楼宇自控系统（BAS）架构及其智能化控制与运行的实现机制解析

    在大型商业建筑、酒店、办公楼、医院及商业综合体建筑中，通常配备有大量的通风、空调、冷热源、水泵、电气照明及电梯等设备。为了实现对这些设备的有效管理和控制，楼宇自动控制系统（简称“BAS系统”或“BA系统”）应运而生。

一、BAS系统架构

BAS系统通常构建在一个分层的通信网络之上。这一网络架构从垂直方向看，主要分为管理层、控制层和现场层三个层级。

01管理层级

管理层主要由监控计算机（上位机）组成，这些计算机包括服务器和工作站，通常安装在多台PC机上，形成局域网系统。当系统规模较小时，也可以整合在一台计算机上。

监控计算机采用性能适配的工控机或办公电脑，通过与现场控制器（DDC/PLC）通信，实现对空调等设备的监测、控制与管理。它负责记录、存储和查询历史数据，以及设备故障和异常参数的报警。

02控制层级

控制层主要由现场控制器（DDC/PLC）构成，这些控制器采用以太组网及TCP/IP通信协议。在民用建筑中，DDC控制器较为常见，它与现场的传感器、执行机构和变送器直接连接，实现实时监控，并通过通信网络与上层计算机进行数据交换。

DDC控制器按设备系统设置，增加系统可靠性，便于调试。同时，留有适当的输入输出点余量以备扩展。

03现场层级

现场层由通信总线连接微控制器、智能现场输入输出模块、智能现场仪表（如传感器、执行器、变频器等）和普通现场仪表组成。通信总线可以是以太网或现场总线。

微控制器是嵌入计算机硬件和软件的专用控制器，用于建筑末端设备的控制。它独立于DDC控制器和中央管理工作站，具有标准控制功能，符合控制应用和数据通信的标准化需求。

智能现场仪表是网络化现场设备，通过通信总线与控制器通信。而普通现场仪表则只能与控制器进行端到端连接，传送模拟量或数字量信号。

二、通信网络

    BAS系统中的通信网络分为管理网络和控制网络。管理网络通常是以太网，用于连接监控计算机；而控制网络则用于连接现场控制器，常用的有RS485总线。两者采用不同的通信协议及标准，需通过网络控制器进行协议转换。

    RS485总线：具有成本较低的优势，但存在通信距离、容量、速率及稳定性等方面的限制。

以太网：近年来发展迅速，尤其适用于被控设备数量较多、对速度和容量要求较高的场景。以太网结构简化了网络布线，提高了通信速率，并易于与Internet连接，实现远程监控。

三、通信协议

    BAS系统中的通信协议因网络类型和设备厂家而异。以太网采用TCP/IP协议，而控制网络的通信协议则多样，包括国际标准协议如TCP/IP、BACnet、LonTalk、MeterBus和ModBus等。

    BACnet协议：作为专为楼宇自动化和控制网络制定的通信协议，BACnet已被业界广泛接受，成为智能建筑的主流通信协议。它有助于不同厂家的设备实现相互通信和操作，促进了楼控系统的标准化和通用化。

    综上所述，BAS系统通过其分层的网络架构、高效的通信网络和标准化的通信协议，实现了对建筑内通风、空调等机电系统的智能化控制与运行。这一机制不仅提高了设备的运行效率和管理水平，还降低了能耗和维护成本，为现代建筑的智能化管理提供了有力支持。

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