楼宇自控系统在建筑的应用发展趋势及前景展望

庄志敏

摘要：本文对楼宇自控系统进行了介绍，分析了楼宇自控系统的需求，提出了楼宇自控系统达到的目标，探讨了楼宇自控系统的选择，阐述了楼宇自控系统的设计范围，从而推广楼宇自控系统在建筑物中的应用。

关键词：楼宇；自控系统；建筑；应用

Abstract: this paper introduces the building automatic control system, this paper analyzes the building automation systems demand, puts forward the system to achieve the goal of building automation, discusses the choice of building automation systems, this paper expounds the building automation systems design range, which promote building automation systems in buildings in the application.

Keywords: building; Automatic control system; Architecture; application

中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：

1.楼宇自控系统

智能化楼宇自控系统，特别是具有集成能力的楼宇自控系统的概念提出不久。因此在进行系统选型时如何考虑，依据什么样的标准一直是争论的焦点。智能化的楼宇自控系统是计算机制造技术、计算机控制技术和计算机网络通讯技术相结合的产物，因此计算机领域最新发展的技术成果必然在楼宇自控系统上有最直接的反映。如果仅仅将楼宇管理自控系统停留在满足对暖通空调设备的监控的基本要求上已经是远远不够了。

2.智能建筑中的楼宇自动化系统

智能建筑中通信及办公自动化系统是构成建筑智能化的关键，而楼宇自动化系统和结构化布线则是建筑智能化的基础。要真正实现智能建筑的高度集成，使智能建筑具备以下4个基本要素：办公设备智能化、通信技术高性能化、建筑结构柔性化、设备管理和服务自动化、全方位化，则必须在智能建筑物内纳入结构化布线系统(PDS)。这是因为结构化布线是实现上述理想的信息传输通道，也可以说是使建筑智能化的神经系统。它正逐步地将建筑设备、空调设备、供电照明设备的监控、防灾、防盗及保安监控、通信和办公自动化等系统综合起来，使信息平台在满足通信需求的基础上适应智能建筑的发展趋势，向综合化、宽带化、智能化、数字化和个人化方向发展，使之具备宽带、高速、大容量和多媒体为特征的信息传送能力。

2.1楼宇自动化系统的构成

现代智能建筑中的楼宇自动化系统，或称建筑物自动化系统(BAS，building automation system)是将建筑物内的电力、照明、空调、防灾、保安、广播等设备以集中监视、控制和管理为目的而构成的一个综合系统。根据我国有关部门制定的设计规范，智能建筑中的楼宇自动化系统应该是一个开放的“集散型计算机过程控制系统”，通俗地讲就是该系统对受控设备和对象应能够进行分散式控制，集中式管理。楼宇自动控制系统网络结构示意图如图1所示。

图1楼宇自控系统网络结构示意图

2.2BAS的功能

BAS的主要功能是通过对智能大厦内的各种不同类型的设备子系统进行有效的监控和管理，使整个大厦的运行更加可靠、扩展方便灵活、投资大大降低、收效显著增加；为生活在大厦内的人员提供一个既舒适温馨，又安全可靠的生活、工作环境。

2.2.1BAS系统的智能化

要实现上述BAS系统的智能化控制和管理，则必须应用现代控制技术、计算机技术和网络数据传输技术，将建筑物由过去一个默无生机的土木结构变为一个具有自动调节其内部环境、自动防卫、智能化供给的有机体。具体地讲，就是以各种传感器、变送器作为智能大厦的神经元触点，以数据传输线和各级中继器作为数据流的传输通道，以现场数据采集模块、现场控制器、区域控制器以及集中控制器作为数据的加工处理单元，以现场继电器输出模块控制设备的联动，以中央显示终端作为工作人员监视和控制的处理终端。

2.2.2直接数字控制器(DDC)

DDC是现场控制器。它自带微处理器和时钟，可根据用户要求进行编程和预设编程，以适应控制的要求。它接收各种传感器及设备发送来的信号，并按设定程序控制执行器，实现特定的功能，同时它可实现与中央计算机之间的双向通信以及DDC与DDC之间的点对点(point to point)的通信，共享信息资源，实现协调策略。DDC具有自治性和独立性，在与计算机脱机的情况下，仍能独立工作。这就是有关设计规范中提到的“分散控制，集中管理”。

2.2.3现场检测及执行元器件

主要是通过各种传感器和测量仪表(如温度、湿度、感光、感烟、气体浓度、水位、液位、流量、电流、电压、压力、计时等)采集现场数据，并通过网络传输信道传送给现场控制器。执行器则根据控制器发出的控制指令，完成对不同设备的控制(如各种阀门或风门的开闭与调节；用电量或热管网热量及用水量的计量和计费；节日照明、泛光照明以及夜间照明的开闭控制等)。

3.楼宇自控系统的发展趋势——BACnet协议

3.1BACnet协议的应用现状

BACnet是一种为楼宇自动控制网络所制定的数据通信协议。在智能建筑中，BACnet协议的应用已经越来越广泛。在国外BACnet技术相对成熟，在智能建筑中的主要控制系统中(如空调、给排水、照明、报警等)都有广泛的应用，支持BACnet协议的控制设备的种类也很多。在我国BCAnet技术起步较晚，经过近几年的研究和努力， BACnet技术在智能建筑中已经有所应用，并取得了一定的成果，但在照明控制系统中的应用相对较少。

3.2发展趋势

现有的BACnet/IP协议已实现了与IPv4网络的互联，但仅限于BACnet工作站等复杂的设备类型，更广泛意义上的传感器节点仍未解决与IP网络互联的问题，就此意义上说，基于BACnet协议的智能建筑控制系统还远远谈不上智能。

IPv6(Internet Protocol Version 6)是IETF设计的用来替代现行IPv4版本的下一代互联网协议，Pv6的大规模使用以及物联网的兴起都使得IPv6逐渐成为现实而不仅仅是一个概念。

3.2.1 BACnet设计思想

BACnet是要建立一种统一的数据通信标准，整合设备的控制功能与设备的数据通信功能，使得设备之间可以交互操作(Interoperability)。值得注意的是BACnet协议只是规定了设备之间通信的规则，并不涉及实现细节，从而给予开发者最大的自由。

BACnet协议认为可以将建筑智能设备视作由若干具有基本功能的抽象单元所组成的集合，定义这些单元为一组具有属性的对象(Object)来表示建筑物设备的功能，且用属性(property)的值来描述对象的特征信息。BACnet协议规定一个BACnet设备只能由一个Device(设备)对象和任意数量的其它BACnet标准对象组成。

3.2.2bacSvcCodec子层

整个BACnet协议的实现由上下两层共同配合完成。其中上层SVC子层，即bacSvcCodecC模块，它向结点或路由的主控程序提供bacSvcCodecI接口以满足其具体服务请求，并使用下层PDU子层，即bacPduCodecC模块，所提供的bacPduCodecI接口；而bacPduCodecC模块则进一步调用Blip协议栈泛型配置UdpSocketC所提供的UDP接口。以温度传感器结点为例，在SVC子层，文中定义了需要得到支持的如下4种服务:

(1)读属性(Read Property sp)。

(2)写属性(Write Property)。

(3)订阅定期报告(Subscribe Periodic Report)。

(4)收发定期报告(Periodic Report)。

每一种服务都需要服务发起方与服务应答方二者配合完成，服务发起方有权调用(call)发送服务请求命令(command send Req)，同时必须在其模块中完成接收服务响应事件(event recv Rsp)的细节；服务应答方必须在其模块中完成接收服务请求事件(event recv Req)的细节并随即触发发送服务响应命令(command send Rsp)。读属性、写属性、订阅定期报告这3种服务中，router为服务发起方，senosor为服务应答方；发送定期报告服务中，senosor為服务发起方，router为服务应答方。

3.2.3bacPduCodec子层

SVC子层需要发送的信息都需要下送PDU子层，由PDU子层编码再递交给Blip提供的传输层；同样，SVC子层需要接收来自PDU子层的信息。SVC子层转交PDU子层的是一个指向成员已包括o_id、p_id以及可能的value的SVC层专有结构体类型的指针。在PDU这一子层构建了若干种指令(command)来支持SVC子层，通过附加PDU指令类型m_type、时序标识m_invokeId、SVC子层服务种类m_svcId等组成部分，PDU子层将其封装为协议数据单元(Protocol Data Unit，简称Pdu)，上述指令被打包在bacPduCodecI接口之中向SVC层开放。

类似于TCP/IP协议的TCP与UDP，BACnet协议标准把BACnet服务划分为需要确认(Confirmed)的服务与无需确认(Unconfirmed)的服务。需要确认的服务提供面向连接、可靠的通信机制；无需确认的服务面向无连接，不能确保通信的可靠，但由于机制简单，节省系统资源，适用于不需要通信过程严格可靠的情形。

总结

楼宇自控系统既拓展了监管人员的视野，又帮助监管人员敏锐、准确地了解大楼内机电设备实时的运行状态，使监管人员能够及时知道何时何地出现何种故障，使事故消除在萌芽状态，确保机电设备的安全运行，降低楼宇维护费用；楼宇自控系统还能为医院减少人力成本，提高运行管理的效率，提供一个合理、高效、节能、舒适的工作环境。

参考文献

[1]黄从利；楼宇自控系统的节能设计与实现[D]；湖南大学；2005年

[2]朱艳霞；关于智能建筑中空调自控系统的几点浅谈[J]；科技信息(学术研究)；2008

[3]王建国；21世纪初中国建筑和城市设计发展战略研究[J]；建筑学报；2005

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。