一 關于智能建筑
智能建筑的概念，在本世紀末誕生于美國。第一幢智能大廈于1984年在美國哈特福德 （Hartford）市建成。我國于90年代才起步，但迅猛發展勢頭令世人矚目。
智能建筑是信息時代的必然產物，建筑物智能化程度隨科學技術的發展而逐步提高。當今世界科學技術發展的主要標志是4C技術（即Computer計算機技術、Contro控制技術、Communication通信技術、CRT圖形顯示技術）。將4C技術綜合應用于建筑物之中，在建筑物內建立一個計算機綜合網絡，使建筑物智能化。4C技術僅僅是智能建筑的結構化和系統化。
智能建筑應當是：
“通過對建筑物的4個基本要素，即結構、系統、服務和管理，以及它們之間的內在聯系，以最優化的設計， 提供一個投資合理又擁有高效率的幽雅舒適、便利快捷、高度安全的環境空間。智能建筑物能夠幫助大廈的主人，財產的管理者和擁有者等意識到，他們在諸如費用開支、生活舒適、商務活動和人身安全等方面得到最大利益的回報。”
建筑智能化結構是由三大系統組成：樓宇自動化系統（BAS）、辦公自動化系統（OAS）和通信自動化系統（CAS）
二、樓宇自動化系統簡介
樓宇自動化系統也叫建筑設備自動化系統（BuidingAutomationSystem簡稱BAS），是智能建筑不可缺少的一部分，其任務是對建筑物內的能源使用、環境、交通及安全設施進行監測、控制等，以提供一個既安全可靠，又節約能源，而且舒適宜人的工作或居住環境。
三、樓宇自動化系統的組成與基本功能：
建筑設備自動化系統通常包括暖通空調、給排水、供配電、照明、電梯、消防、安全防范等子系統。根據我國行業標準，BAS又可分為設備運行管理與監控子系統和消防與安全防范子系統。一般情況下，這兩個子系統宜一同納入BAS考慮，如將消防與安全防范子系統獨立設置，也應與BAS監控中心建立通信聯系以便災情發生時，能夠按照約定實現操作權轉移，進行一體化的協調控制。
建筑設備自動化系統的基本功能可以歸納如下：
（1）自動監視并控制各種機電設備的起、停，顯示或打印當前運轉狀態。
（2）自動檢測、顯示、打印各種機電設備的運行參數及其變化趨勢或歷史數據。
（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，使之始終運行于最佳狀態。
（4）監測并及時處理各種意外、突發事件。
（5）實現對大樓內各種機電設備的統一管理、協調控制。
（6）能源管理：水、電、氣等的計量收費、實現能源管理自動化。
（7）設備管理：包括設備檔案、設備運行報表和設備維修管理等。
四、樓宇自動化控制系統的原理
樓控系統采用的是基于現代控制理論的集散型計算機控制系統，也稱分布式控制系統（Distributedcontro systems簡稱DCS）。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在現場被控設備處的微型計算機控制裝置（DDC）完成被控設備的實時檢測和控制任務，克服了計算機集中控制帶來的危險性高度集中的不足和常規儀表控制功能單一的局限性。安裝于中央控制室的中央管理計算機具有CRT顯示、打印輸出、豐富的軟件管理和很強的數字通信功能，能完成集中操作、顯示、報警、打印與優化控制等任務，避免了常規儀表控制分散后人機聯系困難、無法統一管理的缺點，保證設備在最佳狀態下運行。
五、 樓宇自動化系統設備的發展歷史及相關產品簡介
樓宇設備自動化系統到目前為止已經歷了四代產品：
第一代：CCMS中央監控系統（20世紀70年代產品）
BAS從儀表系統發展成計算機系統，采用計算機鍵盤和CRT構成中央站，打印機代替了記錄儀表，散設于建筑物各處的信息采集站DGP（連接著傳感器和執行器等設備）通過總線與中央站連接在一起組成中央監控型自動化系統。DGP分站的功能只是上傳現場設備信息，下達中央站的控制命令。一臺中央計算機操縱著整個系統的工作。中央站采集各分站信息，作出決策，完成全部設備的控制，中央站根據采集的信息和能量計測數據完成節能控制和調節。
第二代：DCS集散控制系統（20世紀80年代產品）
隨著微處理機技術的發展和成本降低，DGP分站安裝了CPU，發展成直接數字控制器DDC。配有微處理機芯片的DDC分站，可以獨立完成所有控制工作，具有完善的控制、顯示功能，進行節能管理，可以連接打印機、安裝人機接口等。BAS由4級組成，分別是現場、分站、中央站、管理系統。集散系統的主要特點是只有中央站和分站兩類接點，中央站完成監視，分站完成控制，分站完全自治，與中央站無關，保證了系統的可靠性。
第三代：開放式集散系統（20世紀90年代產品）
隨著現場總線技術的發展，DDC分站連接傳感器、執行器的輸人輸出模塊，應用ON現場總線，從分內部走向設備現場，形成分布式輸入輸出現場網絡層，從而使系統的配置更加靈活，由于onWorks技術的開放性，也使分站具有了一定程度的開放規模。BAS控制網絡就形成了3層結構，分別是管理層（中央站）、自動化層（DDC分站）和現場網絡層（ON）。
第四代：網絡集成系統（21世紀產品）
隨著企業網Intranet建立，建筑設備自動化系統必然采用Web技術，并力求在企業網中占據重要位置，BAS中央站嵌入Web服務器，融合Web功能，以網頁形式為工作模式，使BAS與Intranet成為一體系統。
網絡集成系統（EDI）是采用Web技術的建筑設備自動化系統，它有一組包含保安系統、機電設備系統和防火系統的管理軟件。
EBI系統從不同層次的需要出發提供各種完善的開放技術，實現各個層次的集成，從現場層、自動化層到管理層。EBI系統完成了管理系統和控制系統的一體化。
目前，規模和影響較大的樓宇設備供應公司有美國霍尼維爾公司、江森公司、KMC公司、德國西門子公司等。
結束語
樓宇自動化控制技術在我國還是一個新興的技術領域，隨著更多智能建筑的出現，將有更加先進的技術補充到這一領域中，使這一技術更加成熟、完善。
幾家影響較大的樓宇設備供應公司系統及功能簡介：
美國江森自控Metasys系統
Metasys的系統結構及硬件說明
要想建成一個智能建筑，一個高素質的樓宇自控系統是不可缺少的，JOHNSON CONTROS的Metasys系統的系統結構如下：
JOHNSON CONTROS的Metasys樓宇自按系統是由中央操作站（OWS）、網絡控制器（NCU）、直接數字控制器（DDC）等組成，通過Ethernet網（N1網）將中央操作站及網絡控制器各節點連接起來，Ethernet/IP使用標準的網絡硬件在網絡控制器與用戶操作站之間完善地傳遞信息。同時安裝在建筑物各處的直接數字控制器（DDC），將通過現場總線（N2網）連接到網絡控制器上，與其它網絡控制器上的直接數字控制器及中央操作站保持緊密聯系。現場需監控設備上的傳感器及執行器等連接至以上各直接數字控制器內。從而實現分散控制、集中管理。
以下分別對這些硬件設備做詳細說明：
1.1通訊網絡
操作站及網絡控制單元之間最常用的連接方式是N1通訊網絡。這構造采用以太網（ETHERNET）技術，通過一張ETHERNET卡（網絡介面卡），在N1線上通訊。
網絡設置
N1網可以設置成總線型、星型和混合型結構。它使N1網可以方便、經濟地安裝及擴展。
N1網可以使用同軸電纜、雙絞線、光纖或它們的組合。NCU和操作站可以直接支持同軸電纜，并可方便地加上適配器連接光纖回路。每段N1網的最長距離取決于所采用的媒質及網絡上節點的數量。采用有源分流器可以延伸連接線的長度。兩個節點間最長距離可達到6.4公里。
開放式的結構和互連性
ETHERNET廣泛應用于工業和樓宇自動化領域。眾多的第三者供應商都支持這個標準并提供ETHERNET設備，如分流器及應用軟件。這意味著不用供應商提供的產品可以直接互換，使用戶有更多的產品選擇并且不會依賴于某一個供應商。
N1網上之通訊種類數據庫之上傳與下載、對現場設備之指令和狀態之訊息等。各節點均具備動態訪問（Dynamic Data Access）功能，即無論N1網上任何操作站或任何一個NCU上，均可以對全部的數據實現檢測或控制。
動態數據存取
很多系統都只容許有限度的資料分類，Metasys系統卻能容許在N1總線上每個組件與組件間的自由通訊。這便是METASYS系統的一個獨特之處——動態數據存取，加快了大量訊息傳遞之速度。
雙重on Works N2總線之運作是由在on Works N2網上之NCU監控。如其中一條線發生故障（即在N2網上之某一點沒有接收訊號），NCU會發出指令以恢復正常通訊。
1.2操作站
METASYS 系統根據大樓的具體功能要求，我們對操作站的介面，特性，功能做了一系列的改進，增加了許多更直觀的視覺顯示效果，并且通過OPC（OE for process Contro）軟件技術使所有的設備管理系統均可在簡單明了的圖形顯示下集中完成，目前我們稱改進后的操作站系統為M5，現就其幾項主要的特征說明如下：
多屏顯示
在一個操作員面顯示監控龐大的集中自動化系統的所有信息是一個大難題，而M5操作站采用屏幕管理系統解決了這個困難，大型建筑物、多建筑群及多種網絡均可采用此項技術以支持多屏顯示。
現存圖形的重復利用
無論是Johnson Contros工作站內的圖形，或是其它的圖形格式，Metasys操作站都能再利用它們。繪圖軟件Core Draw，Visio及AutoCad，同數碼像機、視像抓取卡及數字掃描儀一樣均能提供豐富的圖形資源，操作站的靈活性大大減少了程序員和操作者的工作。
動畫介面
M5操作系統采用全新動畫介面，可伴有音樂和旁白，更生動地描述現場情況，同時可將大樓受控設備的實時圖像通過集成系統傳到操作站，從而更準確直接地指導操作員應采取的動作。
采用顏色梯度的動態信號
Metasys workstation圖形技術提供完整的動態圖形控制，包括顯示、消失、閃爍旋轉、動畫以及彩色梯度。全部通過易于使用和理解的圖標控制定義對話，任一標志的功能控制都能直接相關于另一點或由大樓用戶根據自己需要任意定義單獨的設備。
動作趨勢
Metasys workstation提供給大樓用戶有關能源管理以及設備診斷的數據分析曲線，如此詳細的各點情況都有助于更好地理解相關控制功能的實現過程。大樓的管理人員可根據這些曲線分析受控設備的保養狀況及其是否在最佳的工作狀態。
1.3網絡控制器（NCU）
網絡控制器是一種模塊式、智能化的控制盤，為METASYS網絡的心臟。通過多個網絡控制器，即可將大樓每一個側面的管理情況緊密的連接起來，進行全面綜合的管理。通過相互共享整個網絡中的所有信息，每個NCU能用高級控制算法提供全建筑物范圍的最優控制。
網絡控制器具有多種統計控制功能。
網絡控制器可配置手提終端檢測器，該檢測器完全可以代替操作站的功能，存取整個系統中所有信息和發出控制指令。
1.4直接數字控制器（DX-9100）
直接數字式控制器是Metasys系統的最前端裝置，直接與大樓內有關的設施連接起來，再通過N2總線與網絡控制器相連，網絡控制器與中央操作站均可對其實現超越控制。
直接數字式控制器能夠支持以下不同性質的監控點：
-模擬量輸入（AI）
-數字量輸入（DI）
-模擬量輸出（AO）
-數字量輸出（DO）
具有可編程控制模塊及PC邏輯運算模塊，除能完成各種運算及PID回路控制功能外，還具有多種統計控制功能，可同時設置時間控制程度。
控制器具有獨立運作的功能，當中央操作站及網絡控制器發生問題時，控制器不受影響，繼續進行運作，完成原有的全部監控功能。
支持點對點通訊，可與METASYS網絡進行動態數據存取。
可通過傳輸模塊（XT）接擴展模塊（XP），增加控制輸入輸出點容量，配置靈活，并可通過內置ED來監控這些點。
DDC的實時數據存儲在配有備有電池的RAM中。
1.5手提檢測器/網絡終端
手提檢測器是供大樓維修人員對樓宇自控管理系統中的網絡控制器及直接數字式控制器進行檢查使用。通過檢測器
維修人員可以更改設定值，并可以獲得各有關的數據、報警及狀態。在檢查的過程中不會中斷或干擾各控制器間的正常動作及通訊。
網絡終端（NT）能使大樓管理或維修人員直接掌握Metasys系統內的所有設備的運行情況，不管NT是與哪個NCU連接，利用NT都可以在大樓的任何地方存取全部信息。
觸摸屏輸入及多點顯示屏，使用方便。
菜單提示及在線幫助，使用者容易掌握。
5級密碼保護，網絡安全有保證。
2.METASYS系統監控內容
METSYS監控系統對建筑物進行集中監控的系統主要包括：
冷凍及空調系統
供電及照明系統
給排水系統
保安及巡更系統
消防系統
升降機及扶手電梯系統
西門子APOGEE頂峰系統
APOGEE樓宇自控系統是西門子公司推出的新一代樓宇自控／系統集成平臺，完整的系統由INSIGHT監控軟件、DDC控制器、傳感器、執行機構四大部分組成。
關于西門子APOGEE系統，簡要說明如下：
1.1 中央工作站
中央工作站系統由PC主機、彩色液晶顯示器及打印機組成，是BAS系統的核心，它直接可以和以太網相連。整個大廈內所受監控的機電設備都在這里進行集中管理和顯示，內裝中／英文Insight工作軟件，提供給操作人員下拉式菜單、人機對話、動態顯示圖形，為用戶提供一個非常好的、簡單易學的界面。操作者無需專業軟件知識，即可通過鼠標和鍵盤操作管理整個控制系統。
1.2 操作系統
操作系統為樓宇自控系統提供了強大的工作平臺，通過系統程序操作員可以在樓宇自控系統內進行各項資料的存取及監控。
1.2.1 指令輸入及菜單選擇的方式
操作員除了可以通過常規的鍵盤進行操作外，亦可以通過“鼠標”進行操作，包括啟停、更改設定點、選擇菜單等各項操作。
1.2.2 圖形及文字顯示
操作員可以將樓宇自控系統內的每一個監控點用圖形或文字方式顯示出來。
1.2.3 多方面資料的顯示
操作系統有能力在同一時間內以“窗口”式的方法顯示多方面的資料，以便容易對不同表現進行分析，真正做到了實時和多任務。
1.2.4 密碼的保護
多級別的密碼將為業主及管理人員提供一個有效的保護工具。它可以管理及限制不同部門人員使用樓宇自控系統，同時防止系統被非有關人員使用，提高系統的安全性。
1.2.5 彩色動態圖形顯示
為使系統內的報警被更快地確定及更容易分析系統的表現，系統提供彩色動態圖形顯示，包括樓層的平面圖及機電裝置的系統示意圖。
1.2.6 系統的架構及界定
所有溫度及裝置的控制策略及節能程序可以由用戶決定，在做出界定或修正的程序時不會影響樓宇自控系統正常的運作。
1.3 Insight軟件功能
Insight監控軟件是以動態圖形為界面，向用戶提供樓宇管理和監控的集成管理軟件。最多可支持25各客戶端同時運行。
Insight監控軟件提供了用戶對APOGEE系統的三大功能：
1、監視功能：用戶可以通過動態圖形、趨勢圖等應用程序對APOGEE系統控制設備的運行狀態，被控對象的控制效果進行實時和歷史的監視。
2、控制功能：用戶可通過控制命令，程序控制和日程表控制等應用程序控制樓宇自控設備的啟停和調節。
3、管理功能：包括用戶帳戶管理、系統設備管理、程序上下載管理，用戶還可通過系統的活動記錄、報表等應用程序了解APOGEE系統自身的狀態。
通過對選件的安裝，還可實現遠程自動撥號服務、仿真終端、支持WEB服務、支持遠程通告、支持虛擬控制器等功能。
1.4 直接數字控制（DDC）
DDC是用于監視和控制系統中有關機電設備的控制器，它是一個完整的控制器，它包含軟硬件，能完成獨立運行，不受到網絡或其他控制器故障的影響。
控制器構成主要是32位或16位微處理器和不同類型點的點終端模塊，具有可脫離中央控制主機獨立運行或聯網運行能力。同時，當外電斷電時，DDC的后備電池可保證RAM中數據在60天不丟失。簡單來說，DDC具備以下功能：
（1）使用強力過程控制語言PPC進行程序編寫。
（2）先進的比例積分微分暖通空調控制，閉環調節算法可使振蕩最小并保持精密控制。
（3）全面的報警管理、歷史數據記錄和操作員的控制監視功能。
（4）為能源管理提供了內置的能源管理程序SSTO。
1.5 APOGEE系統對建筑物進行集中監控的系統主要包括：
空調機組新風機組
變配電系統
照明系統
給排水系統
冷熱源系統
備用發電機系統
電梯系統
變風量系統
北京利達恒信科技發展有限公司HBS樓宇自控系統
1、系統概述： HBS樓宇自控系統是一套完全符合BACnet國際標準的樓宇自控系統，它負責完成建筑物中的暖通空調系統、給排水系統、變配電系統、照明系統、電梯等的監控管理，確保建筑物內環境的舒適和安全，同時實現高效節能要求。HBS樓宇自動化系統可根據不同用戶需求靈活搭建，既適合小型單體建筑，又適合功能復雜、設備眾多的大型建筑群。可廣泛應用于工礦企業、商業中心、辦公樓、會展中心、體育館、醫院、學校、住宅小區等各類建筑物。
2、系統特點:
通訊協議標準化：HBS樓宇自控系統采用了國際標準化協議——-BACnet。 BACnet是樓宇自控行業中唯一的國際標準，具有很強的通用性。既可以使不同廠商的設備產品綜合在一個系統中，又可使系統能在日后得以方便的擴展和升級。
能源管理數字化：系統精確的能源管理功能不僅可使用戶對水、電、氣、冷（熱）負荷的每一項費用的細節了如指掌，明白消費，而且系統還提供節能控制方案，實現了能源管理的數字化、精確化；
功能設計一體化：一體化的功能設計，實現了與安防、消防、通訊、辦公等系統互聯互通，信息共享。通訊結構簡單化：采用一級網絡（以太網） 作為通訊平臺，各現場控制器直接掛接在以太網上，不需要專用網絡通訊設備。
操作使用智能化：操作界面完全中文，虛擬現實形式，動畫式運行，易學易用，操作簡便。
控制調節分散化：采用無中心控制的真正分布式控制模式，分散到就地控制，控制調節功能可由系統的控制器獨立操作完成，而不依賴主機。
系統組成模塊化：本系統在不增加額外費用的情況下，可以方便地在以太網的任意區段加裝工作站或控制器，在不改變布線的基礎上，可隨意對系統進行擴展，從幾十點到幾萬點都十分輕松。
設備維護遠程化：系統軟件故障可以在遠程進行診斷和維護，減少維護時間、提高效率 。
總之，HBS樓宇自控系統從設計到應用的每個細節都體現了健康、節能、舒適、便捷的理念。
3、網絡結構：
HBS系統基于 BACnet/IP Ethernet高性能的結構型式，用戶可以充分地利用已有的各種網絡設備和資源，無論是組織一個大型的網絡還是一個小型的獨立系統，都能輕松而高效。
