楼宇自控系统结构简述 楼宇自控系统（BAS）作为智能楼宇的必要组成部分，受到了越来越多的关注。大部分业内人士对楼宇自动化系统的功能和组成都非常清楚，但对楼宇自动化的发展过程却进行了深入的研究。而为什么采用这样的模式，可能也没有全部仔细分析过。楼宇自控系统与其他控制系统一样，遵循自控系统的原则：“分散控制、集中管理、独立工作”，本文不是对楼宇自控系统的全面讨论，而是根据自动控制系统，针对几个关键问题进一步探索。楼宇自控系统的层次 目前，楼宇自控系统大多采用三层结构。第一层是中央监控管理层，由计算机、中央监控管理系统软件和相应的通讯设备组成。需要指出的是，大部分楼宇自动化软件分为两部分。一部分是设置和编程软件，大部分是各厂家自己编写的；另一部分是监控软件，通常称为SCADA。有的楼宇自控厂家使用自己开发的SCADA，有的使用通用的SCADA。一般来说，专用SCADA针对性强，操作简单，但功能比较单一，处理能力和二次开发能力较弱，

作为一个独立的软件产品，通用 SCADA 在工业和建筑领域有很多应用。成熟，稳定，强大，升级快，随时更换，价格相对较高。楼宇自动化系统的第二层是现场直接数字控制器 (DDC)。第三层是现场传感器、发射器和执行器。一些楼宇自动化系统使用两层结构，结合一楼和二楼。这种形式多见于采用环形令牌网络结构的现场总线，中央监控管理计算机和DDC被视为同等节点，只是信息传输的中转站。这种模式下数据传输的可靠性比较高，主要是可以双向传输，并且可以在通信线路断开时进行路由重组，具有冗余功能。但最大的问题是通信效率低、速度慢，尤其是对于大型系统。还有一种不带DDC的两层结构，下面会介绍。在楼宇自动化的发展过程中，也出现了四层系统，在第一层中央监控管理层和DDC层之间增加了网关层。这是因为现场总线的通信协议并不完善，DDC之间没有点对点的通信（Peer Peer），必须通过网关进行传输。从理论上讲，网关这样就成了最危险的部分，任何通信都必须通过它完成，所以一旦出现问题，系统可能会瘫痪，造成重大损失。因此，大多数网关都是由工业个人计算机或嵌入式系统制造以提高可靠性，因此这种结构目前越来越少。

楼宇自动化系统的控制方式 楼宇自动化系统的控制方式变化最多。随着科学技术的发展，楼宇自控系统的控制方式也在不断完善，逐步从集中控制系统向分散控制系统转变，但过程是经历的。不同阶段一一分析如下： 工业自动化和楼宇自动化最初都采用集中控制，主要是由于当时计算机和通讯技术的限制，控制器难以小型化，通讯与协作他们之间很困难。也有技术上的困难，所以只能用大控制器。所有传感器，发射器等输入信号均与中央控制器相连，输出控制信号也由控制器发出。可以看出，这种模式非常不灵活，布线工作量大，线路长，信号损耗和干扰都比较大，属于初级控制系统。随着计算机技术的发展，单板机或单片机的计算能力有了显着提高，而DDC直接数字控制器所能做的相对较小。由于处理能力的提高，DDC与上位机的通信能力也有了很大的提高，出现了由比较大的DDC组成的控制系统楼宇自控系统组成部分，我们称之为半分布式控制系统。这种系统具有一定的分散性，使建设、管理和控制更加方便，但控制器的规模仍不能满足被控设备的需要。大多数情况下，一个控制器还是控制多台设备，接线量还是比较大，配置比较困难，很难做到非常直接的控制，仍然不是一种理想的控制方式。

目前，分布式楼宇控制系统应用广泛。控制器根据控制需要和被控设备的点数和功能要求采用不同尺寸的控制器，使设备配置更加合理。最理想的配置是：一个设备由一个DDC控制器控制，或一组具有相关功能的设备由一个DDC管理和控制（如：冷水机、冷却水泵、冷冻水泵和冷却水）。具有相互关联功能的设备组，例如塔）。该模式的主要控制功能可以在DDC上独立完成，响应速度快，可靠性高，不依赖或很少依赖网络来完成控制功能。由于一对一的控制，控制器可放置在被控设备旁边，接线少，调试维护更方便。但到目前为止，大多数楼宇自控厂商的DDC种类并不多楼宇自控系统组成部分，很难做到一对一控制。但是，追求这种效果是很多设计院和工程公司的目标，有时甚至为此浪费了一些DDC监控点。这是因为它对项目实施过程和业主未来的管理都有很大的好处，从长远来看，这是一种更好的控制方式。值得注意的是，国内有一个现象，就是在控制系统中大量使用扩展模块。对于受控设备，如果 DDC 的容量不够，合理增加扩展板控制独立设备，可以达到独立工作的效果。但是，在控制领域，使用大量的扩展板来控制多个设备，或者使用扩展板单独控制设备，都被认为是不合适的。

因为，通常扩展板不具备独立的计算和处理能力，需要连接的DDC才能正常工作。如果DDC显示板过多，势必会影响整个DDC的处理速度。更重要的是，无法对设备进行控制。单机工作时，DDC出现故障会影响与其相连的所有扩展板的正常工作。维修更换零件时，会造成大面积受控设备无法正常工作，从而大大降低系统的可靠性，给整个系统带来很大隐患，建成后造成运维困难. 这种方式虽然可以在建设初期降低一些成本，它带来的伤害是不值得的。随着科学技术的飞速发展，人们尝试采用更加分散的控制方式，从根本上取消DDC控制器、传感器和控制器之间的逻辑关系，直接从网络上绑定，从而实现另一个两层控制系统。我们称之为完全分散的控制系统。 系统是最早应用的去中心化系统。产品虽然应用广泛，并逐渐成为楼宇自动化现场总线的主流技术，但真正的全分散系统应用却寥寥无几。原因主要是因为：一方面，全去中心化系统中使用的传感器、发射器和执行器必须是一个独立的节点，有相应的收发器和芯片。传统厂商无法及时提供充足的现场设备。同时，系统的成本也很高；另一方面，不可忽视的是，传统的控制系统是以控制器的可靠性为基础的，网络的可靠性受其他因素影响很大。

在调试去中心化系统时，必须至少有一个网段通信正常，才能进行最基本的功能调试，有时会受到现场工作环境的影响。由于这些因素，许多制造商将芯片直接制成DDC控制器，而传感器、发射器和执行器仍使用传统设备。利用现场总线实现分散控制方式取得了巨大成功。由于协议的先进性和开放性，目前的自动控制系统大多采用这种方式，并得到了广泛的认可和推广，但并不是最完善的方式。由于该技术的起点是把每个IO点设计为一个节点，每个传感器、发射器和执行器都会成为一个节点，所以设计的芯片3150的处理能力不需要很强，内存也比较低。小，同时指定的网络变量也有限。这样，用芯片开发的DDC都比较小，很难做出更大点数和功能强大的控制器，与被控设备的规模不相符。经常看到同时使用四个这样的 DDC 来控制一个控制器。AHU（空气处理单元）。不可否认，这样一来，单台受控设备的正常运行必然依赖于网络畅通，只有在网络调试正常后才能进行程序设置。这使得调试工作相对复杂，一旦网络出现故障，被控设备将无法工作，

针对产品的这一特点，为了实现控制器对被控设备的一对一控制，一些厂家根据楼宇自控系统被控设备的特点，为设备设计了专用的控制器。 . 例如，根据楼宇自动化受控设备（如空气处理机组、新风机组、送排风机等）的控制模型，设计相应的专用控制器，将有限的芯片资源用于制造更大的控制器，尽可能少。工作取决于网络。虽然DDC的灵活性会降低，但是由于楼宇自控系统的控制模型比较固定，专用控制器可以满足大部分工程中的应用。如有特殊需要，可与通用DDC配合。. 由于产品的互操作性，可以集成不同的系统，不仅可靠性高，而且大大减少了调试工作量。新加坡QA（ ）采用了这种模式，成为亚太地区最大的楼宇自动化系统供应商。拥有最齐全的DDC系列，已完成一大批重大楼宇自控项目。还有一种解决方案，针对单片机CPU位单片机处理能力有限的情况，采用通用单片机作为DDC的内部运算，8位、16位- 位或 32 位 CPU 均可使用，芯片用于通信和协议处理。处理器的结构既可以利用产品中协议的先进性和开放性，又可以保证DDC的处理和计算能力。虽然成本会增加，但它仍然是一个理想的解决方案。但是，由于技术原因，产品仍然很少。我相信它们会在不久的将来出现在项目中。