大型商業(yè)、酒店、辦公、醫(yī)院及商業(yè)綜合體建筑內(nèi)通常設(shè)置有大量通風(fēng)、空調(diào)、冷熱源、水泵、電氣照明、電梯等設(shè)備。要實現(xiàn)對這些設(shè)備的方便有效控制，通常會設(shè)置樓宇自動控制系統(tǒng), 又稱BAS（Building Automation System）或BA系統(tǒng)。
通常，BAS系統(tǒng)架構(gòu)在某個通信網(wǎng)絡(luò)上，該通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分層級設(shè)置。
一：BAS系統(tǒng)構(gòu)架 通常，該網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架在水平方向各個過程控制級間能相互協(xié)調(diào)，同時還能向垂直方向傳遞數(shù)據(jù)，收發(fā)指令，水平級與級之間也能數(shù)據(jù)交換。
這種控制系統(tǒng)一般會把控制功能盡可能分散（單個DDC/PLC控制器控制的設(shè)備數(shù)量不宜過多），管理功能盡可能集中。分散控制的最主要目的是把風(fēng)險分散，使控制系統(tǒng)的可靠性得以提高，不會因局部控制器的故障大面積影響建筑機(jī)電設(shè)備正常運行。 1 管理層級
管理層就是監(jiān)控計算機(jī)，習(xí)慣稱上位機(jī)。
監(jiān)控計算機(jī)包括服務(wù)器與工作站，服務(wù)器與工作站軟件通常安裝在多臺PC機(jī)上，建立多臺客戶機(jī)(操作站)并行工作的局域網(wǎng)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較小時，也可以安裝在一臺計算機(jī)上。
監(jiān)控計算機(jī)一般采用與系統(tǒng)處理性能相適應(yīng)的工控機(jī)或辦公電腦。
中央監(jiān)控主機(jī)通過與DDC現(xiàn)場控制器通信，完成對所有空調(diào)設(shè)備的監(jiān)測、控制與管理。自動記錄、存儲和查詢歷史運行數(shù)據(jù)，對設(shè)備故障和異常參數(shù)及時報警和自動記錄等。
2 控制層級
現(xiàn)場控制層主要是現(xiàn)場DDC控制器或PLC控制器，采用以太組網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議。
在民用建筑中，一般選用DDC控制器，它跟現(xiàn)場的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和變送器直接對接，完成對現(xiàn)場各設(shè)備的實時監(jiān)控，通過通信網(wǎng)絡(luò)與上層計算機(jī)完成信息交換。
DDC現(xiàn)場控制器習(xí)慣上被稱為下位機(jī)。除了能接收上位機(jī)傳送來的命令，還能傳遞給上位機(jī)本地的數(shù)據(jù)與狀態(tài)，當(dāng)無上位機(jī)干預(yù)時，DDC現(xiàn)場控制器可對設(shè)備進(jìn)行單獨控制，運用設(shè)定的參數(shù)作各種算法運算，實現(xiàn)輸出控制。
DDC控制器按設(shè)備的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，即同系統(tǒng)的測量控制點接入同一臺現(xiàn)場DDC控制器中，以增加系統(tǒng)的可靠性，便于系統(tǒng)調(diào)試。現(xiàn)場DDC控制器的輸入輸出點應(yīng)留有適當(dāng)余量，以備系統(tǒng)調(diào)整和今后擴(kuò)展，一般預(yù)留量應(yīng)大于10%（有些商管公司要求不小于30%）。
控制網(wǎng)絡(luò)層可包括并行工作的多條通信總線，每條通信總線可通過網(wǎng)絡(luò)通信接口與管理網(wǎng)絡(luò)層(中央管理工作站)連接，也可通過管理網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)器的RS485通信接口或內(nèi)置通信網(wǎng)卡直接與服務(wù)器連接。
3 現(xiàn)場層級
現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)層由通信總線連接微控制器、智能現(xiàn)場輸入輸出模塊和智能現(xiàn)場儀表(智能傳感器、智能執(zhí)行器、智能變頻器等)、普通現(xiàn)場儀表組成，通信總線可以是以太網(wǎng)（局域網(wǎng)通信協(xié)議）或現(xiàn)場總線。
（通常，普通現(xiàn)場儀表，包括傳感器、電量變送器、照度變送器、執(zhí)行器、水閥、風(fēng)閥、變頻器不能直接連接在通信總線上。） 1）微控制器
微控制器是嵌入計算機(jī)硬件和軟件的對建筑末端設(shè)備使用的專用控制器，是嵌入式系統(tǒng)。
不同種類控制設(shè)備使用不同種類的微控制器，不同種類的微控制器可以連接在同一條通信總線上。
微控制器獨立于DDC控制器和中央管理工作站完成全部控制應(yīng)用操作，通常具有由某些國際行業(yè)規(guī)范決定的標(biāo)準(zhǔn)控制功能（比如空調(diào)末端常用功能的標(biāo)準(zhǔn)化控制，無需針對某個項目再編程），以符合控制應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)化需要，使產(chǎn)品具有可互操作性，建立開放式系統(tǒng)。
暖通空調(diào)系統(tǒng)中的微控制器是暖通空調(diào)系統(tǒng)的 “大腦”，能夠接收各種傳感器的信號，并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序和算法來控制空調(diào)的各個部件，如壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、閥門等的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)對室內(nèi)溫度、濕度、空氣質(zhì)量等環(huán)境參數(shù)的精確調(diào)節(jié)。
微控制器通常直接安裝在被控設(shè)備的控制柜里，成為建筑設(shè)備的一部分，如空氣處理機(jī)組微控制器，即安裝在機(jī)組自帶的控制柜里。
2）智能現(xiàn)場儀表
智能現(xiàn)場儀表是嵌入計算機(jī)硬件和軟件的網(wǎng)絡(luò)化現(xiàn)場設(shè)備，以微型計算機(jī)（單片機(jī)）為主體，通過通信總線與控制器、微控制器進(jìn)行通信，如具有遠(yuǎn)傳功能的熱計量表、流量計等。
（微控制器與單片機(jī)區(qū)別在于應(yīng)用場景不同，微控制器更注重對外部設(shè)備的控制能力，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化，價格較高；單片機(jī)更側(cè)重于運算的集成，收集數(shù)據(jù)處理后發(fā)出，功能簡單，經(jīng)濟(jì)性好）
3）普通現(xiàn)場儀表
普通的現(xiàn)場儀表是非智能設(shè)備，只能與控制器、微控制器、(I/O)模塊進(jìn)行端到端連接，它們之間直接傳送模擬量、數(shù)字量信號。
4）分布式輸入輸出（I/O）模塊
分布式輸入輸出模塊（以下簡稱I/O模塊）是一種用于樓宇智能化、工業(yè)自動化等眾多領(lǐng)域的設(shè)備。它的主要功能是將現(xiàn)場的各種輸入信號（如傳感器信號，包括溫度、壓力、液位、流量傳感器等信號，以及開關(guān)量信號，如按鈕、限位開關(guān)等信號）進(jìn)行采集，并將這些信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)（如可編程邏輯控制器 PLC、直接數(shù)字控制器DDC等）。
同時，它也能夠接收中央控制系統(tǒng)發(fā)來的輸出信號，將其轉(zhuǎn)換為合適的物理量（如控制繼電器、閥門、電機(jī)等執(zhí)行器的動作），從而實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
分布式(I/O)模塊是嵌入計算機(jī)硬件和軟件的網(wǎng)絡(luò)化現(xiàn)場設(shè)備，作為控制器的組成部分，通過通信總線與控制器計算機(jī)模塊連接。
組建BAS時，通常需要將過程的輸入和輸出集成到系統(tǒng)中。如果(I/O)模塊數(shù)據(jù)節(jié)點遠(yuǎn)離可編程控制器, 將需要鋪設(shè)很長的電纜、從而不易實現(xiàn)，并且可能因為電磁干擾而使得可靠性降低。
分布式(I/O)模塊便是這類系統(tǒng)的理想解決方案，即控制CPU位于中央位置，而（I/O）設(shè)備在本地分布式運行，同時通過Modbus RTU通信協(xié)議可以確?？刂艭PU和I/O設(shè)備穩(wěn)定順暢地進(jìn)行通信。
（注：Modbus RTU：是一種簡單的串行通信協(xié)議，數(shù)據(jù)格式相對簡潔，主要關(guān)注數(shù)據(jù)的傳輸和設(shè)備之間的基本交互，其消息結(jié)構(gòu)由地址域、功能碼域、數(shù)據(jù)域和校驗域等組成。該協(xié)議簡單且開放，眾多不同廠家的設(shè)備都支持該協(xié)議，在系統(tǒng)集成時，容易將不同品牌的設(shè)備連接在一起，實現(xiàn)設(shè)備之間的通信，系統(tǒng)集成相對較容易，成本較低。）
分布式輸入輸出（I/O）模塊常用于小型系統(tǒng)和簡單設(shè)備的通信，如連接傳感器、執(zhí)行器、變頻器等設(shè)備與上位控制系統(tǒng)，實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)采集和控制功能，在工業(yè)自動化、能源管理、建筑智能化等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
二 通信網(wǎng)絡(luò)
監(jiān)控計算機(jī)（上位機(jī)）與DDC現(xiàn)場控制器（下位機(jī)）分別處在不同的通信網(wǎng)絡(luò)，前者所在的網(wǎng)絡(luò)被稱為管理網(wǎng)絡(luò)，一般情況下是以太網(wǎng)；后者所在的網(wǎng)絡(luò)被稱為控制網(wǎng)絡(luò)，控制網(wǎng)絡(luò)也被稱為控制總線。因為造價較低，目前的樓宇控制中常用的還是RS485總線。
控制網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)采用完全不同的通信協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)，因此不能直接互聯(lián)，需使用網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)兩者的互聯(lián)通信，一般用TCP/IP、BACnet或者M(jìn)odbus協(xié)議。
RS485的通信距離可達(dá)1200m，一般只需兩根連線，主控設(shè)備與多個從控設(shè)備使用手拉手的方式連接。但其存在著以下缺點:
1）RS485 采用半雙工模式，同一時刻只能進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送或接收，無法同時進(jìn)行，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸效率相對較低。
2）RS485總線的通信容量較少，理論上每段最多僅容許接入32個設(shè)備，不適于以樓宇為結(jié)點的多用戶容量要求。
3）RS485總線的通信速率低，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kbps的傳輸速率下,才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。
4）RS485總線通常不帶隔離，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上某一節(jié)點出現(xiàn)故障會導(dǎo)致系統(tǒng)整體或局部的癱瘓，而且又難以判斷其故障位置。
5）RS485總線采用主機(jī)輪詢方式，會造成通信的吞吐量較低，不適用于通信量要求較大(或平均通信量較低，但呈突發(fā)式)的場合，系統(tǒng)較大時，實時性較差。
主機(jī)不停地輪詢各從機(jī)，每個從機(jī)都必須對主機(jī)的所有查詢作出分析，以決定是否回應(yīng)主機(jī)，當(dāng)從機(jī)之間需要進(jìn)行通信時，必須通過主機(jī)，增加了從機(jī)間通信的難度及主機(jī)負(fù)擔(dān)。
以太網(wǎng)架構(gòu)形式
BAS另一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是管理域網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)都使用以太網(wǎng)，這種以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因具有一些獨特的優(yōu)勢，在近些年發(fā)展很快。
當(dāng)被控的暖通設(shè)備數(shù)量較多，傳統(tǒng)的總線樓控系統(tǒng)難于滿足其對速度、容量等技術(shù)要求，可以采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是:
1）樓控系統(tǒng)可以直接使用建筑物內(nèi)的綜合布線系統(tǒng)，從而簡化樓控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)降低成本，沒有傳輸距離的限制，系統(tǒng)無容量限制，方便后期的系統(tǒng)擴(kuò)展。
所有一對一的空調(diào)DDC與DDC之間、DDC與中央站之間均采用Peertopeer(對等網(wǎng)絡(luò))通信方式不需采用主/從(Master/Slave)式通信方式。
2）這種以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅可以簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少布線工作量，以太網(wǎng)具有傳輸速率較高的優(yōu)勢，同時也提高了DDC之間的通信速率。
接入到網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場控制器DDC都能分配到一個真實有效的IP地址，這樣的現(xiàn)場控制器DDC被又稱為IP DDC控制器或者以太網(wǎng)DDC控制器，它相當(dāng)于每個485網(wǎng)絡(luò)的DDC控制器都內(nèi)置了一個NCU網(wǎng)絡(luò)控制器（專門用來控制和管理網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)備）。
3）這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式的以太網(wǎng)采用基于TCP/IP協(xié)議，除了中央站以外，現(xiàn)場控制器DDC也采用TCP/IP協(xié)議，從而使樓控系統(tǒng)能夠更加順暢地與Imternet連接，具有優(yōu)良的遠(yuǎn)程監(jiān)控性能。
4.樓控系統(tǒng)不再需要引入網(wǎng)絡(luò)控制器作為中央管理工作站和現(xiàn)場控制器DDC之間的橋梁，中央管理工作站、現(xiàn)場控制器DDC通過具有RJ45接口的非屏蔽雙絞線電纜(UTP直接接人以太網(wǎng)交換機(jī)中;但是，傳感器和執(zhí)行器仍然與場控制器DDC直接相連，與基于現(xiàn)場總線的樓控系統(tǒng)相同。
5.這種以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解決了多種現(xiàn)場總線技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)并存，彼此之間不能互相兼容的問題，有利于樓控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。
三 通信協(xié)議
不同類型的網(wǎng)絡(luò)采用的通信協(xié)議常各有不同。
以太網(wǎng)采用的通信協(xié)議叫作傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP，
TransferControlProtocolIntermetProtocol)。而控制網(wǎng)絡(luò)的通信有很多種，并且跟控制設(shè)備廠家產(chǎn)品有關(guān)，國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議有TCP/P、BACnet、LonTalk、MeterBus和ModBus。
為了使不同廠家的設(shè)備可以實現(xiàn)相互通信并在相互通信的基礎(chǔ)上實現(xiàn)相互操作，一個由美國供暖、制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)專為樓宇自動化和控制網(wǎng)絡(luò)制定的通信協(xié)議BACnet(ADataCommunicationProtocolForBuildingAutmationandControlNetwork)，已被業(yè)界廣為接受目前已成為國際上智能建筑的主流通信協(xié)議。
四 某商業(yè)綜合體項目BAS系統(tǒng)實例
1、概況
本項目在商業(yè)設(shè)置一套樓宇自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)接入智能化專網(wǎng)。
2、監(jiān)控范圍
暖通空調(diào):空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)，空氣幕，供暖系統(tǒng)、送排風(fēng)系統(tǒng)等，由BAS對其進(jìn)行控制。
給水:生活水泵房內(nèi)的交頻給水泵、生活水箱等，給水設(shè)備自成一套系統(tǒng)，BAS只監(jiān)不控。
排水:主要為地下室的集水坑、排污泵等,排水設(shè)備自成一套系統(tǒng)，BAS只監(jiān)不控。
冷機(jī)，變配電、電梯、直燃機(jī)組、燃?xì)忮仩t系統(tǒng)、多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)均由設(shè)備廠家提供標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，通過網(wǎng)關(guān)的形式接入BAS。
3、各主要設(shè)備具體監(jiān)控內(nèi)容
1）空調(diào)機(jī)組監(jiān)控內(nèi)容
監(jiān)測送風(fēng)機(jī)的運行狀態(tài)、跳閘報警、手自動狀態(tài)，控制啟停及變頻器的故障報警、調(diào)節(jié)和反饋；新風(fēng)溫濕度、送風(fēng)溫濕度、回風(fēng)溫濕度；送風(fēng)壓力；防凍報警；冷熱水閥控制；加濕閥控制；過濾器過阻報警，用以提醒運行管理人員及時清洗過濾器；根據(jù)新風(fēng)、送風(fēng)、回風(fēng)溫濕度與設(shè)定值的比較以及回風(fēng)二氧化碳濃度和PM2.5濃度，調(diào)節(jié)風(fēng)閥、水閥和加濕閥，以滿足室內(nèi)環(huán)境要求；風(fēng)閥與送風(fēng)機(jī)連鎖，風(fēng)機(jī)停止時自動關(guān)閉；通過軟件進(jìn)行時間的累計計量，啟動次數(shù)、運行時間顯示，并自動定期提示檢修設(shè)備；中央站用彩色圖形顯示并且記錄新風(fēng)機(jī)組的狀態(tài)、報警信息、運行時間，以及歷史參數(shù)信息，且可通過打印機(jī)輸出。
2)新風(fēng)機(jī)組監(jiān)測內(nèi)容
新風(fēng)溫濕度、送風(fēng)溫濕度；送風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)、故障報警；送風(fēng)機(jī)手/自動轉(zhuǎn)換；送風(fēng)機(jī)啟/?？刂?；變頻器的故障報警、調(diào)節(jié)和反饋；防凍報警；過濾網(wǎng)堵塞報警；冷熱水閥控制；
加濕閥控制；風(fēng)閥開關(guān)控制控制內(nèi)容送風(fēng)機(jī)啟停及根據(jù)新風(fēng)溫濕度、送風(fēng)溫濕度控制電動調(diào)節(jié)水閥、風(fēng)閥以及加濕閥的開度，以滿足室內(nèi)環(huán)境及節(jié)能的最佳平衡； 3）送排風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容
對送排風(fēng)系統(tǒng)的運行進(jìn)行監(jiān)控；監(jiān)控內(nèi)容；風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)；風(fēng)機(jī)故障報警；風(fēng)機(jī)手自動狀態(tài)；風(fēng)機(jī)啟?？刂?；
4)污水系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容
對污水系統(tǒng)的運行進(jìn)行監(jiān)控；監(jiān)控內(nèi)容；污水泵運行狀態(tài)；污水泵故障報警；集水坑液位監(jiān)測。
3）系統(tǒng)架構(gòu)
本項目樓宇自控系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式應(yīng)采用集中管理、分散控制的集散式系統(tǒng)，采用分層式拓?fù)涞娜龑泳W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
管理層：由樓宇自控系統(tǒng)服務(wù)器和工作站組成，系統(tǒng)服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)控制器通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信，同時管理層設(shè)備也可以通過其他網(wǎng)絡(luò)接口與第三方設(shè)備獨立的監(jiān)控子系統(tǒng)集成。
監(jiān)控層：由設(shè)置在各層的直接數(shù)字控制器（DDC）組成，現(xiàn)場控制器間通過通信總線進(jìn)行通訊，并經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)控制器與管理層相連；同時，直接數(shù)字控制器可獨立運行，即使局部網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)生中斷，也可以根據(jù)事先編制的程序自動進(jìn)行操作。
現(xiàn)場設(shè)備層：由安裝在受控機(jī)電設(shè)備上的各類傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，通過直接現(xiàn)場數(shù)字控制器的輸入輸出監(jiān)控點，實現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控功能。
每個空調(diào)機(jī)房設(shè)置獨立的DDC控制箱，每臺空調(diào)機(jī)組應(yīng)有獨立的DDC控制器控制。每臺網(wǎng)絡(luò)控制器所帶的節(jié)點數(shù)量至少預(yù)留30%的余量。
4、中心配置
BAS自控設(shè)備設(shè)置在商業(yè)消防控制室,通過在消防控制中心設(shè)置樓宇自控系統(tǒng)軟件和工作站完成本項目機(jī)電設(shè)備的自動控制,系統(tǒng)預(yù)留軟件平臺接口,對接商管公司管理平臺。
5、能耗監(jiān)測系統(tǒng)
主要對商場內(nèi)各獨立區(qū)城的智能電表、水表遠(yuǎn)程抄收計量建設(shè)。
本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集主要包括信號采集器:信號采集器用于對末端智能表具進(jìn)行分組采集管理通信的裝置,并為末端表具提供工作電源。
系統(tǒng)工作站通過信號采集器收集末端智能水表、智能電表和智能冷熱量表的各種數(shù)據(jù)，實現(xiàn)計費數(shù)據(jù)實時檢測、系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)槍測等功能、并將數(shù)據(jù)保存在本地系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，可隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析、處理和報表打印工作，能耗藍(lán)測系統(tǒng)后期能夠接入商管公司管理平臺。
五 總結(jié)
對于機(jī)電專業(yè)（暖通，電氣，給排水）專業(yè)來說，樓宇自控系統(tǒng)不只是智能化專業(yè)的事情，而是相關(guān)專業(yè)緊密聯(lián)系的。
在工程設(shè)計中，暖通、給排水及電氣專業(yè)的空調(diào)、水泵、電梯等設(shè)備如果需要接入BAS系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)智能化專業(yè)的要求，對設(shè)備需要自帶的通信接口及支持的通信協(xié)議提出要求。
比如，要求設(shè)備帶RS485通訊接口，并支持BACnet或者M(jìn)odbus通訊協(xié)議等。
亦比如，每一臺空調(diào)設(shè)備，每一套空調(diào)系統(tǒng)的控制均與暖通專業(yè)都需要在設(shè)計過程中對各種控制要求、控制原理或者控制邏輯及要達(dá)到的控制目的想清楚并提明白，智能化專業(yè)才能“照餐單做菜”，最終實現(xiàn)建筑BAS系統(tǒng)的安全高效運行，達(dá)到建筑空調(diào)等機(jī)電系統(tǒng)運行安全、高效、節(jié)能的目