摘要：文章结合作者实际工作中的经验进行分析总结，阐述了建筑物自动化系统的技术发展和展望。
 
建筑物自动化系统(BuildingAutomationSystem，BAS)是一种将建筑物有关的电力、照明、空调通风、给排水、消防、保安、运输等设备集中监视、控制和管理的综合性系统。建筑物自动化系统是智能建筑(Intelligent Building)中的一个重要系统。
过去对空调、采暖通风、动力站房、给排水、变配电等设备的运行状态进行监视的监视系统和空调、给排水、变配电的自动控制装置是各自独立的。随着大型建筑物的控制和管理需要，计算机技术的进步及网络通信技术的发展，使所有自控设备可相互传送信息，使之成为以整个系统来进行综合控制管理的统一体。这种系统具有分散监控和集中管理的功能，是用于设备运行管理、数据采集和过程控制的自动化系统。
有人将此系统称为建筑设备自动化系统或楼宇自动化系统，也有称为建筑物管理系统(Buading Management System，BMS)或建筑物管理及控制系统(BuildingManagementandControlSystem，BMCS)，但一般称为建筑物自动化系统(BuildingAutomationSystem，BAS)。
80年代开始采用小型或超级小型电子计算机的控制系统，但有安装不便和线路投资大的问题。随着微型电子计算机技术的迅猛发展，建筑物的中央控制系统也开始发生变化。由于电子计算机的信号传送技术的进步，对楼内各种设备的状态监测可以通过控制分站来完成，通过网络就可传送多种信号，线路也简化了，所有的设备状态都可以显示于中央监控室内，很容易通过中央站进行操作和管理，不但节省了人力，而且提高了效率。
目前建筑物自动化系统存在的问题主要是：
(1)建筑物自动化系统的开放性不好。到目前为止，建筑物自动化系统的兼容性还是很不理想，不同厂商的控制器相互连接和通信有困难，开放性和互操作性的改善正在进行中；
(2)建筑物自动化系统的应用设计不合理，造成系统运行效果不良。建筑物自动化系统的设计不合理主要原因是：设计人员对空调等设备工艺过程不大了解和与其他专业人员配合不好；
(3)实现系统集成有困难。建筑物自动化系统要实现和制冷机、电梯、变配电等设备的控制系统集成有一定困难，原因是早期的建筑物自动化系统采用不同的设备，通信协议不开放。建筑物自动化系统要和办公自动化系统和通信系统集成更困难；
(4)系统复杂、投资高。目前控制系统投资有的要比机电设备投资高，使人望而却步。
1 传感器和执行器的数字化
一般集散型建筑物自动化系统由下列部件构成：传感器和执行器、控制分站、中央站及管理(监控)中心。在全分散型系统中传感器和执行器都是智能化的，它和控制分站没有区别。各种传感器和执行器又称现场终端 (Information Point，IP)。传感器有非电量传感器和电量传感器。非电量传感器有温度、压力、液位、位移等物理量的传感器，还有门感应开关、红外／微波探测器、烟感探测器、温感探测器、振动探测器等，非电量传感器一般输出电信号。电量传感器有电流、电压、频率、电功率、功率因数等传感器，输出电信号有模拟量信号也有数字信号。公共安全防范传感器有防盗探测器、读卡器等。
执行器可控制风量、阀门开度等，它有电动式、电子液压式、电子气动式等多种。
目前传感器和执行器大都是模拟量信号和开关数字信号。配置有微处理机的数字式、智能式传感器和执行器的出现，它具有分布智能和通信能力、采用开放式通信协议。
无线传感器也已出现。
2 控制分站的处理能力增强
控制分站实际上是一种有微处理器的直接数字控制器(Direct Digital Control，DDC)，能作独立控制器执行控制作用。目前控制分站一般是由微处理器组成智能型的 (DCP-I)， 有的称智慧外围站(Intelligent Outstation-IOS)。一般有几路模拟量和数字量输入，输出也有几路模拟量和数字量。如其中有：
模拟量输入(AI)，如温度，压力，液位变送器输出；
数字量输人(DI)，通常为接触点闭合，断开情况；
模拟量输出(AO)，用以操作调节阀，风门；
数字量输出(DO)，用以电机启动、停止控制，2位控制(ON／OFF)。
有的控制分站设有数字量累计的接口，可输入低频脉冲信号，作电度、水量的计算。典型的控制器为使其能独立运行，可使用手提式操作终端(POT)或可编程终端(PPT)。
目前的控制分站大多是由16位或32位微处理器组成的。它能提供的控制作用有比例(P)、微分(I)、积分(D)控制、总和及报警、输出监测。它又有很强的通信能力，可组成网络实现高速实时运算。
控制分站的专用化是一个趋势。如迈科智控有限公司(Matrix-controls)所推出的应用于暖通空调的各种控制器、特定设备的控制器，如定风量控制器、空调机控制器、通风控制器、变风量控制器、风机盘管控制器等等。模块化、系列化的产品，简化安装使用、性能价格比高、能有效地降低工程实施及维护成本；西门子公司的Synco系统，控制器的内置应用程序可以简化调试工作。
分站和中央站通过通信接口进行数据通信，有的接口是数据网关或信息交换站，它能作为独立控制器执行独立的控制作用。它把数据信息传到中心控制电子计算机，又能接受中心控制电子计算机的控制。现在控制分站的通信能力正在增强，有的可以直接和中央站通信。
3 建筑物自动化系统的结构及网络发展
建筑物自动化系统的结构分单机系统或多机系统。对于多机系统一般组成网络，指的是其网络拓扑结构。
3．1 系统网络化发展
在局域网上采用文件服务器，如果使用多个中央站，数据和程序可以集中在文件服务器内，而且对网络某一个节点，它都有密码保护，专用信息(如密码，访问全权限)也可以集中管理，方便用户对其管理。在文件服务器内信息和程序的更新相当方便。
几个大建筑物的局域网可以连接成广域网。它们之间的通信可以通过公共电话网(PSTN)、X．25网、综合信息服务网(1SDN)或传输控制协议／互联网协议(TCP／IP)进行。管理中心(SC)可以通过互联网协议(IP)路由器连接在一起。这样的系统具有下列优点：
(1)能远程故障诊断和识别，报警处理；
(2)能集中数据存储和控制；
(3)能对突发事件作快速反应；
(4)多用户可访问系统；
(5)有多个控制现场。
近年来这种系统发展很快。
在建筑物自动化系统中，要求通信准确、可靠、快速、性能价格比高。在自动化领域IT技术得到广泛应用，建筑物自动化系统网络一般有设备层、控制层和管理层网络。
网络访问控制方法与网络拓扑结构及传输介质有关。常用传输介质有对绞线和同轴电缆。对传输介质的要求是价廉、抗干扰能力强，因而在距离不很远的情况下，推荐用对绞线(TP)。
近年来还发展了工业以太网技术和Web技术在自动化领域的应用。工业以太网技术是将以太网技术应用到控制领域，利用Web技术通过Internet进行远程实时监控。这里主要是系统从客户／服务器(C／S)方
式转向浏览器(B／S)方式。这样可以减少控制系统的投资和运行费用。采用广泛流行的工业标准浏览器如Internet Explore或Netscape,可以省去传统建筑物自动化系统的一些前端费用。
如Andover公司的Continuum系统、美国奥莱斯公司(Automated Logic,ALC)公司的WebCTRL系统，是可以通过Web控制的建筑物自动化系统。
近来发展有可以接人以太网的控制分站，如卓灵 (TREND)公司的控制分站内嵌Web服务器可以使用以太网及TCWIP网络技术通信。西门子公司的以太网DDC控制器。
德国Phoenix公司的系统采用工业以太网网关、交换器和Internet技术，用Browser作为统一控制界面。
3．2 系统开放性和互操作性得到改善
系统的开放性是用户选择产品的需求，可以适应未来技术的更新，同时它也是系统集成的要求。
近年来为改善开放性和互操作性建立了一些标准通信协议。标准网络通信协议一般是开放性的，适合将各种设备连接在一起。产品应选择采用标准网络协议，否则开发专门用于BAS的网络价格昂贵，而且没有附加功能。
建筑物自动化系统主要是向现场总线(FCS)的智能仪表控制系统发展，向开放系统发展。其中有代表性的现场总线有美国暖通空调协会(ASHRAE)的BACNet和Echelon公司的LonWorks，这两种现场总线已经成为国际标准。
当然系统的开放表现在多方面，如通过ODBC、OLE、XML、OPC、Modbus、RS232／485等。
我国海湾安全技术有限公司、上海高校仪器厂、瑞典TAC公司、新加坡迈科智控有限公司(Matrix—controls)、英国卓灵(TREND)等已经研制出采用LonWorks现场总线技术开放通信协议的建筑物自动控制系统；美国江森(JohnsonControls)公司有采用LonWorks技术的DX数字控制器；美国科明自控科技公司(KMC)、加拿大Delta控制公司、英维思公司(Invensys)、美国奥莱斯公司(Automated Logic)采用BACnet通信协议构成建筑物自动控制系统；德国西门子公司(SIEMENS)推出采用开放的Konnex通信标准的控制器；它兼容欧洲安装总线(EIB)；清华同方公司则推出采用现场总线技术和国际标准通信协议的控制系统，它支持BACnet协议，采用CAN现场总线技术，能兼容LonWorks、Profibus、Modbus协议系统。
但是以上方案主要是针对设备层的，只有采用相同通信协议的设备才能实现互操作性，因此它的开放性是有限的，这是一种硬件的解决方案。目前需要的是基于标准模块和标准接口的通用性自动化解决方案，模块化即插即用的设计。
目前出现一种BAJA标准(Building AutomationJavaArchitecture)，它提供了一个与厂家无关的、基于对象自动化的、可采用Internet技术的体系结构，它可以集成不同的硬件和软件，使建筑物自动化系统具有良好的开放性和互操作性。如美国Tridium公司的Vykon系列产品，可以通过Internet／Intranet进行监视控制和管理，使得人们可以在世界任何地方进入建筑物自动化系统或取得所需要的信息。
3．3 网络结构分散化
网络结构应能满足集中监控需要，尽量减少故障波及面，实现危险分散、减少投资、易于扩展。建筑物自动化系统的结构有集中式、分级分布式和全分布式3种结构。
3．3．1 集中式结构(单机系统)
集中式结构采用单片机、单板机或工业控制机。各种信号送到控制器集中处理，它适合于小型系统，以一台微机实行控制，如果有多种设备要控制，各自采用单机控制。由于各设备之间没有通信，所以功能是有限的。这种结构目前很少。
3．3．2 分级分布式结构(集散型系统、多机系统)
分布式结构(DCS)又称集散系统(TDS)。各种设备采用分站(单元控制器)控制，各控制器接成网络。可以由中央站控制，有2级或3级结构的分级或不分级的集散系统，它适合于大型和中型系统。分站进行实时控制及调节，中央站进行监控管理。如中央站停止工作不影响分站工作，网络通信也不会中断。分站设在受控对象系统附近，以微机实现监控功能，可和中央站通信。分站之间也可实行通信，使网络上成员可以实现资源(硬件设备、软件、信息)共享。该系统有下列特点：
(1)节省人力。通过集中管理控制，简化操作及培训维护；
(2)节能。通过集中管理控制，合理调度负荷；
(3)灵活的控制；
(4)设备共用，如某些传感器可以作多种控制用途。
3．3．3 全分布式结构
这种全分布式结构系统的传感器、变送器及执行器均为微型智能节点。智能节点能访问控制处理器、网络处理器和应用处理器，既能进行控制又能管理网络通信。
目前采用这种结构的系统发展很快。如现场总线FCS或局部操作网LonWorksNetworks。智能节点中固化有网络通信协议(LonTalk)，这样实现了无中心结构的完全分布式控制模式。无需中央站就可实现点对点的直接通信，且不会因为中央处理器和文件服务器的故障而导致整个系统或子系统的瘫痪，大大提高了整体可靠性。它具有开放性、互换性、全分散性，方便灵活。
不同的产品具有不同的网络拓扑结构，现在常用的网络拓扑结构一般是总线型或星型的。
4 建筑物自动化系统管理的设备的扩展和系统集成化
建筑物自动化系统所管理的设备主要是建筑物内所有的机电设备，包括暖通空调系统设备、给排水系统、电气系统设备及运输设备。
(1)暖通空调系统设备。主要有热水泵、冷却塔、冷冻水泵、制冷机组、新风机组、空气处理机组、变风量机、风机盘管、热交换器、锅炉、分汽缸、凝结水回收系统等；
(2)给排水系统设备。主要有高位水箱、低位水箱、水泵、加压泵、饮水设备、热水供应系统、生活水处理设备、污水处理设备等；
(3)电气系统设备。主要有配变电设备、自备电源、不间断电源(UPS)、照明设备、动力设备等；
(4)运输设备。有电梯、自动扶梯、(文件或原料、材料)自动输送装置等。
目前发展到对公共安全防范系统和火灾自动报警及消防联动系统的监视和控制。如闭路电视系统的数字硬盘录像机、视频服务器的出现，使闭路电视系统很容易进入网络和建筑物自动化系统相连。
建筑物自动化系统除了对建筑物的空调通风、照明、供水等系统进行监控外，还可以将火灾自动报警装置、保安监控设备等集成。这样不仅提高能源利用效果，还可以协调各个分系统的功能。近年来美国Honeywell公司推出了企业楼宇集成系统(EnterpriseBuildingsIntegratorSystem，EBI)产品，增强了它的集成化功能，系统可以将火灾自动报警装置、保安监控设备等集成。在系统集成方面如利用动态数据交换(DDE)，可以使建筑物自动化系统(BAS)的数据和视窗(Windows)软件进行实时交换，将能源消耗数据连接到办公自动化系统中去，或将设备运行资料传送到设备维护保养系统中。它可以提供完整而且合理的建筑物自动化系统、安全防范系统、火灾报警系统、数字影像管理系统、人员／资产实时定位系统。其数字影像管理系统(DigitalVideoManager，DVM)采用开放系统结构，系统灵活性好、安装运行费用低。人员／资产实时定位系统(Real-TimeLocationSystem，RTLS)可以对移动的资源进行实时跟踪。
在系统集成方面可以采用多种方法，如OPC(OLEFor Process Contr0l)、虚拟应用服务(VAS，VirtualApplicationService)、网关(GateWay)。但是我认为比较好的方案是那种能够兼容已经建立的遗留系统和新的现场总线协议的、建立在Internet技术基础上的、可以支持不同厂家产品的系统，如果在系统研制时能够设计好系统的集成化，这样的系统是比较理想的。
5 中央站的发展
中央站设置在监控中心，由中心控制计算机、显示器、键盘和打印机等组成，是整个系统的显示控制装置。管理中心或上位计算机可以对整个系统实行管理和优化。它的作用是存取全部数据和控制参数，长期趋势记录、分析控制和监督、优化控制、输出打印报告、非标准程序开发、提供设备维修管理数据、资料和指标等。所用计算机也从过去的小型计算机发展为微型计算机工作站；所用的中央处理器为目前常见的32位微处理器，带有鼠标器、显示器，具有一定内存、硬盘、并行及串行通信接口。监控显示已从字符式发展为高分辨彩色图形式(VGA或SVGA)，它的操作软件具有承担多用户、实时、多任务的能力。目前一般提供视窗操作系统，使操作人员不需要掌握专门的计算机知识就可操作该系统。
进入90年代后，以前需要由中央控制机完成的功能，由一些低价格、高处理能力的现场控制器所取代。中央监控室的操作人员，只要下达所需要的指令，现场控制器就会自动地参考其他数据、自动运算并控制相关的设备，以达到操作者的要求。中央监控系统的主机，就不需要再负担大量的数据运算工作，而中央控制系统的功能也逐渐由控制改为提供各种数据报表和专项的统计文件。此时，“中央控制系统”的名称就逐步改为“中央管理系统”，其形式也由以前的集中监视、集中控制，变化为集中监视、集中管理、分散控制；中央控制室的主机也变为以提供报表和紧急应变处理为主。因此，中央监控室也可以称为防灾中心，该中心不断地将各种数据报表提供给管理人员，通过分析数据报表，求取本大楼可以节约运行成本(如节约能源、节约人事成本等)的方式，从而进一步提高建筑物的价值。当有灾害发生时，可以通过大楼管理系统得知何时何地发生何种事故，便于事故处理人员迅速做出反应，减小事故带来的影响和危害。
建筑物自动控制系统可以扩展为现代的建筑物管理系统(BuildingManagementSystem，BMS或物业管理系统)。建筑物管理系统应该是一个智能化的综合管理系统。它应能够把收集到的大楼内部有关资料，分析整理成有效的信息，运用先进技术和方法使大楼的运行更有效、运行成本更低、竞争力更强。同时，使建筑物内各个子系统高度综合，做到设备控制与保安、火灾自动报警综合，提高物业管理的效率和综合服务功能。这种具有高生产力、低运行成本和高安全性大楼管理系统称为“智能建筑物管理系统”(Intelligent Building Management System，IBMS)。建筑物管理系统可对建筑物内的各种设备的信息、运行数据进行收集、累积、计算等，它包括建筑物管理的管理业务、保养业务、收租业务、能源管理及建筑物所有者的维持预算管理等事务的自动处理。例如台帐管理、合同管理、运行业绩管理、保养时间表管理、维修计划管理、维修业务支援、设备履历管理、预算管理、设备图纸管理、集中自动抄表、费用计算等管理业务的软件自动处理。如西安协同软件服务公司开发的建筑物自动化管理软件SynchroBMS，可以将物业管理系统、智能卡系统、办公服务系统等进行集成。
6 建筑物自动化系统技术展望
建筑自动化系统已经从模拟的控制方式转化为直接数字控制(DDC)及全数字的现场总线式系统方式(FCS)。系统型式开始从集中式、分布式转变为全分布式。这些分布式控制系统既是独立的，又是相互联系的、综合的、统一的，可以集中管理，其集成化、智能化程度也向越来越高级的方向发展。建筑自动化系统所包含的内容也从机电设备控制到安全防范、火灾报警，功能越来越强。
在智能建筑中，除了建筑物自动化系统(BAS)外还有办公自动化系统(OAS)和通讯系统(TCS)，目前有将这些系统的网络连接成能通信的网络或统一的网络的发展趋势。这样不但节约投资而且方便管理。系统的扩展和更新更加方便。使人们可以方便地在世界任何地方安全地控制和管理智能建筑。
建筑自动化系统和工业自动化系统正在相互融合和共同发展。工业自动化系统的技术，如工业以太网技术；工业控制硬件和软件正在应用到建筑自动化系统领域，如人机界面(HMI)、数据采集和监控(SCADA)等。
信息技术和办公自动化技术正在影响建筑自动化系统的发展。未来的建筑物自动化系统也许是用XML编程和自由软件(如Linux)的系统。
现代通讯技术也正在改变建筑自动化系统。如通过移动电话可以向建筑自动化系统发送指令，建筑自动化系统也可以向移动通信系统发送信息。
目前已经提出改善建筑自动化系统安全性的要求。自动化系统设备在Internet有它的IP(Internet Protocol)地址，可以通过移动电话、个人数据助理(PDA)或笔记本电脑访问Internet。存在数据损失和非法访问的危险、黑客(Hacker)入侵的威胁，因此提高建筑物自动化。
参考文献
1 杨绍胤主编．智能建筑实用技术，机械工业出版社，2002．4
2 Buffing Automation and Control systems，byJ．Wix，Roudedge,1996

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