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1、注册造价师教材电子版注册造价师教材pdf注册造价师教材电子版注册造价师教材pdf 注册电气工程师辅导教材(BAS简化版) 注册电气工程师考试辅导 课程 第 18 章 建筑设备自动化控制系统 中元国际工程设计研究院 李 刚 20XX年5 考试大纲中对于建筑设备自动化控制系统的要求 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 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 建

2、筑设备自动化控制系统培训的目的 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 建筑设备自动化控制系统的讲课主要内容 1. 2. 3. 4. 5. 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法 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

3、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

4、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 电动执行机构和阀门 各种传感器 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（IS

5、A/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：“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 3） 现场总线的典型结构示意图 现场总线 现场控制器 智能阀门 智能变 送器 阀门 变送器 阀门 现场控制器 变送器 图 15-1 现场总线结构示意图

6、 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 LonWorks 标准 BACnet标准 2.2.5 Lonworks技术介绍 Lon总线（Local 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

7、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

8、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。 2.3.2 现场控制器的主要工作原理和框图 AI 信 号 调 理 多 路 开 关 A/D 转 换 CPU 处理 单元 D/A 转 换 多 路 开 关 输 出 电 路 AO DI 隔离 电路 隔离 电路 DO 电源 晶振 通信电路 电源线 网络线 图 15-7 现场控制器框图 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

9、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。 现场控制器选择示例1 EXCEL 5000 C-BUS：RS485，1200米X4，29台设备，1500点，96001MB/S 序号 1 2 3 4 XL20子站 XL80子站 XL100子站 XL500/600子站 XF521A XF526 XF523A XF528 XF522A XF527A XF524A XF529 电源模块 通信模块 控制模块（LED

10、） 5 6 继电器模板 第三者连接器 4x1.5A 6 6 12 60 8 8 8 8 12 名 称 DI 2 DO 4 AI 7 AO 3 通用输入 0 12 12 通用输出 0 12 12 合计点数 16 24 36 128 20XX年-6-17 18 现场控制器选择示例2 TAC Xenta LonWorks：2700米X4，每段64台设备，78Kb/s 序 号 1 2 3 名 称 TA Xenta 301子站 TA Xenta 302子站 TA Xenta 401子站 TA Xenta 411模块 TA Xenta 412模块 TA Xenta 421模块 TA Xenta 422模块

11、 TA Xenta 451模块 TA Xenta 452模块 4 5 OP操作显示终端 MODEM 19 DI 4 4 0 10 10 4 4 5 5 4 4 2 2 4 4 DO 6 4 0 AI 4 4 0 AO 2 4 0 通用输 入 4 4 0 通用输 出 0 0 0 合计点 数 20 20 100 10 10 9 9 10 10 AO手控 DI指示 DI指示 带10个模块 备注 20XX年-6-17 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、

12、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

13、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

14、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.

15、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 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 测量原理 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 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

16、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 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

17、阀开度的关系。常用：线性、等百分比。 调节阀的计算与选择： 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。 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： 5.1 冷冻站设备监控子系统 表 15-1 冷冻站设备监控子系统常用监控功能一览表 监 控 内 容 常用监控功能 常用仪表选择 冷冻水供、回 参数测量及自动显示、历史数据记录及定时打印、故障 水管式温度传感器，插入长度使敏感元件位于管道中心位置； 水温度 报警 保护管应符合耐压等级 冷冻水供水流 瞬时与累计值的自动显示、历史数据记录及定时打印、 电磁流

18、量计，注明工作温度、压力、管径、流量范围、介质重 量 故障报警 度、粘度和导电率 冷负荷计算 根据冷冻水供、回水温度和供水流量测量值，自动计算 建筑物实际消耗冷负荷量 冷水机组台数 根据建筑物所需冷负荷和实际冷负荷量，自动确定冷水 每台冷水机组的电控柜内应为建筑设备自动化控制系统设置控 控制 机组运行台数，达到最佳节能目的。 制和状态信号接点 差压变送器、双座或其他最大差压允许值大的电动调节阀，调 供回水压差自 根据供回水压差测量值，自动调节冷冻水旁通水阀，以 节阀口径和特性应满足调节系统的动态要求，耐压等级能满足 动调节 维持供回水压差为设定值。 工作条件 冷却水供、回 参数及测量自动显示、

19、历史数据记录及定时打印、故障 水管式温度传感器，插入长度使敏感元件位于管道中心位置； 水温度 报警 保护管应符合耐压等级 膨胀水箱水位 自动控制进水电磁阀的开启与闭合,使膨胀水箱水位维 浮球式水位控制器，设置上、下限水位控制和高、低报警四个 自动控制 持在允许范围内， 水位超限时进行故障自动报警和记录。 控制点；常闭式电磁阀 冷水机组保护 机组运行状态下，冷冻水与冷却水的水流开关自动检测 在每台冷水机组的冷冻水和冷却水管内安装水流开关 控制 水流状态,如异常则自动停机，并报警和进行事故记录 冷水机组定时 根据事先排定的工作及节假日作息时间表，定时启停机 机组电控柜内应设置状态信号和控制信号 启

20、停控制 组。 启动顺序: 开启冷却塔蝶阀, 开启冷却水蝶阀，启动冷 却水泵，开启冷冻水蝶阀, 启动冷冻水泵，水流开关检 电动控制蝶阀，蝶阀公称直径与管径相同，除现场控制器外， 冷水机组联锁 测到水流信号后启动冷水机组。 停止顺序: 停冷水机 电动蝶阀宜设置单独的电动控制装置 控制 组，关冷冻泵，关冷冻水蝶阀，关冷却水泵，关冷却水 蝶阀，关冷却塔风机、蝶阀。 自动统计与管 自动统计系统内各水泵、风机的累计工作时间, 进行启 理 停的顺序控制，提示定期维修 可选监控功能 根据系统需要增设其他测量控制点 机组通讯 与机组控制器进行数据通讯 专用通讯接口及软件 5.2 热交换站设备监控子系统 表 15

21、-2 热交换站设备监控子系统常用监控功能一览表 监控内容 一次水供、回 水温度 一次水供水压 力 一次水供水流 量 自动计算消耗 热量 二次水供、回 水温度 二次水温度自 动调节 自动联锁控制 设备定时启停 控制 常用监控功能 参数测量及自动显示、历史数据记录及定时打印、故 障报警 参数测量及自动显示、历史数据记录及定时打印、故 障报警 常用仪表选择 水管式温度传感器，插入长度使敏感元件位于管道中心位 置；保护管应符合耐压等级 压力变送器，性能应稳定可靠，安装和取压方式应能满足 规范要求 电磁流量计，注明：工作温度、压力、管径、流量范围、 瞬时与累计值的自动显示、 历史数据记录及定时打印、 介

22、质重度、粘度和导电率；如导电率无法满足要求，可采 故障报警 用标准节流装置和差压变送器，需经过计算选取参数。 根据供、回水温度和供水流量测量值，自动计算建筑 物实际消耗热负荷量 测量参数自动显示、历史数据记录及定时打印、故障 水管式温度传感器，插入长度使敏感元件位于管道中心位 报警 置；保护管应符合耐压等级 自动调节热交换器一次热水/蒸汽阀开度， 维持二次出 电动调节阀，调节阀口径和特性应满足调节系统的动态要 水温度为设定值。 求，耐压等级能满足工作条件 当循环泵停止运行时，一次水调节阀应迅速关闭。 根据事先排定的工作及节假日作息时间表，定时启停 水泵电控柜内应设置状态信号和控制信号 设备，自

23、动统计设备工作时间，提示定期维修 可选监控功能 根据系统需要增设其他测量控制点 5.3 空调机组设备监控子系统 表 15-3 空调机组设备监控子系统常用监控功能一览表 监 控 内 容 新风门控制 常用监控功能 常用仪表选择 电动风门执行机构， 要求与风阀联结装置匹配并符合风阀的转 参数测量及自动显示、历史数据记录及定时打印、故 矩要求。控制信号和位置反馈信号与现场控制器的信号相匹 障报警 配。 压差控制器，量程可调 温度控制器，量程可调，一般设置在 4左右。 过滤器堵塞报 空气过滤器两端压差大于设定值时报警，提示清扫 警 防冻保护 加热器盘管处设温控开关，当温度过低时开启热水 阀，防止将加热器

24、冻坏。 回风温度自动 参数测量及自动显示、历史数据记录及定时打印、故 风管式温度传感器，风管内插入长度25mm 检测 障报警 冬季自动调节热水调节阀开度， 夏季自动调节冷水调 回风温度自动 电动调节阀，调节阀口径和特性应满足调节系统的动态要求， 节阀开度，保持回风温度为设定值。 过渡季根据新 调节 耐压等级能满足工作条件 风的温湿度自动计算焓值，进行焓值调节。 回风湿度自动 参数测量及自动显示、历史数据记录及定时打印、故 风管式湿度传感器 检测 障报警 回风湿度自动 自动控制加湿阀开断，保持回风湿度为设定值。 控制 常闭式电磁阀，调节阀口径与管径相同，耐温符合工作温度要 求，控制电压等级与现场

25、控制器输出相匹配 风机两端压差 风机启动后两端压差应大于设定值， 否则及时报警与 压差控制器，量程可调 停机保护 机组定时启停 根据事先排定的工作及节假日作息时间表， 定时启停 机组电控柜内应设置状态信号和控制信号 控制 机组 工作时间统计 自动统计机组工作时间，定时维修 联锁控制 风机停止后，新、回风风门、电动调节阀、电磁阀自 动关闭。 空调机组设备监控子系统可选功能一览表 重要场所的环 在重要场所设温湿度测点， 根据其温湿度直接调节空 重要场所的温湿度测点可分别采用室内式温、湿度传感器，也 境控制 调机组的冷热水阀， 确保重要场所的温湿度为设定值 可采用一体式温湿度传感器。 在回风管内设置

26、二氧化碳检测传感器， 根据二氧化碳 二氧化碳浓度检测传感器采用可风管安装方式， 量程符合工作 最小新风量控 浓度自动调节新风阀， 在满足二氧化碳浓度标准下使 条件要求 制 新风阀开度最小，可节能 新风温湿度自 测量参数自动显示、历史数据记录及定时打印、故障 温湿度测点可分别采用风管式温、湿度传感器，也可采用一体 动检测 报警 式温湿度传感器。 送风温湿度自 测量参数自动显示、历史数据记录及定时打印、故障 温湿度测点可分别采用风管式温、湿度传感器，也可采用一体 动检测 报警 式温湿度传感器。 5.4 新风机组设备监控子系统 表 15-4 新风机组设备监控子系统常用监控功能一览表 监 控 内 容

27、新风门控制 常用监控功能 常用仪表选择 参数测量及自动显示、历史数据记录及定时打印、故障 电动风门执行机构，要求与风阀联结装置匹配并符合风阀的转 报警 矩要求。 控制信号和位置反馈信号与现场控制器的信号相匹配。 压差控制器，量程可调 过滤器堵塞报 空气过滤器两端压差大于设定值时报警，提示清扫 警 防冻保护 加热器盘管处设温控开关，当温度过低时开启热水阀， 温度控制器，量程可调，一般设置在 4左右。 防止将加热器冻坏。 送风温度自动 参数测量及自动显示、历史数据记录及定时打印、故障 风管式温度传感器，风管内插入长度25mm 检测 报警 冬季自动调节热水调节阀开度，夏季自动调节冷水调节 送风温度自

28、动 电动调节阀，调节阀口径和 特性应满足调节系统的动态要求， 阀开度， 保持送风温度为设定值。 过渡季根据新风的温 调节 耐压等级能满足工作条件 湿度自动计算焓值，进行焓值调节。 送风湿度自动 参数测量及自动显示、历史数据记录及定时打印、故障 风管式湿度传感器 检测 报警 送风湿度自动 自动控制加湿阀开断，保持送风湿度为设定值。 控制 常闭式电磁阀，调节阀口径与管径相同，耐温符合工作温度要 求，控制电压等级与现场控制器输出相匹配 风机两端压差 风机启动后两端压差应大于设定值，否则及时报警与停 压差控制器，量程可调 机保护 机组定时启停 根据事先排定的工作及节假日作息时间表，定时启停机 机组电控

29、柜内应设置状态信号和控制信号 控制 组 工作时间统计 自动统计机组工作时间，定时维修 联锁控制 风机停止后，新风风门、电动调节阀、电磁阀自动关闭。 新风机组设备监控子系统可选功能一览表 监控内容 常用监控功能 常用仪表选择 在回风管内设置二氧化碳检测传感器，根据二氧化碳浓 二氧化碳浓度检测传感器采用可风管安装方式，量程符合工作 最小新风量控 度自动调节新风阀，在满足二氧化碳浓度标准下使新风 条件要求 制 阀开度最小，可节能 新风温湿度自 测量参数自动显示、历史数据记录及定时打印、故障报 温湿度测点可分别采用风管式温、湿度传感器，也可采用一体 动检测 警 式温湿度传感器。 5.5 给排水设备监控

30、子系统 表 15-5-1 给水设备监控子系统功能一览表 监 控 内 容 常用监控功能 常用仪表选择 浮球水位计，将浮球固定在控制水位的上下限处 水箱水位自动 自动控制给水泵启停，使水箱水位维持在设定范围内 控制 水箱水位自动 水位超过设定报警线时发出报警信号，同时进行事故记 在浮球水位计上增加上下限报警浮球 报警 录及打印 工作时间统计 自动统计水泵工作时间，定时维修 表 15-5-2 排水设备监控子系统功能一览表 监 控 内 容 常用监控功能 常用仪表选择 浮球水位计，将浮球固定在控制水位的上下限处 水池水位自动 自动控制排水泵启停，使水池水位不超过设定线 控制 水池水位自动 水位超过设定报

31、警线时发出报警信号，同时进行事故记 在浮球水位计上增加上限报警浮球 报警 录及打印 工作时间统计 自动统计水泵工作时间，定时维修 5.6 送排风设备监控子系统 表 15-6 送排风设备监控子系统功能一览表 监 控 内 容 风机自动控制 自动控制风机启停 常用监控功能 常用仪表选择 风机电控柜内应设置状态信号和控制信号 一氧化碳自动 车库中一氧化碳浓度超过设定报警线时发出报警信号， 一氧 化碳浓度传感器，车库内挂墙安装 报警 同时自动启动风机工作 工作时间统计 自动统计风机工作时间，定时维修 5.7 电力设备监控子系统 表 15-7 电力设备监控子系统功能一览表 监 控 内 容 常用监控功能 常

32、用仪表选择 变压器线圈温 当变压器过负荷时，线圈温度升高，温度控制器发出信 温度控制器由制造厂家预埋在变压器线圈里，现场控制器可直 度过热保护 号，自动报警记录故障，并采取相应措施 接获取开关量信号 自动检测回路电流，越限自动报警记录故障，并采取相 通过电控柜中安装的电流互感器，将被测回路的电流转换为 电流检测 应措施 0-5A，再通过电流变送器将其变为标准信号送至现场控制器 电压检测 开关状态检测 自动检测回路电压，越限自动报警记录故障，并采取相 通过电控柜中安装的电压互感器，将被测回路的电压转换为 应措施 0-100V，再通过电压变送器将其变为标准信号送至现场控制器 自动检测各重要回路开关状态，跳闸时自动报警记录故 从断路器或自动开关的辅助接点上获取信号 障，并采取相应措施 通过电流与电压互感器，将被测回路的电流与电压信号送至有 功功率变送器，将其变为标准信号送至现场控制器 通过电流与电压互感器，将被测回路的电流与电压信号送至