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楼宇智能化毕业论文
XX职业技术学院
毕业设计（论文）
题目:
南充蓝光国际写字楼智能楼宇设计
系别:
计算机科学系
专业:
楼宇智能化工程技术
班级：
楼宇智能化班
姓名:
学号：
指导教师:
2015年6月18日
摘要
为了实现楼宇智能化，方便管理，节省设备，节约能源，本文重点研究了智能楼宇的照明系统、中央空调系统以及给排水系统。
随着经济的发展，对大厦智能化的要求越来越高，智能大厦监控系统的应用也越来越广，需要监控的对象越趋多样化，必须使用具有统一规范、可靠性高、组建灵活、扩展性好、维护简便、性能价格比高的方式来组建系统。
因此，楼宇自动化系统的研制具有极其重要的意义——--—---设计了基于单片机的智能照明系统、中央空调系统以及给排水系统。
智能照明系统充分利用太阳光照和声响探测及热释红外探测来调节室内光线的强弱。
该系统分为主机和从机，主机与从机通过RS-485总线连接.由从机采集各种信息,做出判断再反馈到主机，主机以指令的形式控制从机，适时自动、准确、及时开启和关闭照明电源。
中央空调系统以及给排水系统也主要是通过前端的各种传感器对各种信号进行采集，然后发送到DDC控制主机进行一系列处理，具有组成成本低，可靠性高，施工难度低，灵活性高以及电磁污染低,便于管理和维护等优越性。
符合智能楼宇的要求，有着广阔的前景。
关键词：
智能化，节能，集散控制，和谐
第一章概述
1.1课题背景与发展趋势
本方案针对蓝光国际大厦的楼宇自控系统（BAS）而进行设计，采用施耐德楼宇自控系统.根据该项目的特点，我们将利用BAS系统对建筑物内的公共照明、空调系统、供暖通风、给水排水系统等实行全时间的控制和管理,系统收集、记录、保存有关系统的重要信息及数据,作到一体化管理,达到提高运行效率、保证办公环境需要、节省能源、节省人力的效果，最大限度安全延长设备寿命的目的。
现代建筑几乎都是全封闭或半封闭式，楼内空气完全依靠空调系统进行输送新风或循环处理，长期处于空调间内的人员完全依赖空调系统获得良好的环境。
可是由于种种原因空调系统的运行不尽人意，产生诸多问题，例如人们长期待在忽冷忽热空调间内容易患上空调病，还有可能加速病菌的传播等。
从节约能源的角度考虑，空调系统又是“耗能大户”，建筑中几乎一半的能源是被空调系统消耗的，所以我们讲人们离不开空调,但又惧怕空调。
如何解决这个矛盾,让空调系统根据人们的意愿为人服务呢？
采用先进的控制技术、计算机技术、网络技术的楼宇自控系统可以助我们一臂之力：
楼宇自控系统对建筑内包括空调系统在内的机电设备进行监控，指挥这些设备的运行。
例如，空调系统根据季节变化调整供风温度，让室内气温随着室外气温的变化而变化，即节约了能源又让人感觉舒适.冬天气候干燥我们可以加湿空气，提高室内相对湿度；夏季高温高湿让人感到不适,我们可以在降低湿度的同时保持适宜的温度，不会让人感到阴冷⋯。
楼宇自控系统可以实现的功能美不胜数，是大厦管理者的好帮手、好管家。
施耐德楼宇自控系统是世界上第一家推出集散控制系统的公司，是第一家将直接数字控制技术（DDC）应用到楼宇控制的公司，还是第一家获得ISO9000和ISO14000质量认证的楼宇自控厂家.我们有理由信任、选择施耐德楼宇自控系统为您服务。
1.2设计依据
施耐德BA系统通过了国际上欧洲、美国行业标准的认证.根据实际，本课题将参照和严格执行国家民用建筑电气设计规范.执行的设计依据有：
《智能建筑设计标准》GB/T50314－2006
《智能建筑工程质量验收规范》GB50339-2003
《民用建筑电气设计规范》JGJ16—2008
《智能建筑防雷设计规范》DB32/T1198－2008
《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303-2002
《低压配电设计规范》GB50054-95
《建筑设计防火规范》（GB50016－2006）
《商用建筑线缆标准》（EIA／TIA—568A）
《信息技术互连国际标准》（ISO／IECl1801—95）
《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019－2003）
第二章BAS网络结构和系统构成
2。
1基本网络结构
2.1.1蓝光国际BAS网络拓扑结构
2-1系统网络拓扑图
本网络采取星形网络拓扑结构,以一台中心处理机（通信设备）为主而构成的网络，其它入网机器仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时或轮询的方法为入网机器服务,所有的数据必须经过中心处理机。
网络结构简单，便于管理入网主机故障不影响整个网络的正常工作,中心处理机的故障将导致网络的瘫痪安全性高
2.1.2VISTA5楼宇自控系统网络结构简介
VISTA5楼宇自控系统由中央站计算机Xenta网络控制器及现场数字控制器构成,组成分布式体系结构.管理级由中央监控电脑配以VISTA系列软件和Xenta网络控制器组成；智能控制级则由各种控制子站（DDC）连接而成,控制器包括多系列Xenta控制器。
控制器之间以LonWorksFTT—10总线方式互联，控制器与中央计算机以普通双绞线通过TCP/IP接口连接;Xenta网络服务器及控制器与中央计算机通过以太网（Ethernet）方式互连。
智能控制级则直接与现场控制元件（阀门执行器，继电器接点）、传感元件（温度、压力压差、流量等传感器）连接。
VISTA系列系统的这种网络结构实现了目前流行于楼宇自控系统中“分散控制,集中管理”的控制模式。
这种自控模式不仅便于系统的扩充，而且每个子站的工作都是独立的，这样就大大减少了系统故障的几率和范围。
具有高可靠性、灵活性、先进性。
VISTA系统管理总线采用10M高速以太网，保证了整个系统的高速运行。
除对标准及以往的设备的网络管理功能外还提供:
（1）完整的图形化用户界面。
；
（2）同步、保存和备份控制器的数据库；密码保护;（3）数据收集并提供企业级的信息交换;（4）全局时间及中央时间表的同步功能；（5）报警的处理及传递；（6）对所有的标准能量管理功能的广泛支持；（7）支持通过IP地址网络与正在运行的工作站之间的在线通信;（8）支持通过直接读取工作站的数据库而达到的离线通信；（9）基于磁碟的程序库，支持网络及本地浏览,包含建立工作站数据库的节点、图像等资源;（10）拥有基于文本格式的帮助系统，包含一整套在线或离线系统文件.
2。
2网络层组成部分
2。
2。
1管理层网络
施耐德TACVistaTM运行在MicrosoftWindows2000/NT/XP平台上，在其内置的点对点局域网中，可以将多达16个工作站连成一个VistaTM控制网络系统，其中最多有6个工作站与控制单元进行直接通信，控制网络的总容量可以达到240,000个物理点。
LAN上的所有工作站都是对等的，并可在需要时在它们之间建立通讯。
如果一个工作站关闭，其它工作站继续工作。
网络上每一个工作站均可与三台打印机相连。
⑴采用总线型的网络拓扑结构来构成局域网，支持TCP/IP协议，能够提供基于Internet的远程管理解决方案。
同时，操作人员还能够采用浏览器IE对系统进行监控，输入IP地址或域名即可通过互联网或企业内部网浏览和控制Lonworks网络中的单元.系统产生的报警能够通过互联网或企业内部网以E—mail的方式传给一个或者多个接收者。
⑵设备的远程监控无需通过中央站软件,系统可采用小型Web服务器的方式对被控设备实现直观和动态的监控。
联网用户（已经被授权）能够修改系统的参数和设定点；检查和确认报警。
根据被授权用户的级别，用户也可以浏览系统中的特定文件,如技术文件、报表等等.所有更新的值均能以动态的方式实时显示。
如果用户修改了设定值，所有联网用户数据能够实时更新。
⑶能容易地实现与建筑物中其它相关系统和独立设置的智能化系统之间的数据通信、系统集成以及与其它厂商设备和系统的联接。
⑷通过这层网络能够把BAS中所有监控信息及时地反馈到中央站显示画面，而中央站系统也可通过这一网络传送程序、指令等到有关设备。
⑸提供OPC或DDE的第三方接口软件。
⑹数据传输速率不低于10Mbps。
2。
2。
2控制层网络
采用TP/FT-10网络时，每个TAC网段可以包含60个网络节点或30台控制器，通讯速率78Kbps，总线长度可达到2700米；可以使用一个延伸器连接两个TAC网段来扩展系统容量，使每条总线可以达到60台控制器；每台工作站可以有四个LonTalk适配器以支持四条总线和240台控制器。
采用TP/XF-1250主干网络时，每条总线可以通过路由器连接到通讯速率为1.25Mbps的LonWorks主干上,路由器的数量可以达到63个,整个网络可以达到400台控制器；主干通过LonTalk适配器连接到工作站上，并支持大量先进的网络特性，如：
虚拟子网、工作组、域等概念和先进的寻址方式。
采用国际领先的Lonworks控制网络技术，所有可自由编程控制器都具有LonMark认证标志。
控制器具有4个CPU，3个8位的神经元芯片负责lonworks通讯，1个32位的CPU负责应用程序，并且A/D和D/A转化分辨率均为12位.
作为集散控制分站之间的通信网络采用总线拓扑结构或自由拓扑结构实现各个分站之间、分站与中央站之间以及它们与专用控制、接口设备的数据通信.
中央站可以通过这层网络把信息传送到任何指定的数据通信。
所有分站以同等地位即点到点方式彼此互通信息。
监控层网络可以根据实际需要建立其子网。
数据传输速率不低于78Kbps，并且可以根据需要提高到1。
25Mbps。
总线通讯距离不低于2700米。
③适用于所有DDC控制器统一、图形化的编程工具－Menta
施耐德的VISTA系统除Xenta100系列之外的所有DDC控制器都可通过Menta进行编程与输入输出设置.整个系统采用分散智能控制方式，合理的设计保证了系统运行的稳定可靠，这样系统中任何一个节点的故障就不会影响到系统其他部分的正常工作。
在大型系统中,Menta编程工作可在中央与现场同时进行，大大提高编程、调试效率.
通过上位机Workstation直接下载程序，调试方便
控制器数据库管理有上传下载应用程序的功能
基于项目编制应用程序，简化各种数据库管理任务
提供方便的使用指导
Menta软件是图形化的控制器组态工具软件，用于创建、修改、下载和上载Xenta280/300/401/700系列控制器的控制程序。
Menta可在安装在手提式或台式电脑上运行。
它可以通过进入应用软件，修改应用参数，编辑和打印应用文件以及下载数据库，节点选择等方法实现对文件的管理.Menta软件通过LonWorks通讯卡或以太网与VISTAXenta系列控制器连接。
2。
3系统主要特点
从医院到高层建筑，从学校到摩天大楼，各式各样、不同规模的建筑现在都可以达到更高层次的运行功效。
通过使用施耐德真正开放的、互操作，功能强大的VISTA智能楼宇自动化系统,我们已经使这一切变成可能。
现在，从一个简单的工作站，您就可以收集到各种所需信息，从而使您的设施变得更加稳定、舒适、安全，而且更为重要的是，在运营成本上变得更加具有效益.施耐德的VISTA系统通过使用开放的网络架构,使您的投资风险大大降低。
VISTA系列产品多次获得专利大奖，其中的HVAC控制系统和配套装置更是全行业中最具革新理念的尖端产品。
出色的工程技术、FDA认证,保证了我们的产品达到国际公认的最高水准，使我们的客户享受到稳定可靠的产品性能、无与伦比的产品价值以及独一无二的产品质量。
（1）便于访问，互联网提供了舒适的操作环境,用户普遍熟悉互联网并了解如何应用,用户可从任何地方访问他们的系统
（2）成本更低比传统的客户/服务器型应用程序具有优势当客户数量增加时，优势更为明显（3）真正的集成平台,构造可与不同硬件设备兼容具备,集成LON和BACnet的能力，Modbus,DDE和SNMP驱动程序提升集成方案能力，目标库的设立便于方案重复使用，减少方案加工时间（4）数据集成功能可与多个协议，多种设备连接，可实现控制系统数据与企业应用程序间集成，应用程序开发可适应任何实际要求，企业层信息共享采用行业统一标准:
•协议-TCP/IP，HTTP•语言—HTML，TGML
第三章蓝光国际写字楼BAS需求分析及系统设计
3.1项目需求分析
当今，世界各地的大厦管理部门为了使其客户拥有更舒适的环境而正在寻找创建完美室内环境的方法，他们越来越注重于通过优化控制提高管理水平和环境质量的可调性。
智能大厦向人们提供全面的、高质量的、快捷的综合服务功能，它是现代高科技的结晶，是建筑艺术与信息技术完美的结合。
楼宇自控系统（Building Automation System，简称BAS ）是智能大厦的一个重要的组成部分。
它的监控范围通常包括冷热源系统、空调系统、送排风系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯系统等。
高新信息技术和计算机网络技术的高速发展，对建筑物的结构、系统、服务及管理最优化组合的要求越来越高，要求建筑物提供一个合理、高效、节能和舒适的工作环境。
节能是一项基本国策，也是建筑电气设计全面技术经济分析的重要组成部分.楼宇自控系统正是顺应了这一潮流，它的建立，对于大厦机电设备的正常运行并达到最佳状态，以及大厦的防火与保安都提供了有力的保证。
同时，依靠强大软件支持下的计算机进行信息处理、数据分析、逻辑判断和图形处理，对整个系统作出集中监测和控制;通过计算机系统及时启停各有关设备，避免设备不必要的运行，又可以节省系统运行能耗.
蓝光国际大厦是一个现代化智能建筑，要想管理好大厦内的机电设备，首先必须要知晓它们的运行情况、所处系统中担任的角色以及设备的特性等.楼宇自控系统（BAS）是建立在机电系统的基础上，利用自控技术、计算机软件技术、计算机网络通信技术，将大厦中的不同机电系统设备产生的信息汇集起来,实现各类设备之间的数据、信息交换，并对各种不同类型的信息进行综合处理，以实现对所有被监控机电设备的综合管理。
楼宇自控系统的主要任务是对大厦内的机电设备进行监控和管理。
要想管理好大厦内的机电设备,首先必须要知晓它们的运行情况、所处系统中担任的角色以及设备的特性等。
楼宇自控系统（BAS）是建立在机电系统的基础上,利用自控技术、计算机软件技术、计算机网络通信技术，将大厦中的不同机电系统设备产生的信息汇集起来，实现各类设备之间的数据、信息交换，并对各种不同类型的信息进行综合处理，以实现对所有被监控机电设备的综合管理。
本方案在设计上有两大突破,首先,每个软件组成部分都是一个独立的单元，具有各自特定的功能以及定义完整的系统界面。
也就是说，运用这些软件组成部分生成的应用程序具有很高的可靠性并可进行无限次的扩充和修改。
另外，基于其定义良好的界面，不同软件组成部分可相互通讯，迅速交换信息，用户在运行过程中便可对控制应用程序进行修改。
不同软件组成部分在一起形成的各种构造可用于表示物理设备，控制器，初级的控制应用程序。
这样，通过允许用户对旧系统进行升级，在此基础上使用新的标准,方案和应用程序，实现了对终端用户投资的保护。
第二个设计突破是在网络层内置了互联网开放协议。
系统中的每个连接点可同时与互联网和实时控制系统进行连接。
用户可以极低的费用对系统中的多个现场进行访问，而系统访问者数量不限。
具有适当权限的用户可在任何时间，从任何地点，通过标准英特网浏览器与系统中的智能设备进行相互通讯。
蓝光国际大厦项目概述现代城市综合体需要楼宇自控系统（BAS）监控内容具体描述如下：
空调及动力设备（通过DDC接入BAS）
送/排风机系统
新风系统
排风排烟
给排水系统（通过DDC及接入BAS）
集水井
排水泵
公共照明（通过DDC接入BAS）
公共照明
3.2蓝光国际写字楼BAS系统监控分析
本楼宇自控系统监控的机电设备包括：
公共照明、空调系统、供暖通风、给水排水系统。
根据蓝光国际大厦内各类功能建筑的以上各系统设置情况不同,建筑设备监控系统的设置范围及监控内容如下：
3.2。
1新风机控制分析
为了保证室内良好的控制质量，在中央空调系统中设有新风机组，新风机组设有送风机、各种调节阀、测温测湿装置、过滤器等设备，具体监控内容如表3-1：
表3-1
监控内容
控制方法
启停控制
空调可以通过BAS系统自动控制启动停止，也可以在现场手动控制;
具有定时启停功能,可以根据预定的时间表启停设备;
具有联锁功能,送风机启动前,风阀全开,送风机启动后,温度、流量控制回路使能，送风机停止后，风阀关闭，水阀关闭；
支持消防联动，接受消防强制信号控制送风机以及风阀.根据消防系统提供的情况实现.
温度监控
监测送风、回风的温度，并根据预定的高低限值判断，超限则输出报警信息；
使用串级控制回路对回风温度进行控制。
其内环控制通过PID控制送风温度。
送风温度的设定值可以通过操作员手动或BMS自动进行重设.这就是外环控制（设定值重设回路）。
当回风温度超出其上限并维持预设的时间死区,则送风温度设定值将自动较少一个偏移量。
当回风温度低于其下限并维持预设的时间死区，则送风温度设定值将自动增加一个偏移量。
风阀控制
风阀执行器为模拟量控制，通过BAS可控制风阀执行器的任意开度.
压差状态监控
在过滤器前后设置压差开关，监测过滤器的堵塞情况，输出报警信号；
报警故障处理
监测送风机的故障报警状态、风机压差状态和过滤器的压差报警状态，一旦检测报警状态，空调机停机,按关机步骤执行。
3.2。
2送风、排风系统分析
（1）风机开关控制
风机的开关控制主要是通过BA系统预设的时间表来进行启停控制的。
在一些特别的情况，如加班情况，风机有需要在预先设定时间表之外的时间启动，用户可选择在BAS操作站上操作启/停风机。
BA系统允许用户自行设定风机状态与控制之间的联锁监察功能.在设定此功能后,BA系统会自动监测风机的状态是否与控制要求一致，如果不一致，则说明此控制点的设备有故障，BA系统会以报警形式在操作站上显示,以提醒操作人员做出相应的处理。
另外，BA系统会将有关的事项一一记录，以作日后检查之用。
还有，BA系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间,以便维修人员在设备运行至一定时间后，进行维修工作。
（2）风机运行状态
BA系统通过风机主接触器测量风机的实际状态,以便操作人员实时了解风机的运行状态。
（3）运行时间累计
BA系统利用软件统计记时功能，可以实时的累计风机的运行时间，并记录显示。
（4）风机报警监测
DDC控制器会检测风机热继电器跳闸报警.在有报警时，停下风机并报警形式在操作站上显示，以提醒操作人员安排有关人员做检修工作。
而BA系统也会将有关的事项一一记录，以作日后检查之用。
3。
2.3给排水系统分析
蓝光国际大厦给排水系统主要由排污泵、集水坑、空调补水泵等组成。
（1）系统设计内容
城市现代化建筑大都是多功能的高层建筑，对给排水系统的要求也更为严格,给排水系统都是由水泵、水箱、阀门等设备组成，监控的对象主要是水池、水箱的水位和各类水泵的工作状态，具体监控内容如表3—2：
表3-2
监控设备
设计内容
硬件配置
软件设置
集水坑
高、低水位监测.
高、低水位监测（DI）。
设置设备联动参数。
排水泵、空调补水泵
启停、运行状态、故障报警、手自动状态。
启停（DO）、运行状态、故障报警、手自动状态（DI）。
累计运行时间.
（2）系统设计要点
①DDC参数采集监测
监测集水坑的高液位超限时报警；
监测潜水排水泵的运行状态和故障状态并可按照设备的累积运行时间，实现设备的轮流运行,提高设备的使用寿命;
监测空调补水泵的运行状态和故障状态并可按照设备的累积运行时间，实现设备的轮流运行，提高设备的使用寿命；
②软件控制功能
监测集水井的高、低液位报警状况，并生成动态趋势图；
累计有关设备运行时间；
监测和记录有关水箱、水池的液位报警情况，并生成动态趋势图；
中央管理站软件功能；
三维图象显示每台机组及水泵的系统图;
打印有关报警信号;
3.2.4照明系统分析
在智能大厦中照明系统是提供良好的舒适环境的重要手段。
照明控制能提供良好的光环境并有节电效果，光环境就是按照不同的时间和用途对环境的光照进行控制，给以符合工作或娱乐休息所需要的照明，产生特定的视觉效果,通过改善工作环境来提高工作效率。
通过智能照明控制器将大厦内外照明设备按需要分成若干组别，以一定的程序来设定设备的开启，从而建立舒适合理的照明环境并达到节能效果。
智能照明控制器可通过网络与中央监控室交换各种监控信息，当大厦内有事件发生时，照明设备可做出相应的联动配合。
具体监控内容如表3—3：
表3-3
监控内容
控制方法
开关控制
DDC输出DO接点控制辅助继电器，实现远程启停
定时/特种效果控制
于预定时间启停照明回路，通过软件实现逻辑控制
运行时间统计
软件实现对照明时间进行累计
3.2.5节能措施
本设计在不影响舒适性的前提下，通过对冷冻水温度的最佳设定值及实际冷负荷计算，对空调系统进行优化启停控制，以缩短设备的运行时间，从而达到节能目的，具体节能措施如下：
1）冷冻水温度设定
系统节能程序根据不同季节及每天室外温度的变化情况，自动调节冷冻水的出水温度,对系统进行动态控制。
2）空调场所温度设定
对于办公建筑，在大厅、走道等公共区域，适当提高设定温度可减少能耗.如办公区温度设定在25℃左右，在室内外过渡的前厅，若同样设于25℃左右，则与室外温差过大，人一进门会感觉不适，可设定在28℃～30℃，比室外低（4~5）℃；走道可设定在27℃~28℃；这样逐渐过渡到办公区域，不但人体感觉舒适，还可有效地减少不必要的能耗。
3）克服设备容量冗余
传统的空调设计，由于季节变化和人员、设备发热量等变数太多，难以精确的计算出空调系统的负荷需求，因此设计中会有一定的设备容量冗余，用人工简单的启停制势必造成能源的浪费.运用BA系统的节能控制算法和群控模式，根据末端实际所需冷负荷，动态调整设备运行时间和投入台数,保证冷量供求平衡，让冷源设备运行在最高效率特性上，避免大马拉小车，有效克服由于设备容量冗余而造成的能源浪费。
4）新风控制
根据季节变化,合理地进行新风控制是节能的另一个措施.以某地区为例,在设计工况（夏季室温26℃，相对湿度60％;冬季室温22℃，相对湿度55%）下，处理一公斤室外新风量需冷量6.5Kw，热量12.7Kw,故在满足室内空气卫生的前提下，减少新风量，有显著的节能效果.新风量控制的措施有以下几种方法：
在夏季午夜室外温度最低时，开启新风机，将室外低温空气充盈室内,然后关闭风门,从而减少第二天上班前空调系统的预冷时间。
根据室内人员变动规律，采用统计学的方法，建立新风机启停控制模型，以减少新风机的开启时间和冷负荷损失,如在午餐时间室内人员较少时,可减少新风机的开启台数。
在过渡性季节,尽量使用室外新风,以减少冷负荷损失。
5）提高室内温湿度控制精度
大厦内温湿度的变化与大厦节能有着紧密的关系，根据美国国家统计资料，如果在夏季将温度设定值下调10℃，将增加9%的能耗，因此将大厦内温湿度控制在设定值精度范围内是大厦空调节能的又一个有效措施.
3。
3蓝光国际写字楼BAS系统监控设计
本项目采用施耐德BAS系统VISTA系列来实现楼宇自控相应功能。
该系统是目前世界上最为先进的高效能、集成化的BMS系统，该系统根据需要可将大楼的楼宇控制系统、动力监控、消防报警系统及安保自动化系统集成在VISTA
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