暖通空調(diào)系統(tǒng)的計算機控制管理(3)

　　提要本講介紹大型綜合商業(yè)建筑中的建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)，又稱樓宇自動化系統(tǒng)BAS（buildingautomationsystem）。它被列為智能建筑的重要組成部分，目前在我國發(fā)展迅速。據(jù)英國某咨詢公司對中國BAS市場的調(diào)查，1994年市場銷售額為80億元人民幣。預(yù)計2000年為150～200億元人民幣。下面首先介紹BAS系統(tǒng)包括的內(nèi)容，然后分別對系統(tǒng)的通訊、布線及協(xié)調(diào)管理等做進一步的討論。

　　關(guān)鍵詞BAS，計算機監(jiān)控系統(tǒng)，建筑設(shè)備

　　AbstractDescribesthebuildingautomationsystem(BAS)inlargecommercialbuildings.Liststhepossiblesub-systemsinBASandtheirfunctions,discussestherequirementsforhardwareandsoftwareforthesefunctionsincludingthecommunicationnetwork,thePDS(premisesdistributionsystem)technologyandthecentrecomputerstationsandstudiesthemanagementfacilitiesofBASandtherelativesoftwaretechniquesindetail.

　　KeywordsBAS,computercontrol&monitoringsystem,buildingservice

　　--------------------------------------------------------------------------------

　　4.1什么是BAS系統(tǒng)

　　一座現(xiàn)代化建筑往往包括這些設(shè)備的全部或大部分。隨著建筑物的規(guī)模增大，標準提高，這些設(shè)備的種類、數(shù)量急劇增加，要求的監(jiān)測控制點可多達幾千點至上萬點。這些設(shè)備和測量控制點一般分散到建筑物的各層和各個角落，因此采用分散管理，就地監(jiān)測和操作將占用大量人力資源，有時幾乎難以實現(xiàn)。利用計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對這些設(shè)備進行集中管理和自動監(jiān)測，對節(jié)省運行人力，保持設(shè)備正常，具有極大的意義。同時通過計算機系統(tǒng)及時啟停各有關(guān)設(shè)備，避免設(shè)備不必要的運行，又可以節(jié)省系統(tǒng)運行能耗。這樣，BAS系統(tǒng)的主要目的就是：提高系統(tǒng)管理水平；降低維護管理人員工作量；節(jié)省運行能耗。

　　4.1.1電力供應(yīng)系統(tǒng)

　　電力供應(yīng)系統(tǒng)的監(jiān)測控制的關(guān)鍵是保證建筑物安全可靠的供電。為此最基本的是對各級開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，主要回路的電流、電壓及功率因數(shù)的監(jiān)測，變壓器及一些電纜的溫度監(jiān)測。由于電力系統(tǒng)的狀態(tài)變化和事故都是在瞬間發(fā)生，因此利用計算機進行這種監(jiān)測時要求采樣間隔非常小（幾十至幾百ms），并且應(yīng)能自動連續(xù)記錄在這種采樣間隔下各開關(guān)狀態(tài)和各測量參數(shù)的連續(xù)變化過程，這樣才能預(yù)測并防止事故的發(fā)生，或在事故發(fā)生后，及時判斷故障點。

　　將功能進一步擴展，還可對有關(guān)的供電開關(guān)通過計算機進行遠動控制。尤其在停電后可進行自動復(fù)電的順序控制。此外對設(shè)備用應(yīng)急發(fā)電機的監(jiān)測與控制，以及在啟用應(yīng)急發(fā)電設(shè)備時自動切斷一些非主要回路，以保護應(yīng)急發(fā)電機不超載。

　　在保障安全可靠地供電的基礎(chǔ)上，計算機系統(tǒng)還可包括用電計量、各戶用電費用分析計算以及與供電政策有關(guān)的高峰時超負荷及分時計價高峰期對次要回路的切斷控制。

　　4.1.2照明系統(tǒng)

　　照明系統(tǒng)的控制與節(jié)能有重要關(guān)系。在大型商業(yè)建筑中它的電耗僅次于空調(diào)系統(tǒng)。與常規(guī)管理相比，好的BAS控制可省電30%～50%。這主要是對門廳、走廊、庭園和停車場等處照明的定時控制，對照明回路分組控制，以及對廳堂及辦公室和客房"無人熄燈"控制。這些控制可以通過在計算機上設(shè)定啟停時間表、值班人員遠動等按照預(yù)定的建筑空間使用方式來進行的前饋控制，也可以采用門鎖、紅外線等方式探測是否無人從而自動熄燈的反饋控制方式。

　　4.1.3空調(diào)系統(tǒng)

　　空調(diào)系統(tǒng)控制管理的中心任務(wù)是在保證提供舒適環(huán)境的基礎(chǔ)上盡可能降低運行能耗。對空調(diào)機、冷熱源及水系統(tǒng)工程的控制在前幾講中已分別做了詳盡的討論。但系統(tǒng)的良好運行除對每個設(shè)備的良好控制外，還取決于各設(shè)備間的有機協(xié)調(diào)，并且與建筑物本身的使用方式有密切關(guān)系。例如根據(jù)上下班時間適時地提前啟動空調(diào)進行預(yù)冷：提前關(guān)閉空調(diào)，依靠建筑物的熱慣性維持下班前一段時間的室內(nèi)環(huán)境；對不使用的廳堂關(guān)閉空調(diào)，同時根據(jù)空調(diào)開啟程度確定冷凍機開啟臺數(shù)及運行模式等。此類協(xié)調(diào)需由空調(diào)系統(tǒng)的中央管理計算機通過BAS索取到建筑物使用要求與使用狀況的信息，再進行分析決策后，才能實現(xiàn)。

　　4.1.4給排水系統(tǒng)

　　給排水系統(tǒng)的控制管理主要是為了保證系統(tǒng)能正常運行，因此其基本功能是對各給水泵、排水泵、污水泵及飲用水泵運行狀態(tài)的監(jiān)測，對各種水箱及污水池的水位監(jiān)測，給水系統(tǒng)壓力監(jiān)測以及根據(jù)這些水位及壓力狀態(tài)，啟停相應(yīng)的水泵。

　　4.1.5消防系統(tǒng)

　　消防系統(tǒng)，又稱FAS（fireautomationsystem）是建筑設(shè)備自動化中非常重要的一部分。有些場合FAS還被從BAS中分出，作為所謂的5A建筑（BAS，F(xiàn)AS，SAS即保安自動化，OAS即辦公自動化和CAS即通訊自動化）的一個主要組成部分。FAS主要由火災(zāi)報警系統(tǒng)與消防聯(lián)動控制這兩部分構(gòu)成。

　　火災(zāi)報警系統(tǒng)是FAS的最主要部分。它要求在火災(zāi)萌發(fā)狀態(tài)就能及時探測出，并準確指出火警位置。同時，對于吸煙等到其它原因造成的局部發(fā)煙、高溫和發(fā)光又不出現(xiàn)誤報，這依賴于靈敏的火災(zāi)參數(shù)探測傳感器及計算機的智能分析系統(tǒng)。火災(zāi)災(zāi)狀況可以通過煙感、溫感、光感和氣體成分的變化來監(jiān)測，每種物理量又有不同類型的傳感器來探測。應(yīng)該探測的物理量、適宜的傳感器類型都取決于建筑物的類型和可能產(chǎn)生的火災(zāi)種類。文獻[1]對此有詳盡的的介紹和討論。一個探測區(qū)域所需要探測器的數(shù)量也有相應(yīng)的規(guī)定。各種探測器的輸出狀態(tài)一般都是"通斷"兩種狀態(tài)，分別對應(yīng)于所探測的物理量"超過標準"和"處于正常范圍"兩種狀態(tài)，各探測器通過總線連接至區(qū)域報警器，總線提供各個探測器的工作電源，并通過脈沖編碼的方式接收各個探測器的輸出狀態(tài)。采用了計算機的智能型區(qū)域報警器就不僅僅是將各探測器的輸出狀態(tài)按其位置進行顯示，而且要進一步進行分析，剔除誤報信息。例如某個傳感器偶然報警一次后，又恢復(fù)輸出正常狀態(tài)，或僅一個走廊中的傳感器報警，而相鄰的傳感器一直輸出正常狀態(tài)，這就都屬于"無火災(zāi)"或"不能最后確定"的狀態(tài)。增加智能分析可以使火災(zāi)報警的誤報率和漏報率顯著降低，準確率提高。區(qū)域報警器通過通訊網(wǎng)還要與BAS中心的消防控制中心連接，使消防中心及時掌握各種火災(zāi)報警信息，以便及時做出統(tǒng)一判斷和決策。

　　消防聯(lián)動控制包括對防火門、防火卷簾和防火閥的控制，排煙和正壓送風(fēng)的控制，消防水泵、噴淋水泵的控制，自動噴灑滅火裝置的控制，疏散廣播，警鈴控制及電梯扶梯控制等。這些消防裝置中有些與它直接相關(guān)的感溫或感煙裝置連接，當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)信號后，自動動作。此時計算計算機控制系統(tǒng)應(yīng)及時測出這些動作，并使其它裝置的設(shè)備與其協(xié)調(diào)工作。其它消防裝置則是由值班人員手動控制或由計算機系統(tǒng)自動控制，在火災(zāi)時產(chǎn)生要求的動作。由于目前火災(zāi)誤報率較高，因此很少使用計算機系統(tǒng)根據(jù)報警信息啟動噴灑裝置的，一般都需要值班人員根據(jù)報警信號進行確認后，才能啟動這些消防設(shè)備。相當(dāng)多的消防設(shè)備并非與其它建筑設(shè)備系統(tǒng)無關(guān)。如正壓送風(fēng)排煙、電梯扶梯等到。這些設(shè)備往往是在正常情況下就需要由BAS控制管理，按照某種運行模式運行，火災(zāi)時，轉(zhuǎn)換到消防模式。此時，消防系統(tǒng)只是通過BAS向空調(diào)、電梯扶梯的控制系統(tǒng)發(fā)出向消防模式轉(zhuǎn)換的命令，通過這些設(shè)備自己的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)消防動作。

　　4.1.6保安系統(tǒng)

　　又稱SAS（securityautomationsystem）亦是建筑設(shè)備自動化的重要部分，它一般有如下內(nèi)容：

　　出入口控制系統(tǒng)，即將門磁開關(guān)、電子鎖或讀卡機等裝置安裝于進入建筑物或主要管理區(qū)的出入口，從而對這些通道進行出入對象控制、時間控制，并可隨時掌握管理區(qū)內(nèi)的人員狀況。

　　防盜報警系統(tǒng)，即將紅外或微波技術(shù)的運動信號探測器安裝在一些無人值守部位，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所監(jiān)視區(qū)出現(xiàn)移動物體時，即發(fā)出信號通知SAS控制中心，由保安人員做相應(yīng)處理。

　　閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)。將攝像機裝于需要監(jiān)視控制的區(qū)域，通過電纜將圖像傳至控制中心，使中心可以隨時監(jiān)視各監(jiān)控區(qū)域的現(xiàn)場狀態(tài)。計算機技術(shù)的發(fā)展還可以進一步對這些圖形進行自動分析，從而辨別出運行物體、火焰、煙及其它異常狀態(tài)，并進行報警及自動錄像。

　　保安人員巡邏管理系統(tǒng)，指定保安人員的巡邏路線，在路徑上設(shè)巡視開關(guān)或讀卡機。從而計算機可確認保安人員是否按順序在指定路線下巡邏，以保證保安人員的安全。

　　上述各部分都需要將各自的工作狀態(tài)，尤其是所發(fā)現(xiàn)的異常現(xiàn)象及時報至SAS控制中心，進而由計算機進行統(tǒng)一分析，幫助值班人員做出準確判斷與及時的處理。

　　4.1.7交通系統(tǒng)

　　交通系統(tǒng)指對建筑物內(nèi)電梯扶梯及停車場的控制管理。電梯扶梯一般都有完備的控制裝置，但需要將這些控制裝置與BAS相連或?qū)崿F(xiàn)其間的數(shù)據(jù)通訊，使管理中心能夠隨時掌握各個電梯扶梯的工作狀況，并在火災(zāi)、匪警等特殊場合以電梯扶梯的運行進行直接控制，這已成為愈來愈多的業(yè)主對BAS提出的要求。

　　停車場的智能化控制也愈來愈重要和復(fù)雜，這主要包括停車場出入口管理，停車計費，車庫內(nèi)外行車信號指示和庫內(nèi)車位空額顯示、誘導(dǎo)等。停車場的計算機系統(tǒng)可以根據(jù)汽車探測器確定進入場內(nèi)的總車量，確定各層或各區(qū)的空車位，具體通過各種指示燈引導(dǎo)進入場內(nèi)的汽車找到空位。該系統(tǒng)亦需要隨時向BAS控制中心提供車輛信息，以利于在火災(zāi)、匪警等情況下控制中心進行正確判斷與指揮。

　　4.1.8BAS的集中管理與協(xié)調(diào)

　　上述各種系統(tǒng)都不是完全獨立運行，許多情況下系統(tǒng)間需要相互協(xié)調(diào)。例如消防系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)報警后，要通知空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)轉(zhuǎn)入火災(zāi)運行模式運行以進行消防排煙；照明、電梯扶梯亦要改變運行模式以利于人員疏散；電力系統(tǒng)則需要停掉一些供電回路，以保證安全；保安系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)匪警時也要求照明系統(tǒng)、交通系統(tǒng)進行一些相應(yīng)的控制動作。這些協(xié)調(diào)都是需要在BAS控制中心通過計算機和值班人員的相互配合來實現(xiàn)，這也是為什么將FAS、SAS系統(tǒng)與建筑設(shè)備的管理一同納入BAS的一個原因。

　　除了運行操作中的相互配合，在管理中上述各系統(tǒng)也有相當(dāng)多的共同點：

　　利用計算機圖形方式指出各設(shè)備、裝置及至傳感器在建筑物中的具體位置，給維護管理人員查找提供方便；

　　管理這些設(shè)備、裝置的運行和維護信息，在計算機建立設(shè)備檔案庫；

　　顯示各系統(tǒng)實時運行情況和歷史狀況，打印各種運行報表；

　　進行各種統(tǒng)計計算，如電耗、水耗、停車場狀況、保安系統(tǒng)報警率等，為建筑物管理提供科學(xué)依據(jù)，并可自動計算各用戶需交納的水電費等各種費用。

　　當(dāng)建筑物規(guī)模大、各種設(shè)備數(shù)量種類繁多、用戶情況不同時，用計算機完成上述各種管理與統(tǒng)計工作就顯得十分必要并且可顯著減少管理人員工作量，提高科學(xué)管理水平。

　　4.2BAS系統(tǒng)的配置

　　BAS內(nèi)諸系統(tǒng)盡管錯綜復(fù)雜，種類繁多，但最低層仍是探測各物理量的各種傳感器、執(zhí)行控制動作的各種執(zhí)行器以及直接連接這些傳感器、執(zhí)行器的現(xiàn)場計算機（又稱DCU，RTU，DDC分站等）。這些現(xiàn)場計算機接收相應(yīng)的傳感受器信息，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，隨時向上一級管理計算機發(fā)送，再根據(jù)上一級的管理計算機命令及傳感器測出的系統(tǒng)狀態(tài)，驅(qū)動執(zhí)行器完成所要求的控制調(diào)節(jié)任務(wù)。系統(tǒng)涉及的監(jiān)控對象不同，傳感器、執(zhí)行器會很不相同。前幾講中已對空調(diào)的冷熱源及水系統(tǒng)等在這一層次的系統(tǒng)配置做了較詳細的討論。電力、照明、給排水系統(tǒng)除傳感器、執(zhí)行器不同外，此層次的結(jié)構(gòu)和基本配置思想與空調(diào)系統(tǒng)相同。消防、保安系統(tǒng)的主要特點是采用多個探測測頭共用總線的方式。此總線連入?yún)^(qū)域控制器，在區(qū)域控制器解碼，確定出每個探測器的輸出狀態(tài)。這樣，區(qū)域控制器也類似于一臺現(xiàn)場控制機，由此，在現(xiàn)場控制機這一層次以上，各分系統(tǒng)就無大區(qū)別。所要研究的問題成為如何將分布于建筑物各處的現(xiàn)場控制機連接，以實現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)交換。如何設(shè)置各分系統(tǒng)的管理級計算機及BAS總的管理中央計算機，什么樣的管理組態(tài)軟件適宜系統(tǒng)管理控制等。

　　4.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　BAS通訊網(wǎng)系統(tǒng)的布置中的主要問題是按照功能設(shè)置子系統(tǒng)還是按照各現(xiàn)場計算機的物理位置設(shè)置子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)都可以獨立運行，受其它子系統(tǒng)的影響很小。相互間的協(xié)調(diào)在中央管理機層次實現(xiàn)。其缺點是通訊線路復(fù)雜，每個子系統(tǒng)都要有遍布整個建筑物的通訊線路，當(dāng)DCU點數(shù)較多時，子系統(tǒng)內(nèi)還會分出再深一級的系統(tǒng)及一些通訊控制接口，這樣顯得很零亂，不便于標準化設(shè)計、施工與管理。與綜合布線技術(shù)相結(jié)合，可以按標準化方式設(shè)計與施工，并便于隨建筑功能改變對BAS系統(tǒng)所做的各種變更。通訊網(wǎng)的調(diào)試管理亦由于其標準而改為通訊專業(yè)統(tǒng)一管理和調(diào)試，這給設(shè)計、安裝、維護和調(diào)試都帶來一系列的好處。隨著通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，通訊產(chǎn)品日益標準化、高速化，成本亦不斷下降，這種BAS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將逐漸成為主流和發(fā)展趨勢。

　　4.2.2綜合布線技術(shù)

　　類似于上一節(jié)圖4-3的標準通訊網(wǎng)的思想，近年來建筑物開始推行綜合布線技術(shù)PDS（premisesdistributionsystem），又稱開放式布線系統(tǒng)。即將BAS系統(tǒng)、辦公室自動化系統(tǒng)（OAS）、通訊設(shè)備自動化系統(tǒng)（CAS）所需要的線路統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一配置，使用統(tǒng)一的配線接口和出線盒插座，可以隨時根據(jù)要求增裝或改動任一建筑自動化設(shè)備，而不需要重新布線。這是一種取代建筑物各個系統(tǒng)各自為戰(zhàn)、獨立布線、彼此互不兼容、很難改動和增補的傳統(tǒng)布線方式的新技術(shù)。

　　綜合布線方式就是在每個末端工作區(qū)設(shè)置各干個信息插座，這些插座通過標準電纜按照一對一的星形方式接到每一層的管理區(qū)配線架中，各層的管理區(qū)配線架又通過由許多對電纜構(gòu)成的干線系統(tǒng)相連。這樣，使用一些標準連接器和適配器，在管理區(qū)配線架上可以很方便地實現(xiàn)各系統(tǒng)內(nèi)及各系統(tǒng)間的各種連接。這些線路可以作為電話線路；辦公用計算機通訊網(wǎng)；傳輸視頻信號電視或攝像機連接，BAS系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)等。由不采用標準化插接件等硬件產(chǎn)品，就使得管理、維護尤其是改裝、改動等非常方便。采用這種布線方式，圖4-3所示的BAS通訊網(wǎng)線路就完全可以搭用，線路由線路管理人員統(tǒng)一調(diào)試管理。

　　從原理上講，BAS中的A弱電信號如各種傳感器信號均可通過綜合布線與控制器連接。但大多數(shù)現(xiàn)場控制機安裝在被測控的裝置附近，無必要搭用綜合布線，到管理區(qū)配線架中兜圈。只是當(dāng)測量離控制機較遠的房間溫度時，以及使用可通訊VAV和風(fēng)機盤管末端控制器時，有可能搭用綜合布線作為傳感器接線或末端控制器通訊線路。消防用煙感器和保安用探測器盡管分布于建筑物各處，但目前的產(chǎn)品多為總線式串聯(lián)，搭用綜合布線將損失其總線節(jié)省線路的優(yōu)點，使線路成本顯著增加，因此目前還很少采用。

　　4.2.3中央管理機

　　BAS的中央管理工作站及各子系統(tǒng)的中央管理機擔(dān)負著實時數(shù)據(jù)采集，分析處理，協(xié)調(diào)各DCU間的控制調(diào)節(jié)工作作為使用者與計算機系統(tǒng)間人-機接口。然而由于是分布式系統(tǒng)，主要的控制工作由現(xiàn)場控制機實現(xiàn)，中央管理機的瞬時停機與故障一般不會給系統(tǒng)帶來什么危害，因此用一般的個人計算機（PC）即可滿足要求，同時成本低，可利用軟件資源多，維護方便。當(dāng)要求中央管理計算機具有高可靠性時，還可以采用雙機熱備份方式，兩臺同樣的PC機同時接在通訊網(wǎng)上，運行同樣的軟件，只是其中的一臺計算機通過通訊網(wǎng)檢測出另一臺計算機發(fā)出控制命令時，自己就自動設(shè)置為熱備用機，將要發(fā)出的控制命令屏蔽。在一段時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)通訊網(wǎng)上沒有另一臺計算機發(fā)出的控制命令時，即可判斷出另一臺計算機出故障，于是自動轉(zhuǎn)為主控機狀態(tài)，根據(jù)要求發(fā)送控制命令。另一臺計算機維修好再次投入運行后則自動轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)。這樣，由于兩臺計算機運行同樣的軟件，具有同樣的數(shù)據(jù)庫，因此這種熱備用主機的轉(zhuǎn)換不會對整個系統(tǒng)帶來任何影響。這種設(shè)備備用僅需要一種雙機熱備用軟件（如RH系列的HOT-DOG軟件），不需任何額外的硬件設(shè)備。文獻[2]中第一章推薦的"雙機容錯系統(tǒng)"，在兩臺PC機間增加了復(fù)雜的"雙機總線"及"故障檢測判斷電路"，使系統(tǒng)變得復(fù)雜，同時接口電路并非雙機備用，它的故障反而導(dǎo)致系統(tǒng)不能運行，因此不是好的解決方法。

　　4.2.4BAS的管理功能

　　根據(jù)上面的介紹，可知BAS的主要任務(wù)之一是管理建筑設(shè)備，減少運行管理人員工作量，提高系統(tǒng)管理水平。現(xiàn)場控制機主要承擔(dān)建筑設(shè)備與環(huán)境的測量與控制，管理工作則完全由BAS中央管理機及各分系統(tǒng)的中央管理機承擔(dān)。為此，有必要進一步討論這此管理級計算機應(yīng)具備哪些管理功能，怎能樣實現(xiàn)這些管理功能。管理級計算機的功能初步可分為數(shù)據(jù)庫功能，顯示功能，設(shè)備操作功能，實時控制功能，統(tǒng)計分析功能，設(shè)備管理功能及故障診斷功能。下面逐個進行討論。

　　4.3.1數(shù)據(jù)庫功能

　　數(shù)據(jù)庫主要用來存儲現(xiàn)場控制機實測運行參數(shù)及操作動作，供以后顯示輸出和分析計算時用。由于中央管理計算機的管理工作主要是圍繞這些數(shù)據(jù)開展的，因此數(shù)據(jù)庫是中央管理計算機運行軟件中的重要部分。目前市場上的各種BAS產(chǎn)品中，有的使用生產(chǎn)廠家自己開發(fā)的專用數(shù)據(jù)庫軟件，也有的使用一些通用數(shù)據(jù)庫軟件（如Window下的EXECEL數(shù)據(jù)庫），目前的發(fā)展趨勢是試圖使用一些通用的數(shù)據(jù)庫軟件。

　　BAS實時系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要是連續(xù)記錄各參數(shù)隨時間的變化，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的不同重點也就反映在對時間的處理上。最簡單的定時間步長的數(shù)據(jù)庫是每隔一定的時間間隔記錄一次數(shù)據(jù)庫所管理的所有參數(shù)值。這樣，如果將時間間隔定為1h或0.5h，則可記錄存儲一個很大的系統(tǒng)相當(dāng)長周期（如1a）的各參數(shù)的變化。然而某些參數(shù)（如供電系統(tǒng)中的供電參數(shù)）需要記錄和分析其每min甚至每s的變化，這時所有參數(shù)就都需要以1min或1s作為記錄的時間步長。以1h為時間步長可存儲1a的數(shù)據(jù)時，以1s為時間步長時就僅能存儲2h多的數(shù)據(jù)，這顯然又不能滿足存儲長周期數(shù)據(jù)的要求。同時，有些參數(shù)（如風(fēng)機的開關(guān)狀態(tài)）在這2h內(nèi)根本無任何變化，卻被重復(fù)記錄了近萬次，這顯然很不合理。

　　再一種數(shù)據(jù)庫可以對不同的參數(shù)以不同的時間步長存儲，存儲周期亦可各不相同。這雖然解決了上述矛盾，但由于仍以等時間步長存儲數(shù)據(jù)，還是不適于需要記錄一些突然的狀態(tài)場合，例如風(fēng)機早8：00左右開啟，晚6：00左右停止，希望將啟停時間的記錄精確到min，就要記錄每min的風(fēng)機狀態(tài)，而實際上一天內(nèi)風(fēng)機狀態(tài)只變化了2次，1440個記錄中只有2個記錄真正有意義。對于這類參數(shù)，這種定時間步長的方式效率還是太低。

　　解決上述問題的數(shù)據(jù)庫方式就是采用不定時間間隔的方法，每個數(shù)據(jù)同時要記錄此數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時間，數(shù)據(jù)庫中就需要同時記錄時間和參數(shù)值。對于確實需要經(jīng)常不斷連續(xù)記錄的量（如房間空氣溫度）這樣做又顯得效率低。同時，這種不定長的數(shù)據(jù)庫的檢索要比定長的復(fù)雜得多，檢索速度也慢。

　　采用不同方式的數(shù)據(jù)庫會使其外在性能有很大區(qū)別，這就是為什么有的BAS系統(tǒng)可以記錄1a的運行狀況，有的則僅能記錄一周或二三天；有的BAS可以顯示參數(shù)的逐秒變化，有的卻僅能看各小時平均數(shù)值。根據(jù)具體的管理要求，在選擇BAS產(chǎn)品時注意其數(shù)據(jù)庫的工作方式、功能及最大容量是確保BAS能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的管理功能效果的基本要求。

　　4.3.2顯示功能

　　BAS與使用者之間的聯(lián)系主要依靠中央管理機實現(xiàn)，而屏幕顯示是BAS與使用者交流的主要方式。目前的BAS產(chǎn)品有圖形和表格兩種顯示方式。采用表格方式時各種運行參數(shù)的顯示只能以專門定義的參數(shù)名稱為標志。對于一個由多個子系統(tǒng)組成的BAS，參數(shù)數(shù)量一般都在幾千至上萬之間，弄清每一個參數(shù)名的意義有一定的困難，使用者需要一定時間熟悉與培訓(xùn)。采用圖形化方式，將每個參數(shù)的物理意義通過圖形給出，整個顯示系統(tǒng)由許多幅畫面構(gòu)成，畫面中給出被監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或流程，相應(yīng)的參數(shù)值則直接顯示在對應(yīng)的位置上，許多參數(shù)還可以以動畫或其它方式形象地顯示。例如用轉(zhuǎn)動和停止的葉輪表示水泵或風(fēng)機的運行和停止，用紅燈、綠燈表示電器設(shè)備狀態(tài)，用圖形的形狀變化表示閥門的開啟位置等，使各種參數(shù)以非常直觀的形式顯示出來，并準確地說明其物理意義與幾何位置，給使用者帶來極大的方便。除了當(dāng)前狀態(tài)的顯示，還可以曲線顯示長期歷史數(shù)據(jù)（如果所有的數(shù)據(jù)庫能提供這樣的數(shù)據(jù)），也給分析研究系統(tǒng)的的過渡過程提供了很大的方便。由于存在圖形方式的顯示功能，還可以進一步將各系統(tǒng)的連接形式與建筑物間的關(guān)系，每個設(shè)備在建筑物中的位置等信息同時與現(xiàn)場狀態(tài)顯示系統(tǒng)做在一起，成為在線的建筑設(shè)備信息管理系統(tǒng)。管理和維修人員可以通過屏幕方便地查找有關(guān)系統(tǒng)的信息，而減少在工程圖紙資料中查找信息的大量工作，這也給科學(xué)化管理帶來很大好處。

　　4.3.3設(shè)備操作功能

　　中央管理機的另一任務(wù)就是遠動操作。使用者可通過中央管理機直接對BAS中的某個設(shè)備進行啟/停控制及調(diào)節(jié)，亦可直接對某些控制參數(shù)進行重新設(shè)定。由于BAS管理著多個子系統(tǒng)的成百上千臺設(shè)備，使用和操作者也較多，為了防止各種誤操作和責(zé)任事故，就要求有一套嚴格的保護系統(tǒng)。這一般要求采用密碼制，只有操作者輸入正確密碼，才能直接對某個范圍內(nèi)的設(shè)備進行操作，同時計算機還應(yīng)自動記錄下該操作者所做的全部遠動控制操作及主要相關(guān)設(shè)備的瓜，以便在出現(xiàn)事故時分析原因，查清責(zé)任。對于大型的BAS，每個持有密碼的操作者只能對某個預(yù)先限定的范圍內(nèi)的設(shè)備進行操作。這樣，任何使用者可以利用顯示功能查看系統(tǒng)狀態(tài)信息。當(dāng)他要控制某個設(shè)備時，則需用輸入姓名與密碼，計算機檢查出該姓名與密碼一致，并且已授權(quán)可能以操作皮設(shè)備時，他才可以進行相應(yīng)的遠動操作。

　　4.4.4定時控制功能

　　BAS中相當(dāng)多的設(shè)備需要定時啟/停，例如照明、空調(diào)等。保安系統(tǒng)中的一些防盜報警系統(tǒng)則需要在建筑物使用期間停止工作，而在下班后建筑物中無人時啟動。這種啟停時間表還會經(jīng)常出現(xiàn)一些變化，因此需要通過中央管理機來設(shè)定、修改。這樣，就要求中央管理機能夠?qū)λ牭拿總€設(shè)備進行單獨的和成組的啟停時間的設(shè)定與修改。具體實施這種啟停控制，可以有兩種方式。一種是由中央管理機承擔(dān)，判斷到時間時，直接向現(xiàn)場控制機發(fā)出啟/停命令；再一種方式則是直接啟停時間表送到現(xiàn)場控制機，由現(xiàn)場控制機根據(jù)其內(nèi)部時鐘自行判斷，到時進行啟/停操作。

　　4.3.5統(tǒng)計分析功能

　　為配合管理人員的分析判斷，中央管理機不能僅顯示和存儲現(xiàn)場控制機的實測參數(shù)，而還應(yīng)對這些數(shù)據(jù)做進一步的統(tǒng)計分析，以滿足各種管理要求，這些統(tǒng)計分析主要包括：

　　能量統(tǒng)計，如各子系統(tǒng)的耗電量，耗蒸汽量，耗水量的日累計、月累計及長年累計，平均值及最大值，以幫助運行管理人員分析能耗狀況，做出判斷決策；

　　收費統(tǒng)計，根據(jù)預(yù)先指定的各用戶范圍統(tǒng)計每個用戶每個月需負擔(dān)的電費、水費、空調(diào)費及用熱費，幫助管理人員進行經(jīng)濟管理；

　　設(shè)備運行統(tǒng)計，計算各臺設(shè)備的連續(xù)運轉(zhuǎn)時間，自大修后的累計運轉(zhuǎn)時間，為維修和管理這些設(shè)備提供依據(jù)；

　　參數(shù)統(tǒng)計，例如統(tǒng)計各個空調(diào)區(qū)域的日、月平均溫度，最高、最低溫度，一個月內(nèi)溫度高于上限低于下限的累計時間等，供評價系統(tǒng)運行效果時參考。

　　這些統(tǒng)計分析需要有適宜的數(shù)據(jù)庫支持，通過能提供這些統(tǒng)計分析功能的軟件來實現(xiàn)。

　　4.3.6設(shè)備管理功能

　　在計算機內(nèi)同時建立各主要設(shè)備的檔案，儲存各設(shè)備性能規(guī)格及廠家信息，安裝位置與連接關(guān)系，記錄根據(jù)實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析出的自大修后累計運行時間及其它運行狀況參數(shù)。計算機還可根據(jù)這些統(tǒng)計參數(shù)及預(yù)先規(guī)定的規(guī)則，自動編排設(shè)備的維修計劃。這些維修計劃可以根據(jù)累計和連續(xù)運行時間，同時顧及各臺設(shè)備間的相互備用以及季節(jié)性使用設(shè)備（如冷凍機）的時間特點。在計算機的設(shè)備管理檔案中還可以由維修人員輸入每次的維修記錄，這樣將預(yù)先錄入的設(shè)計與竣工資料，動態(tài)輸入的維修記錄以及實時統(tǒng)計的運行信息結(jié)合在一起，再配之以常有一些規(guī)則的推理系統(tǒng)，可構(gòu)成在線的實時設(shè)備管理專家系統(tǒng)，它將顯著提高設(shè)備維護管理水平。

　　4.3.7故障診斷功能

　　BAS的另一重要功能就是系統(tǒng)各設(shè)備的故障診斷。這也是由中央管理機在分析從各現(xiàn)場控制機采集來的實時運行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。根據(jù)診斷內(nèi)容及分析的深入程度，故障診斷可分為如下三個層次：

　　(1)運行數(shù)據(jù)的上下限報警，對各主要運行參數(shù)給出正常工況下的最高值與最低值，當(dāng)實測數(shù)據(jù)超出些范圍時，通過改變此參數(shù)的顯示顏色等方式報警。一般的BAS軟件產(chǎn)品能提供此功能，但是當(dāng)出現(xiàn)報警時并不能直接判斷此參數(shù)超限的原因。例如某房間溫度偏高，可能是測溫傳感器的故障，可能是水系統(tǒng)的故障導(dǎo)致送風(fēng)溫度偏高，還可以是當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng)的故障導(dǎo)致空調(diào)機的錯誤操作或該房間窗子大開，室外熱空氣侵入導(dǎo)致負荷太高，運行維護人員只能根據(jù)其它運行參數(shù)自行分析或到現(xiàn)場檢查判斷。

　　(2)BAS的故障報警，例如某個傳感器或閥門的故障，現(xiàn)場控制機整機或其中的一部分運行不正常，通風(fēng)系統(tǒng)部分中斷等，這些故障有些是在現(xiàn)場控制中直接判斷，再將結(jié)果傳給中央管理機，有些則是由中央管理機根據(jù)采集到的運行參數(shù)參數(shù)進行"如果……則……"形式的判斷而得到。由于這種判斷分析相對簡單，因此大多數(shù)BAS產(chǎn)品都可以提供這種功能。

　　(3)被控設(shè)備的故障診斷，即根據(jù)實測的運行數(shù)據(jù)，分析出諸如管道漏水，閥門或除污器堵塞，風(fēng)機皮帶輪松動掉轉(zhuǎn)及至換熱器結(jié)垢換熱不良等到故障。這些故障通過簡單的"如果……則……"形式的規(guī)則很難直接判斷。目前，世界上還有許多研究小組在進行這類故障的實時診斷的方法研究和工程嘗試。國際能源組織（IEA）組織十幾個國家開展建筑節(jié)能項目中的第25項課題的主題也是建筑設(shè)備實時故障診斷，該課題于1996年結(jié)題，初步總結(jié)出目前世界上的各種可行的方法[3]。基本的思路是根據(jù)實測數(shù)據(jù)綜合設(shè)備本身的一些信息，在線地由計算機辨識出設(shè)備或系統(tǒng)的預(yù)測模型；根據(jù)這個預(yù)測模型對設(shè)備或系統(tǒng)的輸出參數(shù)進行預(yù)測；比較預(yù)測驗結(jié)果與實測驗結(jié)果，如果差別超出一定界限，則認為設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)故障。根據(jù)各種參數(shù)偏差的方向與程度，判斷故障的性質(zhì)、種類和位置。目前用來辨識系統(tǒng)和設(shè)備模型的方法有最小二乘法、時間序列法以及神經(jīng)元法等，根據(jù)預(yù)測結(jié)果與實測驗結(jié)果的差別判斷故障種類的方法則有基于樹狀結(jié)構(gòu)推理"如果……則……"方法、模糊識別方法及神經(jīng)元方法等。但要將這些方法作為BAS的產(chǎn)品的一部分正式出售，在建筑物中廣泛使用，恐怕還需要一段時間。

　　4.4參考文獻

　　1華東建筑設(shè)計研究院.智能建筑設(shè)計技術(shù).上海：同濟大學(xué)出版社.1996。

　　2張瑞武.智能建筑.北京：清華大學(xué)出版社.

　　3JuhaniHyvarinen.BuildingOptimizationandFaultDiagnosisSourceBook.VTT,Finland.