楼宇自动化系统浅谈

【摘要】  随着经济的发展与生活水平的提高,人们对就医环境的要求越来越高,智能化的楼宇系统被逐渐引入医院建筑中。本文简要介绍了楼宇自动化控制系统的组成、优点及其在医院行业应用时的设计目标,为医院大楼设备的管理、为全面提升医院的服务和节能双优提供更加科学、方便的操作平台。

【关键词】  以太网技术;DCS;FCS;楼宇自动化

　　记得几年前有个新闻，讲的是首富比尔·盖茨的住宅，它耗资数亿美元，坐落于西雅图市华盛顿湖东岸，作为高科技领袖的住宅，它与众不同之处是智能化。它旨在为用户提供一个高效、舒适、便利的建筑环境。楼宇自动化系统(BAS，Building Automation System)是智能建筑的核心，它是一个自动化控制系统，融合了现代计算机技术、通信技术、自动控制技术，这个系统根据用户的需求将建筑物的结构、设备、服务和管理进行最优化组合。

　　楼宇自动化技术发展到今天，已经全面地融入了我们的日常生活中，我们每天工作生活中无处不在体验着楼宇自动化系统带给我们的安全和舒适。但很少有人能想到隐藏在我们生活空间后面的错综复杂管道线缆、数量庞大种类繁多的机电设备，以及默默无闻但却最重要的楼宇自动化系统。它与无所不在的IP网络又存在联系。

　　1了解楼宇自动化系统

　　一个现代自动化控制系统基本由传感器、控制器、执行器、网络四大部分构成。传感器相当于人体的感觉器官，可以感知外部环境;控制器就相当于人体的大脑，根据传感器输入的“感觉”变量，经过“思考”，输出控制信号;执行器就像相当于人的四肢，它接收控制器控制信号，操纵被控制的设备，使其按预定要求运行;网络就相当于人体的神经系统，把传感器、控制器、执行器连接起来。 楼宇自动化系统是自动化控制系统的一种，它的控制对象是楼宇内部种类繁多机电设备，比如我们办公楼内部的电梯、楼顶的冷却塔等，这些机电设备构成了智能建筑的多个子系统，但按系统作用大致可以分成两大类。

　　1.1安全相关子系统火灾报警与消防系统、视频监控系统、防盗报警系统、出入口控制及门禁系统、保安人员巡更系统等。

　　1.2舒适与便利性相关系统暖通空调系统、给排水系统、供电与照明系统、电梯系统、公共广播系统、多媒体发布系统等。见图1。

　　2风险控制使DCS成为当前楼宇自动化系统的主流

　　技术楼宇自动化系统首先要解决的是可靠性问题。DCS(Distributed Control System，集散式控制系统)，通过集中管理、分散控制来保证系统的可靠性。DCS架构可以分成三个层面：管理层和控制层分工合作，构成控制系统，现场层内为机电设备，是被控制系统[1]。

　　2.1管理层DCS的高层管理工作集中与此，如各个子系统的配置与监控等，当前大多数DCS管理层内部通过以太网连接，应用运行在TCP/IP协议之上，管理层和控制层通过操作员控制站或工程师控制站连接，所以，这两种控制站类似于网关的功能。

　　2.2控制层控制层核心控制设备是DDC(Direct Digital Control)，称为直接数字控制器，即它承载控制逻辑，通过I/O模块可以直接控制被控设备。控制层设备向上或控制层设备之间通过厂家自己私有的网络连接，如HONEYWELL采用C-Bus、SIEMENS采用ALN、江森采用N2等，这种不兼容造成了不同厂家的设备无法互换、互操作。控制层DDC向下通过其I/O模块以实线的方式和现场层被控设备相连。所有控制变量通过这些I/O通道传递给被控设备，如新风机组的风门执行器等。图1楼宇自动化系统的控制对象

　　2.3现场层当前现场层的绝大多数被控制设备都是非智能设备，只能接受电压、电流、脉冲这类物理变量进行控制，如打开阀门、关闭阀门等，同样它向DDC的输出也是物理变量，如报告当前状态变化、报警等。所以，当前被控设备与DDC大多通过实线连接。另外，现场层还包括一些传感器、定时器等类似设备，如送风湿度传感器、预热风温度传感器等，为控制层DDC提供像温度、湿度、定时等输入变量。

　　自Honeywell于1975年推出的世界上第一个商用的DCS，DCS发展到今天技术已经十分成熟，是楼宇自动化领域的主流技术。从上面的叙述中可以看出，DCS是以控制设备为核心的系统，在DCS系统中网络的作用仅仅是把设备连接起来，这种以楼宇自动化厂家主导的技术，由于利益的关系，造成网络种类繁多、封闭，互不兼容，这就严重制约了楼宇自动化系统应用的范围、规模，同时，在建设时整体投资需一步到位，事后扩容难度较大。此外，还造成了DCS网络和网络通讯领域在技术发展上的隔离，DCS网络发展缓慢，无法享受开放的通讯网络带来的低成本和高性能、互联互通的好处，限制了创新型应用的产生。当然，现在的情况有所好转，各厂家的管理层网络基本实现了承在于以太网上的TCP/IP，一些厂家的控制层网络也提供了向上的以太网接口。

　　3现场设备智能化

　　使FCS不断崛起FCS(FCS，Fieldbus Control System)，即现场总线控制系统。随着智能化被控设备的不断增多，控制层功能不断下降到现场层的被控设备上，加上各种智能仪表的出现，一种新型的控制模式现场总线被发展出来，这种控制模式通过现场总线把智能被控设备、控制设备连接在一起，把DCS的控制层和现场层合二为一，大大简化了网络结构，提高了网络效率。FCS系统已经向基于网络的系统转化，系统相对开放、结构简单，用户可以在一定范围内选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线，达到最佳的系统集成。但到目前为止，还没有一个完整的国际统一标注，目前IEC/SP50被认为是现场总线标准制订的权威机构，也发布了一系列的标准，但是世界上还有许多其他指定现场总线标准的机构，其中最著名的是ISP和WorldFIP，他们代表着现场总线厂商的两大派别，都声称自己的产品是最先进的现场总线，其产品无法互换，这在一定程度上限制了现场总线的应用。

　　4更大范围的自动化、更高层次的集成，未来属于开放以太网控制系统

　　从楼宇自动控制系统的发展，我们可以看到，人们对系统集成的范围、层次的要求越来越高，从最开始的子系统独立运行，到后来各子系统的协同，如视频监控和防盗报警系统之间的联动。但整体来讲，一个企业的楼宇自动化系统与其IT系统是割裂的，它们各自独立运行，由不同的部门负责维护管理[2]。因此，从发展角度看，楼宇自动化系统必然要集成到企业IT系统中。另外，当前现场总线种类繁多，标准不一，已严重阻碍了系统的互操作性和互换性，而能够解决这些问题的矛盾就是有一个高效、低成本、标准开放的底层设备网络系统，这就为用以太网做现场总线提供了可能性。目前楼宇自动化系统的个别子系统，已经出现了全IP化的产品，如IP视频监控、IP公共广播等。当然现在以太网技术数据发送、接收的不可靠以及其他一些原因阻碍了以太网在楼宇自动化系统中的应用，随着工业以太网技术的不断成熟和标准化，加之以太网简单、低成本、高带宽的特点，相信在不久的将来，以太网会一统楼宇自动化系统。

　　5结束语

　　未来的楼宇自动化系统将一定以网络为中心，开放的架构和标准的TCP/IP应用，造就一个通用的通信平台，楼宇自动化系统的各种设备在这个平台上互联、互通、互操作，这将会极大地激发楼宇自动化市场的发展，激发大量创新应用的出现。

【参考文献】
  　1西门子楼宇科技.APOGEE顶峰系统设计手册.2003：12.

　　2巴志强，姜龙.建筑智能化系统在医院建筑中的应用.中国医院管理，2005，25(10)：61-62.