10.1 建筑设备监控系统

10.1.1 系统概述
建筑设备监控系统(Building Automation System—BAS)是运用自动化仪表、计算机过程控制和网络通讯技术，对建筑物(群)内的电力、照明、空调、给排水、电梯等机电设备或系统进行集中监视、控制为目的，达到优化控制及管理而构成的综合系统。通常为分散控制与集中监视、管理的计算机控制系统。
10.1.2 系统分类
1 产品分类
建筑设备监控系统规模见表10.1.2-1。

表10.1.2-1  建筑设备监控系统规模

2 产品组成建筑设备监控系统通常是由管理级、控制级、现场级、控制网络四个主要部分组成。
  1）管理级：是由管理计算机和软件组成。管理级内容见表10.1.2-2。

表10.1.2-2  管理级内容

  2)控制级：控制器通常是由I／O接口、运算单元、通信单元、显示单元等部分组成。
控制器功能：检测数据的采集；对被控制对象的检测结果，通过与设定值进行比较、计算给出相应的控制作用；控制作用的输出；接受由中央管理计算机和手操器下载的控制程序；通信接口与通信协议；能独立工作。
  3)现场级：指现场控制的工艺设备，包括空调机组、冷水机组等建筑机电设备；电气控制箱的现场设备；传感器和执行器。
传感器功能：是对现场各类物理量的检测。
执行器功能：是将控制器的控制输出施加到被控对象，形成对被控对象的控制调节。
  4)控制网络：是将现场控制器与中央管理计算机相连接。
10.1.3 技术性能要求
1 管理级网络技术要求
  1)服务器与工作站之间宜采用客户机／服务器(Client／Server)或浏览器／服务器(Browser／Server)的体系结构。当需要远程监控时，客户机／服务器的体系结构应支持Web服务器。
  2)应采用符合IEEE802．3的以太网。
  3)宜采用TCP／IP通信协议。
  4)服务器应为客户机(操作站)提供数据库访问，并宜采集控制器、微控制器、传感器、执行器、阀门、风阀、变频器数椐，采集过程历史数据，提供服务器配置数据，存储用户定义数据的应用信息结构，生成报警和事件记录、趋势图、报表，提供系统状态信息。
  5)实时数据库的监控点数(包括软件点)，应留有余量，不宜少于10％。
  6)客户机(操作站)软件根据需要可安装在多台PC机上，宜建立多台客户机(操作站)并行工作的局域网系统。
  7)客户机(操作站)软件可以和服务器安装在一台PC机上。
  8)管理网络层应具有与互联网(Internet)联网能力，提供互联网用户通信接口技术，用户可通过Web浏览器，查看建筑设备监控系统的各种数据或进行远程操作。
  9)当管理网络层的服务器和(或)操作站故障或停止工作时，不应影响控制器、微控制器和现场仪表设备运行，控制网络层、现场网络层通信也不应因此而中断。
10)当不同地理位置上分布有多组相同种类的建筑设备监控系统时，宜采用DSA(Distributed Server Architecture)分布式服务器结构。每个建筑设备监控系统服务器管理的数据库应互相透明，从不同的建筑设备监控系统的客户机(操作站)均可访问其他建筑设备监控系统的服务器，与该系统的数据库进行数据交换．使这些独立的服务器连接成为逻辑上的一个整体系统。
2 控制级网络技术要求
  1)CPU不宜低于16位。
  2)RAM不官低于128kB。
  3)EPROM和(或)Flash—EPROM不宜低于512kB。
  4)RAM数据应有72h断电保护。
  5)操作系统软件、应用程序软件应存储在EPROM或Flash—EPROM中。
  6)硬件和软件宜采用模块化结构。
  7)可提供使用现场总线技术的分布式智能输入、输出模块，构成丌放式系统；分布式智能输入、输出模块应安装在现场网络层上。
  8)应提供至少一个RS232通信接口与计算机在现场连接。
  9)应提供与控制网络层通信总线的通信接口，便于控制器与通信总线连接和与其他控制器通信。
10)宜提供与现场网络层通信总线的通信接口，便于控制器与现场网络通信总线连接并与现场设备通信。
11)控制器(分站)宜提供数字量和模拟量输入输出以及高速计数脉冲输入，并应满足控制任务优先级别管理和实时性要求。
12)控制器(分站)规模以监控点(硬件点)数量区分，每台不宜超过256点。
13)控制器(分站)宜通过图形化编程工程软件进行配置和选择控制应用。
14)控制器宜选用挂墙的箱式结构或小型落地柜式结构；分布式智能输入、输出模块宜采用可直接安装在建筑设备的控制柜中的导轨式模块结构。
15)应提供控制器典型配置时的平均无故障工作时间(MTBF)。
16)每个控制器(分站)在管理网络层故障时应能继续独立工作。
17)每台控制器(分站)的监控点数(硬件点)，应留有余量，不宜小于10％。
18)通信总线的通信协议宜采用TCP／IP、BACnet、LonTalk、Meter Bus和ModBus等国际标准。
3 现场级网络技术要求
  1)微控制器、分布式智能输入输出模块和传感器、电量变送器、照度变送器、执行器、阀门、风阀、变频器等智能现场仪表及常规现场仪表。
  2)现场网络层宜采用TCP／IP、BACnct、LonTalk、MeterBus和ModBus等国际标准通信总线。
4 选用主要技术指标
  1)管理级网络①宜采用10BASE—T／100BASE—T方式，选用双绞线作为传输介质；
    ②服务器与客户机(操作站)之间的连接宜选用交换式集线器；
    ③管理网络层的服务器和至少一个客户机(操作站)应位于监控中心内；
    ④在管理体制允许，建筑设备监控系统(BAS)、火灾自动报警系统(FAS)和安全防范系统(SAS)共用一个控制中心或各控制中心相距不远的情况下，BAS、SAS、FAS可共用同一个管理网络层，构成建筑管理系统(BMS)，但应使三者其余部分的网络各自保持相对独立。
  2)控制级网络
    ①宜采用总线拓扑结构，也可采用环形、星形拓扑结构；用双绞线作为传输介质；
    ②控制网络层可包括并行工作的多条通信总线，每条通信总线可通过网络通信接口与管理网络层(中央管理工作站)连接，也可通过管理网络层服务器的RS232通信接口或内置通信网卡直接与服务器连接；
    ③当控制器(分站)采用以太网通信接口而与管理网络层处于同一通信级别时，可采用交换式集线器连接，与中央管理工作站进行通信；
    ④控制器(分站)之间通信，应为对等式(peer to peer)直接数据通信；
    ⑤控制器(分站)可与现场网络层的智能现场仪表和分布式智能输入、输出模块进行通信；
    ⑥当控制器(分站)采用分布式智能输入、输出模块时，可以用软件配置的方法，把各个输入、输出点分配到不同的控制器(分站)中进行监控。
  3)现场级网络
    ①微控制器、分布式智能输入输出模块、智能现场仪表之间，应为对等式直接数据通信；
    ②现场网络层可包括并行工作的多条通信总线，每条通信总线可视为一个现场网络；
    ③每个现场网络可通过网络通信接VI与管理网络层(中央管理工作站)连接，也可通过网络管理层服务器RS232通信接口或内置通信网卡直接与服务器连接；
    ④当微控制器和(或)分布式智能输入输出模块采用以太网通信接口而与管理网络层处于同一通信级别时，可采用交换式集线器连接，与中央管理工作站进行通信；
    ⑤智能现场仪表可通过网络通信接口与控制网络层控制器(分站)进行通信；
    ⑥智能现场仪表宜采用分布式连接，用软件配置的方法，可把各种现场设备信息分配到不同的控制器、微控制器中进行处理；
    ⑦现场网络层的配置除应符合本条规定外，尚应符合控制级网络条款的规定。
  4)管理级网络软件：应支持客户机和服务器体系结构；应支持互联网连接；应支持开放系统；应支持建筑管理系统(BMS)的集成。
  5)服务器软件：宜采用Windows 2003以上操作系统；应采用TCP／IP通信协议；应采用Internet Explorer6.0 SPI以上浏览器软件；实时数据库冗余配置时应为两套；关系数据库冗余配置时应为两套；不同种类的控制器、微控制器应有不同种类的通信接口软件；应具有监控点时间表程序、事件存档程序、报警管理程序、历史数据采集程序、趋势图程序、标准报告生成程序及全局时间表程序；宜有不少于100幅标准画面。
  6)客户机软件：应采用WindowsXP SPI以上操作系统；应采用TCP／IP通信协议；应采用Internet Explorer 6.0 SPI以上浏览器软件；应有操作站软件；应采用Web网页技术；应有系统密码保护和操作员操作级别设置软件。
  7)用户工具软件：应有建立建筑设备监控系统网络和组建数据库软件；应有生成操作站显示图形软件。
  8)工程应用软件：应有控制器自动配置软件；应有建筑设备监控系统调试软件。
  9)可选软件：DSA分布式服务器系统软件；开放式系统接口软件；火灾自动报警系统接口软件；安全防范系统接口软件；企业资源管理系统接口软件(包括物业管理系统接口软件)。
10)控制级网络软件
    ①控制器应接受传感器或控制网络、现场网络变化的输入参数(状态或数值)，通过执行预定的控制算法，把结果输出到执行器、变频器或控制网络、管理网络；
    ②控制器应设定和调整受控设备的相关参数；
    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。
11)控制器操作软件：应能控制控制器硬件；应为操作员提供控制环境与接口；应执行操作员命令或程序指令；应提供输入输出、内存和存储器、文件和目录管理，包括历史数据存储；应提供对网络资源访问；应使控制网络层、现场网络层节点之间能够通信；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；可以采用计算机操作系统开发控制器操作平台；可以嵌入Web服务器，支持因特网连接，实现浏贤器直接访问控制器。
12)控制器编程软件：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内的信息；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；应有事件触发程序软件；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、维护工作到期、累加器读数、数据点状态改变；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；应有趋势图软件；应有控制器密码保护和操作员级别设置软件。
13)现场级网络软件
    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范，以实现设备互操作。
    ②微控制器功能宜符合某种末端设备控制器行业规范功能文件的规定，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范功能文件的第三方厂商生产的微控制器实现互操作；
    ③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)行业规范功能文件的规定，成为该类模块的规范化的分布式智能输入输出模块；并可以和符合同一行业规范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；
    ④智能仪表宜符合温度、相对湿度、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范功能文件的规定，成为该类仪表的规范化智能仪表，并可以和任何符合同一行业规范仪表功能文件的第三方厂商生产的智能仪表实现互换。
    ⑤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。
    ⑥嵌入式系统的操作系统软件应具有系统内核小、内存空间需求少、实时性强的特点。
    ⑦嵌入式系统设备编程软件，应符合国家或国际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的面向对象编程方法进行编程。
14)控制器编程软件
    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内的信息；
    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、特殊口列表程序、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。
10.1.4 产品选用要点
1 管理级的选用要点
  1)管理级硬件：选择与系统处理性能相适应的主板、CPU、内存、硬盘、显示器、光驱、键盘、鼠标等，并带有满足系统通汛要求的网络接口。
  2)管理级软件，见表10.1.4。

表10.1.4  管理级软件选择要点

2 控制级的选用要点
  1)现场控制器的信号及精度要求
    ①现场控制器的信号应分为模拟量输入(AI)、模拟量输出(AO)、开关量输入(DI)、开关量输出(DO)。
    ②现场控制器的输入输出信号应与现场仪表的信号相匹配。
    ③现场控制器的信号测量和数据转换精度应满足系统的测量和控制要求。
  2)现场控制器的结构要求
    ①现场控制器的结构选择应根据被控设备的特点进行。测控点较少且功能要求比较固定的设备监控，可选用输入、输出点数相对固定的现场控制器。
    ②测控点较多且工业流程变化较多的设备，可选用输入、输出点数可灵活组合的现场控制器。
  3)现场控制器的通信速率要求
    ①现场控制器的通信速率应满足整个监控系统的响应速度。
    ②现场控制器之间应可通过通信实现现场信息与数据共享。
3 现场级的选用要点
  1)传感器
    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1.2～1.5倍，管道内温度传感器热响应时间不应大于25s，当在室内或室外安装时，热响应时间小应大于150s；
    ③仅用于一般温度测量的温度传感器，官采用分度号为Pt 1000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Pt 100的A级精度(二线制)；
    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(iN差)的1.5倍，量程应为测点压力(压差)的1.2～1.3倍；
    ⑥流量传感器量程应为系统最大流量的1.2～1.3倍，且应耐受管道介质最大压力，并具有瞬态输出；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0～300ppm或0～500ppm；二氧化碳气体宜按0～2000ppm或0～10000ppm(1ppm=10^-6)；
    ⑨风量传感器宜采用皮托管风量测量装置，其测量的风速范围不宜小于2～16m／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。
  2)调节阀和风阀
    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口宜采用等百分比流量特性，AB—B口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；
    ⑥执行器宜选用电动执行器，其输出的力或扭矩应使阀门或风阀在最大流体流通压力时可靠开启和闭合。
    ⑦水泵、风机变频器输出频率范围应为1～55Hz，变频器过载能力不应小于120％额定电流，变频器外接给定控制信号应包括电压信号和电流信号，电压信号为为自流0～10V，电流信号为直流4～20mA。
    ⑧现场一次测量仪表、电动执行器及调节阀的选择除符合本条规定外，尚应符合JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》第24章的相关规定。
4 控制网络的选用要点
  1)通信网络应能满足系统响应时间要求、对通信子网的数量限制要求、对系统总点数限制要求。
  2)每个通信子网设置应使现场控制器数量、监控点数量、通信网络线路长度、传输缆线规格等满足产生厂商的网络通信要求。
5 工程设计相关规范、规程及国家建筑标准设计图集
《智能建筑设计标准》GB／T 50314—2006：
《民用建筑电气设计规范》JGJ 16—2008。
《住宅智能化电气设计施工图集》99X 601。
《智能家居控制系统设计施工图集》03X 602。
《智能建筑弱电工程设计施工图集(上)》97X 700(上)。
《智能建筑弱电工程设计施工图集(下)》97X 700(下)。
《建筑智能化系统集成设计图集》03X 801—1。
10.1.5 施工安装要点
1 现场控制器
现场控制器通常是安装在控制现场，刈其安装要求如下：
  1)现场控制器的准确安装位置，应根据设计施工图纸所示。
  2)现场控制器应安装在被监控设备较集中的场所，以尽量减少管线敷设。一般设置在电控箱或电控柜附近，其内部设备应布置整齐美观，强、弱电系统分开以保证系统安全，且便于检修。
  3)现场控制器应安装在光线充足、通风良好、操作维修方便的地方。
2 仪表
仪表的安装，如取测点结构型式、外部管路连接方式、维修阀门的设置、传感器、执行机构和电动阀门的安装等，应符合《自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093—2002。
3 施工安装验收规范
《建筑电气工程施工质量验收规范》GB 50303—2002。
《智能建筑工程质量验收规范》GB 50339—2003。
《建筑及住宅小区智能化工程检测验收规范》DB 11／146—2002。
《智能建筑工程检测规程》CECS 182—2005。
《自动化仪表工程施工及验收规范》GB 50093—2002。
10.1.6 技术经济分析
建筑设备监控系统应选用可互相操作、可互相替换的开放性的系统，如采用LonWorks和BACnet协议标准的系统。建筑设备监控系统的开放性是指所有生产／—商均按国际公认的技术标准生产各种器件及建立系统结构。从而使设计院和业主可以根据需要采用不同生产厂商所生产高性能、高质量、最适合的器件，建立满足各个建筑物自动化要求的最佳运行、管理效果的建筑物自动化系统。开放性的系统可使系统各种费用的降低，使系统有更多的生产厂商可选择，减少对某个生产厂商的依赖。使得系统的维护、扩展、改造、重新配置设备或技术升级换代时的费用变得合理。
10.1.7 相关标准
《建筑及居住区数字化技术应用 第1部分：系统通用要求》GB／T 20299．1—2006。
《建筑及居住区数字化技术应用 第2部分：检测验收》GB／T 20299．2—2006。
《建筑及居住区数字化技术应用 第3部分：物业管理》GB／T 20299．3—2006。
《建筑及居住区数字化技术应用 第4部分：控制网络通信协议应用要求》GB／T 20299．4—2006。