楼宇自动化系统施工方案.docx

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楼宇自动化系统施工方案

楼宇自控系统结构

对办公大楼本着集中管理、分散控制这种集散式监控结构的设计原则来实现整体功能。

从以上桂林农行办公大楼BAS结构可知此系统是由中央操作站、网络控制器、直接数字控制器（DDC）等组成，中央操作站及网络控制器是通过Ethernet网（N1网）将各节点连接起来，同时安装在建筑物各处的直接数字控制器（DDC），将通过N2E现场总线（N2网）连接到网络控制器上，与其它网络控制器上的直接数字控制器及中央操作站保持紧密联系。

传感器及执行器等连接至以上各直接数字控制器内。

系统之主要组件如下:

通讯网络

N1总线

网络构造

动态数据存取

N2总线

中央操作站

网络控制单元（NCU）

直接数字式控制器（DX-9100/XT-XP模块）

以下分别就办公大楼楼宇自控系统所配置的硬件设备做详细说明：

通讯网络

操作站及网络控制单元之间最常用的连接方式是N1通讯网络。

这构造采用以太网（ETHERNET）技术，通过一张ETHERNET卡（网络介面卡），在N1线上通讯。

METASYSN1总线执行各种通讯，包括分享监控点讯息、数据库的上传和下载、对现场设备之指令、摘要、状态改变讯息。

N1支持METASYS系统之分布特性，每一个枢纽都有特定功能，其互相联系以分享讯息。

如一个在地连负责冷冻机的枢纽。

N1ETHERNET采用由传送控制协议／协议（TCP／IP）符合工业标准的用户数据协议（UDP）。

ETHERNET简介

今天，ETHERNET是最广泛被应用之网络技术，大约80％之网络通讯。

ETHERNET标准由电器及电子工程师工会（IEEE）所界定。

列明了ETHERNET之结构、介质及网络上之组件如何交流。

ETHERNET网络之数据传输率达1,000波特率。

大约等于每秒传输250页之文本。

ETHERNET最主要之优点如下：

卓越之表现

灵活布线及设备连接

低成本

设备和拓扑兼容

容易安装及便于未来发展

减低维护成本

ETHERNET能有效及灵活地传输数据。

ETHERNET与多种通讯方式连接，速高达每秒155Megabits。

骨干之选项包括100Mbps高速以太网及纤维数字数据介面等。

今天，ETHERNET已广泛应用于工商业之中。

点对点通讯和自动网络结构增强了ETHERNET的可靠性。

点对点通讯确保了网络不会单单依赖单一的设备去控制所有设备间之数据传输。

由于ETHERNET之普遍性，你可连接不同供应商到同一个ETHERNET。

连接在ETHERNET网上的设备的通讯协议是IEEE802.3标准的另一个重要组成部分。

ETHERNET采用了通讯协议称为随时使用、冲突检测（CSMA／CD）。

随时使用（CSMA）保证了网络上的设备可以存取数据；冲突检测（CD）使每个设备都知道有没有其它设备打算使用网络。

当某一节点打算传送时，它会聆听是否有其它设备正在使用网络，这使得各个节点都有机会使用介质，也就是说在可能的情况下，每个节点可以随时使用网络。

当有两个节点同时传送数据时，就会发生冲突。

冲突在ETHERNET网络上被认为是正常事件，网络设备可以很快恢复正常运作。

在网络硬件检测到冲突时，两个设备都会自动延迟一个随机的时间再发送。

这个过程会自动重复直到数据成功发送出去或在连续冲突16次后自动放弃。

在没有冲突的情况下，数据具有最高的传输速度。

网络设置

N1网可以设置成总线型、星型或混合型结构。

它使N1网可以方便、经济地安装及扩展。

N1网可以使用同轴电缆、双绞线、光纤或它们的组合。

NCU和操作站可以直接支持同轴电缆，并可方便地加上适配器连接光纤回路。

每段N1网的最长距离取决于所采用的媒质及网络上节点的数量。

采用有源分流器可以延伸连接线的长度。

两个节点间最长距离可达到6.4公里。

开放式的结构和互连性

ETHERNET广泛应用于工业和楼宇自动化领域。

众多的第三者供应商都支持这个标准并提供ETHERNET设备，如分流器及应用软件。

这意味着不用供应商提供的产品可以直接互换，使用户有更多的产品选择并且不会依赖于某一个供应商。

N1网上之通讯种类包括数据库之上传与下载、对现场设备之指令和状态改变之讯息等。

各节点均具备动态数据访问（DynamicDataAccess）功能，即无论N1网上任何操作站或任何一个NCU上，均可以对全部的数据实现检测或控制。

动态数据存取

很多系统都只容许有限度的资料分享，METASYS系统却能容许在N1总线上每个组件与组件间的自由通讯。

这便是METASYS系统的一个独特之处－动态数据存取，加快了大量讯息之速度。

N2总线将专用控制器、网络扩展单元、遥控处理单元和网络控制单元连接起来。

所有N2总线通讯模块安装于网络控制器中的网络控制模块，使网络控制模块能与在NCU、遥控专用控制器及网络扩展单元内其它电子模块通讯。

毋须使用记号重复器，N2总线也能连接多达50个设备。

双重N2总线之运作是由在N2网上之NCU监控。

如其中一条线发生故障（即在N2网上之某一点没有接收讯号），NCU会发出指令以恢复正常通讯。

操作站

我们对操作站的介面，特性，功能做了一系列的改进，增加了许多更直观的视觉显示效果，并且通过OPC（OLEforProcessControl）软件技术使所有的设备管理系统均可在简单明了的图形显示下集中完成，目前我们称改进后的操作站系统为M5，现就其几项主要的特征说明如下：

A.动画介面

M5操作系统采用全新动画介面，可伴有音乐和旁白，更生动地描述现场情况，同时可将花都办公大楼受控设备的实时图像通过集成系统传到操作站，从而更准确直接地指导操作员应采取的动作。

B.采用颜色梯度的动态信号

Metasysworkstation图形技术提供完整的动态图形控制，包括显示、消失、闪烁旋转、动画以及彩色梯度。

全部通过易于使用和理解的图标控制定义对话，任一标志的功能控制都能直接相关于另一点或由用户根据自己需要任意定义单独的设备。

C.灵活连接

在Metasys操作站图形中的任何标志或桂林农行用户设计的区域可以定义一个灵活的图形按钮连接激发到另一种应用或者直接连上另一个显示屏幕（典型的应用包括数据库和文字处理）。

老练的用户可使用诸如VisualBasic,C++等多媒体元件编写他们自己特殊的程序,系统也同样支持。

D.动作趋势

Metasysworkstation提供给桂林农行用户有关能源管理以及设备诊断的数据分析曲线，如此详细的各点情况都有助于更好地理解相关控制功能的实现过程。

联想的管理人员可根据这些曲线分析受控设备的保养状况及其是否处在最佳的工作状态。

E.趋势比较

Metasysworkstation允许桂林农行的操作人员选择两种方式比较测试点的发展趋势，第一种方式是采用直观的数字形式，显示各点实际数值，另一种方式则采用曲线表现形式，比较容易感受到各点的走势

F.模拟值轮廓

模拟轮廓显示用来比较相似的有关模拟值，显示包括一层楼或一座建筑物的某一区域的温度。

举个例子，如上图表，可以看出桂林农行办公大楼空调系统区域的设定温度与实际温度的偏离比较，以及风阀开度的百分比。

从这些直观的图表中，办公大楼的操作者不仅可以知道现场控制设备的工作情况，而且能更好地分析任何一点温度变化的快慢。

G.舒适曲线

保证舒适度是桂林农行办公大楼设备管理系统设计中最基本的功能，M5能够产生舒适曲线图表，用户可以定义一个最感舒适的范围（包括温度、湿度各一段范围），Metasys系统可将被测空间的湿度、温度值标明在舒适曲线上，机器处理温度、湿度的变化比人更灵敏，所以一旦所测的点不在用户所定义的舒适范围内或在其边缘上，就可以迅速联动其它设备的动作，人们未感到不舒适之前就能改变环境温度。

因此舒适曲线对于重要场所的环境控制是非常有利的特性。

H.时间河

时间河图表可以清楚显示大量数字状态，包括过去的、现在的以及将来的状态，过去的是一些历史数据，将来办公大楼的数据是由时间程序表格来设定的，同时一些不常有的小碎片也能在这比拟的时间水流中显现。

I.星形图

如下所示的星形图让操作员一眼就能得到复杂楼宇系统中的基本信息，举个例子，每个星形图扇区代表由一台风机控制的办公大楼的某一区域，这些扇区并没有标明具体的地点，因为它只须引起操作员的注意，通过鼠标点到发生问题的扇区就能得到更进一步的信息。

星形图的中间点大小代表风机启停，颜色代表是否报警，周边点与中间点的距离代表环境实际温度同设定温度的偏离。

网络控制器（NCU）

是一种模块式.智能化的控制盘，为METASYS网络的心脏。

在单一网络控制器中即可将办公大楼管理情况的每一个侧面进行全面综合的管理。

通过相互共享整个网络中的所有信息，每个NCU能用高级控制算法提供全建筑物范围的最优控制。

网络控制器具有多种统计控制功能。

网络控制器可配置手提终端检测器，该检测器完全可以代替操作站的功能，存取整个系统中所有信息和发出控制指令。

直接数字控制器（DX-9100）

METASYS数字式控制器对于冷冻机组、空调系统HVAC处理过程、工作分布照明及有关电气设备的控制来说，都是一种理想的控制器。

DX-9100控制器可以在扩展总线上连接I/O扩展模块，来增加它的输入点、输出点的容量。

DX可通过内置的LED来监控这些点。

当这条网连入完整的METASYS网络时，DX控制器可将所有监控点情况和各种控制信息准确地提供给整个METASYS网络或控制站。

DX是Metasys系统的最前端装置，直接与联想研发中心内有关的设施连接起来，再通过N2总线与网络控制器相连，网络控制器与中央操作站均可对其实现超越控制。

直接数字式控制器能够支持以下不同性质的监控点：

模拟量输入（AI）、两态输入（DI）、模拟量输出（AO）、两态输出（DO）

具有12个可编程控制模块及PLC逻辑运算模块，除能完成各种运算及PID回路控制功能外，还具有多种统计控制功能，可同时设置多达8个时间控制程序。

控制器具有独立运作的功能，当中央操作站及网络控制器发生问题时，控制器不受影响，继续进行运作，完成原有的全部监控功能。

可通过传输模块（XT）接多达8个扩展模块（XP），增加控制输入输出点容量，配置灵活，并可通过内置的LED来监控这些点。

XP-9102为6AI/2AO，XP-9103为8DO，XP-9104为4DI/4DO，XP-9105为8DI。

楼宇自控系统DDC配置

如何合理的配置DDC就成为方案设计中最重要的问题。

JOHNSONCONTROLS根据实际特点，结合多年的工程经验，设计中不仅保证系统功能全面实现，又减少施工中的不必要浪费，并且DDC的配置为以后的扩展留有足够的余量。

考虑到办公大楼机电设备的分布每一层都布置了相应的直接数字控制器，一般情况下，空调主机设备增加的可能性不大，因此对于其他设备监控点数的增加只需采用增加扩展模块的方式即可解决。

软件说明

操作系统是办公大楼楼宇自控系统不可缺少的部分，通过操作系统，操作员可以在Metasys系统内进行各项资料的存取和监控。

操作系统包括中文及英文两种文字，简单易学，不会给操作员在使用时带来困难。

多方面资料的显示

操作系统有能力在同一时间内以多重窗口方式显示多方面的资料，以便容易对多种不同运行状态进行全面分析。

密码的保护

多级别的密码将为业主及管理人员提供一个有效的保护工具，管理及限制不同部门人员使用Metasys系统，同时防止系统被非有关人员使用。

同一密码系统同时应用在不同操作装置上，当密码系统有增减或改变时，所有操作装置在同一时间获取信息，而不需要在个别操作装置上做出更改。

密码系统最少分下列五级

第一级---资料的显示及存取

第二级---第一级+操作员改变程序

第三级---第二级+资料库的更改

第四级---第三级+资料库的重新设定

第五级---第四级+更改密码系统

当操作人员离开前忘记撤去密码所允许的操作限度时，系统提供一个从一分钟至一小时的可调时间限，自动将操作员的密码撤去，使系统继续受密码保护。

系统内有五十个密码以供有关人员使用。

操作员的指令

操作系统允许操作员进行下列各项指令

A.启停有关的设施、装置；

B.调整设定点；

C.增加、取消或修正时间控制程序；

D.执行或停止执行各项控制程序；

E.停止或连接有关监控点的报警状态；

F.执行或停止有关监控点的运行时间累积记录；

G.执行或停止有关监控点的动向趋势记录；

H.超越控制有关微积分控制回路的设定点；

I.输入临时性的超控表；

J.设立假期表；

K.修正系统内的日期、时间；

L.输入或更改模拟量输入点的报警上下限；

M.输入或更改模拟量输入点的提示危险上下限；

N.检察报警及提示危险上下限；

O.执行或停止每个电表的最大用电量控制；

P.执行或停止执行每个负荷的“工作次序”；

记录及摘要

Metasys系统内的各监控点状态可自动或手动制作成报表，然后打印或显示屏上显示，也可存放在硬盘/软盘内。

系统可允许操作员轻易地获得下列记录。

A.系统内的所有监控点总表；

B.所有正在报警中的监控点；

C.所有正在与系统网络停止联系的监控点；

D.所有正在被超控的监控点状态；

E.所有正在被停止活动的监控点；

F.所有正在被锁定的监控点；

G.所有被指定为需要跟进的项目；

H.一星期活动启停表；

I.假期启停活动表；

J.上下限及静区；

系统同时可提供以下的摘要：

A.指定监控点；

B.互相关联点的组别；

C.操作员自行选择的组别；

在任何情况下，操作员在指示Metasys系统提供记录或摘要时，并不需要提供有关硬件的地址码。

控制软件

网络控制器及直接数字式控制器能进行下列各项控制模式：

通/断控制

比例控制

比例加积分控制

比例加微积分控制

控制回路的自动调节

控制软件可限制被控制装置每小时动作的频率。

控制软件对大负荷重型装置提供一个延迟开启的功能，用以防止因电流冲击过大而造成损坏。

当停电后恢复正常供电时，控制软件将会根据每一个装置特定的启/停时间表，对装置发出恢复正常状态的启/停指令。

节能软件

江森公司提供以下节能软件，这些软件程序能在办公大楼空调自控系统内自动运作而不需要操作人员的介入。

同时软件有足够的灵活性，允许用户根据现场情况而作出相应的修定。

每日的预定时间表

每年的预定日程表

假期的安排表

临时超越控制安排表

最佳启/停功能

夜间设定点自动调节控制

焓值切换功能

温度设定点的重置

制冷机的组合及次序控制

报警管理

报警管理包括监查、缓冲、储存及将报警送至指定的操作站上。

显示所有报警监控点的有关详细资料，包括发生的时间及日期。

根据严重性报警可分为三级，以便更有效及快速处理严重的报警。

用户可以为报警决定严重性的级别。

报警发生后根据用户的事前安排，自动导向至指定的操作站上，若原来的操作站发生故障，报警自动导向至其它指定的后备装置上。

在严重性级别最高的报警或特定的报警发生后，这些报警可以通过电话系统自动传到其它地方，包括建筑物以外的有关单位，使报警得到适当及时的处理。

整个传送程序是自动进行的，不需操作员的介入。

监控点历史及动向趋势记录

监控点历史记录

Metasys系统内所有监控点的历史都自动存放在有关的网络控制器（NCU）内。

模拟量输入监控点通常每半小时（该时间间隔用户也可自己定义）采集一次，过去24小时的记录随时可以被用户提出来以供分析研究。

至于通/断状态的输出及双位输入信号在过去十次的改变亦记录在网络控制器内，以便随时调作参考之用。

B.动向趋势记录

办公大楼的用户可根据需要，应用动向趋势软件对系统内任何的监控点进行分析，采样时间间隔可从一分钟至两小时可调，每个网络控制器最少可以储存五千个采样资料。

累积记录

每个网络控制器有下列的累积记录，若累积记录超过用户所定的限额，系统将自动把用户指定的警告讯息发送出来。

运行累积记录－例如水泵运行的累积时间记录；

发生事项的累积记录－例如水泵、风机启/停的累积次数。