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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（BAS—BuildingAutomationSystem）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（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：
“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
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2.2.5Lonworks技术介绍Lon总线（LocalOprationNetworks），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OSI7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
EXCEL5000C-BUS：
RS485，1200米X4，29台设备，1500点，9600~1MB/S序号1234XL20子站XL80子站XL100子站XL500/600子站XF521AXF526XF523AXF528XF522AXF527AXF524AXF529电源模块通信模块控制模块（LED）56继电器模板第三者连接器4x1.5A661260888812名称DI2DO4AI7AO3通用输入01212通用输出01212合计点数162436128
20XX年-6-17
18
现场控制器选择示例2
TACXenta
LonWorks：
2700米X4，每段64台设备，78Kb/s序号123名称TAXenta301子站TAXenta302子站TAXenta401子站TAXenta411模块TAXenta412模块TAXenta421模块TAXenta422模块TAXenta451模块TAXenta452模块45OP操作显示终端MODEM19DI44010104455442244DO640AI440AO240通用输入440通用输出000合计点数20201001010991010AO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、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0~10V，4~20mA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℃。
常用热电偶：
分度号：
K：
镍铬-镍硅，常用温度500~800℃，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R0=10kΩ，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：
0～10V、4～20mA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：
4～20mA，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：
4～20mA，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3.6.1测量原理电流互感器（0～5A）—变送器（4～20mA）—DDC电压互感器（0～100V）—变送器（4～20mA）—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、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15-2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
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