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標題: 樓宇自控系統集成方案解析 [打印本頁]

作者: qib 時間: 2012-3-19 10:02 標題: 樓宇自控系統集成方案解析

一、引　言

智能建筑系統是樓宇自控系統(BAS) 、通信自動化系統(CAS)和辦公自動化系統(OAS)三者的有機結合。樓宇自控系統是一種將建筑物內有關電力、照明、空調通風、給排水、防災等電氣設備進行控制和管理的綜合系統,是智能建筑的重要組成部分。隨著計算機控制技術、網絡技術和信息技術的高速發展,樓宇自控領域的技術創新正以迅猛的勢頭不斷發展。樓宇自控系統由獨立的控制子系統向集中化、網絡化、信息化的監控與管理系統發展,實現數據采集、過程控制、流程優化、運行管理和信息化的各項功能。在GB/T50314—2000《智能建筑設計標準》中也指出,智能建筑必須具備智能化系統集成功能,接口應實現標準化、規范化。也就是說,只有合理選擇專業化的樓宇自控設備、系統結構,才能真正實現樓宇自控系統的集成化和信息化。

二、樓宇自控系統

傳統的樓宇自控系統實現對建筑物的空調監控系統、通風系統、變配電系統、照明系統、供熱系統、電梯系統、給排水系統等的控制、操作、監視、報警、記錄、存儲、報表、管理等功能。隨著科學技術的發展和物業管理的需求不斷提高,智能建筑樓宇自控系統容納了火災報警系統、安防系統、車庫管理系統等,且相互之間具有聯動關系,功能越來越強大

樓宇自控系統的設計原則如下:
(1) 分散控制、集中管理。根據各子系統的設備分布和控制要求,控制器分散到各子系統的設備間、樓層或各設備中,實現對設備分散控制。在智能建筑中設置中央監控室,實現對樓宇自控系統的集中科學管理,為建筑中的用戶提供良好的環境,為建筑的管理者提供方便的管理手段。

(2) 節能措施。控制方案和設備的選用應采用節能技術,充分體現節能效果,為智能建筑減少能耗,并降低管理成本。

(3) 可靠性和穩定性。使樓宇自控系統的安全運行有保障。

(4) 適用性。滿足并優化各子系統流程的運行和管理。

(5) 易操作和易維護。采用中文信息界面,結構簡單合理,維護方便。

(6) 兼容性與開放性。系統是軟、硬件一體化的整體,要求具有兼容性和良好的開放性。

(7) 具有較高的性價比。

三、專業化體現

(1) 選型的標準化與規范化。

在設備選型時,首先應注重系統運行的穩定性和可靠性,從實用性和可行性、先進性和成熟性、標準化和規范化、可管理性和可維護性等幾個方面,保證系統滿足智能建筑的規程規范與標準要求。在硬件結構、接口技術、軟件平臺上采用技術成熟的產品,且盡可能保持一致。其次要考慮的重要因素是性價比、靈活性和可擴展性、開放性與兼容性,在通信協議、系統配置、軟件應用等方面保證系統的開放性和軟、硬件的及時升級,以最少的投資獲取最大的效益。理想的設備選型方法是產品廠家盡可能少,且為遵循同一協議、同一接口標準、同一軟件平臺的成熟系統產品。

(2) 網絡化。

樓宇自控系統的網絡包括設備層、控制層和管理層。網絡拓撲結構應具備安全性和開放性。網絡訪問控制方法應具有快速、準確、可靠和安全的性能。網絡介質要求抗干擾能力強、性價比高。網絡節點應具有靈活的可擴展性和安全權限保護功能。應根據智能建筑的規模和標準,合理構建局域網及其與廣域網的連接,并充分利用互聯網通信協議( TCP/IP)和綜合信息服務網(ISDN) ,使整個網絡具有多用戶訪問、多控制現場、對突發事件快速響應、集中數據存儲和控制、遠程瀏覽、遠程故障診斷與報警等功能。

目前,樓宇自控系統的網絡結構有集中式結構、分級分布式結構和全分布式結構,并向分散式結構發展。集中式結構為單機系統,適合于小系統,多選用單片機、工控機等,存在于一些已建成的樓宇中。分級分布式結構適合于大、中型系統,各控制器和操作站通過控制網絡實現通信,分散控制、集中管理,目前應用較普遍。全分布式結構即現場總線控制系統( FCS) ,系統中傳感器、執行器均為智能節點,智能節點能訪問控制器、網絡處理器和應用處理器,既能進行控制,又能管理網絡通信,具有開放性、互換性、全分散性,是樓宇自控系統發展的趨勢,目前應用非常普遍。

(3) 數字化。

數字化是指樓宇自控系統之間以及樓宇自控系統與其他信息系統之間能夠實現網絡連接以及圖像、數據等信息的信息交換與共享。在系統的硬件結構上采用現場總線技術,使傳感器(如樓宇自控系統中廣泛使用的溫度、壓力、流量等物理量傳感器,電流、電壓等電量傳感器,紅外探測器等)與執行器也同控制器一樣實現數字化通信,閥門等配置數字式接口技術。這樣,每個傳感器或執行器就是一個獨立的網絡節點,對應一個獨立的IP地址,能夠直接與控制器、操作站通信。

(4) 集成化。

樓宇自控系統只有實現空調、變配電、照明、電梯、給排水、火災報警、安防等系統的集成,才能實現對系統的監控,起到協調各系統的功能、提高能源利用的作用。在系統集成方面可采用多種方法,如利用動態數據交換(DDE)技術、OPC (OLE for Process Control)技術等。采用的方法應具有較好的兼容性(如現場總線LonWorks) ,建立在Internet技術的基礎上,可支持不同廠家的產品,并在系統設計時充分考慮系統的集成。美國Honeywell公司的企業樓宇集成系統EBI( Enterprise Building Integrator)集成化功能較強,利用DDE技術可將火災報警系統、安防系統、數字影像系統、人員與資產定位系統等與傳統意義上的樓宇自控系統進行集成。

(5) 信息化。

樓宇自控系統的信息化一方面體現在中央操作站的信息化管理功能上,另一方面體現在與智能樓宇內的辦公自動化網、通信網絡的信息共享上。操作站選用PC機、打印機和樓宇自控軟件平臺實現對整個系統的管理和優化,在網絡化、數字化基礎上實現智能建筑管理系統( IBMS)的功能。對收集到的樓宇內部資料進行分析,將其整理成相關的信息,使樓宇自控系統設備信息與火災自動報警系統、安防系統、辦公自動化系統、通信系統的信息相互綜合,實現相關的物業管理,如備品備件管理、維護管理、能源管理、成本預算管理、設備計劃管理、自動抄表管理、費用計算管理、人力調度管理等。

(6) 設備專用化。

樓宇自控系統硬件采用模塊化設計,設備的專用化體現在功能模塊上,如控制器、網絡模塊、電源模塊、各類I/O模塊等專用功能模塊。目前,控制分站的專用化是一個趨勢,如邁科智控有限公司的定風量控制器、空調機控制器、通風控制器、變風量控制器等,安裝簡單、維護方便。

(7) 先進性。

樓宇自控系統的技術先進性與成熟性是保證系統穩定、可靠運行、便于擴展與升級的前提。目前,兩大主流技術是LonWorks和BACnet。

四、系統集成

智能建筑的智能化實質就是集成化,即信息資源和任務的綜合共享與全局一體化的綜合管理,通過系統集成實現綜合共享。集成化的技術核心是建立在系統集成、功能集成、網絡集成和軟件界面集成的多種技術集成基礎上的新型技術,以信息集成為目標。系統集成的目的是建立一個以網絡為基礎的監控管理平臺,提供一整套采集、處理和在網絡上發布各類實時數據的系統軟件,實現對系統信息、資源和管理服務的共享,具有簡易和方便的操作界面,且具有向上的開放性和向下的包容能力。

樓宇自控系統的集成方式應與智能建筑中的辦公自動化系統、通信自動化系統一體化考慮。

基于系統集成的目的和智能建筑的現狀,推薦采用區域網—子系統集成方式。系統結構由IBMS管理層、系統管理層和設備層組成。系統中硬件采用通信網關,基于TCP/IP協議、Windows NT操作系統實現與各子系統之間的通信連接,是一個典型的分布式客戶機/服務器(C/S)工作模式,如圖2所示。這種集成方式的軟件體系為集成信息管理,信息交換可通過軟件或硬件完成,傳遞的數據格式也是自定義的,并可方便地對智能建筑綜合管理自動化系統進行二次開發。

五、工程實例

深圳大學城是深圳市培養高層次創新人才的基地,具備現代建筑內樓宇自動化技術,目前已有清華、北大、哈工大三校深圳研究生院正式入駐。

三個校區的樓宇自控系統是各自獨立的,功能、系統結構和選型相同,只是規模不同。以一個校區為例,其樓宇自控系統由火災自動報警系統、中央空調監控系統、照明控制系統、給排水控制系統和變配電系統構成,其網絡拓撲結構如圖3所示。
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5. 1　系統功能
深圳大學城樓宇自控系統的各子系統具有如下功能:
(1) 火災自動報警系統。具有集中監控功能,實現對探測器輸出值的實時監視,采集、傳輸、顯示和記錄各探測器的環境參數,實現預報警、報警、報警聯動的三級報警與控制,與消防廣播、警鈴、排煙風機、正壓風機、停止空調運轉、自動噴淋滅火、自動氣體滅火實現聯動。廣播、背景音樂在緊急事故(如火災)時可自動切換到緊急廣播工作狀態。

(2) 中央空調監控系統。監控整個校區的空調系統及其設備(包括新風機、空氣處理機、風機盤管、新風機組、排煙風機、正壓風機和冷凍水進水量控制器等) ,并通過對冷凍水的供/回水溫度和流量的測量,自動計算出空調系統的冷負荷。

根據實際的冷負荷,通過空調冷水機組的群控裝置,來調整冷水機組的負載變量,以達到最佳的節能效果。測量并自動控制新風機、空氣處理機過濾網的壓差,維持系統要求的壓差值。對各種空氣處理機組中的參數(如溫度、濕度、壓力、流量、液位、風量等)進行檢測、控制,對風機、冷凍機等設備以及過濾器的狀態、風機的狀態及故障報警進行自動控制與監測。

(3) 照明監控系統。對大廳、公共走廊、樓梯、地下停車場、會議室等公共場所實現集中監控,對教室等其他區域實現就地控制。

(4) 給排水控制系統。利用變頻控制技術實現恒壓供水,為就地控制方式。

(5) 變配電系統。實現對10 kV進線、380 V出線回路,備用柴油發電機的三相電壓、三相電流、功率因數、頻率的檢測和變壓器的超溫報警監測,為就地監控方式。

5. 2　專業化分析
深圳大學城樓宇自控系統的集成特點如下:
(1) 選用不同廠家的產品。主要控制器選用進口產品,其他設備選用國產設備。火災自動報警系統選用了北京西門子公司的CerberusòCT11系統,中央空調與照明監控系統選用了Honeywell公司的Excel 500 系列產品,給排水與變配電系統選用的是國產設備。

(2) 通信協議不同。火災自動報警系統控制器間的通信總線為C總線(CANbus) ,火災顯示盤、火災顯示驅動器及輸出模塊與控制器間的通信總線是LonWorks總線,探測器與控制器間的通信總線是D總線(Compobus/D) 。中央空調與照明監控系統中工作站、服務器與控制器間的通信采用以太網,DDC控制器之間的通信協議為LonWorks。

(3) 網絡結構獨立。火災自動報警系統由1臺操作站、1臺控制站構成一個環形網絡,中央空調與照明監控系統由2 臺服務器( 1 主1 備) 、4臺工作站和DDC控制器構成一個控制網絡。整個樓宇自控系統的網絡分為兩部分,各自獨立。

(4) 集中監控與就地控制結合。根據校區的實際情況,火災自動報警系統與中央空調為集中監控,照明系統為集中監控與就地控制結合,給排水、變配電系統為就地監控方式。

(5) 系統網絡與樓宇中的其他自動化系統脫節。樓宇自控系統與校區內的樓宇安防系統、樓宇辦公自動化系統、樓宇通信系統四者各自獨立,沒有實現資源共享。

(6) 信息化管理程度低。該系統僅實現了火災自動報警系統、中央空調監控系統、照明監控系統中的操作、報警、歷史趨勢、歷史記錄、報表生成等管理功能。由于系統結構的原因沒有與校區內辦公自動化系統的信息平臺鏈接,未實現信息化管理。

(7) 集成度較低。僅實現了具有集中監控功能的火災自動報警系統、中央空調監控系統、照明監控系統的設備集成、信號集成,沒有實現與安防系統、電視監控系統、電梯等設備控制的集成,沒有建立起一個統一的監控平臺,沒有實現真正意義上的集成,即信息集成。

(8) 適用性較強。系統結構簡單,操作方便, 功能適用。

六、樓宇自控系統存在的主要問題

(1) 系統的開放性差。由于樓宇自控產品廠家較多,不同廠家生產的控制器在相互連接和通信上存在困難, 兼容性不理想, 開放性仍有待改善。

(2) 系統設計不合理。由于設計人員對樓宇自控系統的內容和被控設備認識不足,與相關專業配合不當,造成了樓宇自控系統的設計不合理,運行效果不佳。

(3) 系統的集成化程度較低。由于樓宇自控產品遵循的通信協議較多,協議的開放性又較差,使系統的集成實現困難。

(4) 系統結構復雜,投資高。往往為了實現各種樓宇自控功能,須選擇幾個不同廠家的產品,而為了實現這些系統的通信致使系統結構復雜,造成自控系統的投資比機電設備高的現象,使投資商望而卻步。

七、結束語

樓宇自控系統正向著全分布式結構的現場總線系統發展,這些分布式控制系統既是獨立的,又是相互聯系的、綜合的、統一的,其集成化、智能化也在向更高層次發展。樓宇自控系統和工業自動化系統正在相互融合、共同發展,工業自動化技術、工業自動化設備和軟件也正在不斷地應用到樓宇自控系統中。現代通信技術正在改變著樓宇自控系統,如移動電話與樓宇自控系統互發指令等。在設計、施工和管理樓宇自控系統時,應科學、合理地掌握和體現系統的專業化和系統集成程度。

作者: gaojs 時間: 2012-3-19 11:01

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