GB50314-2015《智能建筑设计标准》
智能建筑，intelligentbuilding：以建筑物为平台，基于对各类智能化信息的综合应用，集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体，具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力，形成以人、建筑、环境互为协调的整合体，为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑。
建筑设备管理系统，buildingmanagementsystem：
对建筑设备监控系统和公共安全系统等实施综合管理的系统。
4.5建筑设备管理系统一般规定，不同建筑类型有不同特殊要求。
楼宇自动化系统BAS：
BAS通常包括设备控制与管理自动化（BA）、安全自动化（SA）、消防自动化（FA）。但也有时把安全自动化（SA）和消防自动化（FA）和设备控制与管理自动化（BA）并列，形成所谓的“5A”系统。
楼宇自控系统，BA：
广义BA系统：智能建筑“3A”中的BA系统，涵盖了建筑物中所有机电设备和设施的监控内容。
狭义BA系统：仅包括由各设备厂商或系统承包商利用DDC控制器或PLC控制器对其进行监控和管理的电力供应与管理、照明控制管理和环境控制与管理以及电梯运行监控等系统。
若无特别注明，BA系统通常表示为狭义BA系统，也称楼宇自控系统，建筑设备管理系统，设备监控系统等。
BA系统控制对象与系统功能（广义）
BA系统的功能：
设备运行监控：是楼宇自控系统的首要和基本功能。
节能控制与管理：节能降耗是全球环境保护和可持续发展的首要手段。BA系统通过冷热源群控、最优起停、焓值控制、变频控制等手段可以有效节约建筑设备运行能耗。
设备信息管理：随着数据分析等信息技术的发展，BA系统开始由单纯的自动控制功能，向自动控制、信息管理一体化发展。数据有效存储、分析，为今后建筑设备改造及在线故障诊断提供依据。
集散控制系统：
DCSDistributedControlSystem：是以多台微处理器为基础的集中分散型控制系统。集散系统在传统的过程控制系统中引入计算机技术，利用软件组成各种功能模块，代替过去常规仪表功能，实现生产过程参数的控制，并用屏幕显示，应用通信联网技术组成系统。
DCS特点是现场由控制站进行分散控制，实时数据通过电缆传输送达控制室的操作站，实现集中监控管理，分散控制，将控制功能、负荷和危险分散化。
集中控制系统的不足：
可靠性：整个系统的控制、管理依赖于中央控制站，一旦中央控制站崩溃，整个系统将陷入瘫痪。
运算负荷：全部控制运算功能由中央站控制主机完成，对控制主机中断优先级、分时多任务操作等控制都提出了极高的要求，同时控制主机的运算处理能力限制了整个控制系统的规模和实时响应能力。
网络负荷：所有现场采集的数据都要通过网络系统传送给控制主机进行处理，然后由控制主机发出命令指挥现场执行机构的动作，信息传输线路长、网络传输数据量大，当系统监控点数较多时实时响应能力差。
集散控制系统的优点：
通过分散控制功能，使得整个系统运算负荷、网络数据通信和故障影响范围均得到分散，同时控制功能直接在现场得以实现，也增强了系统的实时响应性。
集散控制系统的主要特性是集中管理和分散控制，它是利用计算机、网络技术对整个系统进行集中监视、操作、管理和分散控制的技术。
DCS逻辑结构图：
分支型结构，垂直分成3层，每层横向分成若干子集。
从功能分散上看，纵向分散意味着不同层次的设备具有不同的功能，如实时监视、实时控制、过程管理等；横向分散意味着同级设备之间具有类似的功能。
楼宇集散控制系统图：
楼宇自控中的集散控制系统：
集散控制系统是工业生产过程控制需求的产物，首先在工控领域得到成功应用，然后逐渐应用于楼宇控制。
为适应楼宇控制的特点，集散控制系统的许多备份、冗余措施在楼宇控制中都取消了，系统结构及控制器、工作站的功能也有不同程度的简化和削弱，但整体系统的组成和构架相同的。
因此有人称楼宇控制系统为“一种低成本的集散控制系统”。
楼宇自控系统的典型网络结构：
楼宇自控系统采用集散控制系统的网络结构，工程建设中具体采用哪种网络结构应视系统规模的大小以及所采用的产品而定。
楼宇自控系统的网络结构通常采用总线方式，系统结构可以通过总线层次加以区别。
工作站通过相应接口直接与现场控制设备相连：
实际上是一种单层网络结构，现场设备通过现场控制网络相互连接，工作站通过通信适配器直接接入现场控制网络。适用于监控点数较少、且分布比较集中的小型楼宇自控系统。
典型的两层网络构架的楼宇自控系统：
采用典型的集散控制系统两层网络构架，适用于绝大多数楼宇控制系统。上层网络与现场控制总线两层网络满足不同的设备通信需求，两层网络之间通过通信控制器连接。这种网络结构是许多现场总线产品厂商主推的网络构架。
通信控制器作用：
功能简单的只是起到协议转换的作用，在采用这种产品的网络中不同现场控制总线之间设备的通信仍要通过工作站进行中转；
功能复杂的可以实现路由选择、数据存储、程序处理等功能，甚至可以直接控制输入输出模块起到DDC的作用，而成为一个区域控制器，如美国JohnsonControls的网络控制单元（NCU）。
有些公司（如TAC）甚至将Web服务器功能集成到区域控制器，这样用户甚至不用选配工作站，通过任意一台安装有标准网络浏览器（如IE）的PC即可实现所有监控任务。
三层网络结构的楼宇自控系统：
网络结构在以太网等上层网路与现场控制总线之间又增加了一层中间层控制网络，这层网络在通信速率、抗干扰能力等方面的性能都介于以太网等上层网路与底层现场控制总线之间。通过这层网络实现大型通用功能现场控制设备之间的互连。监控点分散，联动功能复杂场合。
现场控制器（DDC）输入输出点数：
产品设计及工程选型时考虑的主要问题。
目前市场上流行的DDC点数从十几点到几百点不同。
在工程中，有些场合监控点比较集中，如冷冻机房的监控，适合采用一些大点数的DDC；
有些场合监控点相对分散，如VAV末端的监控，适合采用一些小点数的DDC。
厂商在设计DDC时，从经济性的角度考虑，所选用的处理器、存储器也会根据此DDC点数的多少有所不同，一般点数较少的DDC功能也相对较弱，点数较多的DDC功能和处理能力也较强。
监控点相对分散、联动功能复杂系统解决方案：
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，但作为整个系统的联动控制，如风管静压控制，单个末端状态的变化都会引起其他各监控状态的变化，这些联动控制相当复杂。在这类末端分布范围较广，而联动控制复杂的系统监控中，无论单独采用小点数DDC还是大点数DDC都存在许多问题，三层网络结构的楼宇自控系统就可以体现出其优势。
以太网为基础的两层网络构架：
以太网在BA系统开始应用于现场控制领域。各大厂商先后推出以太网控制器，这种网络结构利用高速以太网分流现场控制总线的数据通信量，具有结构简单、通信速率快、布线工作量小（上层可直接利用综合布线系统）等特点，是目前楼宇自控系统网络结构的主流发展方向。
楼宇自控系统的现场控制站：
名称：ProcessInterfaceUnit（过程接口单元）、基本控制器（BasicController）、多功能控制器（MultifunctionController）、DDC。
功能：现场控制站作为系统的控制级，主要完成各种现场楼宇机电设备运行过程信号的采集、处理及控制，作为控制和操作同时进行。
统称：现场控制节点。
现场控制器组成：
现场控制器结构：
中央处理单元；输入输出通道AI、AO、DI、DO；安装时还要考虑：机柜、电源、安装导轨、线槽、导线、连接器、辅助继电设备等。
现场控制器安装：
机柜：防尘、防电磁干扰、安装电源及辅助输入输出设备，现场控制器和电源等设备要安装在相应的机柜内。
楼宇自控系统对电源的要求不如工业控制环境那么严格，一般要求现场控制站的电源由中央控制室或操作员站单独拉出，这样现场控制站的电源质量基本与中控站或操作员站设备的电源质量相同，且具有UPS保护。
现场控制器主要是DDC和PLC等设备，集成了CPU模块、I/O处理模块、存储模块、通信模块等功能模块。不同现场控制器的CPU处理能力、I/O点数及存储器大小各不相同，按实际控制要求选择。
模拟量输入通道AI：
输入控制过程中各种连续物理量：如温度、压力、应力、流量以及电流、电压等；
毫伏级电压信号：如热电偶、热电阻及应变式传感器的输出；
各种温度、压力、位移或各种电量变送器的输出；
一般采用4~20mA标准，信号传送距离短、损耗小的场合也有采用0~5V或0~10V电压信号传输。
许多厂商提供的现场控制设备支持将模拟量输入接口与数字量接口通用称为通用输入接口（UI）。
DDZ-Ⅲ型变送器两线制结构示意图：
如图：符合组合电动仪表固有特性，采用直流集中供电方式，可将差压变送器、24V直流电源、250Ω电阻串联起来，压差的大小确定所通过的电流大小，并将电阻两端形成的电压，传给下一级仪表，作为下一级仪表的输入。
模拟量输出通道AO：
输出4~20mA电流信号，0~10mA与1~5V电压。
电动执行机构的行程，调速装置（变频调速器）、阀门的开度等模拟量。
输出通道一般由D/A模板、输出端子板与柜内电缆等构成。
输出接口的输出信号一般都可以在电流型和电压型之间转换。可以直接通过软件设置实现，或通过外电路实现，如在4~20mA标准直流电流信号输出端接入一个500Ω电阻，电阻的两端就是DC2~10V电压信号。
开关量输入通道DI：
用来输入各种限位（限值）开关、继电器或阀门连动触点的开、关状态，输入信号可以是交流电压信号、直流电压信号或干接点。
由于干接点信号性能稳定，不易受干扰，输入输出方便，目前应用最广。
数字量输入接口接收现场各种状态信号，经电平转换、光电转换及去噪等处理后转换为相应的0或1输入存储单元。
数字量输入接口也可以输入脉冲信号，并利用内部计数器进行计数。
开关量输出通道DO：
用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声光报警器等只具有开、关两种状态的设备。
数字量输出接口一般以干接点形式进行输出，要求输出的0或1对应于干接点的通或断。
辅助输入输出设备：
现场控制设备的模拟量/数字量输入、输出接口一般都可以直接输入或输出信号与现场传感器、变送器、执行机构进行通信，输入各种现场状态、参数，输出控制现场设备。
当使用数字量输出端口控制现场36V以上电压或大电流回路时，需要借助各种继电器、接触器等辅助设备，以保证现场控制设备的端子不窜入高电压或通过大电流。
楼宇自控系统管理与控制站：
包括一台中央监控站管理服务器和若干个操作员站（分管不同设备子系统的，分散在各监控机房的），工程师站为节约成本一般不单独固定设置。
中央监控站功能：
中央监控站提供集中监视、远程操作、系统生成、报表处理及诊断等功能。它集中了中央管理服务器、操作员站和工程师站的全部功能。
楼宇自控系统的中央监控站一般包括一台中央管理服务器和若干个操作员站（这些操作员站从功能上可以是分管不同设备子系统的，也可以是相互冗余的；从地域上，可以是集中设置的，也可以是分散在各监控机房的），工程师站为节约成本一般不单独固定设置，而由操作员站实现其功能或利用工程师的计算机临时接入楼宇自控网络进行系统组建和维护。
典型楼宇自控系统介绍：
霍尼韦尔（Honeywell）公司：
建筑智能系统部产品包括楼宇自控（BA）系统、火灾报警消防控制（FA）系统和安保（SA）系统。
楼宇自控产品主要有XL8000系列BACnet控制器，XL5000系列控制器及各类末端设备，包括风阀执行器、电动阀门、电动阀门执行器、电动蝶阀、各类传感器等。
西门子（SIEMENS）楼宇科技公司：
Apogee控制管理系统是用于楼宇设备的集散控制系统，每个DDC控制器均有CPU处理器进行数据处理，独立工作，不受中央或其他控制器故障的影响，从而提高了整个集控管理系统的可靠性。
安装Windows2000/XP计算机工作站为监控平台，可连接楼宇级网络（BLN），每条楼宇级网络可连接DDC控制器，而每个DDC又可通过楼层级网络（FLN）连接扩展点模块或终端设备控制器。
实现建筑物内的暖通空调、变配电、给排水、冷暖源、照明、电梯扶梯及其他各类系统机电设备管理自动化、智能化、安全化、节能化，同时为大楼内的工作人员和其他租户提供最为舒适、便利和高效率的环境。
江森自控（JohnsonControls）公司：
1985年在美国成立，其楼宇自控系统Metasys采用开放式结构，可以根据用户需求集成不同厂商的软、硬件产品，满足整个楼宇自控系统的优化需求。
Metasys系统采用分布式结构、模块化设计，具有高效、可靠、运行稳定等特点。Metasys集成支持目前楼宇自动化及信息产业中绝大多数的标准，，因此其在系统集成、数据交换、数据库整合等方面也具备了相当的灵活性与互操作性。
Metasys系统的模块化结构由一个或多个现场控制器、网络控制器和操作站组成，系统可以不断满足受控设备扩展的需要，无论是现场控制器或是网络控制器都可以根据项目的需求不断扩展。
Metasys系统组成：
操作员站：主要由带鼠标及彩色显示器的计算机和打印机组成，运行图形ADS系统软件和实时监控操作软件，是管理整个系统及实施操作的主要人－机界面。
网络控制引擎NAE：和操作站共同构成系统的管理层，其功能主要是实现网络匹配和信息传递，具有总线控制，I/O控制功能，操作站以高速通信方式与下一级智能网络控制单元进行信息交换。
现场控制器（DDC）：主要功能是接收安装于各种机电设备内的传感器、检测器的信息，按DDC内部预先设置的参数和执行程序自动实施对相应机电设备的监控。智能网络控制单元与DDC之间可以通过N2总线RS-485方式或LON方式通信。
施耐德电气TAC公司：
TACVista是施耐德电气TAC旗下的LonWorks楼宇自控解决方案。此系统最大的特点在于其BuildingIT设计理念。所谓BuildingIT就是将IT的技术、理念充分应用于楼宇自控，从而实现开放、友好、集成与安全。
传感器与执行器基础：
检测仪表控制系统组成：
检测单元：直接测量：温度、压力、流量、液位、成份；间接测量。
变送单元：测量信号转换与传输；
1~5VDC、4~20mADC模拟信号和数字信号。
显示单元：数字、曲线、图像。
调节单元：实现PID（比例、积分、微分）调节。
执行单元：气动、液动、电动。
温度测量：
温度：国际单位制（SI）7个基本物理量之一，重要参数。M，Kg，s，A，mol，cd。
测温原理：通过温度敏感元件与被测对象热交换，测量相关物理量，确定被测对象的温度。
测温方式：
接触式：传热和对流，有热接触，精度高，破坏被测对象热平衡，存在置入误差，对测温元件要求高。
非接触式：接受热辐射，响应快，对被测对象干扰小，可测高温、运动对象，适应强电磁干扰、强腐蚀。
热电阻式传感器：
金属热电阻；半导体热敏电阻；热电阻式传感器的应用。
基于导体或半导体的电阻值随温度而变化的特性。
优点：信号可以远传、灵敏度高、无参比温度。
金属热电阻稳定性好、准确度高，可作为基准仪表。
缺点：电源激励、自热现象，影响精度。
金属热电阻：
热电阻＝电阻体（最主要部分）＋绝缘套管＋接线盒
作为热电阻的材料要求：
电阻温度系数要大，以提高热电阻的灵敏度；
电阻率尽可能大，以便减小电阻体尺寸；
热容量要小，以便提高热电阻的响应速度；
在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；
电阻与温度的关系最好接近于线性；
应有良好的可加工性，且价格便宜。
使用最广泛的热电阻材料是铂和铜。
常用热电阻：
铂热电阻：主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。
铜热电阻：测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为―50～150℃。
铂热电阻，目前最好材料。
长时间稳定的复现性可达10-4K，是目前测温复现性最好的一种温度计。
铂电阻的精度与铂的提纯程度有关。
百度电阻比，
W（100）越高，表示铂丝纯度越高。
国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，W（100）≥1.3925；目前技术水平已达到W（100）＝1.3930，相当于99.9995%；工业用铂电阻的纯度W（100）为1.387～1.390。
铜热电阻：
应用：测量精度要求不高且温度较低的场合；
测量范围：-50～150℃；
优点：温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好。
缺点：易于氧化，一般只用于150℃以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。与铂相比，铜的电阻率低，所以铜电阻的体积较大。
热电阻的结构：
电阻丝采用无感绕法（两线圈电流流向相反，电感互相抵消）绕在绝缘支架上，图b所示。
半导体热敏电阻：
利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成；
由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结。
优点：
热敏电阻的温度系数比金属大（4～9倍）；
电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。
结构简单、机械性能好。
缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。
热敏电阻特点与类型：
热敏电阻分类：
PTC热敏电阻－正温度系数
用途：各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。
CTR热敏电阻－临界温度系数
在某个温度上电阻值急剧变化,具有开关特性。
用途：温度开关。
NTC热敏电阻－很高的负电阻温度系数。
应用：点温、表面温度、温差、温场等测量。
自动控制及电子线路的热补偿线路。
热敏电阻的结构：
构成：热敏探头、引线、壳体；
二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；
四端器件：旁热式；体积达到小型化与超小型化。
热敏电阻的电阻温度系数：
热敏电阻在其本身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量：
B和α值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的电阻温度系数高很多，所以它的灵敏度很高。
热敏电阻的线性化：
热敏电阻的电阻-温度特性呈指数关系，有较大非线性，一般处理方法是与温度系数小的电阻进行串并联，使其等效电阻在一定温度范围内是线性的。
金属热电阻传感器：
工业广泛使用，－200～+500℃范围温度测量。在特殊情况下，测量的低温端可达3.4K，甚至更低，1K左右。高温端可测到1000℃。
温度测量的特点：精度高、适于测低温。
传感器的测量电路：经常使用电桥，精度较高的是自动电桥。
为消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差，常采用三线制和四线制连接法。
两线制：
三线制：
工业用热电阻一般采用三线制，消除引线电阻影响，提高测量精度。
热电阻测温电桥的三线制接法
四线制接法：
精密测量中，采用四线制接法，有效消除线路寄生电势。
几种常见测温元件安装方式：
管道内流体温度的测量
接触式测温：
测点位置：代表性地点，避免温度死角，避免电磁干扰；
插入深度：保证一定插入深度，流速足够大；
避免高温管道测点的热损失误差。
压力检测：
定义：垂直均匀地作用在单位面积上的力，用p表示。
即物理学中定义的压强。
1牛顿力垂直均匀地作用在1平方米面积上所形成的压力为1“帕斯卡”，简称“帕”，符号为Pa。
Pa帕斯卡为压力法定单位，还用有千帕（kPa）、兆帕（MPa）
其他压力单位有工程大气压、标准大气压、毫米水银柱、毫米水柱等，需进行换算。
常用压力检测仪表：
弹性压力计：
原理：弹性元件在弹性限度内受压变形，其变形大小与外力成比例。
弹性压力计：
测压弹性元件，工作原理：感受液体或气体的压力或压力差，输出位移。
1）弹性膜片：外缘固定，圆形片状，中心位移与压力的关系表示，弹性特性具有良好线性关系。
2）波纹管：壁面具有多个同心环状波纹，一端封闭，封闭端的位移和压力在一定范围内呈线性关系。
3）弹簧管：圆弧状，不等轴截面金属管，自由端位移。
弹簧管放大图，被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动指针角位移。
优点：结构简单，使用方便，价格低；测压范围宽，可测量负压、微压、低压、中压和高压，应用广泛；精确度可达±0.1级。
缺点：只能就地指示，是现场直读式仪表。
弹性测压计信号的远传方式：弹性元件的变形或位移转换为电信号输出，即可实现远距离信号传送。
电位器式：结构简单，线性化好，电位器易磨损，可靠性差。
霍尔元件式：霍尔效应，通电导体在磁场中产生电动势，在不均匀磁场中运动，输出电势对应位移。结构简单，灵敏度高，寿命长，但易受外部磁场干扰。
霍尔元件工作原理：
特点：结构简单、灵敏度高，寿命长。对外部磁场敏感，耐振性差。
压力传感器：
检测压力值并提供远传信号的装置。
常见形式有应变式、压阻式、电容式、压电式、振频式。
应变式压力传感器：
原理：基于“应变效应”，导体和半导体材料发生机械变形时，其电阻值将发生变化。
ε为材料的应变大小，k为材料的电阻应变系数。
金属材料的K值约为2~6，半导体材料K值60~180应变元件可做成丝状、片状和体状。
几种应变式测量的结构示意：
各种应变元件与弹性元件配用，组成应变式压力传感器。多应变片起到测量均衡与补偿作用。
荷重传感器原理演示：
荷重传感器上的应变片在重力作用下产生变形。轴向变短，径向变长。
压阻式压力传感器：
固体材料在应力作用下发生形变时，其电阻率发生变化的现象被称为“压阻效应”。
是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的，是一种新型传感器。
硅平膜片受压变形：
利用桥式测量电路，桥臂电阻对称布置，电阻变化时，电桥输出电压与膜片所受压力成对应关系。
电容式压力传感器：
利用电容器的原理，将非电量转换成电容量，进而实现非电量到电量的转化的器件或装置。
测量范围大、灵敏度高、结构简单、适应性强、动态响应时间短、易实现非接触测量等。
电容式传感器应用：压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和成分含量等测量。
电容式差压变送器：
两室结构的电容式压力传感器原理：
集成式压力传感器：
采用微机械加工、微电子集成工艺制成集成化传感器，形成各种智能仪表。
可以同时检测差压、静压、温度三个参数。
测压仪表的使用：
测压仪表的选择
类型：测量对象、原理、使用环境、功能；
测量范围：一般在量程的1/3~2/3；
估算被测压力上下限后，按压力仪表的标准系列选定量程。
测量精度：注意经济性，满足需求，工业测量在0.5级以下。
取压口选择原则示意：
引压管路的敷设：
引压管的内径、长度的选定与被测介质有关；
引压管路水平敷设时，要保持一定的倾斜度，以避免液体（气体）的积存；
当被测介质容易冷凝或冻结时，引压管路需有保温伴热措施；根据被测介质情况，在引压管路上要加装附件，如集液器、集气器等；
在取压口与仪表之间要装切断阀，检修时使用。
引压管路的敷设情况：
测量仪表的安装：
压力计安装地点易于观测和检修，避免振动和高温。
特殊介质测量词用必要的保护措施。
引压管等连接处，根据介质材料密封。
仪表位置与取压点不在同一高度时，要考虑液体介质液柱静压对仪表测量的影响。
未完待续…
