BA系統

BA系統全稱樓宇設備自控系統（Building Automation System-RTU），是以一台微機為中心，由符合工業標準的網路，對分布於監控現場的區域智慧型分站(即DDC)進行連線，通過特定的末端設備，實現對樓宇機電設備集中監控和管理的專業樓宇自動化控制系統。

基本介紹

• 中文名：樓宇設備自控系統
• 外文名：Building Automation System-RTU
• 實質：一種專業樓宇自動化控制系統
• 特點：有集中操作、管理和分散控制功能
• 理論：分散式控制理論
• 目的：建築物內所有設備處於高效、節能、合理的運行狀態

簡介

BA系統是基於現代控制論中分散式控制理論而設計的集散型系統，是具有集中操作、管理和分散控制功能的綜合監控系統，綜合運用計算機、控制、通訊和圖形顯示等技術，以對建築物內所有的機電設施—空調、採暖、供電配電、照明、給水排水、電梯、消防、安防等系統設備進行集中監視、分散控制、統一管理為目的而構成的綜合系統。

系統的目標是對建築物內大多數機電設備採用現代計算機技術進行全面有效的監控和管理，確保建築物內所有設備處於高效、節能、合理的運行狀態。

樓宇設備自控系統（Building Automation System-RTU）主要是建築物的變配電設備、應急備用電源設備、蓄電池、不停電源設備等監視、測量和照明設備的監控，給排水系統的給排水設備、飲水設備及污水處理設備等運行、工況的監視、測量與控制，空調系統的次熱源設備、空調設備、通風設備及環境監測設備等運行工況的監視、測量與控制，熱力系統的熱源設備等運行工況的監視,以及對電梯、自動扶梯設備運行工況的監視。通過RTU實現對建築物內上述機電設備的監控與管理,可以節約能源和人力資源，向用戶創造更舒適安全的環境。

現代建築設備日趨高性能、大型化、信息化，其能源消耗和維修更新費用是建築物建成後的主要投入，據統計，冷熱源、空調以及照明設備的能耗占建築物能耗的七成以上。BA 系統正是針對這些能耗設備，利用先進的計算機技術，採用最優台數控制、最優時間控制、最佳照度、壓力、溫度控制等綜合節能措施，有效地控制和降低設備能耗。另外，由於節能控制方式能有效減少設備的運行時間，降低設備的磨損和故障率，最大延長了設備的使用壽命，從而間接減少了設備維護和更新的費用。

BA系統對建築內相關機電設備狀態能進行自動檢測和跟蹤，自動蒐集、處理設備的各種運行信息，及時向物業提供設備維護和更新信息，從而有效地維持設備功能，減少設備事故發生率，使物業較好地保值。另一方面，通過BA系統的自動管理和控制，極大地減輕了人為管理的勞動強度，可以有效地節約人力資源，降低物業管理支出，達到物業增值的作用。因此，良好的BA系統，不但能有效降低設備運行和維護費用，還能實現物業設施管理目標，最大限度地發揮設備的投資效益。據實驗數據統計，一個良好運作的BA系統，至少一年可以為建築節省20-30%的用電能耗。一套設計合理、運行正常的BA系統可通過能源和維護成本的節約在 3-5 年內收回投資。現代建築的運行管理工作十分複雜，良好的經營管理和維護能讓建築物保值、增值。

組成

空調通風系統

空調機組

風機控制：風機由RTU系統按每天預先編排的時間及需求來控制風機的啟停並記錄運行時間累積。在配電迴路故障條件下禁止開機。

溫度控制：根據測量的迴風溫度與設定值的偏差，進行計算，經比例積分微分(PID)規律控制水調節閥，在夏季工況下，溫度高於設定溫度時開大水閥，溫度低於設定溫度時關小水閥，使送風溫度維持在設定的範圍內。

風門控制：根據測量到的室內外溫度,進行計算比較，採用經濟運行方式，在滿足衛生許可條件下，儘量採用最小新風比例，充分利用室內迴風，過渡季節充分利用室外空氣的自然調節能力，以達到節省冷量的消耗，同時滿足空調的要求。

壓差報警：進行過濾網壓差檢測與阻塞報警。

聯動控制：風機、水閥、風門聯動控制，在關閉風機時關閉水閥和風門。

檢測： 迴風溫度，室外溫度，風機狀態，手自動狀態。

報警： 設備故障報警。故障報警同時列印維修派工單，及在上位機反映。

中央監控顯示列印：參數，狀態，報警，動態流程圖（設定值、測量值、狀態等）

新風機組

風機控制：風機由RTU系統按每天預先編排的時間假日程式來控制風機的啟停並記錄運行時間累積。在配電迴路故障條件下禁止開機。

溫度控制：根據要求在設定室外溫度檢測點，系統將根據測量的室外溫度、送風溫度與設定溫度，進行計算，經比例積分微分（PID）規律控制冷水調節閥，溫度太高時開大冷水閥，溫度太低時關小冷水閥，使送風溫度維持在設定的範圍內。

檢測： 送風溫濕度，室外溫濕度，風機狀態，故障、手自動狀態，送風管靜壓值，風機轉速。

報警： 風機故障報警。故障報警同時列印維修派工單，及在上位機反映。

中央監控顯示與列印：參數，狀態，報警，動態流程圖（設定值、測量值、狀態等）。

其他通風設備

風機控制：送風機、排風機由RTU系統按照需求及每天預先編排的時間假日程式來控制風機的啟停並記錄運行時間累積。夏季充分利用夜間風，降低空調能量損耗。在配電迴路故障條件下禁止開機。

檢測： 風機狀態。

報警： 風機故障報警。故障報警同時列印維修派工單，及在上位機反映。

中央監控顯示與列印：參數，狀態，報警，手自動狀態、動態流程圖（設定值、測量值、狀態等）。

冷水機組系統

冷水機組系統的監控，RTU系統按每天預先編排的時間假日程式來控制冷凍系統的啟停和監視各

設備的工作狀態。

負荷控制：測量冷凍水供回水溫度、回水流量，計算用戶的實際冷負荷，系統根據計算結果控制冷水機組開啟的台數及冷水機組的製冷量，從而實現節能的目的。

壓差控制：根據冷凍水供回水壓差控制旁通閥的開度，以保證系統供回水溫度的平衡。

設備群控：冷水機組系統的群控功能，根據負荷自動啟/停冷水機組，並具有設定和修改控制參數功能。冷水機組內的各種狀態與過程參數將通過標準接口由冷水機組統上的控制器讀取。當旁通流量達到一台泵流量時，關停一台水泵，當總供回水壓差低於設定值時開啟水泵，以達到變數控制，實現空調系統綜合節能的目的。系統顯示冷凍水泵的運行狀態和故障報警。

監測：冷水機組系統的運行狀態,運行時間累積,各環節水的溫度、流量、水位、輸入電流、電壓.

報警：冷水機組系統故障報警，水溫超過限定值報警。故障報警同時列印維修派工單，及在上位機反映。

中央監控顯示與列印：參數，狀態，報警，動態流程圖（設定值、測量值、狀態等）。

給排水系統

控制：根據生活水箱、生活水池的水位啟停生活水泵；根據污水池的水位控制排污泵的啟停。

報警：生活水箱超低水位報警,生活水泵故障報警.故障報警同時列印維修派工單,及在上位機反映

中央監控顯示與列印：水池、生活水箱、污水池水位狀態，生活水泵與污水泵狀態及報警。

變配電系統

從大廈的安全性考慮，中央監控系統對配電房的有關變配電狀況，實行一般實時監視而不作控制，通常強電迴路一切控制操作均留給現場有關控制器或操作人員執行。BAS系統可實時監視以下參量：

監測：高壓開關、低壓開關和母聯開關的工作狀態；低壓配電櫃的電壓、電流、功率因數、有功電度和無功電度；

報警：變壓器超溫報警，油箱低油位報警，發電機潤滑油超溫報警，蓄電池低電壓報警，迴路超負荷報警,電流超過額定值報警。故障報警同時列印維修派工單，及在上位機反映。

中央監控顯示與列印：各設備狀態、參數、報警，動態流程圖。

照明系統

照明系統的控制採用分迴路按時間表自動開關，節省能源，並監測各迴路的工作狀態。RTU系統按預先編排的時間假日程式來進行照明系統設備的開關控制及監視其狀態；

正常照明監控：航空障礙燈，走廊等處室內照明；

非正常照明監控：安全照明、應急照明、疏散標誌照明；（一般情況下非正常照明監控和其他所有消防設施一樣並不納入BA解決方案中）

特殊照明監控：廣告、建築立面的藝術照明。

客控系統

主要是酒店智慧型照明，節省能源，且更人性化。

電梯系統

監測：電梯由RTU系統監視電梯的運行狀態；

報警：由RTU系統對電梯故障進行報警。

BA 系統主要功能

BA 系統的基本功能可概括如下：

①實時監控各子系統的關鍵設備和關鍵點，將獨立分散的子系統集成起來，集中監控，並以人性化的圖形、文字等方式顯現出來。

②執行管理方面提供的控制指令，實現對末端設備的遠程控制及信息反饋；

③根據外界條件、環境因素、負載變化情況自動調節各種設備，使其始終運行於最合適狀態節約能源；

④監測並及時報告各種意外、突發事件；

⑤記錄歷史數據，提供綜合信息管理、分析功能。

BA 系統完成對建築物(群)內所有設備及裝置的工作狀態進行監視、控制和統一管理，它的主要任務是為用戶提供安全、高效、經濟和舒適的工作環境，保證整個系統經濟運行，並提供智慧型化管理，尋求建築最佳的節能效果。

研究與套用現狀

早在19世紀，歐洲與美國就出現了機械或電氣控制器，用來實現對建築的採暖、通風、電力等設備進行控制。隨著科學技術的進步，到20 世紀中葉，電子儀表型產品逐漸替代了這些控制產品，且功能已達到相當完善的水平，即為最早的BA系統。20世紀60年代，計算機集中控制系統在BA系統中得到廣泛的套用，使BA系統的發展邁入真正的智慧型化時代。20世紀80年代，計算機網路技術得到長足發展，BA系統又進入了計算機集中管理分散控制系統(Distribute Control System，DCS)階段，此時，這就是我們真正接觸到的 DCS 版的 BA 系統。20 世紀90 年代，隨著大規模積體電路的發展以及微處理器成本的下降，智慧型控制器逐漸套用於現場設備了，使現場匯流排技術出現並迅速套用於 BA 系統中，它使 BA 系統控制更分散、系統更可靠。21 世紀，由於 Internet 得到迅速發展，計算機網路技術、資料庫技術在 BA 系統中得到套用，BA 技術發展到網路集成系統時代。對B系統的發展經歷追根溯源，可以歸納為以下幾個階段：

①PCS(Pneumatic Control System)氣動控制系統階段:這就是早在十九世紀出現的，PCS 是簡單的就地操作模式，其基於 5-13Psi 的氣動信號標準。至此，控制理論初步形成，但無控制室概念。

②ACS(Analog Control System)模擬控制系統階段:上個世紀早期形成的 ACS基於 0mA-10mA 或 4mA-20mA 的電流模擬信號標準，其特點是以電氣替代氣動奠定了現代控制論的理論基礎，確立了控制室的概念，使其與控制對象功能分離。

③CCS(Computer Control System)計算機控制系統階段：上個世紀60年代開始，計算機技術在控制領域中套用，其特點是在控制過程中實行集中控制，建立中央計算機系統，信號傳輸系統大部分沿用 4mA-20mA 模擬信號。集中控制增加了系統失控甚至癱瘓的危險，可靠性較差。

④DCS(Distributed Control System)集散控制系統階段：使用微處理器變集中控制為分散控制，一定程度上解決了 CCS 可靠性較差的問題。一般由幾台計算機和一些智慧型儀表和智慧型部件構成一個控制系統，功能分散。信號傳輸有4mA -20mA 的模擬信號，也有數位化信號。

⑤FCS(Field bus Control System)現場匯流排控制系統階段：FCS 採用現場匯流排控制系統實現從分散控制到現場控制。數據傳輸採用匯流排方式，其特點是數位化程度高，匯流排上傳送的信號全部為數位訊號，資源可共享。

BA 系統結構已基本穩定，形成控制和管理兩個層次，控制層以 DCS、FCS 為系統結構，管理層以信息網路(乙太網、BACnet/IP 網)為體系，隨著網路技術的發展，BA 系統正在尋求實現控制層、管理層完全統一的途徑和方法，以最終達到管、控一體化的目標。

經過幾十年的發展，國外已形成很多成熟的 BA 系統品牌，如：美國的江森自控、IBM、朗訊科技和 Honeywell 等等。在國內己經投入運行的與在建工程的 BA 系統，大部分都是國外產品，由於中國 BA 系統市場容量大而且是個開放的市場，因而全世界BA系統設備級製造商都蜂擁而至。從市場占有率來看，主要有美國、英國、瑞典、瑞士以及亞洲的日本、韓國、新加坡等地區和國家的公司。

BA系統的套用從最佳化控制結構BA系統出現已經有三、四十年的歷程了。1984年，美國誕生世界上第一幢智慧型大廈以來，智慧型建築總數已超過萬座，據統計，美國新建和改建的辦公樓70%為智慧型建築。日本從1985年開始建造智慧型建築，新建的大廈中60%為智慧型建築。歐洲一些國家和亞洲的新加坡、韓國、泰國、台灣等地智慧型建築也在80年代迅速發展起來，並取得了長足進步。

我國早在1986 年“七五”計畫初期，就開始對BA系統的設計、套用開始立項研究，90年代中期，由華東建築設計研究院研究編制的上海市（智慧型建築設計標準）是全國第一個智慧型建築設計的地方標準，裡面有關於BA系統設計的內容，在此基礎上，經過反覆修改，於 2000 年成為正式的國家標準。2003 年，國家又頒布來了《智慧型建築工程質量驗收規範》，其中，對 BA 系統的工程實施、系統檢測及工程驗收做了一些明確的規定和規範。在BA系統的工程設計方面，已有不少書籍論述，但大部分還是與國家規範相仿，主要論述BA系統的功能。

BA系統在中國的套用始於1982年左右，比較有代表性的工程有北京國貿大廈、南京金陵飯店、上海虹橋機場等。經歷幾十年的飛速發展，BA 系統現已廣泛涉足文博歷史建築、銀行、移動辦公樓、體育場館、會展、商務寫字樓、商務酒店、智慧型小區等多個領域。就工程套用的時間和推廣的領域而言，與國外的差距並不遠，但工程套用效果卻不甚理想，主要是具有自主智慧財產權的國內產品少、市場占有率低、已安裝的 BA 系統正常開通率低。

關於 BA 系統的開通率問題，國內情況與國外的差距很大。業內專家專門就BA 系統的設備製造與工程套用多次對美、日、英、德、新加坡、中國香港等國家、地區進行考察，所了解的情況與感受是境外 BA 系統的套用比較成熟，系統設備運行穩定，系統能全面有效地對建築物的設備進行控制與監視。然而，國內 BA 系統的建設情況卻不容樂觀，2003 年，上海地區對近 20 幢高層智慧型大樓的 BA 系統運行管理情況進行調研，系統的監控項目運行正常且在物業管理中起重要作用的約占 20%，部分監控項目運行不正常，但尚可使用的系統約占 45%，有 35%的 BA 系統在大樓使用多年後仍不能開通運行或運行一段時間後發生故障無法修復。 由於智慧型建築在我國起步較晚，但發展又極為迅速，而市場管理和技術管理等方面又存在著一定程度的混亂。據有關數據顯示，我國已開通並正常運行BA 系統的智慧型建築不到三成，部分 BA 系統開通後時間不久就因各種問題而無法正常運行，造成了大量的投資浪費。這個現象嚴重地阻礙了智慧型建築以及建築自動化技術的快速、健康發展。