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BA方案
楼宇设备监控系统技术方案
一、系统总体论述
依据9107工程科研实验办公主楼智能化系统工程的弱电及暖通图纸，楼宇设备监控系统（以下简称BMS）分别对以下子系统进行监控：
室外环境参数监测系统、中央冷冻冷却系统、换热站监控系统、空调监控系统、新风监控系统、送排风监控系统、给排水监控系统、、电梯系统和照明控制系统，同时将楼宇自控系统的信息开放给综合信息共享管理系统，实现相关信息双向通讯。
我们本着确保系统整体的安全性和可靠性，并符合9107工程科研实验办公主楼运营、管理和发展的需要，在一定时期内保持其先进性，选用江森公司的楼宇管理系统，该系统有如下特点：
Ø先进性：
全新的概念、全新的系统
Ø开放性:
开放式网络、开放式协议、开放式用户界面
Ø兼容性：
兼容多种通信标准及机电厂商设备
Ø经济性：
易于施工、安装、操作和维护
Ø灵活性：
易于扩展
Ø可靠性：
已在全球范围成功应用
我们将为您提供代表世界领先水平的江森公司建筑设备监控系统，江森公司的楼宇设施管理系统采用完全集成化、网络化的系统架构，从设计到生产均符合ISO9000质量标准，我们将为您提供：
提供舒适的工作环境。
最小化的建筑能源消耗。
最小化的运营人员需求。
完善的建筑设备监测和控制。
高档全空气变风量系统控制
先进的IT管理技术
标准的基于WEB浏览器的用户界面。
标准的数据库技术。
全方位的报警与事件管理。
支持BACnet及LONWORKS的开放网络设备
企业级系统集成：
利用.NET工具和Web服务；
从硬件设备到控制软件，从施工安装到调试验收，从深化设计到售后维护等全面的一系列的周到服务。
二、系统整体结构设计
9107工程科研实验办公主楼建筑设备管理系统采用了江森公司最新的一代Metasys系统拓展架构，如图所示：
从上图可以看出，整个网络由以下几个关键组件构成：
2.1.现场及控制网络（NCE）
网络控制引擎负责监控安装在其现场总线上的直接数字控制器，内含一个嵌入式网络用户界面，通过该界面可以进行系统导航、系统配置及系统操作。
当网络控制引擎与IP网络相连时，它还可以为其它网络控制引擎设备和数据管理服务器提供数据信息。
2.2.数据管理服务器-ADS
数据管理服务器是一种能够将个人计算机（PC）作为一个应用服务器在IP自动化网络中使用的软件包。
数据管理服务器提供的主要网络功能包括：
⏹_允许多用户单点访问网络
⏹_存储大量应用程序、操作及历史数据
⏹_支持MicrosoftSQLServer2000数据库软件包
⏹_作为多个网络控制引擎和网络集成引擎的系统配置工具的主机
在本系统中主控计算机和分控计算机作为网络用户通过标准的WEB浏览器直接访问数据管理服务器，在授权许可的范围内监视、操作建筑设备监控系统。
用户界面直观、易用、无需专门培训或查看操作手册也可轻松使用。
2.3.直接数字控制器-DDC
系统共配置若干个直接数字控制器和扩展模块，分布于各被控现场。
DDC通用控制器与VAV专用控制器在同一控制网络中共存，使得末端控制与整体空调系统的协同工作更加完善和迅速。
在以下的章节中我们会对各主要部件的硬件配置、软件功能、控制策略进行详细说明。
综上所述，江森公司的新一代Metasys系统融合了信息技术（IT）及互联网的各种技术，已经远远超出传统的楼宇控制系统的范畴。
在新系统中，可以使用任何标准的网络浏览器作为系统用户界面。
获得网络访问授权后，您可以查询到与您的建筑设施的技术和经济性能相关的任何信息。
Metasys系统拓展架构仍然具备Metasys系统在演变过程中一直具备的所有传统的楼宇自动化控制功能、特性和开放性，包括通过BACnet®和LONWORKS®协议实现的系统兼容性。
Metasys系统拓展架构可以与MetasysN1网络，N2总线控制器和Metasys系统兼容设备进行通信。
三、二级网络的系统结构
BMS系统采用控制层和管理层两层网络结构，服务器、操作站、网络通信设备等通过管理层网络相联，管理层网络采用100MBASE-T以太网，以标准TCP/IP协议互相通信，在物理连接上利用现有的综合布线路由，通过网络设备的设置将管理层网络连通；所有控制器能通过控制层网络以现场总线方式通信。
采用分布智能式控制系统，控制层网络中任一节点故障时均不致影响系统的正常运行和信号的传输。
3.1.管理层网络
管理层网络除了将系统自身的管理设备连接起来外，还将建筑物中其他相关系统和独立的智能化系统连接起来，实现各系统之间的数据通信、信息共享以及其他厂商设备和系统的通讯。
同时管理层网络还将建筑设备监控系统中的所有监控信息及时地反馈到信息共享管理系统中的中心数据库，并获取信息共享管理系统的相关运行信息，实现相关信息的双向通讯。
管理层采用TCP/IP协议，中央操作站及分站，数据管理服务器，网络控制引擎等设备分布其上。
网上各节点之间的数据交换采用点对点（peertopeer）方式，各节点均具备动态数据访问（DynamicDataAccess）功能，您只需在网络的任意节点添加计算机，通过标准的WEB浏览器，即可以您的用户名和密码轻松访问您权限范围内的被控设备。
甚至可以在全世界任何地方通过内联网或互联网进行显示和控制操作。
当然，灵活的模块化网络结构也为您未来的扩展提供了保证。
3.2.监控层网络
采用分布智能式控制系统,实现各控制节点之间，控制节点与中央控制中心之间，以及它们与专用控制、接口设备之间的数据通信。
控制层每个现场控制器DDC采用分散控制的原则，分布在被控设备的附近，现场工作人员可以通过DDC上的显示面板和操作面板就近操作或监测被控设备。
每个DDC由控制器及其扩展模块组成，①当现场被控设备的监控点位需要增加时，只需增加相应的扩展模块即可，不会影响其他被控设备；②当需要增加其他被控设备时，只需在控制层网络上增加控制器，同样也不会影响其他控制设备。
中央控制中心通过控制层网络将信息传送到任何指定的控制节点。
四、监控中心管理操作站
中央监控管理中心配置有用户管理操作站、中央管理数据服务器及其他附属设备，如打印机、UPS等，其中中央管理操作站负责楼宇自控系统的维护和管理，数据管理服务器负责整个9107工程科研实验办公主楼建筑设备监控系统全局监控和管理；
4.1.数据管理服务器-ADS
在中央监控管理中心设有1台高性能、高可靠性的数据管理服务器。
建筑设备监控系统应用程序和数据管理服务器（ADS）管理BMS系统的数据收集和显示；还管理趋势数据、事件消息、管理员记录和系统设置数据的长期储存；为网络控制引擎（NAE）所在的网络提供安全的通讯。
数据管理服务器具有灵活的系统浏览、用户图形、综合报警管理、趋势分析和总结报告功能。
用户可以通过网络浏览器有效地管理舒适度和能源使用、对危急事件作出快速反应、并且使控制策略达到最佳。
多用户可以访问楼宇自动化系统的信息，该系统使用因特网协议和信息技术（IT）标准，并且与企业级别的通信网络兼容。
a）特点：
i.支持IT标准和因特网技术
可以安装在楼宇或企业内现有的IT设施上，与工业标准防火墙兼容
ii.标准网络浏览器用户界面
从任何安装网络浏览器软件的电脑访问您的建筑设备监控系统
iii.安全的用户访问
鉴别用户及授权访问，保护系统安全
iv.灵活的系统浏览和动态用户图形
允许不同用户订制系统显示，促进信息访问，便于系统操作
v.报警和事件管理
向操作者发送事件消息以便快速诊断和反应。
建立审计跟踪供以后详细分析
vi.站点管理员功能
协调多个网路设备信息的显示，便于整个站点的浏览
vii.趋势数据长期存储
能够进行系统性能分析，识别提高效率和开发预定战略的机会
b）配置
数据管理服务器（1台），均采用IBM高性能服务器，其硬件配置如下：
主频：
PentiumIV2.8G
硬盘：
120G,
内存（RAM）：
516GB
光驱：
48XCD
软驱：
1.44M
100M以太网卡
显示器：
15”液晶，分辨率：
1024x768
软件：
Windows2000Server；
数据管理服务器产品随机附带系统设置工具（SCT）
数据管理服务器产品随机附带数据库软件
c）系统软件功能
图形显示
Metasys用户界面具有高分辨率的彩色图像，允许操作者在建筑、楼层和区域间移动，观看楼宇系统和控制过程。
图像显示给出了被监视系统的视觉显示，允许用户迅速检查状态并识别异常情况。
这些图像也许包括动画效果，例如表现风扇和泵的状态的旋转符号，模拟计量表以及表示模拟点数值的条形符号。
彩色图形中的动态元素和符号进一步帮助操作者评价楼宇系统的情况。
操作者发出命令来回应警报，并且恢复最佳运行，还可以更改显示在屏幕上的参数来持续改进楼宇设施的运行性能。
Metasys用户界面上的彩色显示在设计中采用因特网标准，例如用于显示图形元素和动态符号的可伸缩矢量图形（SVG），以及用来定义图像模仿能力的可扩展标记语言（XML）。
另外，基于普通JPEG（联合图像专家组）格式的任何类型的图像都可以容易地集成为图形。
这些标准的使用允许把用户屏幕设计成为网页，可以通过企业内部网和因特网环境一致并透明地显示。
在图形中生成动态元素并将它们链接到数据点数据所使用的工具是数据管理服务器的组成部分。
通过使用拖放、点击和下拉菜单可以使设置过程变得非常容易。
图1：
图形显示
管理警报和事件消息
一个有效的警报管理系统会区分信息显示的优先次序，以便操作者能够迅速有效地对楼宇中最危急的情况作出反应，而推迟对不那么重要的事件的注意。
Metasys用户界面有一个弹出式窗口，显示系统发现的最重要的警报信息。
用户在这个窗口可以看到有关警报消息的所有重要数据。
为在整个系统范围内查看警报和事件，用户界面提供了一个事件观察程序，按时间顺序显示事件。
这就允许操作者识别楼宇中最新的情况，确定事件之间可能存在的关系，并且找出错误源头的位置。
事件观察程序还允许操作者确认并为现实的所有事件消息作出注释。
由网络控制引擎或网络集成引擎装置发现的所有事件消息被发送到数据管理服务器并在ODBC兼容数据库中归档。
可以设置数据管理服务器将事件和交易消息发送到打印机、寻呼机、电子邮箱或其它数据管理服务器服务器。
为显示管理员记录，用户界面提供了审计观察程序。
审计观察程序允许操作者建立一个过滤器，这样只有那些操作者特别感兴趣的消息才被显示出来。
图2：
管理警报和事件消息
趋势分析
为达到最佳性能并调节楼宇控制系统，当前和历史数据是非常有用的分析信息。
Metasys用户界面具有综合趋势记录和趋势显示功能。
从现场点中收集趋势数据并暂时保存在网络控制引擎和网络集成引擎设备中。
趋势数据可以自动并定期上载到数据管理服务器并在ODBC兼容数据库中存档。
用户可以查看并分析在Metasys用户界面中以图形或表格方式显示的趋势数据。
趋势数值可以表现系统性能，用户可以识别提高效率的机会并开发预定的维护策略。
为在整个系统基础上进行运行性能的详细分析，用户可以建立一个趋势研究工具。
来自多达八个现场点在选定时间段内的数据可以表格或图形的形式在趋势分析工具的视图中显示出来。
数据可以从数据管理服务器的档案中，或网络控制引擎或网络集成引擎设备的缓存区中获得。
趋势研究工具提供了一个分析比较目前和历史运行数据的强大管理工具。
会帮助用户在出现以前识别潜在性的问题、诊断目前和过去的报警情况、使能源消耗达到最佳并且减少维护成本。
图3：
趋势分析
汇总和报告
汇总帮助操作者从一个系统或组的角度观察数据和情况。
数据管理服务器具有在浏览树中显示任何设备的汇总数据的功能。
报告使得用户从简单的角度观察整个项目或楼宇内选定区域内目前的意外情况，并允许操作者确定值得注意的点的位置。
操作者定义想要看到的报告，数据管理服务器在Metasys用户界面的报告观察程序中显示得到的数据。
用户可以运行如下报告：
i.报警报告–处于报警状态的点
ii.离线报告–没有反应的设备
iii.禁用报告–被禁用的警报
iv.超越报告–人工终止的点
报告将列出给定条件下的所有点：
警报、离线、禁用或超越，它们位于浏览树的选定的区域或组内。
完成后的报告可以更新，确定报告运行后新情况的位置，在任何时候都可以取消进行中的报告查询。
图4：
警报报告
设置时间表
时间表功能允许用户定义设备运行的日期和时间，例如设备的启动和停止，并改变设置点。
用户可以为一周内的一天或几天的活动、假日或特定的日历日安排时间表。
Metasys用户界面为每周时间表提供了图形显示，并为创建和编辑时间表提供日历。
时间表实际上是在网络上的网络控制引擎或网络集成引擎里运行的，但是可以设置来向整个楼宇或站点内的设备发送命令。
图5：
时间表的设置
系统安全
Metasys系统的扩展体系结构包含综合系统安全程序，防止对系统的无授权访问。
Metasys系统安全通过要求输入用户名和密码来鉴别试图连入系统的用户。
一旦发现了有授权效的用户，即可在访问授权的基础上访问系统，这是由系统管理员在用户帐户中定义的。
访问授权是通过系统分类和动作设定来向个人用户和具有相同作用的团组用户分配的。
系统分类定义了楼宇系统的种类并且指出用户在操作系统时可以进行访问。
动作设定定义了授权操作的级别。
用户也许会被授权仅仅察看一些项，或者也允许其确认报警并发出命令。
在最高级别，用户被授权更改系统的参数设置。
在访问授权的基础上，用户可以通过数据管理服务器从任何网络浏览器上连接到系统。
诸如报警确认、发放命令和点变更等用户活动均被记录在数据管理服务器的审计跟踪程序中。
除了用户授权以外，应用包括防火墙程序和编码协议等标准IT安全技术来防止对你的楼宇自动化系统和网络的无授权访问。
图6：
系统安全性设置
系统设置工具
数据管理服务器软件包包括系统设置工具（SCT）。
SCT使得用户能够以离线模式完成系统编程过程，并仿真编程的控制逻辑。
SCT提供了建立自动化系统所需的所有设置特性，包括：
v.定义所有的数据管理服务器、网络控制引擎和网络集成引擎工具
vi.定义现场控制器
vii.设置现场点和操作参数
viii.建立浏览树型结构，包括用户浏览树
ix.设置系统特性，例如用户图形、编程逻辑控制次序、报警、趋势和事件消息的发送方式
x.下载、上载及存档网络控制引擎和网络集成引擎工具设置数据库
SCT的Metasys用户界面与数据管理服务器的用户界面一样，具有相同的外观和感受。
图7：
系统设置工具
通过上述先进的人性化工具，楼宇管理者可对整幢建筑或未来的建筑群实施全面监管，体现以下优越性能：
●根据不同的功能区域进行不同需求的人工环境控制，提供最舒适的温度、湿度，满足租户的使用需要；提高租户员工的劳动生产率、降低因为空调环境不适而带来的人身健康问题。
●提高能源使用效率、降低建筑物运行能耗、提升建筑物盈利能力。
今日建筑群运行能耗及对其对环境的影响日益受到关注，9107工程科研实验办公主楼总建筑面积大，能源的消耗相当可观，楼宇自控系统特有的节能控制功能（焓值控制、负载循环、日/夜模式、占用/非占用模式、设备联锁控制、负载限制、冷冻机顺序控制、冷冻水温度设置、冷却水温度设置、变频设备优化运行），使系统能够调节气、水、电、热等能源的消耗量，可以有效减少水、电和冷热能源的浪费。
●提高管理效率、降低运行成本。
●机电设备合理的运行管理，通过先进的预防性维护系统可减少设备损耗、延长使用寿命；
4.2.
现场及控制网络（NCE）
NCE具有一体化现场设备控制器，提供连接远程设备（例如，大型中央冷却和加热设备、大型空气处理单元）的直接接口并且能够对远程设备进行控制。
1）性能特点
●■在信息和企业层次上采用通用信息技术（IT）标准
●能够让您在楼宇或者企业内现有的IT基础设施上安装NCE，通过公司的企业内部网、广域网（WAN）或者带有防火墙保护功能的公共因特网使用标准IT通信服务。
●■基于WEB的用户界面
●允许您从连接到网络的Web浏览器来访问、监督和控制NCE、包括通过电话拨号连接或者因特网服务提供商（ISP）连接的远程用户。
●■能够对N2总线、LonWorks网络控制总线BACnet-MS/TP现场总线进行管理
●支持开放网络标准连接，以便灵活选择现场设备。
通过BACnetMS/TP总线、LonWorks网络总线或者N2总线最多支持32个现场控制器。
●■多种数据访问连接选项
●能够利用以太网端口通过IP网络实现Web浏览器连接。
对拨号连接来说，采用可选的内部和外部调制解调器。
●■带有33个I/O点的一体化现场控制器
●为制冷站设备和大型空气处理应用提供现场级的控制，同时具备企业级的IP网络连接功能。
●■33个板载NCEI/O控制点包括：
●10个通用输入点，每个点都可以被定义为电压模拟输入（0-10VDC）、电流模拟输入（4-20mA）或者电阻模拟输入
8个数字输入点，每个点都可以被定义为干触点维持模式或者脉冲计数器模式（100Hz高速）
4个模拟输出点，每个点都可以被定义为电压模拟输出（0-10VDC）或电流模拟输出（4-20mA）
4个可配置的输出点，每个都可以被定义为电压模拟输出（0-10VDC）或者数字输出（24VAC三端双向可控硅开关）
7个数字输出点（24VAC三端双向可控硅开关）
●可扩展的I/O点功能，NS传感器连接以及通过现场控制器SA扩展总线实现对VFD控制
能够将多个输入/输出模块（IOM）、NS系列网络传感器和VFD连接至现场控制器SA扩展总线，将最先进的温度控制和马达速度控制整合至您NCE应用中。
2）技术规格：
网络控制引擎是内嵌操作系统的专用智能硬件，主要硬件指标包括：
电源
24VAC50/60Hz
功率
最大25VA
注：
25VA额定功率不包括NCE为连接到NCE数字输出（BO）设备供应的电源。
周围操作温度
0℃至50℃（32℉至122℉）
周围操作环境
10至90%相对湿度；最大露点30℃（86℉）
周围储存温度
－40℃至70℃（－40℉至158℉）
周围储存环境
5至90%相对湿度；最大露点30℃（86℉）
数据保护电池
可以充电使用的凝胶状电池，12V1.2Ah
时钟电池
21°C（70°F）时，典型使用寿命为10年。
处理器
管理控制器：
192MHzRenesas®SH47760RISCprocessor（32位）
现场控制器：
20MHzRenesas®H8S2398processor（32位）
内存
管理控制器：
用于操作系统、配置数据和操作数据存储及备份的128MB非易失性闪存；用于操作数据动态存储的128MB同步动态随机存取存储器（DRAM）
现场控制器：
1MB闪存和1MB随机存储内存（RAM）
操作系统
Microsoft®Windows®CEEmbedded
模拟输入/模拟输出分辨率和精度
模拟输入点：
16位分辨率，±0.5%精度
模拟输出点：
16位分辨率，±200mV精度（0-10VDC应用情况下）
网络和串行接口
一个以太网接口，8针RJ-45型连接器；
一个光电隔离的RS-485SA扩展总线端口；
一个光电隔离的RS-485端口；带有可插拔的4孔接线端子；
一个LONWORKS端口；FTT1078Kbps；带有可插拔的3孔接线端子；
两个RS-232-C串口，支持所有的标准波特率，标准9针次D式连接器；
一个USB标准串行端口
可选为内置调制解调器设计的一个电话接口，最高速度56KB，6针RJ-11型连接器；
尺寸
155x270x64mm
外壳
塑性材料：
ABS+聚碳酸脂护罩：
IP20（IEC60529）
安装
通过四个安装脚用螺丝在水平面上固定，或在双向DIN铁轨上安装
重量
1.2kg
认证
美国：
UL认证、FileE107041、CCNPAZX、UL916、符合FCC联邦通信委员会有关能源管理设备的CFR47，Part15，SubpartB,ClassA标准
加拿大：
UL认证、FileE107041、CCNPAZX7、CAN/CSAC22.2NO.205、符合加拿大行业标准ICES-003的信号设备。
欧洲：
CE标志、EMC指令89/336/EEC，符合EN61000-6-3（2001）有关居民和轻工业一般排放标准以及EN61000-6-2（2001）有关重工业环境一般免疫标准
澳大利亚和新西兰：
C-Tick标志、符合澳大利亚/新西兰排放标准
BACnet国际：
BACnetTestingLaboratories®（BTL）135-2004认证、BACnet楼宇控制器（B-BC）
4.3.打印机
系统配置了点阵针式打印机，针式打印机的优点在于可以将报警连续打印，它被放置于主控机房，用于实时在线打印报警等预先设定信息。
打印信息包括设备号、设备名称、运行数据、报警事件、能耗等。
4.4.不间断电源-UPS
在主控及分控机房设置UPS，在满足控制中心设备的供电容量外，留有20%的冗余；UPS配置有2000VA机头，4块65VA电池，电池柜等，支持在线1小时。
4.5.水流开关
■液体压力可高达1034kPa，使用范围宽
■可调整叶片的节数及长度，以适应不同管径及流速的需求
■设定点可调整，用户可根据系统的需要进行选择
4.6.
管道式压差开关
■带全封闭外壳的机械触点的Penn开关
■不需移动外罩，便能轻易地改变差压设定
4.7.
模拟量液位传感器
■耐压：
2xFS
■疲劳寿命：
108次满量程循环
■精度：
0.25%FS
4.8.
开关量液位传感器
■单刀双掷触点，C型（常开和常闭通用）
■密封电缆
■紧凑型防腐ABS外壳
4.9.
管道式温度传感器
■测量范围：
-46~104℃
■6寸镍传感元件
■不锈钢探针
■镀锌钢外壳，102mm黄铜套管
■精度：
±0.19C°at21°C
4.10.
管道式压力传感器
■压力范围：
0~30Bar
■外螺纹连接
■17-4PH不锈钢圈
■精度：
回差，偏差重复率为满量程的1%，温度影响为满量程的1%
4.11.
管道式压力变送器
■压力范围：
0~700Bar可选
■倍量程：
2~1.25
■精度：
0.25%FS
■压力接口：
1/4”NPT外螺纹
■不锈钢外壳
4.12.
风道式温度传感器
■测量范围：
-46~104℃
■8寸镍传感元件
■203mm不锈钢探针
■镀锌钢外壳
■精度：
±0.19C°at21°C
4.13.
风道式湿度传感器
■测量范围：
0~100%RH
■精度：
4%
■230mm风管探头
■0~10V电压输出
4.14.风阀执行机构
■旋转角度：
最大95°，机械可调
■运行时间：
150秒旋转95°
■当驱动器断电时可通过手动按钮实现手动操作
■噪音水平：
最大45dB
■免维护
4.15.
风道式压力传感器
■用于空气或类似的非导电气体
■精度：
±1.0%FS
■工作温度：
-18~
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