200903宝钢大厦BA系统改造方案.doc
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宝钢大厦楼宇自控改造方案
宝钢大厦楼宇自控系统
改造方案
上海奂源工程设备有限公司
2009年3月
1.项目概况
宝钢大厦楼宇自控系统是由上海船舶研究所设计、制作和安装的。
其最初的设计是按照四星级标准设计的，于1998年验收并投入使用,至今已经有10年有余。
整个BA系统包括了以下子系统：
空调新风子系统、冷热源子系统、供配电子系统、制冷制热子系统、供变配电子系统、锅炉子系统、照明系统和给排水子系统六大子系统。
其中冷热源系统监控点215个，空调系统监控点454个，27台空调机组，通风系统监控点为63个，26台新风机组，给排水系统监控点为76个，变配电系统监控点58个，照明系统监控点145个，电梯系统监控点24个，共计1035点。
系统主控站1个，分控站2个，现场控制器29台。
目前，部分DDC控制器已经无法正常工作，控制器失灵，传感器和阀门执行器的性能需要全面进行检测并维护，BA系统急需进行维护改造。
2.系统技术介绍及方案分析
a）系统介绍
本系统中监控系统监控管理遍布于各大楼内所有空间的监控对象，除了冷热源、空调通风设施以外，还有照明、动力配电、给排水和电梯等设备。
楼内设有中央空调系统，另外地下层等楼层还分布着给排水、送排风设备，包括水箱，照明等设备；变配电系统包括高低压进线柜、计量柜、变压器等设备。
针对项目的上述特点，非常适合采用“分散控制，集中监控”的集散型控制模式。
分散控制，能够极大地提高系统的可靠性，降低系统布线的造价和复杂程度；集中监控又为系统的操作管理和维护带来巨大的方便。
通过对楼宇设备的监控，将可以提供舒适性环境，节省能源，保障人员设施的安全和保护环境等等效益。
集成和信息系统集成需要来自建筑设备日常的和应急的各种工况参数，例如故障报警信息，能源计量，设备负荷状态（时间、水平）等等，建筑设备监控系统必须采集这些数据，并将它们和共享数据库关联，成为系统集成可以运用的原始数据。
这一个数据自动化采集的作业，是整个建筑群实现智能化的重要一环。
b）方案分析：
经过对系统的分析及现场的勘查，我们拟定本次改造对主、分控站及其软件，现场DDC控制器模块，箱体全部更新，传感器部分更新，阀门及执行器检修维护，管线平面部分予以保留，垂直及总线部分重新敷设。
主、分控站及其软件，现场DDC控制器是整个BA系统的核心。
原系统中使用的现场控制器是上海船舶运输科学研究所提供的，主要用于船舶上机电设备控制而用，并非BA系统专用设备，因此在功能和控制性能方面存在着天生的缺陷，监控软件也不是成熟的楼宇自控管理软件。
全部更新后将大大改善这方面的不足。
经过多年的运营，年老失修、技术落后，因此我们建议全部更换。
安装在风管上面的传感器，主要是温度和压差，我们建议予以更新。
安装在水管上的温度传感器，我们将拆卸后逐个检测，根据具体情况决定是否予以更换。
原来的阀门使Trend（卓灵）的产品，意大利原产，今年已被霍尼韦尔收购至旗下。
这些阀门拥有较好的的材质和性能，因此我们建议对这些阀门进行维护并予以保留。
若需要进行更换，还需要考虑到新阀门的安装尺寸同原来尺寸差异的问题，这样势必导致相连的水管管道也需要更换和重新安装，工作量繁重。
阀门执行器需要进行检测，如果校正后工作性能良好，则予以保留，否则更换阀门执行器。
原来的29个现场控制机箱外壳箱体其尺寸较小，而本次更换的霍尼韦尔BA控制模块及CPU均需要在此位置放置，因此需要对箱体其进行更换。
原箱内控制器及相应的输入/输出模块全部更换，管线检查后做标签，大部分保留，重新接线并做标签。
按照此方案实施，我们建议分以下几个步骤进行：
Ø现场设备的检测，包括部分传感和全部阀门及执行器现场测试（部分已完成）；
Ø现场管线的检查，查线后做好标签，以便以后利用；
Ø系统深化设计，包括设备配置调整、系统图、平面布置图、DDC接线图设计；
Ø拆除设备，包括现场控制器、传感器、阀门及执行器，阀门检修（此阶段开始现有BA系统需要暂停使用）；
Ø按图施工，包括增设管线，DDC控制器、控制箱安装，传感器安装，阀门及执行器安装，查线等；
Ø软件编程，包括DDC控制其内部控制程序编制，监控软件操作界面编制。
Ø系统调试，包括通讯网络调试、DDC单机调试，DDC联机调试，监控软件调试；
Ø系统验收。
3.系统设备选型
a）中央系统的配置
硬件配置：
Ø中央主服务器选用国际名牌DELL服务器，该机器均经过HONEYWELL公司的测试验证，性能良好。
能最大程度降低中央数据保护的风险性，并更利于操作员及管理员的日常维护。
Ø打印机采用了高速矩阵打印机，以便连续打印事件/报警事件。
Ø为服务器专门配置了高性能的UPS设备，进一步确保了系统运行的稳定性。
软件配置：
Ø服务器上将安装EBI服务器/工作站软件及WindowsXP/2003操作,可根据需要配置标准接口软件及第三方的开发接口。
Ø工作站上将安装EBI工作站/浏览器软件及WindowsXP/2003操作，可根据需要配置其他软件授权，如SQL。
Ø运用BACnet客户端用于实现对BACnet控制器的管理。
ØOPC客户端和BACnet客户端用于开发相关子系统的通讯接口。
（可选）
ØMODBUS客户端，用于集成工业级PLC或变频器的标准通讯接口。
（可选）
ØDSA分布式服务器连接模块，为成熟的应用模块，用于连接分布设置的EBI与IBMS平台，确保系统集成的可靠性。
（可选）
ØAPI接口，用于开发相关子系统的通讯接口。
（可选）
Ø子系统接口开发：
冷水机组、热交换器机组、智能照明系统等。
（可选）
b）现场设备的配置
现场控制器全部选用Honeywell公司最新推出的ComfortPointTM系列控制器。
Ø网络控制器采用Honeywell公司最新的基于IP的具有扩展能力的BACnet网络控制器CP-IPC，采用32位CPU，64MB内存，24个物理点可扩展至128个，1500个软件点，支持扩展I/O模块，配置灵活。
内置BACnetIP路由器，无须另行增加任何BACnet路由设备，1个10M/100Mbps的EthernetTCP/IP口和3个MS-TPBACnet口，每条BACnetMSTP扩充多达30个现场控制器。
Ø每个变风量末端选用独立的现场BACnet控制器CP-VAV。
采用32位CPU，20个物理点。
通过BACnetMSTP总线连接CP-IPC，支持同层通讯，支持标准的VAV控制应用并可自由编程，兼容T7460、T7560墙装模块。
每一个CP-VAV控制器直接对应控制一个末端设备。
Ø风机盘管、送排风机、照明回路、水泵等简单控制应用选用独立的现场BACnet控制器CP-SPC。
采用32位CPU，19个物理点。
通过BACnetMSTP总线连接CP-IPC，支持同层通讯，支持标准的FCU控制应用并可自由编程，兼容T7460、T7560墙装模块。
每一个CP-SPC控制器直接对应控制一个AHU。
Ø便携式操作站XI582B-CH：
全中文液晶显示手操器，用于系统维护人员在任一控制器上对该控制器及总线上的系统控制器（控制器可同层通讯）的运行状态、参数进行监测，并可修改系统的状态及参数，操作过程不影响系统的正常工作。
操作站设三级密码保护以保障系统的安全。
Ø控制器的电源由控制中心UPS统一提供一路交流220V电源。
Ø现场传感器、执行器的电源由机电承包单位提供楼层电。
本方案所采用的主要组件中央软件、控制器及主要的现场传感器均是Honeywell生产的标准设备，在世界各国得到广泛的应用。
Honeywell的楼宇控制设备均采用工业标准，具有极高的可靠性。
c）系统通讯网络
1）管理层网络
Ø采用标准的TCP/IP以太网构成局域网，中央站与工作站为服务器/客户机结构，通过以太网及相应的通讯接口实现中央站、工作站、及第三方设备、相关子系统间的及上位BMS系统的数据通信、资源共享和综和管理功能。
ØEBI系统由于其结构及开放性易于实现与其他相关系统和独立设置的智能化系统间的数据通信、系统集成以及与其他厂商设备和系统的连接。
Ø数据传输速率为10/100M。
Ø本系统设计将BA系统的TCP-IP传输方式直接接入到PDS系统中，鉴于安全起见，需要PDS专业选用高性能的网络交换机设备，达到水平网线传输，垂直光纤传输的目的，这样将大大提高BA系统控制的优越性。
另建议将BA系统所在的网段用VLan技术单独划分出来，这样更加确保了BA系统在运行过程中的稳定性。
2）监控层网络
为了保证系统日后的开放性，我们将采用我们最新的、也是目前最为先进的通讯方式即BACnet通讯方式为大楼进行系统设计。
Ø网络控制器CP-IPC通过BACnetTCP/IP总线与EBI中央通讯，能实现控制器间的通讯，即同层通讯，便于系统参数的共享及不同控制器间的联动控制。
ØEBI中央可通过BACnetTCP/IP总线把信息传送至任何指定的分站。
ØBACnetTCP/IP总线在网络控制器CP-IPC和中央站之间以10/100M的速度传输数据，最高通讯速率可达100Mbps。
3）现场层网络
为了保证系统日后的开放性，我们将采用我们最新的、也是目前最为先进的通讯方式即BACnet通讯方式为大楼进行系统设计。
Ø现场控制器CP-VAV/SPC通过BACnetMSTP总线连接至网络控制器CP-IPC，从而与中央通讯。
每条BACnetMSTP总线可连接最多30个现场控制器。
ØBACnetMSTP最高可以76.8Kbps的速度在现场控制器CP-VAV/SPC和网络控制器CP-IPC之间进行数据传输。
电缆长度从1050至7200英尺（320至2200米）。
d）系统特点
a）本项目采用Honeywell的ComfortPointTM系统，构成纯BACnet网络系统结构，不仅符合中国国家标准，而且符合当代现场总线在控制系统应用发展方向。
b）系统不需要网络转换设备（如：
网络控制器、网关等），由中央站和分站DDC构成分布式集散控制系统，中央站和分站DDC控制器直接通信，控制器之间直接通信。
c）所有DDC控制器，均为可以和第三方产品互相操作和互相替换的开放式BACnet的产品。
因此ComfortPointTM系统是一个完全开放系统。
d）所有DDC控制器，均为点对点通信，体现了“网络就是控制器”这个网络时代的技术特征。
e）中央站出现故障，不影响所有DDC控制器的工作。
中央站由中央服务器和客户机组成，同时采用互联网技术，兼具浏览器/WEB服务器/数据库这种互联网三层结构，全部WEB化界面操作。
中央服务器建立和支持63000个监控点的实时数据库和可大于20GB的关系数据库，还提供DSA分布式数据库技术，中央站采用的最先进的数据库技术和互联网技术,安装有完善的中间件服务系统（ARCnet、BACnet、LonWorks、ModBus、ODBC、OPC、DDE等等），使EBI系统成为智能建筑的理想的开放式集成平台，基于建筑设备监控系统，可以构成BMS，IBMS平台。
4.系统总体架构
与集成管理系统联网，建筑设备监控系统可将设备维修信息自动传送至集成系统，方便物业管理部门及时组织维修，对于中南国际广场这样的建筑来说将有大量的设备维护工作，通过系统间的联网将大大提高工作效率。
Ø需采用先进的、集散型网络结构实现建筑设备监控系统的实时集中监控管理功能。
既能符合国际标准，又符合中南国际广场的建筑特点，其设备较分散，作为集散性控制分站的控制器通信网络，应能实现各分站间，分站与中央站之间的数据通信。
Ø监控的界面应为全中文Windows界面，便于操作员的学习和掌握，监控界面直观形象。
Ø需采用灵活的模块化具有BACnet技术现场控制器，对于不同楼层的现场设备分布配置相应的输入/输出模块，保证系统良好的集散性和今后的扩展性。
Ø需尽量采用同一厂家的设备，高可靠性的设备，以保证各设备间良好的协调性且长期运行良好。
Ø需采用优化的控制方案，实现节能控制。
空调系统将成为能源消耗的大户，采用优化的控制方案不但可为宝钢大厦创造一个舒适及安全的工作环境，且能大大节约能源。
Honeywell公司的EBI系统是一个集成系统，而且是目前世界上唯一已经将BA、SA、FA集成的集成系统，可完全满足宝钢大厦BA系统的需要，且为很多工程应用的成熟、可靠的系统。
系统网络应采用标准网络协议，符合远程通信管理以及符合计算机发展技术趋势的要求。
系统软件应能提供多种标准通讯协议便于实现系统集成，并按模块化的方法设计，便于系统规模及应用功能的扩展。
为了保证系统日后的开放性，推荐采用最新的、最先进的产品为本项目行系统设计。
系统方案选用EBI系统，现场控制器采用Honeywell最新推出的ComfortPoint系列控制器。
1）中央站监控功能
全中文化的图形化操作界面监视整个BA系统的运行状态，提供动态图片、工艺流程图、实时曲线图、监控点表、绘制平面布置图，以形象直观的动态图形方式显示设备的运行情况。
可根据实际需要提供丰富的图库，并提供图形生成工具DisplayBuilder软件，绘制平面图或流程图并嵌以动态数据，显示图中各监控点状态，提供修改参数或发出指令的操作指示。
采用EBI服务器配置的矩阵打印机可连续记录报警打印输出，保证报警记录的连续性。
2）空调通风系统的监控
设计空气调节系统的目的在于，创造一个良好的空气环境，即根据季节变化提供合适的空气温度、相对湿度、气流速度和空气洁净度，以保证人的舒适度。
在智能建筑中，由于使用着大量的办公设备和电信电气设备，空调负荷中主要是内部发热量引起的负荷，在设备使用高峰期，设备发热量可达内部发热量的50％左右。
因此，建筑物的内区基本上全年供冷，周边区可能出现供热,供冷交替反复形式。
夏季冷负荷，智能化建筑可以达到一般大楼的1.3—1.4倍，而冬季热负荷却仅为后者的50％。
所以,智能化建筑的空调也将根据不同区域有着不同的方式。
通过BA系统的监控环境温度可控制在设定温度的+/-2℃范围。
需要强调的是，尽管机组不同、应用的场合不同，但是，对它们的控制均有一个共同的目标和控制重点就是在保证舒适性的前提下，保证机组可靠运行，提供节能措施。
对每一台机组的控制原理和控制方式，均建立在这个基础上。
以下我们将对本工程空调机组和新风机组的控制原理加以介绍：
空调新风机组系统
本系统主要由PAU新风机组（二管制）和本地控制的风机盘管组成。
新风机组（二管制）监控：
这些空调机组均带有冷热水阀调节控制、新风/回风/送风风阀调节控制、加湿阀的调节控制、过滤网压差报警的监测以及送回风温度传感器的监测功能。
另外对于变频空调机组，还带有对变频器的频率控制，具体监控内容详见下表。
监控设备
数量
监控方式及监控内容
变频空调新风机组（二管制）
若干
模拟输入：
送风温度、回风温度、风阀反馈、水阀反馈
模拟输出：
冷热水阀调节控制、风阀调节控制、变频器调节控制
数字输入：
风机运行状态、故障报警、手/自动状态、风机压差报警、水泵压差状态信号
数字输出：
风机启停控制、加湿器开关控制
主要监控功能如下：
Ø机组定时启停控制：
根据事先排定的工作及节假日作息时间表，定时启停机组。
自动统计机组运行时间，提示定时维修。
Ø监测机组的运行状态、手自动状态、风机故障报警、送回风温湿度。
Ø送风温度自动控制：
以送风温度设定值作为控制目标，以送风温度测量值作为过程变量，以控制阀门作为执行器，采用闭环控制方案一进行PID调节，使送风温度保持在设定值的附近。
在夏季工况时，当送风温度高于设定值时，增大冷水管阀门开度；当送风温度低于设定值时，减少冷水管阀门开度。
在冬季工况时，当送风温度高于设定值时，减少热水管阀门开度；当送风温度低于设定值时，增大热水管阀门开度。
使送风温度始终控制在设定值范围内。
Ø焓值控制：
对空气源进行全热值计算，并进行比较决策，自动选择空气源，使被冷却盘管除去的冷量或增加的热量最少，来达到所希望的冷却或加热温度。
Ø连锁控制，风机启动：
新风风阀打开、水阀执行自动控制；风机停止：
新风风阀关闭、水阀关闭，在冬季水阀则保持30%的开度，以保护热水盘管，防止冻裂。
Ø报警功能：
如机组风机未能对启停命令作出响应，发出风机系统故障警报；风机系统故障、风机故障均能在手操器和中央监控中心上显示，以提醒操作员及时处理。
待故障排除，将系统报警复位后，风机才能投入正常运行。
Ø启停时间控制：
从节能目的出发，编制软件，控制风机启／停时间；同时累计机组工作时间，为定时维修提供依据；例如，正常日程启／停程序：
按正常上、下班时间编制；节、假日启／停程序；制定法定节日、假日及夜间启／停时间表；间歇运行程序：
在满足舒适性要求的前提下，按允许的最大与最小间歇时间，根据实测温度与负荷确定循环周期，实现周期性间歇运行。
编制时间程序自动控制风机启停，并累计运行时间。
风机盘管监控（非联网型）：
本项目采用二管制风机盘管，控制方式为本地控制，其他通用的风机盘管控制内容包括：
Ø室内温度的检测与设定：
在控制区域安装室内温控器，根据测定温度值与设定温度比较后，控制冷热水阀门及相应风机转速。
ØFCU风量控制：
室内用户设定器可设定FCU风机的转速（高／中／低／停）。
中控制室内也可设定相应参数。
ØFCU温度控制：
室内用户设定器可设定房间温度，中控室内也可设定相应参数，控制器根据设定温度控制FCU二通阀的开关，控制器通过中控室切换冷暖模式。
3）送排风机系统
设备
监控内容
送排风机
启停控制，运行状态、故障报警、手/自动状态
排烟风机
运行状态、故障报警、手/自动状态
管道风机
启停控制，运行状态、故障报警、手/自动状态
监控内容
Ø通过启动柜接触器辅助开关，直接监测风机运行状态和手自动状态。
Ø通过风机过载继电器状态监测，产生风机故障报警信号。
Ø于预定时间程序下控制排风机、送风机等启停，可根据要求临时或者永久设定、改变有关时间表，确定假期和特殊时段。
Ø同时累计风机的运行时间。
Ø中央站用彩色图形显示上述各参数，记录各参数、状态、报警、启停时间（手动时）、累计时间和其历史参数，且可通过打印机输出。
4）电梯系统
Ø监视每部电梯的运行状态（上下行）、故障报警。
Ø读取每部电梯所在楼层的信息。
5）其它系统（通讯接口方式接入）
本建筑设备系统除了对所有空调系统、照明系统、送排风系统控制、给排水系统、变配电等系统进行管理，还集成消防系统、安防系统等。
EBI可提供其他基于网络的应用以任何被集成的详细实时的设备数据，可与其他应用系统之间共享数据。
EBI系统已包含了广泛的设备及协议界面供集成选用，系统有以下开放接口：
ODBC数据接口、NetworkAPI（C、C++、VB、FORTRAN）、AdvanceDDE客户端、BACnet客户端/服务器、MicrosoftExcelData交换、OPC客户机等。
其它系统的接入根据建设方具体配置进行设计。
5.系统的扩容、扩建及故障影响
EBI不仅可作为建筑设备监控系统的监控管理，更适合作为BMS的管理平台，通过选用一定的接口软件，可方便地将BAS，SAS，FAS集成在一起，便于中南国际广场的统一集中管理及信息共享，实现相关系统间的联动控制。
我们系统的每个DDCCPU内均设32MBFlashEPROM存储器，永久存储固化软件和应用程序。
而且如果发生电源故障，无需电池支持，超级金电容器可保存RAM内容和实时时钟长达72小时。
一台Comfortpoint控制器的平均无故障工作时间MTBF≥13.7年。
系统运行时，启动或停止现场设备，不会出现数据错误或产生干扰，更不会影响系统正常工作。
当系统出现故障或现场的设备出现故障及监控的参数越限时，EBI均产生报警信号，报警信号始终出现在显示屏最下端，为声光报警（可选择），操作员必须进行确认报警信号才能解除，但所有报警多将记录到报警汇总表中，可供操作人员查看，并及时做情况处理，并可把系统故障影响降低到最小。
6.主要设备介绍
1）EBI系统
EBI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厦的建筑设备监控系统、消防报警系统及安保自动化系统集成在EBI平台上，并适用于大楼的建筑特点及先进的控制和管理要求，包括选用最先进的LonWorkBACnet技术的数字控制器，以及与其他供应商系统及OA系统的开放性接口。
EBI对于ActiveX、DDE、ODBC、API、Access等标准技术均可实现无缝连接。
EBI系统将可实现与这些系统的通讯，从而实现有关的联动控制以及方便物业管理和系统集成，如持卡人读卡进入某个区域时，可自动打开相应区域的照明；如果发生火灾时可关闭火灾层的空调机组。
系统特点：
Ø专业的图形人机交互界面
Ø支持本地及远端的多个高性能工作站
Ø对各类楼控设备数据的实时监控
Ø强大的报警管理
Ø提供大量的历史数据和趋势图
Ø灵活多样的标准或用户自定义的报表
Ø强大的应用开发工具
Ø支持基于工业标准网络的本地及远端多客户机/服务器体系
Ø详细安保数据与人事系统的集成
Ø针对大型高端用户的多服务器功能
Ø热冗余功能
ØInternat功能的全面支持（ActiveX技术）
强大的集成能力
EBI系统是Honeywell公司最新的智能楼宇管理系统,具有良好的开放性。
系统架构基于以太网，使用TCP/IP通訊协议。
支持目前所有的主流的开放协议，见下图。
利用这一特点，系统可以方便地和第三方系统连接。
Honeywell作为系统集成商，将采用EBI做为系统集成平台。
如果第三方供货商尚未确定，Honeywell可向业主提出建议，要求第三方供货商提供OPC、BACnet、Modbus或LONworks等标准通讯协议，与Honeywell的EBI系统集成。
以下是EBI系统集成常用的四种通讯接口。
客户可根据需要选购相应接口功能模块。
uOPC
一种建立在COM技术基础上、用于加工控制的通用标准接口。
该接口有助于使不同供应商书写的OPC客户端和OPC服务器软件一起无缝地携同工作。
作为数据源，第三方设备供应商需提供OPCServer；Honeywell的EBI系统则提供OPCClient（支持DataAccessStandardversion1.0或2.0），通过读写OPCServer的数据来监控第三方设备。
uBACnet
一种建筑物自动化和控制的网络通讯协议。
EBI系统能够连接支持BACnet通讯协议的系统和产品，包括对模拟点和数字点的读写。
额外功能的支持取决于该设备对BACnet协议的支持深度。
作为被集成的第三方，供应商应提供BACnetServer；Honeywell的EBI系统则提供BACnetClient，通过读写BACnetServer的数据来监控第三方设备。
uModbus
一种在工业控制领域流传已久的、用于控制总线的应用层协议。
EBI系统支持RTU和ASCII两种传输模式，通过串口（RS232/485）、TCP/IP或ModbusPlus网络和第三方设备进行通讯。
uLONworks
一种工业标准，是建筑物自动化系统采用的现场总线技术。
第三方提供的LONwork产品，符合LONwork标准协议,具有LONMark认证标记，并能提供产品得Plugin程序。
由于不同厂家对以上协议或标准实现的
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