重庆西南医院BA系统设计方案word版.docx
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重庆西南医院BA系统设计方案word版
楼宇自控系统
◆采用美国江森Metasys楼宇自控系统
◆BA系统监控物理点数为1688个
◆监控大楼内的供热、供冷及通风系统
◆对小区照明、供电、电梯等进行监控
附件：
1、BA系统点表
2、控制器配置清单
1、楼宇自控系统
1.1、系统概述
楼宇自控系统是利用计算机、通信、现代控制技术组成的高度自动化的综合管理系统。
通过对分散于建筑物各处的机电设备（空调、照明、电力、给排水等）进行分散控制、统一管理。
实现对各设备的实时控制、逻辑控制、状态显示、数据统计等。
可确保建筑物内的舒适、安全的办公环境，同时实现高效节能及便利物业管理等要求。
重庆西南医院外科综合大楼集楼宇自控、消防、安保及诸多子系统于一体的综合性智能化大厦，综合大楼用于住院及外科手术，各楼宇机电设备的正常运转，就更处在了至关重要的位置，它不仅保障了医院的工作正常进行，还能为患者提供舒适的就医环境，能够使患者及早的恢复。
这就需要对大楼内的所有的机电设备进行统一管理，而且这些设备还需与其它的智能化子系统进行通讯和必要的联动控制，致力于创造一个高效节能、绿色环保、舒适、高性能价格比、温馨而安全的工作、就医环境。
为达到这个目的，把重庆西南医院外科综合大楼智能化工程按业主方的要求设计定位在中档偏上的智能化监控水平。
使物业管理变得轻松、简单，并降低管理的成本。
如系统可以监控各种机电设备的运行和故障情况，控制有关机电设备，随时可以根据需要打印各种报表，这为管理带来很大的方便并提高各个机电设备正常运转的可靠性。
此外，还可以对运行故障的监测，方便于设备的维修、维护和管理。
这些不仅节省人力、物力、还可以节能和降低管理成本。
1.2、系统功能
1.实时控制
主要用于实时性较强，人工无法控制的设备，可以实现系统的最佳控制，
使之工作于最优工况。
如空调系统的温／湿度控制、焓值控制、压差旁通等，其特点为：
人工无法控制、输入输出一般皆为模拟量（AI／AO）。
2.逻辑控制
主要用于实时性不强，人工可以控制但工作较繁重的设备，实现设备的自动最优管理，避免人工操作的失误。
如：
空调／照明／通风系统的定时开关、制冷站设备的顺序起动等。
其特点为：
人工可控但工作繁重，采用自动控制可自动进行，输入输出一般皆为数字量（DI／DO）。
3.状态监视
主要用于对各种设备运行状态的监视，以便于及时了解设备的故障状态，方便维修。
如：
空调机、风机、照明开／关、滤网状态等，其特点为：
人员可通过巡视来了解其状态但工作繁重．皆为数字量输入（DI）。
4.数据统计
主要用于对各种设备运行参数进行采集、记录．存档及生成各种数据库．报表等，提供给决策者作为管理、维修、决策的依据。
如：
设备运行次数、运行时间、用电量统计等。
5.时间计划表控制
大部分的空调机及新风机根据其控制区域的作业要求和特点，都有启停方面的时间要求，这类设备就可以通过程序预先设定启停时间表，按照设定的启停时间启停设备，包括日常、周末及特殊节假日等不同的运行时间计划。
6.PID算法模块
PID算法模块主要完成模拟执行设备的开度调节，如水阀、压差平衡阀等。
对算法的人工干预可以通过给定值SP、比例带PB、积分时间TI、控制死区等参数进行。
这个算法的控制对象为各个空调机的水阀和冷、热站的压差旁通阀。
由于压差旁通阀是冷热站共同调节的对象，其PID算法的终止和设备的关闭与其它设备有所不同，它是在冷站和热站均未运行时停止。
7.位式控制模块
位式调节是一种ON/OFF控制，主要针对通断类型的阀门，应用于被控对象控制精度要求较低的场合。
位式控制主要是通过两个过程量的状态进行控制。
位式控制的对象为各个水箱的水位调节，它们的控制是通过高水位报警和低水位报警来决定控制动作的，并且它们的控制动作不取决于任何系统的运行状态。
8.负荷控制
在制热和制冷模式中，根据大楼总体负荷的情况，对所投入的热交换机及冷机的台数进行控制，以达到节能降耗的目的，称之为负荷控制。
负荷计算是按周期，并且在新启动或停止的设备稳定30分钟以后进行。
9.密码系统
系统提供5个级别的密码保护，不同的级别允许完成不同权限的操作，提高系统的安全性，为建管系统提供一个全面的保护功能，是操作员达到操作站及网络终端（NT）。
在操作站中，密码有以下功能：
●通过密码控制用户使用系统
●容许操作员增加、取消或修改密码
●储存个别人士的密码，使用的水平及使用的组别
10.报警管理
当紧急报警状态发生时，工作站立即把通知提供给操作员。
操作员在对报警进行确认的同时有两种选择，一是把报警记录放进提醒文件（再次提醒操作员，报警状态依然存在）；二是放进跟踪文件（对报警报告和改正情况进行跟踪）。
这就防止一个报警状态完全被忘记的危险。
非紧急报警被保存在工作站上，操作员可以方便的进行处理。
11.趋势分析
通过表格的或者图形的趋势图，用户可以从一个集成数据库中检查任意数据源的组合。
图形显示可以是单个的或层叠的，具有可选择的显示特性。
另外，使操作员可以快速获得详细的趋势源焦点窗口信息并把任一图形显示放大，以便进行精确的分析。
1.3、选型原则
美国江森自控有限公司使世界上第一个恒温器制造厂家，于1885年创立。
公司总部设立于美国威斯康辛州的密尔沃基。
为美国纽约股票时常上市之公司，被工业周刊连续5年评为全球100强之一的最佳管理公司。
江森是世界上公认的最主要的建筑物节能、环境控制、消防、保安、照明及工业控制设备自动化管理系统的生产供应商之一，多年来，江森自控致力于将世界最先进的智能大厦技术介绍给中国，并伴随着中国经济的发展而取得成功。
作为美国ASHRAE学会发起者之一及世界上最大的智能楼宇集成商，江森自控一直十分注重使其系统集成具有最广泛的开放性。
江森自控可以与世界上超过125个厂家750中不同的机电设备系统联网运行。
同时，江森自控还提供各种类型的控制设备及控制器给世界上50多个厂家制造机电一体化产品。
江森自控的产品质量、产品服务体系均获得世界国际标准组织ISO9000认证。
近年来，随着智能建筑的发展，江森自控在智能建筑弱电总承包及物业管理范畴成绩更加突出。
美国每年的市场调查表明，江森自控多年来在建筑物自动化领域一直名列前茅。
METASYS系统由千百个楼宇管理系统业主的需求开发而来。
他们提出对系统现时的要求以及将来的希望，江森则运用专业知识开发出METASYS满足他们的要求，并超越了他们的预想。
METASYS楼宇管理系统代表了楼宇管理宇控制的最新潮流，体现了最新的质量、性能、可靠性方面的工业标准。
METASYS被全世界数以千记的用户广泛采用，将空调控制、能量控制、消防管理、出入口控制、维修管理、照明控制等整个系统的监控完美的连接起来。
由于采用了最新的软、硬件设计，METASYS具有易于理解及使用的界面。
用户可以方便的获得所有输入/输出点的信息，包括许多其他厂家的数字控制器。
METASYS采用开放式结构完全符合工业标准，所以用户可以跟上软件及硬件的不断发展。
她还提供了当今最好的资源管理系统，并且保证了系统以后的发展。
METASYS系统具有环境控制节能管理、照明控制、消防管理、保安监控等功能，并且在每一个层面设备的整体监察上达至前所未有的先进水平。
但同时METASYS并未忘记建管系统存在的基本目的：
使您的工作变的容易、简单；使您的设施在运作上变的更有效率；使您的用户更舒适及安全。
因此，投资于江森公司的METASYS是明智及长远的选择
METASYS系统的分布式结构有很多优点，它是更高效的系统，因为消除了瓶颈，处理器的功能可以更好的发挥，它也是更可靠的系统，因为不存在使系统崩溃的单点故障，提高了容错能力。
另外，METASYS是模块化就、系统，用户可以只采购现时所需的设备，将来的扩展并不会损失今天的投资。
1.4、系统结构
METASYS资源管理系统提供了完善的结构，适用于不同类型和规模的建筑，因为METASYS是一个分布式系统，有三种基本功能：
独立控制、监察控制及信息管理，具有很高的灵活性。
系统通过三层网络结构实现典型的集散控制功能
第一层高速工业标准ARCNET网（N1LAN），只用一跟同轴电缆即可联接整个控制范围内控制网络NCM终端，N1LAN可以用双绞线、同轴电缆、光纤电缆或三者中任意组合做媒体。
总线的最大长度取决于所用电缆的类型以及连接到电缆上的节点的数量。
可提供最多255个节点地址，N1LAN中任意两个节点见的最大距离为4英里
第二层为标准RS-485网（N2LAN），每根双绞屏蔽线可将多至一千个现场控制器联至各控制网络NCM终端的输出点。
可以有多达50个装置连接到N2总线上。
如果使用中继器，N2总线可以给多达255个装置提供地址，但每个N2总线上的装置个数少于100时，网络性能最佳。
第三层是将位于各个机房的现场控制器与其上的传感器、执行器等联接起来。
这种分层的网络化结构，使得管理层和控制层链路泾渭分明，不但使各个网络高效运转，而且还提高了网络数据传输的可靠性，同时，设备控制层节点的扩展不会影响管理层的网络特性。
1.5、控制流程
针对系统的具体设计要求，本系统的控制对象分别为：
冷热源系统、空调系统、新风系统、风机盘管系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯系统。
它们的控制流程分别如下图所示：
1、空调系统
在各台柜式空调机、新风机组系统中均使用现场控制器进行控制，在各柜式空调机的回风口上各设置一个温度传感器，通过回风口温度传感器测试室内温度，将上述温度信息采集到现场控制上，通过控制器进行处理和用户设定值进行比较，并通过PID等自控算法运算后，控制表冷器的供水阀的开度，以达到调节温度和节能的目的。
可通过管理中心控制风机的启停，并在风道中设置FS气压开关，当启动风机后，气压开关应动作，否则将判断为风机故障。
在风机的过滤网上设置差压开关，当过滤网被尘埃逐渐堵住时，过滤网两侧压差变大。
当到一定程度时，压差开关动作，报告故障。
现场控制器的模拟量输出点接在进水阀、新风阀上，数字量输出点接在风门开关上，控制风阀门的开闭。
设备层的组合式空调机的控制由其他厂商提供，不包括在本系统内。
2、新风系统
新风系统的控制采用现场控制器对新风机组系统进行控制，在新风口和出送风口上各设置一个温度传感器，在送风口测试送风温度、在新风口温度传感器测试环境温度。
将上述温度信息采集到现场控制上，通过控制器进行处理后，通过现场控器的PID等自控算法对进水阀的开度进行控制，对室内温度进行调节。
管理中心可以控制风机的启停。
在风道中设置FS气压开关，当启动风机后，气压开关应动作，否则将判断为风机故障。
在风机的过滤网上设置差压开关，当过滤网被尘埃逐渐堵住时，过滤网两侧压差变大。
当到一定程度时，压差开关动作，报告故障。
现场控制器的模拟量输出、数字量输出点分别接在进水阀、新风阀上，控制新风阀的开闭，以保证室内的空气质量，并达到节能的目的。
3、冷热源系统
冷水机组控制策略：
根据业主要求,冷热源机组选用具有自动控制功能、并具有通讯接口的机组，因此对冷热源的管理采用江森公司的第三方接口软件INTEGRATOR进行，系统通过该软件进行通讯接口，对机组采集数据，进行监控。
考虑到冷水机组内部已有自动调节、自动卸载、自动控制等功能，故螺杆机、离心机等内部的控制在本方案中不予考虑，本系统仅考虑对机组的上、下班控制和对周边设备的控制，并对设备的内部运行进行监视。
1、冷水机组的上、下班。
冷水机组的上、下班由控制器中的时序控制程序进行，可以按照业主的运行要求定时上、下班。
2、运行时间记录及寿命均衡
在每台机组开始运行时本台机组的控制器记录其运行时间，由其中一台控制器同时作为均衡控制。
在启停动机组时进行比较，若时间差超过一定值，则启动运行时间最短的机组，在停机时则停止时间最长的机组。
保证寿命的均衡。
3、周边设备的控制和管理
对周边的冷却塔、阀门、水泵、旁通阀等设备进行监控管理，满足系统的运行要求。
冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵及相关阀门在现场控制器内置的控制程序控制下按合理的空调水系统运行工艺流程的进行逻辑运行。
冷却塔、冷却水泵的运行数量按机组的运行需要进行控制，通过装于冷冻水和冷却水出口的水流开关检测各水泵的运行及故障状态。
冷水机组管理系统图
冷
冷水机组周边设备管理系统图
例：
机组开机程序
4、给排水系统
主要控制策略为：
根椐生活水池的水位控制进水阀的开闭，当水位低于设定值时，开启进水阀门进行加水。
当水位高于设定值时，关闭进行水阀，停止补水。
根据顶层水箱水位控制生活供水设备启停，当水位低于设定值时，生活供水设备启动，进行补水。
当水位高于设定值时，生活供水设备停止，停止补水。
在膨胀水箱水箱中设置液位传感器，将水位信息传送到控制器，当水位过低或过高时发出报警信息，同时中央管理计算机可显示水箱的状态。
5、风机盘管系统
6、供配电、电梯设备的监控
供配电、电梯设备的监控主要是对设备进行监视，而不参与对设备的控制，对电梯可以进行上下班管理，如上班可以全开，下班后或晚上可以关闭部分电梯，以节省电能和延长设备使用寿命。
由于业主准备采用具有通讯接口的自动化配电、电梯设备，因系统采用第三方接口软件和设备进行通讯，进行数据采集，进行管理。
1.6、系统配置
统计系统点数如下：
类型
AI
DI
DO
AO
数量
141
1014
411
122
系统物理点共1688个，一个网络控制器（NCM）的最大容量为1000个点，考虑到网络性能的提高，和各个DDC的点数分配，现考虑选用四台NCM。
其中，1#管理地下三层~地下一层，2#管理设备层的组合式空调机组，3#管理设备层新风机及三层~十四层，4#管理十五层~屋面。
这样系统共有4条N2总线，每条总线上连接一定数量的直接数字控制器（DDC），分担网络负荷，提高通讯效率和系统稳定性。
具体的设备清单如下：
序号
设备（材料）名称
品牌
规格、型号
单位
数量
一、工作站
1
工作站主机
IBM
Pentium41.7G256M40G/21"纯平
台
2
2
打印机
EPSON
EPSONEX3A3
台
1
3
集线器
台湾
D-LINK10M/100M
个
1
4
网卡（10M/100M自适应）
块
1
5
METASYS系统软件
美国江森
METASYS10.0
套
1
6
M5工作站软件
美国江森
套
1
7
通讯转换器
RS232/RS485
个
1
8
UPS电源
山特
500VA后备式
台
2
二、控制器
1
网络控制器
美国江森
NCM-300
台
3
2
扩展式数字控制器
美国江森
DX-9100
台
36
3
XT-BUS通讯模块
美国江森
XT-9100
个
90
4
扩展模块
美国江森
XP-9102
个
16
5
扩展模块
美国江森
XP-9103
个
48
6
扩展模块
美国江森
XP-9105
个
105
7
继电器
套
600
三、传感器、执行器
1、冷源系统
1
INTEGRATOR
美国江森
个
1
2
压力传感器
美国江森
PR264
个
2
3
水管温度传感器
美国江森
TE6312P-1
个
14
4
压差旁通阀（DN150）
美国江森
VG82L1S1N
套
1
5
阀门驱动器
美国江森
FA-3300-7416
6
电动碟阀（DN250）
BRAY
GC-100L-70T
个
6
7
电动二通阀（DN250）
江森
250
套
2
8
阀门驱动器
江森
9
电动碟阀（DN300）
江森
300
个
4
2、热源系统
1
温度传感器
江森
TE6312P-1
个
2
2
INTEGRATOR
美国江森
个
1
3、设备层组合式空调机系统
1
INTEGRATOR
美国江森
个
1
2
风道温度传感器
美国江森
TE6311P-1
个
46
3
风道湿度传感器
美国江森
HT-9000-1D1
个
46
4
过滤网压差开关
美国江森
P233A-10-AKC
个
46
5
风机状态压差
美国江森
P233A-10-AKC
个
46
6
电动两通阀
美国江森
VG7200
个
69
7
阀门驱动器
美国江森
VA-7200
个
23
8
阀门驱动器
美国江森
VA-7150
个
46
9
风阀挡板驱动器
美国江森
M-9100
个
46
4、柜式、吊顶式空调机系统
1
风道温度传感器
美国江森
TE6311P-1
个
12
2
过滤网压差开关
美国江森
P233A-10-AKC
个
12
3
风机状态压差
美国江森
P233A-10-AKC
个
12
4
电动两通阀（DN100）
美国江森
VG82J1S1N
套
2
5
阀门驱动器
美国江森
RA-3003-7326
6
电动两通阀（DN80）
美国江森
VG82H1S1N
套
4
7
阀门驱动器
美国江森
RA-3003-7326
8
电动两通阀（DN70）
美国江森
VG82H1S1N
套
1
9
阀门驱动器
美国江森
RA-3003-7326
10
电动三通阀（DN40）
美国江森
VG7204-RT
套
5
11
阀门驱动器
美国江森
VA-7151-1001
12
风阀挡板驱动器
美国江森
M-9100
个
7
5、新风机系统
1
风道温度传感器
美国江森
TE6311P-1
个
106
2
过滤网压差开关
美国江森
P233A-10-AKC
个
106
3
风机状态压差
美国江森
P233A-10-AKC
个
106
4
电动两通阀（DN40）
美国江森
VG7201-RT
套
88
5
阀门驱动器
美国江森
VA-7151-1001
6
电动三通阀（DN40）
美国江森
VG7204-RT
套
18
7
阀门驱动器
美国江森
VA-7151-1001
6、风机盘管系统
1
室内恒温器（带风机三速开关）
美国江森
T2000AAC-0
个
1665
2
电动两通阀
美国江森
VB5471-2080
个
1298
3
阀门驱动器
美国江森
VA-7010-8003
4
电动三通阀
美国江森
VB5871-2080
个
367
5
阀门驱动器
美国江森
VA-7010-8003
7、热水系统
1
水管温度传感器
美国江森
TE6312P-1
个
2
8、给排水系统
1
液位开关
美国江森
KEY-5M
个
13
9、变配电、电梯系统
1
INTEGRATOR
美国江森
个
2
10、照明系统
1
继电器
个
20
四、管线
1
屏蔽双绞线
凌宇
RVVP2*1.0
米
2150
2
现场信号传输线
凌宇
RVV2*1.0
米
20000
3
现场信号传输线
凌宇
RVV3*1.0
米
7000
4
电源线
凌宇
RVV2*1.5
米
1980
5
控制器防护箱
国产
台
66
1.7、系统特点
●模块化设计
从系统、操作站到数字直接控制器DDC，全部采用模块化设计。
每个DDC配置了基本适用的输入输出点，少量点的增加可通过扩展模块实现，较多点的增加可通过网络上适度增加DDC控制器的数量来实现，更可以通过网络的扩展来实现较大规模的系统级扩展。
此外所有现场级控制软件也是基于模块化设计的。
●集散式控制理念
构成系统网络的基本设备是数字式直接控制器DDC，每个DDC完成专一设备的控制任务，各DDC的工作相互独立。
中央计算机操作站完成对系统的操作，监视，系统协调运作和管理等工作，不直接进行设备的控制。
这样，即使系统网络某一部分的控制器或线路受到损坏，也不会影响整个系统的运作，系统也会及时对故障区域发出报警指示，提高了系统控制的可靠性。
●国际化标准
系统的设计方针是以国际标准为基础。
从品质管理方面开始，符合ISO9000的标准；从技术方面，软件或硬件的采用，也遵从国际标准。
操作系统采用了美国微软公司的视窗操作系统，从管理系统看，配合BACNET（楼宇建管系统标准）及LONWORK的设计。
●网络化结构
采用分层的网络化结构，使得管理层和控制层链路泾渭分明，不但使各个网络高效运转，而且还提高了网络数据传输的可靠性，同时，设备控制层节点的扩展不会影响管理层的网络特性。
目前，METASYS系统已可与400种以上的非Johnson的设备直接连接，构建功能更加完善的系统。
通过管理层网络（以太网，基于TCP/IP协议）可将BAS系统作为智能大厦信息网络上的一个节点，共享开放的数据。
●开放式设计
系统开放设计乃METASYS楼宇建筑管理系统之最大特色，它的开放设备可分为三大类：
1、系统本身的设计具有系统结合功能。
它的（Integrator）界面设计，已令METASYS可与超过400种非江森的设备联上，使它们也成为整套楼与建筑管理系统的一部分。
每年都有数十种非江森的设备加入这个行列。
2、从网络设计方面，它可以透过结构化布线系统的方便，能与任何一个共用布线系统的设备联上而无须增加任何附件，使其与其它系统的结合功能更为方便。
从网络设计方面，它也能以Arcnet或Ethernet等不同形式。
3、软件方面，METASYS也大大开放了结合的条件，如其具DDE功能的软件，可以跟其它软件交换资料。
而其开放式平台设计跟Windows、UNIX、Lonworks及Bacnet等标准配合，使软件编写时有所依据。
●汉化的动态图形界面
丰富的图形动画，汉字界面的直观性，使得操作人员仅通过鼠标和少数的键盘按键即可完成对系统的监视、控制、查看趋势、了解系统运行性能和状态、分析系统异常和故障原因。
METASYS系统采用了当今先进的软件技术内核，但是，提供给操作人员的操作方法非常简单，对一般的系统操作人员的要求也不是特别高。
●提高管理水平
由于METASYS系统内核集成了大量成熟的控制策略，所以在日常正常的操作中，无需操作人员对系统控制进行人为干预。
集中管理核分散控制的系统模式大大地减少了设备操作及系统维护人员的数量。
此外，系统的综合统筹管理可使设备按最优化地组合运行，既节能，又可最大限度地降低设备损耗，减少设备维修费用。
●灵活性强，易于扩展
METASYS系统控制范围广，一级网可控多达255个监视显示终端或NCM，系统只需增加很少的额外费用，即可方便地在任意区段加装工作站或显示器。
二级网每个NCM终端具有多达1000点地控制能力。
随着系统范围地增减或设备功能的变化，在不改变布线的基础上，可随意对系统进行扩展。
●节能效果突出
METASYS系统通过空调控制，控制水量及设定值；制冷系统利用计算机控制的多种优势，实施根据冷量控制
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