摘要：本文對近年來樓宇自動控制系統設計中的若干問題進行了探討，提出了在設計中存在的：工藝瞭解不準確，概念模糊等問題。
關鍵詞：自動控制 工藝 整合
1 樓宇自控系統設計
樓宇自控系統是建築裝置自動化控制系統的簡稱。建築裝置主要是指為建築服務的、那些提供人們基本生存環境(風、水、電)所需的大量機電裝置，如暖通空調裝置、照明裝置、變配電裝置以及給排水裝置等，通過實現建築裝置自動化控制，以達到合理利用裝置，節省能源、節省人力，確保裝置安全執行之目的。
前些年人們提到樓宇自控系統，主要所指僅僅是建築物內暖通空調裝置的自動化控制系統，近年來已含蓋了建築中的所有可控的機電裝置，併成為“智慧建築”不可缺的基本環節。樓宇自控系統的發展也是經歷了從無到有，從低階到高階這一過程，實際上就是一個工業自動化控制系統發展的縮影。隨著資訊技術、網路技術、計算機技術、通訊技術、顯示技術、半導體整合技術、控制技術、表面安裝技術及其他高新科學技術的發展，樓宇自控系統也將得到長足的發展，可以預見：
1)集散控制系統是現階段樓宇自控系統的主流；
2)現場匯流排技術是集散控制系統發展方向；
3)VLAN、TCP／IP等網路技術在樓宇自控系統應用，網路實現Web化；
4)通用控制器與智慧儀表共存；
5)廣泛採用以狀態空間方法為基礎的現代控制理論解決樓宇自控問題，取得成效；
6)系統整合技術取得進展，OPC、ODBC等技術被廣泛應用；
7)人機介面、操作環境改善，符合人機工程學基本機理。
按建設部設計深度要求，一般民用建築(對於具有特殊工藝要求的建築物可能不完全適用)樓宇自控系統(BAS)設計，設計院至少應做下列工作：
1)充分了解受控物件的工藝要求，作出相應的控制原理圖；
2)受控物件控制種類統計(或稱控制器輸入／輸出狀態點表)；
3)控制網路規劃設計；
4)平面佈線規劃設計；
5)設計說明。
承包商(或供貨商)應按設計院的設計內容要求，做進一步的深化施工圖設計，包括提供產品的規格、材料、接線、安裝與維護等技術檔案，並負責最終的安裝(或指導安裝)、除錯及驗收申請。
但從目前眾多實施的工程來看效果不理想．有調查顯示：顧客對樓宇自控系統執行情況評價，“滿意”的佔30％，“一般”的佔40％，“差”的佔30％。因此，本文旨在從專業設計實際出發，檢討設計中易出現的問題，以期舉一反三。
2 若干問題
2．1對受控物件的工藝要求的瞭解不準確。
目前，電氣工程師(或自控工程師)對其他專業受控物件的工藝要求理解上的膚淺，甚至存在認識上的錯誤，而導致BAS執行效果欠佳的事例屢屢發生，其中暖通空調系統佔較大比重，下面是一些工程中易出錯的實際問題，如：
(1)、裝置專業規範《採暖通風與空氣調節設計規範》(GBJl9-87)中對舒適性空調的室內參數曾作了總的規定：
乾球溫度
相對溼度
空氣漉速
冬季
t=18℃~22℃
≥40％--60％
v≤0.2m／s
夏季
t=24℃~28℃
≥40%-65％
v≤0.3m／s
注：當使用紊件無特殊要求時。舒適性空調的相對溼漫度可不受限制。
需要注意的是，上述資料僅指設計基數的取值範圍，不是指受控物件允許變化波動的範圍，民用建築舒適性空調設計一般也不提空調精度要求。空調設計基數的選擇非常重要，實際工程應由裝置工程師結合我國氣候特點和國情分析研究慎重確定，選擇不利不但對投資、執行、能源消耗起負面的影響，而且還危及人員的健康。
(2)、對夏季、冬季及過渡季的認識深度不夠。空調系統所指的夏季、冬季及過渡季控制引數是按照夏季、冬季及過渡季三種狀態劃分的三種工況，對應相應的溫度、溼度或焓值等工作環境引數，如果僅僅按照夏季、冬季及過渡季的實際季節變化來簡單的理解，往往使得空調系統最終獲得不理想的控制效果。
(3)、暖通空調自控系統，其精髓在於把握空調工藝中的“定”和“變”兩字上。往往未能根據不同管路、不同工況下的“定風(或定流)量”或“變風(或變流)量”的特性要求設計自控系統，如製冷機冷凍／冷卻迴圈水定流量；新風處理機組一般定新風量；變風量的空調機組分變新風量(或定新風比)和定新風量(或變新風比)等。
(4)、新風處理機組大都採用“定新風量”的設計，這一點往往沒有引起電氣控制工程師的足夠重視，在新風閥的控制上一般僅要求位式控制，新風閥多采用雙向單相(AC 220V／AC24V，三線)電機或電動執行機構位式控制；為盤管防凍新風閥設計成與送風機聯動；為防止風閥壓差過大無法開啟，通常先開啟新風閥，後開送風機，停風機即關閥。
(5)、只有設有新風預熱器的空氣處理機組，或混合點(或加溼後的狀態點)有可能低於0℃的空氣處理機組，或者冬季過渡季要求作全新風執行且新風溫度可能低於0℃的空氣處理機組，才有必要考慮執行防凍問題，採取新風閥與機組聯動等防凍措施。
(6)、為了保證基本的室內空氣品質，可採用測量與控制室內CO：濃度的方法來實現。但實際上暖通空調專業往往是以設計確定最小新風量或換氣次數來實現的，若只是採用簡單的啟停機組的方式來控制室內CO：濃度則沒有必要；否則涉及變風量控制，控制較複雜，投資較大。
2．2控制原理描述不全面，受控物件控制種類統計不具體。
設計圖中見到的控制原理往往是千篇一律，不能根據具體實際工程做到有的放矢。受控物件的種類往往不能簡單的侷限於AI、AO、DI、DO四種狀態，尤其是施工圖應反映每種狀態中不同訊號特點的電特性，以便控制模組的選配。
2．3 IBMS和BAS以及整合概念模糊。
IBMS和BAS應是兩個層次的概念，BAS體現在控制子系統間的網路通訊的互連；IBMS則體現在網路資訊系統的整合，也就是說IBMS體現整合的概念比較準確。一般在設計中比較注重控制子系統間控制功能聯動的描述，這往往被理解稱整合設計，從資訊系統整合來講。設計應以使用者需求為基礎，做執行維護管理業務模型的規劃設計，IBMS與BAS共用管理工作站。
(1)、服務模組——提供效能優越的服務環境。
現代智慧大廈在應用了樓宇自控系統之後，可根據季節、空氣狀態情況的變化，通過調節新風閥的開度等方式，自動控制空調機組、新風機組的送風溫度，並可針對不同區域提供最佳的溫溼度控制，保證各區域環境引數。在中控室，提供給使用者一個觀察整個系統執行狀態的視窗，通過測量實際資訊，可對溫度、壓力、流量等重要資訊進行實時顯示和儲存，操作人員可以檢視某個變數一段時間的變化統計曲線作出趨勢預測，提前作出有效響應，進而保障整個系統的平穩遠行。軟體規劃多種執行服務功能。
(2)、節能模組——降低能耗和管理成本。
在滿足舒適性的前提下，樓宇自控系統通過合理組織裝置執行，使大樓的執行費用為最低，也就是進行系統優化控制，降低能耗值。系統軟體設有節能程式，可以根據季節、人員和空氣流動情況的變化，將各區域的溫度加以合理調整，控制裝置合理執行，使大樓的能耗降至最低，而且系統可以在執行一到兩年後分析歷史執行資料，提供優化調整，使大樓能耗進一步下降。軟體規劃多種執行節能措施。
(3)、安全模組——提供突發故障的預防手段。
如果現代智慧大廈的機電裝置突然發生故障而停機，將對大廈產生嚴重後果。樓宇自控系統可從以下幾個方面預防這種局面的出現：
①、隨時檢查裝置的實際負載和額定負載，一旦發現裝置過載，立即自動解除安裝同時向中央控制室發出報警訊號，以防損壞貴重裝置。
②、監視裝置執行狀況，一旦發現其中某臺裝置執行異常，立即報警通知檢修人員前去檢查，以防引起更大範圍的裝置故障。
③、自動記錄裝置的累計執行小時數。當累計值達到規定的維修時間時，自動報告中央控制室，及時提醒進行裝置檢修。
④、當一組裝置中的某臺裝置出現故障不能繼續運轉時，自動切換到備用裝置；同時，對於臨時停電的情況，當恢復供電後，系統自動執行順序啟動程式，可保證裝置投運順利，避免對裝置的損害。
通過上述檢測、報警和處理方式，使現代智慧大廈對機電裝置突發故障具備有效的預防手段，以確保裝置和財產安全。
(4)維護模組——提高裝置執行效率、減少管理人員數量。
通過對裝置執行狀況的監測、診斷和記錄．早期發現和排除故障，及時通知維護和保養，保證裝置始終處於良好的工作狀態。
樓宇自控系統對裝置的有效監控，可使裝置的故障率大大降低，同時也使維修工人可以更有效的工作，減少維修人員的數量；一體化管理方式，使操作、值班和管理人員儘可能地減少。
(5)擴充套件模組——系統具有良好的擴充套件性，保證今後擴充套件的需要。
系統選用時應始終遵循標準化、開放性的原則，系統容量可以有適當的冗餘，以適應日後的擴充套件。且應保證與其它系統的相容性，可方便實現網路的資訊共享。
(6)、模擬模組——系統具有自學習功能，可進行人員培訓、資料管理等。
2．4各系統設計介面不夠周到、清晰。
樓宇自控系統作為大樓內的一個重要組成系統，其實現自身的功能設計已經比較成熟和完善，但在系統實施過程中，經常由於系統介面的問題而導致系統的最終功能不夠完善，丟項、甩項等事情經常發生。
由於設計介面的問題牽扯的面比較多，涉及到工程實施中的暖通空調、給排水、變配電等多個專業。因此，在工程的前期將設計介面的問題進行明確，非常必要。
從另一個角度講，將設計介面的問題進行明確，可以使業主在工程的'前期或在裝置定貨之前，就明確提出介面介面要求，從而可以實現樓宇自控系統的完整性。
◎明確各方的責任及工作內容，避免出現問題時，互相扯皮。
◎確保實現系統設計的全部功能，避免資金的浪費。
(1)、與調節／控制的風閥及水閥的設計介面
一般系統中風閥與水閥的規格及控制模式，由裝置工程師根據工況條件計算確定。因此，風閥與水閥調節／控制設計應與裝置工程師配合，瞭解風閥與水閥的電動操作機構，配置相適應控制器。實際工程設計中，裝置招標前風閥與水閥的電動操作機構往往難以準確確定，DDC輸出型別。
還存在另一種情況，調節閥由控制工程師選配，這時需裝置工程師提出控制工況要求，控制工程師應根據管徑計算選擇調節閥規格及控制模式。
風閥的控制應根據工況要求選擇電動操作機構或配電子定位裝置。
(2)、與配電控制箱的設計介面
◎配電控制箱內設本地與遠端轉換開關和控制用隔離中間繼電器(無源或有源AC220V，見下圖)，本地手動控制，遠端靠BAS的DDC向配電控制裝置發出遙控啟／停訊號，並接收風機執行狀態、過負荷及本地／遠端控制轉換開關狀態訊號。
◎本地DDC的電源(AC 220V)由配電控制箱提供，上圖DDC有源控制和無源控制兩種方式，筆者認為優選有源控制，因有時配電控制迴路並未設控制隔離變壓器，這樣無源控制觸點有可能直接接人AC 220V迴路，造成與其他控制線路不能共管敷設；另一方面，自控系統的控制電源宜由自己提供，避免造成扯皮現象。
以上這些需要在採購配電控制箱之前提出來，便於廠家加工。
(3)、與製冷機組、電梯等自帶控制裝置的設計介面
一種是將監控訊號採用幹接點的方式接人BAS的DDC；一種是採用通訊介面點對點或匯流排的方式接入BAS。幹接點的方式實現起來比較簡單，也比較可靠，不足之處是採集的資訊量比較少；採用通訊介面的方式可以克服幹接點的不足，但實現起來比較難，受通訊協議是否標準、廠家是否開放編碼表等因素的制約。
(4)、與變配電、照明等系統的設計介面系統中的遙控單元、智慧化儀表或開關、照明控制單元、電引數變送器等自動化器件，應配合強電設計選配，預置在配電櫃或照明箱中。
2．5缺乏合理的網路架構規劃設計。
在樓宇自控系統未招標選定裝置前，設計院往往對樓宇控制網路架構規劃設計不是很明確，DDC的佈置比較隨意，只注重控制原理及點表，網路架構形式、執行標準、裝置配置標準選用等方面的設計相對來講比較薄弱。
現在提起“Bus(匯流排)”、“Network(網路)”可謂名目繁多，令人眼花燎亂。但“Field Bus(現場匯流排)”因其對工控機(包括DCS、PLC、工業PC、數控等)、自動化儀表和過程控制自動化產生的巨大影響，已成為世人囑目“熱點”。早已有人把現場匯流排描述成“21世紀的過程控制匯流排”，“自動控制領域開創了一個新的時代一一現場匯流排控制系統(FCS，Fieldbus Control System)”。目前，在樓宇各自動化控制系統中底層流行採用現場匯流排控制網路，隨著工控計算機及網路技術發展在建築業廣泛普遍的應用，現場匯流排技術必將成為“智慧建築”領域主要的發展方向之一。
伴隨著資訊科技的不斷髮展，BAS已不可缺少的成為Internet／Intranet網的一部分。樓宇自控系統雙層網路結構內部也將隨之發生變化，DDC以上的物理鏈路可通過建築物內綜合佈線系統完成，採用VLAN技術可基於TCP／IP與其它系統共用LAN，通過OPC標準通訊協議進行系統介面互聯。
3 結論
為充分發揮樓宇自控系統的功能，需要設計單位周密詳細的設計論證、統一規劃，需要工程施工單位精心施工，更需要系統整合商以高度負責的態度，從使用者角度出發，為每一個專案選擇一個適合它本身的功能配置，甲方也儘早配備相應工程技術人員，加入到專案實施中，這樣才有助於專案的接受和系統的執行維護，從而真正發揮樓宇自控系統的功效，創造良好的社會經濟效益。
此外，儘管要電氣工程師或控制工程師全面掌握相關專業知識很困難，但為便於與裝置等相關專業工程師溝通，使設計的控制系統符合工況要求，正常合理執行，必需瞭解一些概念性的知識，及早消除目前設計行業中專業相關環節之間的“灰色地帶”是關係系統成敗的關鍵所在。