暖通空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制管理(3)

　　提要本講介紹大型綜合商業(yè)建筑中的建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)，又稱樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)BAS（buildingautomationsystem）。它被列為智能建筑的重要組成部分，目前在我國發(fā)展迅速。據(jù)英國某咨詢公司對(duì)中國BAS市場的調(diào)查，1994年市場銷售額為80億元人民幣。預(yù)計(jì)2000年為150～200億元人民幣。下面首先介紹BAS系統(tǒng)包括的內(nèi)容，然后分別對(duì)系統(tǒng)的通訊、布線及協(xié)調(diào)管理等做進(jìn)一步的討論。

　　關(guān)鍵詞BAS，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，建筑設(shè)備

　　AbstractDescribesthebuildingautomationsystem(BAS)inlargecommercialbuildings.Liststhepossiblesub-systemsinBASandtheirfunctions,discussestherequirementsforhardwareandsoftwareforthesefunctionsincludingthecommunicationnetwork,thePDS(premisesdistributionsystem)technologyandthecentrecomputerstationsandstudiesthemanagementfacilitiesofBASandtherelativesoftwaretechniquesindetail.

　　KeywordsBAS,computercontrol&monitoringsystem,buildingservice

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　　4.1什么是BAS系統(tǒng)

　　一座現(xiàn)代化建筑往往包括這些設(shè)備的全部或大部分。隨著建筑物的規(guī)模增大，標(biāo)準(zhǔn)提高，這些設(shè)備的種類、數(shù)量急劇增加，要求的監(jiān)測控制點(diǎn)可多達(dá)幾千點(diǎn)至上萬點(diǎn)。這些設(shè)備和測量控制點(diǎn)一般分散到建筑物的各層和各個(gè)角落，因此采用分散管理，就地監(jiān)測和操作將占用大量人力資源，有時(shí)幾乎難以實(shí)現(xiàn)。利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行集中管理和自動(dòng)監(jiān)測，對(duì)節(jié)省運(yùn)行人力，保持設(shè)備正常，具有極大的意義。同時(shí)通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及時(shí)啟停各有關(guān)設(shè)備，避免設(shè)備不必要的運(yùn)行，又可以節(jié)省系統(tǒng)運(yùn)行能耗。這樣，BAS系統(tǒng)的主要目的就是：提高系統(tǒng)管理水平；降低維護(hù)管理人員工作量；節(jié)省運(yùn)行能耗。

　　4.1.1電力供應(yīng)系統(tǒng)

　　電力供應(yīng)系統(tǒng)的監(jiān)測控制的關(guān)鍵是保證建筑物安全可靠的供電。為此最基本的是對(duì)各級(jí)開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，主要回路的電流、電壓及功率因數(shù)的監(jiān)測，變壓器及一些電纜的溫度監(jiān)測。由于電力系統(tǒng)的狀態(tài)變化和事故都是在瞬間發(fā)生，因此利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行這種監(jiān)測時(shí)要求采樣間隔非常小（幾十至幾百ms），并且應(yīng)能自動(dòng)連續(xù)記錄在這種采樣間隔下各開關(guān)狀態(tài)和各測量參數(shù)的連續(xù)變化過程，這樣才能預(yù)測并防止事故的發(fā)生，或在事故發(fā)生后，及時(shí)判斷故障點(diǎn)。

　　將功能進(jìn)一步擴(kuò)展，還可對(duì)有關(guān)的供電開關(guān)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)控制。尤其在停電后可進(jìn)行自動(dòng)復(fù)電的順序控制。此外對(duì)設(shè)備用應(yīng)急發(fā)電機(jī)的監(jiān)測與控制，以及在啟用應(yīng)急發(fā)電設(shè)備時(shí)自動(dòng)切斷一些非主要回路，以保護(hù)應(yīng)急發(fā)電機(jī)不超載。

　　在保障安全可靠地供電的基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可包括用電計(jì)量、各戶用電費(fèi)用分析計(jì)算以及與供電政策有關(guān)的高峰時(shí)超負(fù)荷及分時(shí)計(jì)價(jià)高峰期對(duì)次要回路的切斷控制。

　　4.1.2照明系統(tǒng)

　　照明系統(tǒng)的控制與節(jié)能有重要關(guān)系。在大型商業(yè)建筑中它的電耗僅次于空調(diào)系統(tǒng)。與常規(guī)管理相比，好的BAS控制可省電30%～50%。這主要是對(duì)門廳、走廊、庭園和停車場等處照明的定時(shí)控制，對(duì)照明回路分組控制，以及對(duì)廳堂及辦公室和客房"無人熄燈"控制。這些控制可以通過在計(jì)算機(jī)上設(shè)定啟停時(shí)間表、值班人員遠(yuǎn)動(dòng)等按照預(yù)定的建筑空間使用方式來進(jìn)行的前饋控制，也可以采用門鎖、紅外線等方式探測是否無人從而自動(dòng)熄燈的反饋控制方式。

　　4.1.3空調(diào)系統(tǒng)

　　空調(diào)系統(tǒng)控制管理的中心任務(wù)是在保證提供舒適環(huán)境的基礎(chǔ)上盡可能降低運(yùn)行能耗。對(duì)空調(diào)機(jī)、冷熱源及水系統(tǒng)工程的控制在前幾講中已分別做了詳盡的討論。但系統(tǒng)的良好運(yùn)行除對(duì)每個(gè)設(shè)備的良好控制外，還取決于各設(shè)備間的有機(jī)協(xié)調(diào)，并且與建筑物本身的使用方式有密切關(guān)系。例如根據(jù)上下班時(shí)間適時(shí)地提前啟動(dòng)空調(diào)進(jìn)行預(yù)冷：提前關(guān)閉空調(diào)，依靠建筑物的熱慣性維持下班前一段時(shí)間的室內(nèi)環(huán)境；對(duì)不使用的廳堂關(guān)閉空調(diào)，同時(shí)根據(jù)空調(diào)開啟程度確定冷凍機(jī)開啟臺(tái)數(shù)及運(yùn)行模式等。此類協(xié)調(diào)需由空調(diào)系統(tǒng)的中央管理計(jì)算機(jī)通過BAS索取到建筑物使用要求與使用狀況的信息，再進(jìn)行分析決策后，才能實(shí)現(xiàn)。

　　4.1.4給排水系統(tǒng)

　　給排水系統(tǒng)的控制管理主要是為了保證系統(tǒng)能正常運(yùn)行，因此其基本功能是對(duì)各給水泵、排水泵、污水泵及飲用水泵運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，對(duì)各種水箱及污水池的水位監(jiān)測，給水系統(tǒng)壓力監(jiān)測以及根據(jù)這些水位及壓力狀態(tài)，啟停相應(yīng)的水泵。

　　4.1.5消防系統(tǒng)

　　消防系統(tǒng)，又稱FAS（fireautomationsystem）是建筑設(shè)備自動(dòng)化中非常重要的一部分。有些場合FAS還被從BAS中分出，作為所謂的5A建筑（BAS，F(xiàn)AS，SAS即保安自動(dòng)化，OAS即辦公自動(dòng)化和CAS即通訊自動(dòng)化）的一個(gè)主要組成部分。FAS主要由火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與消防聯(lián)動(dòng)控制這兩部分構(gòu)成。

　　火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是FAS的最主要部分。它要求在火災(zāi)萌發(fā)狀態(tài)就能及時(shí)探測出，并準(zhǔn)確指出火警位置。同時(shí)，對(duì)于吸煙等到其它原因造成的局部發(fā)煙、高溫和發(fā)光又不出現(xiàn)誤報(bào)，這依賴于靈敏的火災(zāi)參數(shù)探測傳感器及計(jì)算機(jī)的智能分析系統(tǒng)。火災(zāi)災(zāi)狀況可以通過煙感、溫感、光感和氣體成分的變化來監(jiān)測，每種物理量又有不同類型的傳感器來探測。應(yīng)該探測的物理量、適宜的傳感器類型都取決于建筑物的類型和可能產(chǎn)生的火災(zāi)種類。文獻(xiàn)[1]對(duì)此有詳盡的的介紹和討論。一個(gè)探測區(qū)域所需要探測器的數(shù)量也有相應(yīng)的規(guī)定。各種探測器的輸出狀態(tài)一般都是"通斷"兩種狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)于所探測的物理量"超過標(biāo)準(zhǔn)"和"處于正常范圍"兩種狀態(tài)，各探測器通過總線連接至區(qū)域報(bào)警器，總線提供各個(gè)探測器的工作電源，并通過脈沖編碼的方式接收各個(gè)探測器的輸出狀態(tài)。采用了計(jì)算機(jī)的智能型區(qū)域報(bào)警器就不僅僅是將各探測器的輸出狀態(tài)按其位置進(jìn)行顯示，而且要進(jìn)一步進(jìn)行分析，剔除誤報(bào)信息。例如某個(gè)傳感器偶然報(bào)警一次后，又恢復(fù)輸出正常狀態(tài)，或僅一個(gè)走廊中的傳感器報(bào)警，而相鄰的傳感器一直輸出正常狀態(tài)，這就都屬于"無火災(zāi)"或"不能最后確定"的狀態(tài)。增加智能分析可以使火災(zāi)報(bào)警的誤報(bào)率和漏報(bào)率顯著降低，準(zhǔn)確率提高。區(qū)域報(bào)警器通過通訊網(wǎng)還要與BAS中心的消防控制中心連接，使消防中心及時(shí)掌握各種火災(zāi)報(bào)警信息，以便及時(shí)做出統(tǒng)一判斷和決策。

　　消防聯(lián)動(dòng)控制包括對(duì)防火門、防火卷簾和防火閥的控制，排煙和正壓送風(fēng)的控制，消防水泵、噴淋水泵的控制，自動(dòng)噴灑滅火裝置的控制，疏散廣播，警鈴控制及電梯扶梯控制等。這些消防裝置中有些與它直接相關(guān)的感溫或感煙裝置連接，當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)信號(hào)后，自動(dòng)動(dòng)作。此時(shí)計(jì)算計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)測出這些動(dòng)作，并使其它裝置的設(shè)備與其協(xié)調(diào)工作。其它消防裝置則是由值班人員手動(dòng)控制或由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制，在火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生要求的動(dòng)作。由于目前火災(zāi)誤報(bào)率較高，因此很少使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)報(bào)警信息啟動(dòng)噴灑裝置的，一般都需要值班人員根據(jù)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)后，才能啟動(dòng)這些消防設(shè)備。相當(dāng)多的消防設(shè)備并非與其它建筑設(shè)備系統(tǒng)無關(guān)。如正壓送風(fēng)排煙、電梯扶梯等到。這些設(shè)備往往是在正常情況下就需要由BAS控制管理，按照某種運(yùn)行模式運(yùn)行，火災(zāi)時(shí)，轉(zhuǎn)換到消防模式。此時(shí)，消防系統(tǒng)只是通過BAS向空調(diào)、電梯扶梯的控制系統(tǒng)發(fā)出向消防模式轉(zhuǎn)換的命令，通過這些設(shè)備自己的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)消防動(dòng)作。

　　4.1.6保安系統(tǒng)

　　又稱SAS（securityautomationsystem）亦是建筑設(shè)備自動(dòng)化的重要部分，它一般有如下內(nèi)容：

　　出入口控制系統(tǒng)，即將門磁開關(guān)、電子鎖或讀卡機(jī)等裝置安裝于進(jìn)入建筑物或主要管理區(qū)的出入口，從而對(duì)這些通道進(jìn)行出入對(duì)象控制、時(shí)間控制，并可隨時(shí)掌握管理區(qū)內(nèi)的人員狀況。

　　防盜報(bào)警系統(tǒng)，即將紅外或微波技術(shù)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)探測器安裝在一些無人值守部位，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所監(jiān)視區(qū)出現(xiàn)移動(dòng)物體時(shí)，即發(fā)出信號(hào)通知SAS控制中心，由保安人員做相應(yīng)處理。

　　閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)。將攝像機(jī)裝于需要監(jiān)視控制的區(qū)域，通過電纜將圖像傳至控制中心，使中心可以隨時(shí)監(jiān)視各監(jiān)控區(qū)域的現(xiàn)場狀態(tài)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展還可以進(jìn)一步對(duì)這些圖形進(jìn)行自動(dòng)分析，從而辨別出運(yùn)行物體、火焰、煙及其它異常狀態(tài)，并進(jìn)行報(bào)警及自動(dòng)錄像。

　　保安人員巡邏管理系統(tǒng)，指定保安人員的巡邏路線，在路徑上設(shè)巡視開關(guān)或讀卡機(jī)。從而計(jì)算機(jī)可確認(rèn)保安人員是否按順序在指定路線下巡邏，以保證保安人員的安全。

　　上述各部分都需要將各自的工作狀態(tài)，尤其是所發(fā)現(xiàn)的異常現(xiàn)象及時(shí)報(bào)至SAS控制中心，進(jìn)而由計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一分析，幫助值班人員做出準(zhǔn)確判斷與及時(shí)的處理。

　　4.1.7交通系統(tǒng)

　　交通系統(tǒng)指對(duì)建筑物內(nèi)電梯扶梯及停車場的控制管理。電梯扶梯一般都有完備的控制裝置，但需要將這些控制裝置與BAS相連或?qū)崿F(xiàn)其間的數(shù)據(jù)通訊，使管理中心能夠隨時(shí)掌握各個(gè)電梯扶梯的工作狀況，并在火災(zāi)、匪警等特殊場合以電梯扶梯的運(yùn)行進(jìn)行直接控制，這已成為愈來愈多的業(yè)主對(duì)BAS提出的要求。

　　停車場的智能化控制也愈來愈重要和復(fù)雜，這主要包括停車場出入口管理，停車計(jì)費(fèi)，車庫內(nèi)外行車信號(hào)指示和庫內(nèi)車位空額顯示、誘導(dǎo)等。停車場的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以根據(jù)汽車探測器確定進(jìn)入場內(nèi)的總車量，確定各層或各區(qū)的空車位，具體通過各種指示燈引導(dǎo)進(jìn)入場內(nèi)的汽車找到空位。該系統(tǒng)亦需要隨時(shí)向BAS控制中心提供車輛信息，以利于在火災(zāi)、匪警等情況下控制中心進(jìn)行正確判斷與指揮。

　　4.1.8BAS的集中管理與協(xié)調(diào)

　　上述各種系統(tǒng)都不是完全獨(dú)立運(yùn)行，許多情況下系統(tǒng)間需要相互協(xié)調(diào)。例如消防系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警后，要通知空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)轉(zhuǎn)入火災(zāi)運(yùn)行模式運(yùn)行以進(jìn)行消防排煙；照明、電梯扶梯亦要改變運(yùn)行模式以利于人員疏散；電力系統(tǒng)則需要停掉一些供電回路，以保證安全；保安系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)匪警時(shí)也要求照明系統(tǒng)、交通系統(tǒng)進(jìn)行一些相應(yīng)的控制動(dòng)作。這些協(xié)調(diào)都是需要在BAS控制中心通過計(jì)算機(jī)和值班人員的相互配合來實(shí)現(xiàn)，這也是為什么將FAS、SAS系統(tǒng)與建筑設(shè)備的管理一同納入BAS的一個(gè)原因。

　　除了運(yùn)行操作中的相互配合，在管理中上述各系統(tǒng)也有相當(dāng)多的共同點(diǎn)：

　　利用計(jì)算機(jī)圖形方式指出各設(shè)備、裝置及至傳感器在建筑物中的具體位置，給維護(hù)管理人員查找提供方便；

　　管理這些設(shè)備、裝置的運(yùn)行和維護(hù)信息，在計(jì)算機(jī)建立設(shè)備檔案庫；

　　顯示各系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況和歷史狀況，打印各種運(yùn)行報(bào)表；

　　進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)計(jì)算，如電耗、水耗、停車場狀況、保安系統(tǒng)報(bào)警率等，為建筑物管理提供科學(xué)依據(jù)，并可自動(dòng)計(jì)算各用戶需交納的水電費(fèi)等各種費(fèi)用。

　　當(dāng)建筑物規(guī)模大、各種設(shè)備數(shù)量種類繁多、用戶情況不同時(shí)，用計(jì)算機(jī)完成上述各種管理與統(tǒng)計(jì)工作就顯得十分必要并且可顯著減少管理人員工作量，提高科學(xué)管理水平。

　　4.2BAS系統(tǒng)的配置

　　BAS內(nèi)諸系統(tǒng)盡管錯(cuò)綜復(fù)雜，種類繁多，但最低層仍是探測各物理量的各種傳感器、執(zhí)行控制動(dòng)作的各種執(zhí)行器以及直接連接這些傳感器、執(zhí)行器的現(xiàn)場計(jì)算機(jī)（又稱DCU，RTU，DDC分站等）。這些現(xiàn)場計(jì)算機(jī)接收相應(yīng)的傳感受器信息，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，隨時(shí)向上一級(jí)管理計(jì)算機(jī)發(fā)送，再根據(jù)上一級(jí)的管理計(jì)算機(jī)命令及傳感器測出的系統(tǒng)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器完成所要求的控制調(diào)節(jié)任務(wù)。系統(tǒng)涉及的監(jiān)控對(duì)象不同，傳感器、執(zhí)行器會(huì)很不相同。前幾講中已對(duì)空調(diào)的冷熱源及水系統(tǒng)等在這一層次的系統(tǒng)配置做了較詳細(xì)的討論。電力、照明、給排水系統(tǒng)除傳感器、執(zhí)行器不同外，此層次的結(jié)構(gòu)和基本配置思想與空調(diào)系統(tǒng)相同。消防、保安系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是采用多個(gè)探測測頭共用總線的方式。此總線連入?yún)^(qū)域控制器，在區(qū)域控制器解碼，確定出每個(gè)探測器的輸出狀態(tài)。這樣，區(qū)域控制器也類似于一臺(tái)現(xiàn)場控制機(jī)，由此，在現(xiàn)場控制機(jī)這一層次以上，各分系統(tǒng)就無大區(qū)別。所要研究的問題成為如何將分布于建筑物各處的現(xiàn)場控制機(jī)連接，以實(shí)現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)交換。如何設(shè)置各分系統(tǒng)的管理級(jí)計(jì)算機(jī)及BAS總的管理中央計(jì)算機(jī)，什么樣的管理組態(tài)軟件適宜系統(tǒng)管理控制等。

　　4.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　BAS通訊網(wǎng)系統(tǒng)的布置中的主要問題是按照功能設(shè)置子系統(tǒng)還是按照各現(xiàn)場計(jì)算機(jī)的物理位置設(shè)置子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)都可以獨(dú)立運(yùn)行，受其它子系統(tǒng)的影響很小。相互間的協(xié)調(diào)在中央管理機(jī)層次實(shí)現(xiàn)。其缺點(diǎn)是通訊線路復(fù)雜，每個(gè)子系統(tǒng)都要有遍布整個(gè)建筑物的通訊線路，當(dāng)DCU點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，子系統(tǒng)內(nèi)還會(huì)分出再深一級(jí)的系統(tǒng)及一些通訊控制接口，這樣顯得很零亂，不便于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、施工與管理。與綜合布線技術(shù)相結(jié)合，可以按標(biāo)準(zhǔn)化方式設(shè)計(jì)與施工，并便于隨建筑功能改變對(duì)BAS系統(tǒng)所做的各種變更。通訊網(wǎng)的調(diào)試管理亦由于其標(biāo)準(zhǔn)而改為通訊專業(yè)統(tǒng)一管理和調(diào)試，這給設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)和調(diào)試都帶來一系列的好處。隨著通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，通訊產(chǎn)品日益標(biāo)準(zhǔn)化、高速化，成本亦不斷下降，這種BAS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將逐漸成為主流和發(fā)展趨勢。

　　4.2.2綜合布線技術(shù)

　　類似于上一節(jié)圖4-3的標(biāo)準(zhǔn)通訊網(wǎng)的思想，近年來建筑物開始推行綜合布線技術(shù)PDS（premisesdistributionsystem），又稱開放式布線系統(tǒng)。即將BAS系統(tǒng)、辦公室自動(dòng)化系統(tǒng)（OAS）、通訊設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（CAS）所需要的線路統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一配置，使用統(tǒng)一的配線接口和出線盒插座，可以隨時(shí)根據(jù)要求增裝或改動(dòng)任一建筑自動(dòng)化設(shè)備，而不需要重新布線。這是一種取代建筑物各個(gè)系統(tǒng)各自為戰(zhàn)、獨(dú)立布線、彼此互不兼容、很難改動(dòng)和增補(bǔ)的傳統(tǒng)布線方式的新技術(shù)。

　　綜合布線方式就是在每個(gè)末端工作區(qū)設(shè)置各干個(gè)信息插座，這些插座通過標(biāo)準(zhǔn)電纜按照一對(duì)一的星形方式接到每一層的管理區(qū)配線架中，各層的管理區(qū)配線架又通過由許多對(duì)電纜構(gòu)成的干線系統(tǒng)相連。這樣，使用一些標(biāo)準(zhǔn)連接器和適配器，在管理區(qū)配線架上可以很方便地實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)內(nèi)及各系統(tǒng)間的各種連接。這些線路可以作為電話線路；辦公用計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)；傳輸視頻信號(hào)電視或攝像機(jī)連接，BAS系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)等。由不采用標(biāo)準(zhǔn)化插接件等硬件產(chǎn)品，就使得管理、維護(hù)尤其是改裝、改動(dòng)等非常方便。采用這種布線方式，圖4-3所示的BAS通訊網(wǎng)線路就完全可以搭用，線路由線路管理人員統(tǒng)一調(diào)試管理。

　　從原理上講，BAS中的A弱電信號(hào)如各種傳感器信號(hào)均可通過綜合布線與控制器連接。但大多數(shù)現(xiàn)場控制機(jī)安裝在被測控的裝置附近，無必要搭用綜合布線，到管理區(qū)配線架中兜圈。只是當(dāng)測量離控制機(jī)較遠(yuǎn)的房間溫度時(shí)，以及使用可通訊VAV和風(fēng)機(jī)盤管末端控制器時(shí)，有可能搭用綜合布線作為傳感器接線或末端控制器通訊線路。消防用煙感器和保安用探測器盡管分布于建筑物各處，但目前的產(chǎn)品多為總線式串聯(lián)，搭用綜合布線將損失其總線節(jié)省線路的優(yōu)點(diǎn)，使線路成本顯著增加，因此目前還很少采用。

　　4.2.3中央管理機(jī)

　　BAS的中央管理工作站及各子系統(tǒng)的中央管理機(jī)擔(dān)負(fù)著實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，分析處理，協(xié)調(diào)各DCU間的控制調(diào)節(jié)工作作為使用者與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間人-機(jī)接口。然而由于是分布式系統(tǒng)，主要的控制工作由現(xiàn)場控制機(jī)實(shí)現(xiàn)，中央管理機(jī)的瞬時(shí)停機(jī)與故障一般不會(huì)給系統(tǒng)帶來什么危害，因此用一般的個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）即可滿足要求，同時(shí)成本低，可利用軟件資源多，維護(hù)方便。當(dāng)要求中央管理計(jì)算機(jī)具有高可靠性時(shí)，還可以采用雙機(jī)熱備份方式，兩臺(tái)同樣的PC機(jī)同時(shí)接在通訊網(wǎng)上，運(yùn)行同樣的軟件，只是其中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)通過通訊網(wǎng)檢測出另一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令時(shí)，自己就自動(dòng)設(shè)置為熱備用機(jī)，將要發(fā)出的控制命令屏蔽。在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)通訊網(wǎng)上沒有另一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制命令時(shí)，即可判斷出另一臺(tái)計(jì)算機(jī)出故障，于是自動(dòng)轉(zhuǎn)為主控機(jī)狀態(tài)，根據(jù)要求發(fā)送控制命令。另一臺(tái)計(jì)算機(jī)維修好再次投入運(yùn)行后則自動(dòng)轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)。這樣，由于兩臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)行同樣的軟件，具有同樣的數(shù)據(jù)庫，因此這種熱備用主機(jī)的轉(zhuǎn)換不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)帶來任何影響。這種設(shè)備備用僅需要一種雙機(jī)熱備用軟件（如RH系列的HOT-DOG軟件），不需任何額外的硬件設(shè)備。文獻(xiàn)[2]中第一章推薦的"雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)"，在兩臺(tái)PC機(jī)間增加了復(fù)雜的"雙機(jī)總線"及"故障檢測判斷電路"，使系統(tǒng)變得復(fù)雜，同時(shí)接口電路并非雙機(jī)備用，它的故障反而導(dǎo)致系統(tǒng)不能運(yùn)行，因此不是好的解決方法。

　　4.2.4BAS的管理功能

　　根據(jù)上面的介紹，可知BAS的主要任務(wù)之一是管理建筑設(shè)備，減少運(yùn)行管理人員工作量，提高系統(tǒng)管理水平。現(xiàn)場控制機(jī)主要承擔(dān)建筑設(shè)備與環(huán)境的測量與控制，管理工作則完全由BAS中央管理機(jī)及各分系統(tǒng)的中央管理機(jī)承擔(dān)。為此，有必要進(jìn)一步討論這此管理級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)具備哪些管理功能，怎能樣實(shí)現(xiàn)這些管理功能。管理級(jí)計(jì)算機(jī)的功能初步可分為數(shù)據(jù)庫功能，顯示功能，設(shè)備操作功能，實(shí)時(shí)控制功能，統(tǒng)計(jì)分析功能，設(shè)備管理功能及故障診斷功能。下面逐個(gè)進(jìn)行討論。

　　4.3.1數(shù)據(jù)庫功能

　　數(shù)據(jù)庫主要用來存儲(chǔ)現(xiàn)場控制機(jī)實(shí)測運(yùn)行參數(shù)及操作動(dòng)作，供以后顯示輸出和分析計(jì)算時(shí)用。由于中央管理計(jì)算機(jī)的管理工作主要是圍繞這些數(shù)據(jù)開展的，因此數(shù)據(jù)庫是中央管理計(jì)算機(jī)運(yùn)行軟件中的重要部分。目前市場上的各種BAS產(chǎn)品中，有的使用生產(chǎn)廠家自己開發(fā)的專用數(shù)據(jù)庫軟件，也有的使用一些通用數(shù)據(jù)庫軟件（如Window下的EXECEL數(shù)據(jù)庫），目前的發(fā)展趨勢是試圖使用一些通用的數(shù)據(jù)庫軟件。

　　BAS實(shí)時(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要是連續(xù)記錄各參數(shù)隨時(shí)間的變化，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的不同重點(diǎn)也就反映在對(duì)時(shí)間的處理上。最簡單的定時(shí)間步長的數(shù)據(jù)庫是每隔一定的時(shí)間間隔記錄一次數(shù)據(jù)庫所管理的所有參數(shù)值。這樣，如果將時(shí)間間隔定為1h或0.5h，則可記錄存儲(chǔ)一個(gè)很大的系統(tǒng)相當(dāng)長周期（如1a）的各參數(shù)的變化。然而某些參數(shù)（如供電系統(tǒng)中的供電參數(shù)）需要記錄和分析其每min甚至每s的變化，這時(shí)所有參數(shù)就都需要以1min或1s作為記錄的時(shí)間步長。以1h為時(shí)間步長可存儲(chǔ)1a的數(shù)據(jù)時(shí)，以1s為時(shí)間步長時(shí)就僅能存儲(chǔ)2h多的數(shù)據(jù)，這顯然又不能滿足存儲(chǔ)長周期數(shù)據(jù)的要求。同時(shí)，有些參數(shù)（如風(fēng)機(jī)的開關(guān)狀態(tài)）在這2h內(nèi)根本無任何變化，卻被重復(fù)記錄了近萬次，這顯然很不合理。

　　再一種數(shù)據(jù)庫可以對(duì)不同的參數(shù)以不同的時(shí)間步長存儲(chǔ)，存儲(chǔ)周期亦可各不相同。這雖然解決了上述矛盾，但由于仍以等時(shí)間步長存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還是不適于需要記錄一些突然的狀態(tài)場合，例如風(fēng)機(jī)早8：00左右開啟，晚6：00左右停止，希望將啟停時(shí)間的記錄精確到min，就要記錄每min的風(fēng)機(jī)狀態(tài)，而實(shí)際上一天內(nèi)風(fēng)機(jī)狀態(tài)只變化了2次，1440個(gè)記錄中只有2個(gè)記錄真正有意義。對(duì)于這類參數(shù)，這種定時(shí)間步長的方式效率還是太低。

　　解決上述問題的數(shù)據(jù)庫方式就是采用不定時(shí)間間隔的方法，每個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)要記錄此數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時(shí)間，數(shù)據(jù)庫中就需要同時(shí)記錄時(shí)間和參數(shù)值。對(duì)于確實(shí)需要經(jīng)常不斷連續(xù)記錄的量（如房間空氣溫度）這樣做又顯得效率低。同時(shí)，這種不定長的數(shù)據(jù)庫的檢索要比定長的復(fù)雜得多，檢索速度也慢。

　　采用不同方式的數(shù)據(jù)庫會(huì)使其外在性能有很大區(qū)別，這就是為什么有的BAS系統(tǒng)可以記錄1a的運(yùn)行狀況，有的則僅能記錄一周或二三天；有的BAS可以顯示參數(shù)的逐秒變化，有的卻僅能看各小時(shí)平均數(shù)值。根據(jù)具體的管理要求，在選擇BAS產(chǎn)品時(shí)注意其數(shù)據(jù)庫的工作方式、功能及最大容量是確保BAS能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的管理功能效果的基本要求。

　　4.3.2顯示功能

　　BAS與使用者之間的聯(lián)系主要依靠中央管理機(jī)實(shí)現(xiàn)，而屏幕顯示是BAS與使用者交流的主要方式。目前的BAS產(chǎn)品有圖形和表格兩種顯示方式。采用表格方式時(shí)各種運(yùn)行參數(shù)的顯示只能以專門定義的參數(shù)名稱為標(biāo)志。對(duì)于一個(gè)由多個(gè)子系統(tǒng)組成的BAS，參數(shù)數(shù)量一般都在幾千至上萬之間，弄清每一個(gè)參數(shù)名的意義有一定的困難，使用者需要一定時(shí)間熟悉與培訓(xùn)。采用圖形化方式，將每個(gè)參數(shù)的物理意義通過圖形給出，整個(gè)顯示系統(tǒng)由許多幅畫面構(gòu)成，畫面中給出被監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或流程，相應(yīng)的參數(shù)值則直接顯示在對(duì)應(yīng)的位置上，許多參數(shù)還可以以動(dòng)畫或其它方式形象地顯示。例如用轉(zhuǎn)動(dòng)和停止的葉輪表示水泵或風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和停止，用紅燈、綠燈表示電器設(shè)備狀態(tài)，用圖形的形狀變化表示閥門的開啟位置等，使各種參數(shù)以非常直觀的形式顯示出來，并準(zhǔn)確地說明其物理意義與幾何位置，給使用者帶來極大的方便。除了當(dāng)前狀態(tài)的顯示，還可以曲線顯示長期歷史數(shù)據(jù)（如果所有的數(shù)據(jù)庫能提供這樣的數(shù)據(jù)），也給分析研究系統(tǒng)的的過渡過程提供了很大的方便。由于存在圖形方式的顯示功能，還可以進(jìn)一步將各系統(tǒng)的連接形式與建筑物間的關(guān)系，每個(gè)設(shè)備在建筑物中的位置等信息同時(shí)與現(xiàn)場狀態(tài)顯示系統(tǒng)做在一起，成為在線的建筑設(shè)備信息管理系統(tǒng)。管理和維修人員可以通過屏幕方便地查找有關(guān)系統(tǒng)的信息，而減少在工程圖紙資料中查找信息的大量工作，這也給科學(xué)化管理帶來很大好處。

　　4.3.3設(shè)備操作功能

　　中央管理機(jī)的另一任務(wù)就是遠(yuǎn)動(dòng)操作。使用者可通過中央管理機(jī)直接對(duì)BAS中的某個(gè)設(shè)備進(jìn)行啟/停控制及調(diào)節(jié)，亦可直接對(duì)某些控制參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定。由于BAS管理著多個(gè)子系統(tǒng)的成百上千臺(tái)設(shè)備，使用和操作者也較多，為了防止各種誤操作和責(zé)任事故，就要求有一套嚴(yán)格的保護(hù)系統(tǒng)。這一般要求采用密碼制，只有操作者輸入正確密碼，才能直接對(duì)某個(gè)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行操作，同時(shí)計(jì)算機(jī)還應(yīng)自動(dòng)記錄下該操作者所做的全部遠(yuǎn)動(dòng)控制操作及主要相關(guān)設(shè)備的瓜，以便在出現(xiàn)事故時(shí)分析原因，查清責(zé)任。對(duì)于大型的BAS，每個(gè)持有密碼的操作者只能對(duì)某個(gè)預(yù)先限定的范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行操作。這樣，任何使用者可以利用顯示功能查看系統(tǒng)狀態(tài)信息。當(dāng)他要控制某個(gè)設(shè)備時(shí)，則需用輸入姓名與密碼，計(jì)算機(jī)檢查出該姓名與密碼一致，并且已授權(quán)可能以操作皮設(shè)備時(shí)，他才可以進(jìn)行相應(yīng)的遠(yuǎn)動(dòng)操作。

　　4.4.4定時(shí)控制功能

　　BAS中相當(dāng)多的設(shè)備需要定時(shí)啟/停，例如照明、空調(diào)等。保安系統(tǒng)中的一些防盜報(bào)警系統(tǒng)則需要在建筑物使用期間停止工作，而在下班后建筑物中無人時(shí)啟動(dòng)。這種啟停時(shí)間表還會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)一些變化，因此需要通過中央管理機(jī)來設(shè)定、修改。這樣，就要求中央管理機(jī)能夠?qū)λ牭拿總€(gè)設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)的和成組的啟停時(shí)間的設(shè)定與修改。具體實(shí)施這種啟停控制，可以有兩種方式。一種是由中央管理機(jī)承擔(dān)，判斷到時(shí)間時(shí)，直接向現(xiàn)場控制機(jī)發(fā)出啟/停命令；再一種方式則是直接啟停時(shí)間表送到現(xiàn)場控制機(jī)，由現(xiàn)場控制機(jī)根據(jù)其內(nèi)部時(shí)鐘自行判斷，到時(shí)進(jìn)行啟/停操作。

　　4.3.5統(tǒng)計(jì)分析功能

　　為配合管理人員的分析判斷，中央管理機(jī)不能僅顯示和存儲(chǔ)現(xiàn)場控制機(jī)的實(shí)測參數(shù)，而還應(yīng)對(duì)這些數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析，以滿足各種管理要求，這些統(tǒng)計(jì)分析主要包括：

　　能量統(tǒng)計(jì)，如各子系統(tǒng)的耗電量，耗蒸汽量，耗水量的日累計(jì)、月累計(jì)及長年累計(jì)，平均值及最大值，以幫助運(yùn)行管理人員分析能耗狀況，做出判斷決策；

　　收費(fèi)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)預(yù)先指定的各用戶范圍統(tǒng)計(jì)每個(gè)用戶每個(gè)月需負(fù)擔(dān)的電費(fèi)、水費(fèi)、空調(diào)費(fèi)及用熱費(fèi)，幫助管理人員進(jìn)行經(jīng)濟(jì)管理；

　　設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算各臺(tái)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，自大修后的累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，為維修和管理這些設(shè)備提供依據(jù)；

　　參數(shù)統(tǒng)計(jì)，例如統(tǒng)計(jì)各個(gè)空調(diào)區(qū)域的日、月平均溫度，最高、最低溫度，一個(gè)月內(nèi)溫度高于上限低于下限的累計(jì)時(shí)間等，供評(píng)價(jià)系統(tǒng)運(yùn)行效果時(shí)參考。

　　這些統(tǒng)計(jì)分析需要有適宜的數(shù)據(jù)庫支持，通過能提供這些統(tǒng)計(jì)分析功能的軟件來實(shí)現(xiàn)。

　　4.3.6設(shè)備管理功能

　　在計(jì)算機(jī)內(nèi)同時(shí)建立各主要設(shè)備的檔案，儲(chǔ)存各設(shè)備性能規(guī)格及廠家信息，安裝位置與連接關(guān)系，記錄根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析出的自大修后累計(jì)運(yùn)行時(shí)間及其它運(yùn)行狀況參數(shù)。計(jì)算機(jī)還可根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)參數(shù)及預(yù)先規(guī)定的規(guī)則，自動(dòng)編排設(shè)備的維修計(jì)劃。這些維修計(jì)劃可以根據(jù)累計(jì)和連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)顧及各臺(tái)設(shè)備間的相互備用以及季節(jié)性使用設(shè)備（如冷凍機(jī)）的時(shí)間特點(diǎn)。在計(jì)算機(jī)的設(shè)備管理檔案中還可以由維修人員輸入每次的維修記錄，這樣將預(yù)先錄入的設(shè)計(jì)與竣工資料，動(dòng)態(tài)輸入的維修記錄以及實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)的運(yùn)行信息結(jié)合在一起，再配之以常有一些規(guī)則的推理系統(tǒng)，可構(gòu)成在線的實(shí)時(shí)設(shè)備管理專家系統(tǒng)，它將顯著提高設(shè)備維護(hù)管理水平。

　　4.3.7故障診斷功能

　　BAS的另一重要功能就是系統(tǒng)各設(shè)備的故障診斷。這也是由中央管理機(jī)在分析從各現(xiàn)場控制機(jī)采集來的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)診斷內(nèi)容及分析的深入程度，故障診斷可分為如下三個(gè)層次：

　　(1)運(yùn)行數(shù)據(jù)的上下限報(bào)警，對(duì)各主要運(yùn)行參數(shù)給出正常工況下的最高值與最低值，當(dāng)實(shí)測數(shù)據(jù)超出些范圍時(shí)，通過改變此參數(shù)的顯示顏色等方式報(bào)警。一般的BAS軟件產(chǎn)品能提供此功能，但是當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)并不能直接判斷此參數(shù)超限的原因。例如某房間溫度偏高，可能是測溫傳感器的故障，可能是水系統(tǒng)的故障導(dǎo)致送風(fēng)溫度偏高，還可以是當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng)的故障導(dǎo)致空調(diào)機(jī)的錯(cuò)誤操作或該房間窗子大開，室外熱空氣侵入導(dǎo)致負(fù)荷太高，運(yùn)行維護(hù)人員只能根據(jù)其它運(yùn)行參數(shù)自行分析或到現(xiàn)場檢查判斷。

　　(2)BAS的故障報(bào)警，例如某個(gè)傳感器或閥門的故障，現(xiàn)場控制機(jī)整機(jī)或其中的一部分運(yùn)行不正常，通風(fēng)系統(tǒng)部分中斷等，這些故障有些是在現(xiàn)場控制中直接判斷，再將結(jié)果傳給中央管理機(jī)，有些則是由中央管理機(jī)根據(jù)采集到的運(yùn)行參數(shù)參數(shù)進(jìn)行"如果……則……"形式的判斷而得到。由于這種判斷分析相對(duì)簡單，因此大多數(shù)BAS產(chǎn)品都可以提供這種功能。

　　(3)被控設(shè)備的故障診斷，即根據(jù)實(shí)測的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析出諸如管道漏水，閥門或除污器堵塞，風(fēng)機(jī)皮帶輪松動(dòng)掉轉(zhuǎn)及至換熱器結(jié)垢換熱不良等到故障。這些故障通過簡單的"如果……則……"形式的規(guī)則很難直接判斷。目前，世界上還有許多研究小組在進(jìn)行這類故障的實(shí)時(shí)診斷的方法研究和工程嘗試。國際能源組織（IEA）組織十幾個(gè)國家開展建筑節(jié)能項(xiàng)目中的第25項(xiàng)課題的主題也是建筑設(shè)備實(shí)時(shí)故障診斷，該課題于1996年結(jié)題，初步總結(jié)出目前世界上的各種可行的方法[3]。基本的思路是根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)綜合設(shè)備本身的一些信息，在線地由計(jì)算機(jī)辨識(shí)出設(shè)備或系統(tǒng)的預(yù)測模型；根據(jù)這個(gè)預(yù)測模型對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)的輸出參數(shù)進(jìn)行預(yù)測；比較預(yù)測驗(yàn)結(jié)果與實(shí)測驗(yàn)結(jié)果，如果差別超出一定界限，則認(rèn)為設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)故障。根據(jù)各種參數(shù)偏差的方向與程度，判斷故障的性質(zhì)、種類和位置。目前用來辨識(shí)系統(tǒng)和設(shè)備模型的方法有最小二乘法、時(shí)間序列法以及神經(jīng)元法等，根據(jù)預(yù)測結(jié)果與實(shí)測驗(yàn)結(jié)果的差別判斷故障種類的方法則有基于樹狀結(jié)構(gòu)推理"如果……則……"方法、模糊識(shí)別方法及神經(jīng)元方法等。但要將這些方法作為BAS的產(chǎn)品的一部分正式出售，在建筑物中廣泛使用，恐怕還需要一段時(shí)間。

　　4.4參考文獻(xiàn)

　　1華東建筑設(shè)計(jì)研究院.智能建筑設(shè)計(jì)技術(shù).上海：同濟(jì)大學(xué)出版社.1996。

　　2張瑞武.智能建筑.北京：清華大學(xué)出版社.

　　3JuhaniHyvarinen.BuildingOptimizationandFaultDiagnosisSourceBook.VTT,Finland.