低控制系统造价。在是否选用控制网络层（分站）的问题上，可以从以下几方面考虑： 1 在有些监控点比较集中的场合，如冷冻机房的监控，比较适合选用大点数的DDC（分站）； 2 在一些诸如VAV末端的控制中，虽然末端设备的基本控制要求较低，但需要整个系统的联动控制，如送风管静压控制。对于这类系统比较理想的解决方案是，在各末端设备现场安装一些小点数、简单功能的现场控制设备，完成末
18、端设备的基本监控功能；这些小点数现场控制设备通过网络接入一个功能较强的控制器（分站），大量的联动运算在此控制器部完成，由其完成整个系统的联动控制。 综上所述，规只是给出了建筑设备监控系统网络结构设计的一般原则，实际工程设计中选择余地还是很大的。鉴于近期建筑设备监控系统仍以选择DCS为主，而工程实际中具体采用哪种网络结构不但取决于系统规模大小，还与采用哪个厂家的产品有关，因此，以下介绍几种典型产品的网络结构，可作为参考。 1 西门子公司的Apogee控制管理系统是典型的三层网络结构，如图18-1所示。管理级网络MLN（Management Level Network）：支持Client/Serv
19、er结构，采用高速以文章由 六和健康商城、六和两性网、新秀女性网 联合收集编辑 感谢您的支持 3）控制器与控制器之间应进行对等式通信，实现数据共享； 4）控制器应通过网络上传中央管理工作站所要求的数据； 5）控制器应独立完成对所辖设备的全部控制，无需中央管理工作站的协助； 6）控制器应具有处理优先级别设置功能； 7）控制器应能通过网络下载或现场编程输入更新的程序或改变配置参数。 2 控制器操作系统软件应符合下列要求： 1）应能控制控制器硬件； 2）应为操作员提供控制环境与接口； 3）应执行操作员命令或程序指令； 4）应提供输入输出、存和存储器、文件和目录管理，包括历史数据存贮； 5）应提供对网
20、络资源访问； 6）应使控制网络层、现场网络层节点之间能够通信； 7）应响应管理网络层、控制网络层上的应用程序或操作员的请求； 8）可以采用计算机操作系统开发控制器操作平台； 9）可以嵌入Web 服务器，支持因特网连接，实现浏览器直接访问控制器。 3 控制器编程软件应符合下列要求： 1）应有数据点描述软件，具有数值、状态、限定值、默认值设置，用户可调用和修改数据点的信息； 2）应有时间程序软件，可在任何时间对任何数据点赋予设定值或状态，包括每日程序、每周程序、每年程序、特殊日列表程序、今日功能程序等； 3）应有事件触发程序软件； 4）应有报警处理程序软件，导致报警信息生成的事件包括超出限定值、维
21、护工作到期、累加器读数、数据点状态改变； 5）应有利用图形化或文本格式编程工具，或使用预先编好的应用程序样板，创建任何功能的控制程序应用程序软件和专用节能管理软件； 6）应有趋势图软件； 7）应有控制器密码保护和操作员级别设置软件。 4 应提供独立运行的控制器仿真调试软件，检查控制器模块、监控点配置是否正确，检验控制策略、开关逻辑表、时间程序表等各项容设计是否满足控制要求。 【注释】 控制网络层软件配置 软件分为系统软件和应用软件两部分。系统软件是由控制器产品开发商提供的，第3款提到的应用程序软件是用户为解决实际问题编制的程序，由这些程序决定控制器控制方式和控制容，控制器应用程序的编制过程包括
22、： 1 定义一个新工程（如一个工程项目）； 2 定义一个设备（如一台空调机）； 3 开发该设备控制原理图； 4 对控制器的模拟量监控点建立控制策略（如PID控制、串级控制、前馈控制）； 5 对控制器的数字量监控点建立开关逻辑表（如设备启停及相关联锁控制）； 6 对控制器的数字量监控点建立时间程序表； 7 建立数学运算程序（如加、减、乘、除、开方、乘幂、微分、积分等）； 8 建立控制器配置文档（如控制器模块汇总表、端子接线图、控制参数一览表）。 对于建筑设备监控系统来说，绝大多数的应用程序模块是由厂商编制完成的，使用者只要对模块组态就可以了。特别是在各厂家广泛提供图形化编程工具以后，组态工作已变
23、得十分简单。18.6.4 现场网络层软件应符合下列规定： 1 现场层网络通信协议，宜符合由国家或国际行业协会制定的某种可互操作性规，以实现设备互操作； 2 现场网络层嵌入式系统设备功能，宜符合由国家或国际行业协会制定的行业规文件的功能规定并符合下列要求： 1）微控制器功能宜符合某种末端设备控制器行业规功能文件的规定，成为该类末端设备的专用控制器，并可以和符合同一行业规功能文件的第三方厂商生产的微控制器实现互操作； 2）分布式智能输入输出模块宜符合某种分布式智能输入输出模块（数字输入模块DI、数字输出模块DO、模拟输入模块AI、模拟输出模块AO）行业规功能文件的规定， 成为该类模块的规化的分布式
24、智能输入输出模块；并可以和符合同一行业规功能文件的第三方厂商生产的同类分布式智能输入输出模块实现互换； 3）智能仪表宜符合温度、湿度、流量、压力、物位、成分、电量、热能、照度、执行器、变频器等仪表的行业规功能文件的规定，成为该类仪表的规化智能仪表，并可以和任何符合同一行业规仪表功能文件的第三方厂商生产的智能仪表实现互换。 3 每种嵌入式系统均应安装该种嵌入式系统设备的专用软件，用于完成该种专用功能； 4 嵌入式系统的操作系统软件应具有系统核小、存空间需求少、实时性强的特点； 5 嵌入式系统设备编程软件，应符合国家或国际行业协会行业标准中的应用层可互操作性准则的规定，并宜使用已成为计算机编程标准
25、的面向对象编程方法进行编程。 【注释】 现场网络层软件配置 第1款要求符合由国家或国际行业协会制定的可互操作性规有LonWorks设备可互操作性规、Modbus设备可互操作性规等。 第2款中，要求微控制器功能符合的末端设备控制器行业规功能文件，如LonMark协会No.8010文件“变风量箱控制功能行规”等；要求符合的分布式智能输入输出模块行业规功能文件有LonMark协会No.0520 文件“模拟量输入”等；要求智能仪表符合的仪表行业规功能文件如LonMark协会No.1040文件“温度传感器”等。 与控制器（分站）硬件一般为模块化结构不同，微控制器、智能现场仪表、分布式智能输入输出模块从硬
26、件上说均为嵌入式系统网络化现场设备，当然它们的软件仍为模块化结构。 智能传感器与智能执行器可直接双向传送数字信号，它们都嵌有PID控制、逻辑运算、算术运算等软件功能模块，用户可通过组态软件对这些功能模块进行任意调用，以实现过程参数的现场控制。使用智能仪表，回路控制功能能够不依赖控制器直接在现场完成，实现了真正的分散控制。而且智能仪表都安装在现场设备附近，这使得信号传输的距离大大缩短，回路的不稳定性降低，还可以节省控制室的空间。18.7 现场仪表的选择18.7.1 传感器的选择应符合下列规定： 1 传感器的精度和量程，应满足系统控制及参数测量的要求； 2 温度传感器量程应为测点温度的1.21.5
27、倍，管道温度传感器热响应时间不应大于25s，当在室或室外安装时，热响应时间不应大于150s； 3 仅用于一般温度测量的温度传感器，宜采用分度号为Pt1000的B级精度（二线制）；当参数参与自动控制和经济核算时，宜采用分度号为Pt100的A级精度（三线制）； 4 湿度传感器应安装在附近没有热源、水滴且空气流通、能反映被测房间或风道空气状态的位置，其响应时间不应大于150s； 5 压力（压差）传感器的工作压力（压差），应大于测点可能出现的最大压力（压差）的1.5倍，量程应为测点压力（压差）的1.21.3倍； 6 流量传感器量程应为系统最大流量的1.21.3倍，且应耐受管道介质最大压力，并具有瞬态输
28、出。流量传感器的安装部位，应满足上游10D（管径）下游5D的直管段要求。当采用电磁流量计、涡轮流量计时，其精度宜为1.5%； 7 液位传感器宜使正常液位处于仪表满量程的50%； 8 成分传感器的量程应按检测气体、浓度进行选择，一氧化碳气体宜按0300PPM或0500PPM；二氧化碳气体宜按02000PPM或010000PPM； 9 风量传感器宜采用皮托管风量测量装置，其测量的风速围不宜小于2m/s16m/s,测量精度不应小于5%； 10 智能传感器应有以太网或现场总线通信接口。 【注释】 为满足控制过程的要求，传感器的选择本应同时考虑静态参数和动态参数。但考虑到建筑设备监控系统处理的控制过程响
29、应时间通常比传感器响应时间大得多，本条中只提出影响最大的两项静态参数指标：精度和量程。测量（或传感器）精度必须高于要求的过程控制精度1个等级已为大家熟知，而测量精度同时取决于传感器精度和合适的量程这一点却容易被忽略。18.7.2 调节阀和风阀的选择应符合下列规定： 1 水管道的两通阀宜选择等百分比流量特性； 2 蒸汽两通阀，当压力损失比大于或等于0.6时，宜选用线性流量特性；小于0.6时，宜选用等百分比流量特性； 3 合流三通阀应具有合流后总流量不变的流量特性，其A-AB口宜采用等百分比流量特性，B-AB口宜采用线性流量特性。分流三通阀应具有分流后总流量不变的流量特性，其AB-A口宜采用等百分
30、比流量特性，AB-B宜采用线性流量特性； 4 调节阀的口径应通过计算阀门流通能力确定； 5 空调系统宜选择多叶对开型风阀，风阀面积由风管尺寸决定。并应根据风阀面积选择风阀执行器，执行器扭矩应能可靠关闭风阀。风阀面积过大时，可选多台执行器并联工作。 【注释】 调节阀的选择 第1、2、3款都是关于调节阀理想流量特性选择的条款，调节阀理想流量特性是基于改善调节系统品质的考虑而确定的，即以调节阀的流量特性去补偿狭义控制过程的非线性特性，从而使广义控制过程近似为线性特性。 流量特性（介质流过调节阀的相对流量与调节阀相对开度之间的关系）有两种：阀门前后压差固定时的流量特性称为理想流量特性，由阀芯形状决定；
31、阀门前后压差随流量变化的特性称为工作流量特性，还与阀门权度系数S有关。S的大小反映阀门开度对流量的控制能力；S越大，阀门的流量调节特性越好，所以S应至少大于0.4；阀门权度系数S值的计算公式如下： S （18-1）式中，P1 阀门压降（前后压差）； P2 阀门全开时，回路中除阀门外所有其余部分的压降。 阀门在系统中按使用功能可分为调节阀、开关阀；按流体流动的方向可分为二通阀、分流三通阀（ABA，ABB）、合流三通阀（AAB，BAB），见图18-11；工程中主要使用合流阀。阀门按阀体结构可分为直行程阀（以下简称调节阀）、角行程阀（以下简称蝶阀，090度）。图18-11 分流三通阀与合流三通阀 二通调节阀和三通调节阀流量特性主要有等百分比流量特性和线性流量特性两种类型；蝶阀在3070开度时，具有近似的线性流量特性。 第4款指出阀门口径应根据阀门流通能力（又称为流量系数）Kv选择，即先计算出Kv，再查表确定与流量系数Kv对应的阀门口径。流量系数Kv是当调节阀全开或蝶阀开启60，阀门前后压差为100千帕（105 Pa=100kPa）时流经阀门540清水的数值，以每小时立方米计量。流量系数Kv计算公式如下： Kv （18-2）式中 Q 流体流量(m3/h)； 流体比重(kg/m3)； P 阀门全开时前后压差(kPa)。将水的值代入式（18-2），可得水调节阀流量系数Kv计算公式如下：
