1.4　BAS的体系结构

1.4.1　采用集散控制系统是BAS的必然选择

在楼宇中，需要实时监测与控制的设备品种多、数量大，而且分布在楼宇各个部分。大型的建筑物，有几十层楼面，多达十多万平方米的建筑面积，需数千套设备遍布建筑物内外。对于BAS这一规模庞大、功能综合、因素众多的大系统，要解决的不仅是各子系统的局部优化问题，而且是一个整体综合优化问题。若采用集中式计算机控制，则所有现场信号都集中于同一地方，由一台计算机进行集中控制，这种控制方式虽然结构简单，但功能有限，且可靠性不高，故不能适应现代楼宇管理的需要。与集中式控制相反的就是集散控制，集散控制以分布在现场被控设备附近的多台计算机控制装置，完成被控设备的实时监测、保护与控制任务，克服了集中式计算机控制带来的危险性高度集中和常规仪表控制功能单一的局限性，以安装于集中控制室并具有很强的数字通信、CRT显示、打印输出与丰富控制管理软件功能的管理计算机，完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制功能，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难与无法统一管理的缺点。管理计算机与现场控制计算机的数据传递由通信网络完成。集散控制系统是目前BAS广泛采用的体系结构。

1.4.2　集散型BAS的体系结构

集散型BAS的体系结构如图1-9所示。其基本特征是功能层次化。

（1）现场控制层（DDC）

现场控制层计算机直接与传感器、变送器、执行装置相连，实现对现场设备的实时监控，并通过通信网络实现与上层机之间的信息交互。在这一层中实现的是对单个设备的自动控制，即单机自动化，具体的功能实现是由安装在被控设备附近的现场控制器来完成。现场控制器采用直接数字控制技术，因此又被称为直接数字控制器（Direct Digital Controller，DDC），在体系结构中又被称为下位机。现场控制器安装在控制现场，可接收上一层的操作站或监控站（上位机）传送来的命令，并将本地的状态和数据传送到上位机。在上位机不干预的情况下，现场控制器可单独对设备执行控制功能，根据设定的参数进行各种算法的运算，控制输出执行。根据现场控制器规模的大小，每台现场控制器可控制的输入输出点一般在几十点至一百点左右，当一个楼宇设备自动化系统规格较大时，就需配用若干个现场控制器。末端装置包括传感器和执行机构。传感器用来将各种不同的被测物理量（温度、压力、流量、电量等）转换为能被现场控制器接收的模拟量或开关量，执行机构用来对被控设备进行控制。现场控制器具有可靠性高、控制能力强、可编写程序等特点，既能独立监控有关设备又可联网并通过管理计算机接受统一控制与管理。

（2）监督控制层

监督控制层计算机是现场控制层计算机的上层机或上位机，可分为两类监控站和操作站。监控站直接与现场控制器通信，监视其工作情况并将来自现场控制器的系统状态数据，通过通信网络传递给操作站及运营管理层计算机。而操作站则为管理人员提供操作界面，它将操作请求通过通信网络传递给监控站，再由监控站实现具体操作。值得注意的是监控站的输出并不直接控制执行器，而仅仅是给出下一层系统（即现场控制层）计算机的给定值。在这一层中实现各子系统内的各种设备的协调控制和集中操作管理，即分系统的自动化。

监督控制层计算机除要求完善的软件功能外，还要求硬件必须可靠。每个现场控制器件（DDC）只关系到个别设备的工作，而监督、管理计算机则关系着整个系统或分系统。显然普通的个人计算机用作监督计算机是不合理的。

通信网络通信一般采用两级或多级网络结构，设备直接数字控制均由分布在设备附近的现场控制器（DDC）完成，与监督控制层计算机的通信构成第一级网。监督控制层计算机之间构成第二级网。为参与更高的管理级，需将上述局域网连至更高速的广域网，即第三级网。现场控制器与监督控制层计算机之间的通信监督控制层计算机与分布在现场的直接数字控制器之间需要大量上传下送检测与控制数据，各控制器之间也需要相互通信以实现协调控制。监督控制计算机担负各子系统内的各种设备的协调控制和集中操作管理，即分系统的自动化任务，往往在一栋建筑物，或一个建筑群中设有多台监督控制计算机。为使系统获得最佳控制效果，监督控制计算机之间需传递大量数据，而且实时性要求很高。例如，高层楼宇中某层的某个防火报警探头报警后，防火监控系统自动采取确认、报警、控制等功能，同时通过网络，使建筑物内的空调、电梯、配电等系统以及外部的消防保安及交通等部门都能及时获得信息，并采取相应措施。

由于监督控制计算机之间传输的数据量大，故要求采用高速通信网络。一般采用星形拓扑结构或采用以太网总线式拓扑结构的组网设计。

（3）运营管理层

运营管理层计算机位于整个系统的最顶端，通常具有很强大的处理能力。它协调管理各个子系统，实现全局的优化控制和管理，从而达到综合自动化的目的。

1.4.3　集散型BAS的几种方案

（1）按楼宇建筑层面组织的集散型BAS

对于大型的商务楼宇、办公楼宇，往往是各个楼层有不同的用户和用途（如首层为商场，二层为某机构的总部），因此，各个楼层对BAS的要求会有所区别。按楼宇建筑层面组织的集散型BAS能很好地满足要求。按楼宇建筑层面组织的集散型BAS方案如图1-10所示。这种结构的特点如下。

①由于是按楼宇建筑层面组织的，因此布线设计及施工比较简单，子系统（区域）的控制功能设置比较灵活，调试工作相对独立；

②整个系统的可靠性较好，子系统失灵不会波及整个楼宇系统；

③设备投资增大，尤其是高层楼宇；

④较适合商用的多功能楼宇。

（2）按楼宇设备功能组织的集散型BAS

这是常用的系统结构，按照整座楼宇的各个功能系统来组织（见图1-11）。这种结构的特点如下。

①由于是按整座楼宇设备功能组织的，因此布线设计及施工比较复杂，调试工作量大；

②整个系统的可靠性较弱，子系统失灵会波及整个楼宇系统；

③设备投资省；

④较适合功能相对单一的楼宇（如企业、政府的办公楼宇、高级住宅等）。

（3）混合型的集散型BAS

这是兼有上述两种结构特点的混合型，即某些子系统（如供电、给排水、消防、电梯）采用按整座楼宇设备功能组织的集中控制方式，另外一些子系统（如灯光照明、空调等）则按楼宇建筑层面组织的分区控制方式。这是一种灵活的结构系统，它兼有上述两种方案的特点，可以根据实际的需求而调整。