注册电气工程师辅导教材BAS简化

1、新考试大纲要求: 掌握建筑设备自动化控制系统的设计方法,原考试大纲要求: 掌握建筑设备自动化控制系统的构成 掌握数字量模拟量的基本概念 了解建筑设备、供配电设备及照明设备的控制要求 了解建筑传感器、变送器等测量装置的工作原理及应用 了解控制器的工作原理及应用 了解电动执行机构的工作原理及应用,考试大纲中对于建筑设备自动化控制系统的要求,1. 掌握注册电气工程师考试中要求的内容 2. 了解工程设计中建筑设备自动化控制系统的相关知识,一般概念 建筑设备自动化控制系统的构成 建筑设备自动化控制系统常用现场仪表及主要检测原理 建筑物中各机电设备子系统的自动化控制要求 建筑设备自动化控制系统的工程设计方

2、法,建筑设备自动化控制系统培训的目的,建筑设备自动化控制系统的讲课主要内容,1一般概念,1.1 建筑设备自动化控制系统的作用 建筑设备自动化控制系统(BASBuilding Automation System)是运用自动化仪表、计算机过程控制和网络通信技术，对建筑物内部的环境参数和建筑物内机电设备运行状况进行自动化检测、监视、优化控制及管理。,1.2建筑设备自动化控制系统的应用目的 建筑设备自动化控制系统的主要应用目的，是优化建筑物内各个工艺系统的运行管理，为建筑物内提供良好环境，节省建筑物能耗和提高工作人员效率，减少运行人员及费用。,1.3建筑设备自动化控制系统的适用场所 建筑设备自动化控制

3、系统不属于国家强制执行标准范围，应根据建筑物物业运行管理需要，各相关专业的监控要求，以及项目投资状况等实际需求，确定建筑设备自动化控制系统的内容、范围和标准。,2. 建筑设备自动化控制系统的构成 当前的建筑设备自动化控制系统多为分布式计算机过程控制系统，由监控主机、现场控制器、就地仪表和通信网络四个主要部分组成。,2.1监控主机,2.1.1监控主机的硬件,2.1.2监控主机的软件 监控主机软件包括系统软件、图形显示组态软件和应用软件。,2.1.3监控主机的功能 监控主机是设备自动化控制系统的核心，其主要功能为：自动控制系统内的设备和参数在合理优化的状态下工作，自动监视系统中每台设备的运行状态和

4、系统的运行参数，对设备故障和异常参数及时报警和自动记录，自动记录、存储和查询历史运行数据等。,BAS系统监控操作站,BAS系统现场控制器,BAS中常用的现场仪表,各种传感器,电动执行机构和阀门,2.2通信网络,2.2.1现场总线（Fieldbus） 现场总线的定义： 美国仪表协会（ISA/SP50）现场总线的定义：“现场总线是一种串行的数字数据通讯链路,它沟通了过程控制领域的基本控制设备(及车间级设备之间的联系)。这里的现场设备指最低层的控制设备、监测设备和执行设备，包括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和存储器各种类型的仪表产品。 国际电工委员会IEC/TC65标准和现场总线基金会FF的定义

5、：“现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络”。 智能仪表：内藏微机或微处理器的仪器,2.2.2建筑设备自动化控制系统通讯网络的要求 通讯网络和通讯设备的设置，应满足系统响应时间要求、通讯子网的数量限制要求、系统总点数限制要求。 每个通讯子网应使监控主机数量、现场控制器台数、监控点数、通讯网络的线路长度、通讯网络的线路规格等符合各生产厂商的网络通讯要求。,2.2.3建筑设备自动化控制系统通讯网络的常用结构形式,2.2.4建筑设备自动化控制系统开放性标准 l LonWorks 标准 l BACnet标准,2.2.5 Lonworks技术介绍 Lon总线（Lo

6、cal Opration Networks），美国Echelon公司1991年产品，很多建筑设备自动化控制系统厂商应用其技术，是建筑设备自动化控制系统开放性标准之一，可实现网络的互操作性。 Lonworks控制系统特点 神经元芯片构成的控制节点具有3个微处理器，包括11个IO口，可以完成控制和网络通信功能 每个控制节点具备完整的OSI 7层网络通信协议，通过网络变量（NV）等方便的传输数据 支持多种通信介质：选择不同收发器，可支持双绞线、无线、电力线等通信介质,2.3 现场控制器,2.3.1现场控制器的功能 现场控制器是安装于现场监控对象附近的小型化专用计算机控制设备，其主要功能为： 数据转换

7、功能：对现场仪表信号作采集和数据转换，输出控制信号至现场执行机构 控制功能：可进行基本控制运算，独立实施设备监控功能 通信功能：接受监控主机指令，将信号和执行结果送至监控主机。,2.3.3现场控制器的信号 现场控制器的信号分为模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO），开关量输入（DI）、开关量输出（DO）四种。 现场控制器的信号应与现场仪表的信号相匹配。,2.3.4现场控制器的安装 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，一般设置在电控箱内挂墙明装，电控箱内内部设备应布置整齐美观，强弱电系统分开，并便于检修。,2.3.5现场控制器的通讯 现场控制器的通讯速率应满足整个监控系

8、统的响应速度。现场控制器之间可通过通讯实现现场信息与数据共享。,2020/8/22,18,现场控制器选择示例1,2020/8/22,19,现场控制器选择示例2,2.4 就地仪表,2.4.1就地仪表的分类及主要功能 就地仪表分为检测仪表和执行仪表两大类。 建筑设备自动化控制系统中常用的检测仪表包括：温度、湿度、压力、压差、流量、水位、一氧化碳、二氧化碳、照度、电量等测量仪表。执行仪表包括电动调节阀、电动蝶阀、电磁阀、电动风门执行机构等。 执行仪表中分为对被调量可进行连续调节的调节阀类仪表和对被调量进行通断两种状态控制的切断阀类仪表，执行仪表的主要功能是接受现场控制器的信号，对现场参数进行稳定准确

9、可靠的调节。,2.4.2数字量和模拟量的基本概念 数字量（digital）：又称开关量，只有“通/断”或“0/1”两种状态； 模拟量（analog）：连续变化的量，如010V，420mA等；,3. 建筑设备自动化控制系统常用现场仪表及主要检测原理,3.1温度测量仪表,3.1.1热电偶 测量原理： 两种金属材料一端（热端）熔接，当两端处在不同温度中，另一端（冷端）会产生热电势。根据测量出的电势和冷端温度，得到被测量处的温度。 冷端补偿方法： 恒定冷端温度：将冷端用补偿导线延长至恒温处。 冷端温度补偿器：将冷端用补偿导线延长至冷端温度补偿器处，再用铜电阻在一定范围内补偿，相当于冷端恒温在20。 常

10、用热电偶： 分度号：K：镍铬-镍硅，常用温度500800，短期使用1000,3.1.2 热电阻 测量原理：,金属在不同的温度下具有不同的电阻值，根据测量出的电阻得到被测量处的温度值。 两线制与三线制： 测量导线在不同的温度下也具有不同的电阻值，采用两线接法会迭加在热电阻上产生一定测量误差。三线制接法将现场导线产生的线路电阻分别接入温度测量电路两个不同桥臂，以抵消现场导线产生的温度误差。 常用热电阻： 分度号：PT100、Pt1000、Ni1000；常用温度400以下,3.1.3 热敏电阻 测量原理： 半导体PN结在不同的温度下具有不同的电阻值，根据测量出的电阻得到被测量处的温度值。阻值较高，如

11、R0=10 k，线路电阻误差可忽略。,3.2 湿度测量仪表,3.2.1测量原理 阻性疏松聚合物式湿度测量元件，湿度增加电阻加大。 高分子薄膜电容式湿度测量元件，湿度增加电容加大。,3.2.2 温、湿度传感器 输出温、湿度两路信号；,3.3 压力与差压测量仪表,3.3.1 测量原理 压力位移电信号标准连续信号 3.3.2 压力与差压变送器 将测量值转换成电气测量模拟量信号输出，输出信号：010V 、420mA等，需电源；,3.4 流量测量仪表,3.4.1 电磁流量计 l 测量原理 通电线圈中当导电介质通过时产生感应电流。 输出连续信号：420mA，需电源；,3.4.2 标准节流装置 l 测量原理

12、 在被测管路中安装节流装置，节流装置两侧产生的压差与流量的平方成正比。节流装置常用：孔板、喷嘴等。 采用差压测量方式，加差压变送器；输出连续信号：420mA，需电源；,3.5 浮球式液位计 l 测量原理 连接在被测容器内固定杆上的浮球漂浮在液面上，当液位下降时将倾斜翻转，引起内部机械开关信号的变化。,3.6 电量测量仪表,3.6.1 测量原理 电流互感器（05A）变送器（420mA）DDC 电压互感器（0100V）变送器（420mA）DDC 集成测量方式：三相进线，测量多个参数，数据通讯；,3.6.2 测量参量 电压、电流、功率因数、有功、无功功率、电量、频率等；,3.7 其它测量仪表 一氧化

13、碳变送器：车库用； 二氧化碳变送器：多安装于回风道中； 照度变送器：室外照明控制；,3.8 电动调节阀,3.8.1 电动执行机构 工作原理,将输入控制信号通过伺服电机和减速器转换成机械位移，驱动阀体动作，对通过流量进行调节。,3.8.2 调节阀的特性与计算 l 调节阀的流量特性：在整个开度范围内，流过调节阀的介质流量与调节阀开度的关系。常用：线性、等百分比。 l 调节阀的计算与选择： l 根据调节阀全开时压降与系统管路总压降的比值（S）选择调节阀特性。 l 流通能力计算：根据流通能力查表选择阀门口径；,5. 建筑设备自动化控制系统的监控功能 设备监控子系统常见功能如下：,2020/8/22,4

14、9,6. BAS系统的工程设计方法,BAS系统不属于国家强制标准，系统规模完全由大楼运行管理的实际需要而定。,6.1 项目的建筑规模和特点,大楼面积、高度，各层功能，设备特点,6.2 设计标准,民用建筑电气设计规范（JGJ/T 16-92） 高层民用建筑设计防火规范（GB 50045-95） 工业自动化仪表工程施工及验收规范（GBJ93-86）,2020/8/22,50,6.3 项目示例,本工程为综合业务楼项目，其中主楼总高度为96.6m, 建筑面积共计44000平米。 楼层功能如下： 主楼：地下1-3层 车库及设备 1 层 营业、精品厅、商场 2 层 会议厅和营业 314 层 出租型办公区

15、15 层 设备层 16 21层 自用型办公区 22 层 设备层 23 层 观光与会议厅,2020/8/22,51,6.4 设计图纸内容,6.4.1 图纸目录,6.4.2 设计说明,设计依据、BAS的监控范围和内容、控制室位置、建筑主要设备测量控制要求、DDC设置方式、电源与接地要求、其它要说明的问题；,6.4.3 设备表,按工艺系统详细列出BAS各种设备的名称、规格、数量、测量范围、输入输出信号要求、工作条件、技术要求、型号等；,2020/8/22,52,6.4.4 BAS系统图,建筑物内主机系统、网络设备和DDC的编号、数量、位置、网络连线关系等，图中表示出DDC所监控对象的主要内容和被监控

16、设备的楼层分布位置, 通讯线路选择；,2020/8/22,53,6.4.5 电源分配原理图,2020/8/22,54,电源分配原理图说明,表示电源来源，配电至BAS控制室设备、各DDC控制箱及现场设备的方式和设备、管线编号； 建议采用集中供电方式：由楼宇中控室放射式引出至各现场 每台DDC控制箱接入的仪表电源由DDC控制箱中引出，由此决定引至各个DDC控制箱的电源线及空气开关的容量。 不间断电源UPS的容量选择；,2020/8/22,55,6.4.6 冷冻站监控系统原理管线图,2020/8/22,56,冷冻站监控系统原理管线图说明,冷冻站的作用：夏季提供整个大楼冷量的冷源。 冷冻站内的主要设备

17、和工作方式 节能控制：冷冻系统耗能占空调的1520%，冷冻机组台数控制； 冷冻站内楼宇自控设备的设置和作用 温度、压力、流量仪表、水流开关的工作原理和选择 电动调节阀、电磁阀、电动切断蝶阀的工作原理和选择,2020/8/22,57,6.4.7 热交换站监控系统原理管线图,热交换站的作用 热交换站内设备的工作方式和楼宇自控设备的作用,2020/8/22,58,6.4.8 空调机组监控系统原理管线图,2020/8/22,59,空调机组监控系统原理说明,空调机组的工作原理 空调机组的节能工作方式： 自动控制CO2浓度：采用最小新风量，节约空调负荷30%； 过渡季焓值控制：利用新风减少冷热量消耗； 空

18、调机组自控设备的设置和作用 防冻开关、湿度测量仪表、差压开关的工作原理和选择,2020/8/22,60,6.4.9 新风机组监控系统原理管线图,空气-水系统新风机组的工作原理 新风机组自控设备的设置和作用,2020/8/22,61,6.4.10 生活给水监控系统原理管线图,大楼给水系统的工作方式 大楼给水系统自控设备的设置和作用 浮球水位计的工作原理,2020/8/22,62,6.4.11 排水监控系统原理管线图,大楼排水系统自控设备的设置和作用,2020/8/22,63,6.4.12 电力监控系统原理管线图,2020/8/22,64,电力监控系统自控设备的设置和作用,电力监控系统的方式 电流

19、、电压、电量的测量原理： 电流互感器（05A）变送器（420mA）DDC 电压互感器（0120V）变送器（420mA）DDC,2020/8/22,65,6.4.13 电梯监控系统原理管线图,2020/8/22,66,6.4.14 照明监控系统原理管线图,2020/8/22,67,6.4.15 BAS管线敷设平面图,示出被控工艺设备、现场仪表、DDC控制箱、BAS控制室的位置，以及设备之间电缆、穿管、桥架的走向 与土建、工艺互提资料及管道汇总结果相吻合；,2020/8/22,68,15 层BAS管线敷设平面图,2020/8/22,69,6.4.16 BAS控制室平面布置图,标出控制室安装设备位置

20、的主要尺寸； 控制室位置与面积选择：集中设置时满足消防控制室设计要求，设抗静电活动地板。,2020/8/22,70,6.4.17 BAS监控点表,大楼排水系统自控设备的设置和作用,2020/8/22,71,6.4.18 BAS系统设计流程,2020/8/22,72,6.5 设计中各专业互提资料要求,楼宇自动化设计必须与大楼主体建筑的各专业设计同时进行。 土建：控制室、竖井面积和位置，土建装修条件。电缆桥架、管线的预埋件、预留孔洞。 暖通：有关工艺流程图，测量控制要求，所带设备的控制要求。 水道：有关工艺设备的测量控制要求、数量，所带设备的控制要求。 电气：有关变配电、照明电气原理图，机电设备的

21、测量控制原理配合，电气、照明配电箱的平面位置。,2020/8/22,73,6.6 建筑设备自动化控制系统工程设计中应注意的问题,6.6.1 线路敷设,l 通讯线缆选择 现场控制器及监控主机之间的通讯线，在设计阶段宜采用控制电缆或计算机专用电缆中的屏蔽双绞线，截面为0.51mm。如设计在系统招标后完成，则应根据选定系统的要求进行。,l 仪表控制电缆选择 仪表控制电缆宜采用截面为11.5mm的控制电缆，根据现场控制器要求选择控制电缆的规格，一般模拟量输入输出采用屏蔽电缆，开关量输入、输出采用普通无屏蔽电缆。,l 电缆桥架选择 电缆在电缆桥架中敷设时，电缆面积总和与桥架内部面积比一般应不大于40%。,l 电缆穿管的选择 建筑设备自动化控制系统中的仪表信号、电源与通讯电缆所穿保护管，宜采用焊接钢管。电缆面积总和与保护管内部面积比35%。 地面