毕业设计论文楼宇自动化系统设计.docx

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毕业设计论文楼宇自动化系统设计

第1章绪论

人类社会已进入信息社会，信息逐渐渗透到人们工作、生活、娱乐、商业、制造业、军事等各个领域，办公自动化、电子商务、网上购物、远程医疗、家庭上网、电子博物馆等概念逐渐变为现实，这一切都是依赖于计算机技术、通信技术、网络技术、信息技术的飞速发展，依赖于这些新技术在人们生活中的广泛应用。

Internet是这些技术的典型应用，经过了几年快速的发展，其规模已发展到几万个互连网，并正在以每月百分之十几的速率增长；国内网络建设的发展也十分迅速，已建成如Cernet、CSTNet、ChinaGBN、ChinaNet等四大网络。

以它们为骨干连接在一起数目众多的基础网络，成为信息交流的节点，这些信息节点可以是一座智慧大厦，也可以是智慧建筑群，如：

商务型大厦，办公用大楼，交通运输设施，卫生医疗设施，园区建筑等。

楼宇自动化系统（BAS—BuildingAutomationSystem）是对智慧建筑中的所有机电设施和能源设备实现高度自动化的集中管理，

图1楼宇自动化结构分布图

它以中央计算机和中央监控系统为核心，对建筑物内设置的供水、电力、照明、空调、冷热源、防火、防盗、监控、门禁、电梯和停车场等各种设备的运行情况进行集中监测控制和科学管理，从而创造出了一个有适宜的温度、湿度、亮度和空气清新的工作或生活环境，达到了节能、高效、舒适、安全、便利和实用的要求。

本论文运用具体的自动化系统设计实例和理论相结合，阐述了具体的自动化系统设计内容。

第2章智能建筑概述

早期的楼宇自动化系统通常只有楼宇设备自控系统。

随着计算机技术、数字通信技术、控制技术以及微电子技术的发展，其它楼宇设备的自动控制系统也逐渐地被集成到楼宇自动化系统中，如火灾自动报警与消防灭火设备自动控制系统、智能卡设备自控系统等。

现代智能建筑的楼宇自动化系统是一个高度集成、和谐互动、具有统一操作接口和接口的“高智商”的自动化系统。

信息技术的飞速发展使楼宇自动化系统发生了本质的变化。

在以往的智能建筑中，楼宇自动化系统通常与IT系统是分离的。

随着企业级管理日益流行，开放系统技术以及Internet技术的发展，单纯的物业管理纳入了企业管理之中；专有通信协议的自动化系统将被开放通信协议的自动化系统所取代，并在整个楼宇自动化系统内实现完全互操作，Internet成为了管理系统的基础设施之上，形成网络化的楼宇系统，真正成为了企业级信息系统的一个子系统。

网络化楼宇系统使楼宇自动化系统不仅具有统一的操作接口，而且包含了物业管理在内的企业管理更加高效。

随着社会与科技的进步与发展，只有楼宇自动化系统所提供的建筑环境已无法适应信息技术的飞速发展和满足人们对建筑环境信息化、智能化的需求。

智慧建筑一词首次出现1984年1月美国联合科技集团UTBS于康乃狄克州所设计与兴建的“都市办公大楼”，该大楼用最先进的技术来控制电力，照明，空调，放火，防盗，运输设备，通信和办公自动化，除了有舒适，安全的办公条件外，并具有高效,经济的特点，这是世界上公认的第一座“智慧建筑”。

智慧建筑从整个技术角度来看，它是计算机技术，控制技术，通信技术，微电子技术，建筑技术和其它很多先进技术相结合的产物，几乎融合了信息社会中人类所有智能。

智能建筑的固有特征是：

建筑物管理服务自动化，办公资源自动化，信息通信自动化。

智能建筑的服务综合为几个子系统，这些子系统的资源共享成为整个系统的资源互补，这样能有效地构成一个综合系统来满足建筑物的各种复杂要求。

“智慧建筑”提供一个了优越的生活环境和高效的工作环境，且具有舒适性，高效性，方便性，适应性，安全性和可靠性的特征。

第3章楼宇自动化系统简介

简单的说楼宇自控是指楼宇中电力设备，如电梯、水泵、风机、空调等，其主要工作性质是强电驱动。

通常这些设备是开放性的工作状态，也就是说没有形成一个死循环回路。

只要接通电源，设备就在工作，至于工作状态、进程、能耗等，无法在线及时得到数据，更谈不上合理使用和节约能源。

现在楼宇自控是将上述的电器设备进行在线监控，通过设置相应的传感器、行程开关、光电控制等，对设备的工作状态进行检测，并通过线路返回控制机房的中心计算机，由计算机得出分析结果，再返回到设备终端进行调解。

所以在楼宇自控系统中，又增加了前端传感系统、计算机分析系统和执行系统，从而达到合理、科学地使用和控制设备运行。

综合布线通常指弱电系统，如宽带、电视、电话，监控等，楼宇自控系统的检测和控制系统属于弱电范畴，应该在综合布线同时进行架设，这样提高系统的规范性和节约投资成本。

3.1楼宇自动化系统的基本功能

建筑设备自动化系统的基本功能可以归纳如下：

（1）能自动监视并控制各种机电设备的起、停，显示或打印当前运转状态。

（2）能自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史资料。

（3）可根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使之始终运行于最佳状态。

（4）要能监测并及时处理各种意外、突发事件。

（5）能实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。

（6）能源管理：

水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化。

（7）设备管理：

包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。

3.2楼宇自动化控制原理

楼宇控制系统采用的是基于现代控制理论的集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统（DistributedControlsystems简称DCS）。

它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置（DDC）完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中的不足和常规仪表控制功能单一的局限性。

安装于中央控制室的中央管理计算器具有CRT显示、打印输出、丰富的软件管理和很强的数字通信功能，能完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制等任务，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难、无法统一管理的缺点，保证设备在最佳状态下运行。

第4章楼宇自动化的组成

建筑设备自动化系统通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。

根据我国行业标准，BAS又可分为设备运行管理与监控子系统和消防与安全防范子系统。

图2楼宇自动化结构图

BAS楼宇自动化系统

供电系统

照明系统

电梯系统

停车场系统

给排水系统

暖通空调系统

公共广播与背景音乐系统

门禁与防盗报警系统

电视监控系统

4.1供配电系统

楼宇自动化系统智能建筑中的供配电系统，直接关系着整个大厦的正常工作。

对于不允许停电的重要场所，要有两个独立电源供电，并配有自备发电机，来保障其正常的工作秩序。

电源进线保护要符合当地供电部门的规定，一般楼控系统对变配电系统所作的监测状态如下：

·高压系统：

进线开关柜和出线开关柜的位置状态，小车位置、速断保护状态、过流保护和零序状态保护。

母线联络柜设有位置状态、小车位置、电流、速断、零序保护状态，变压器设有温度保护及故障报警。

·发电机系统：

发电机启动、供电、主断路器状态、电压、电流、频率转速、油箱油位高低水温等显示、故障报警。

·低压系统：

进线与中间联络断路器状态监测、电压、电流、功率、因子、重要输出支路断路器状态、故障情况显示、报警。

变配电所、电力系统控制程序变配电所和备用柴油发电机组供电系统控制程序、全楼设专用高压配电室，变压器共9台，990kw柴油发电机组一台，控制系统分为自动巡检和备用电源自动切换二部分。

图3供电结构图

4.2照明系统

楼宇自动化系统智能建筑的最大特点就是节能，而照明系统在整个大厦用电量占有很大的比例。

作为一个大型高级建筑，它的灯光系统的控制水平的高低直接反映了大楼的水平。

户外

户外的灯光主要作为装饰用，如彩灯、霓虹灯、广告灯、喷泉灯、顶灯等。

控制功能如下：

----程控灯光的图案

----程控灯光开启时间

----用电量过大时自动切换

----监视回路状态

----根据日期自动确定日光灯系统开始运行和关闭的时间

室内

室内的灯光主要为大厅、过廊、楼梯、停车场、会议室等。

控制功能如下：

----人流高峰时打开全部灯光

----晚间打开部分灯光

----夜间打开少量灯光

----紧急情况下打开报警灯光

----根据日期自动确定日光灯开始运行和关闭的时间

----地下室灯光长期运行

在紧急情况下，由备用蓄电池和自备发电机电源保证系统的不间断供电。

备用供电设备将保证紧急照明用电、消防和安防设备用电，以及租户的计算机设备用电和特定区域的空调用电等。

4.3电梯系统

在智能大厦内，电梯和自动扶梯的作用是举足轻重的。

对于智能建筑楼宇控制系统来说，对电梯的管理显得尤为重要。

·监视功能：

----电梯及自动扶梯的运行状态

----电梯紧急情况状态报警

·管理功能：

----管理电梯在高、低峰时间的运行

----积累电梯的运行时间，以此来进行维护

·控制功能：

当发生火警时，在备用电源自动切换投入运行后5分钟内，将客梯分几次全部降落到底层。

除消防梯外，其它电梯电源能自动切换。

4.4停车场系统

根据建筑设计规范，大型建筑物必须设置汽车停车库，以满足交通组织需要，保障车辆安全，方便公众使用。

楼宇自动化系统为了使地面有足够的绿化面积与道路面积，同时保证提供规定数量的停车位，多数大型建筑都在地下室设有停车库。

当停车库内的车位超过50个时，往往就需要考虑建立停车库管理系统了（又称停车库自动化系统，ParkingAutomationSystem简称PA），以提高车库管理质量、效益与安全性。

停车库管理系统的功能

车辆驶近入口，可看到停车场指示信息标志。

标志显示入口方向与车库内空余车位的情况。

若车库停车满额，库满灯亮，拒绝车辆入库。

若车库未满，允许车辆进库，但驾车人必须购买停车票卡或将专用停车卡经验读机认可，入口电动栏杆才升起放行，如图所示。

自动发票机及读卡器

收费亭及读卡器

闸门机

入口摄像头

闸门机

入口

车位显示屏

收费显示屏

出口摄像头

控制计算机

至大楼管理系统

出口口口

图4停车场结构示意图

车辆驶过栏杆门后，栏杆自动放下，阻挡后续车辆进入。

进入的车辆可由车牌摄像机将车牌影像摄入并送到车牌图像识别器形成当时进入车辆的车牌数据。

车牌数据与停车凭证数据（凭证类型、编号、进库日期、时间）一齐存入管理系统的计算机内。

进库的车辆在停车引导灯指挥下，停入规定的位置。

此时在管理系统中的CRT上即显示该车位已被占用的信息。

车辆离库，汽车驶近出口电动栏杆处，出示停车凭证经验读机识别，此时出行车辆的停车编号、出库时间、出口车牌摄像识别器提供的车牌数据和阅读机读出的数据一起送入管理系统，进行核对与计费。

若需当场核收费用，由出口收费器（员）收取。

手续完毕后，出口电动栏杆升起放行。

放行后电动栏杆落下，车库停车数减一，入口指示信息标志中的停车状态刷新一次。

有人值守操作的停车库出口称为半自动停车管理系统。

若无人值守，全部停车管理自动进行，则称为停车自动管理系统。

·停车库管理系统的结构

　停车库管理系统本质上是一个分布式的集散控制系统。

　·停车库管理系统的主要设备

　　出入口票据验读器

由于停车人有临时停车、短期租用停车位与停车位业权人三种情况，因而对停车人持有的票据卡上的信息应作相应的区分。

停车库的票据卡可有条形码卡、磁卡与IC卡三种类型，出入口票据验读器的停车信息阅读方式可以有条形码读出、磁卡读写和IC卡读写三类。

无论采用哪种票据卡，票据验读器的功能都是相似的。

对入口票据验读器，驾驶人员将票据送入验读器，验读器根据票据卡上的信息，判断票据卡是否有效。

票据卡有效，则将入库的时间（年、月、日、时、分）打入票据卡，同时将票据卡的类别，编号及允许停车位置等信息储存在票据验读器中并输