楼宇设备自动化系统.docx

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楼宇设备自动化系统

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1.楼宇设备自动化系统介绍

1.1系统概述

楼宇设备自动化系统BAS（BuildingAutomationSystem）的任务是创造安全、舒适与便利的工作环境，尽量减少能源消耗，提高经济效益，以获得强劲的市场竞争力。

美国江森自控公司的Metasys中央监控系统，是一个完美无瑕的建管系统。

她利用了90年代所有可以运用的先进科技技术，将每一个不同层面的装置设施结合起来，并发挥其最大的效力。

Metasys再次赋予建管系统以新的生命。

Metasys系统本身的设计具有系统结合功能。

它的（Integrator）介面设计，已令Metasys400种非江森的设备联上，使它们也成为整套楼宇建管系统的一部分。

每年有数十种非江森的设备加入这个行列。

通过Ethernet网可与消防报警系统、安全防盗系统、闭路电视监视系统、停车场管理系统等系统联网，实现数据共享，集中管理和连锁控制。

并可通过MODEM与广域网互连，实现楼宇设备信息的世界性传递与资源共享。

1.2系统特点

最先进的技术

Metasys系统采用最先进的技术实现受控设备完全自动化控制，此系统已安装运行一万多套，并且又有JohnsonControls百年的控制经验为强大的后盾，同时，JohnsonControls拥有自己独特的控制方式是其它厂家无法比拟的。

标准的兼容性

Metasys集成支持包含目前楼宇自控及信息产业中绝大多数的标准，因此我们的系统具备了灵活性、互操作性以及同其它楼控系统甚至企业内部信息网络的可连接性等特点。

易于施工、安装、操作和维护

一个好的系统就应该保证它运行的简便稳定性，Metasys系统通过当地的办事处或指定安装商，使全球范围内的各个用户均能受到适当的培训，从而更好地操作Metasys系统，让其达到最佳的运行状态。

可扩展性

由一个或多个现场控制器、上一级的控制器和高级操作站，组成最基本的系统结构，Metasys系统可以不断满足受控设备扩展的需要，对于特别应用的现场控制器、高一级控制器、网络和操作站也同样考虑在内。

演变更新

你永远都不用担心Metasys系统会过时，因为它不断的增加新的技术、新的应用、新的工具、新的硬件以及更简单易用崭新的操作系统，Metasys这种演变更新是永远都不会停止的。

全球应用

Metasys系统在北京和在底特律的运行是一样畅通的，它提供给用户超过12种语言以上的相同介面，我们的控制器、传感器、执行器和网络设备都可被特制成满足于各个地区需要的专用设备。

2.楼宇设备自动化系统结构

从以上示意图可知楼宇设备自动化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，通过Ethernet网（N1网）将中央操作站及网络控制器各节点连接起来，同时安装在建筑物各处的直接数字控制器（DDC），将通过LonWorks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。

2.1中央操作站

METASYS系统跟据用户的要求，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：

多屏显示

在一个操作员前面显示监控庞大的集中自动化系统的所有信息是一个大难题，而M5操作站采用屏幕管理系统解决了这个困难，大型建筑物、多建筑群及多种网络均可采用此项技术以支持多屏显示。

现存图形的重复利用

无论是JohnsonControls工作站内的图形，或是其它流行的图形格式，Metasys操作站都能再利用它们。

绘图软件CoreDraw,Visio及AutoCad，同数码像机、视像抓取卡及数字扫描仪一样均能提供丰富的图形资源，操作站的灵活性大大减少了程序员和操作者的工作。

动画介面

MS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。

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。

灵活连接

在Metasys操作站图形中的任何标志或用户设计的区域可以定义一个灵活的连接激发到另一种应用或者直接连上另一个屏幕。

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。

动作趋势

Metasysworkstation提供给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。

趋势比较

Metasysworkstation允许用户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。

M—网络

当M—网络服务器安装在网络中时，无论是内部的局域网还是互联网都可以在网络中任一电脑中获取信息，M—网络不需要特别的网页程序，只要有密码保护就能执行各个系统，完成各点的控制、以及调整有关的结论。

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，如下图表，可以看出VAV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，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。

舒适曲线

保证舒适度是设备管理系统最基本的功能，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。

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。

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某一建筑物的某一区域，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。

2.2局域网LAN网络

采用局域网LAN使得分布在楼内的中央操作站和子操作站可互相联网，江森公司的Metasys系统的管理级即系统平台是在Ethernet网的基础上运行的中央操作站，子操作站和其他系统的操作站之间的连接介质，可选用双绞线，同轴电缆或光缆。

以太网是国际标准的网络，它支持TCP/IP协议，可以使不同的系统互连，数据传输速率为10Mbps，可以在综合布线中传输。

中央操作站，辅助操作站及网络控制器借助标准的Ethernet网络（N1网）联接起来。

用户可以通过电话界面与江森公司的远程维护中心联网。

直接数字控制器及网络控制器之间（N2网）用LonWorks总线，网络的通讯速率为78k波特率，通讯协议为点对点通讯。

Metasys的设计能允许N1LAN中的每个部件在平等基础上与任意一个其他部件进行充分.自由的信息传送。

2.3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大厦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。

2.4直接数字控制器（DX-9120）

✧

直接数字式控制器是Metasys系统的最前端装置，直接与大厦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。

✧支持点对点通讯，在LonWorks总线上的数字控制器可动态交换数据和信息共享。

✧有直接从LonWorks总线上接收的网络模拟输入16点、数字输入16点，有直接发送到LonWorks总线上模拟输出16点、数字输出16点。

3.操作系统

操作系统是Metasys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。

3.1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。

3.2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。

3.3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”；

3.4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。

4.软件系统

4.1控制软件

（A）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

（B）控制软件可限制被控制装置每小时动作的频率。

（C）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。

（D）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。

4.2节能软件

江森公司提供以下节能软件，这些软件程序能在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

-用电量高峰期的限制等

4.3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。

4.4监控点历史及动向趋势记录

A.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

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。

4.5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；

✧模拟量及脉冲累积记录－例如用电量；

✧发生事项的累积记录－例如水泵、风机启/停的累积次数。

5.某某大厦BAS系统监控方案介绍

大厦BAS系统对空调机组系统，送排风系统，给排水系统，冷冻水系统，变配电系统，照明系统，电梯系统等系统进行监控和管理，达到舒适、方便、节能和便于管理的目的。

楼宇自控管理系统可按要求编程，中央控制室具有完全汉化的监控中心和图形化的监视屏。

根据大厦BAS系统的使用特点和设计要求，建议选用江森公司的Metasys系统，该系统主要由1台中央操作站、台NCU及若干台DDC（DX－9120）组成，监测和控制的系统包括以下部分：

5.1空调系统

该大厦由103台普通空调机组，123台恒温恒湿机及62台新风机组成，由Metasys系统按每天预先编排的时间包括假日程序对空调机组控制和监视。

监视如下量：

*风机启停状态；

*风机故障报警；

*手/自动转换；

*送风、回风温度；

*风阀的控制；

*过滤器淤塞报警等；

通过安装在机房内的直接数字式控制器DDC，由内部预先编写的软件程序来进行自动节能及控制功能：

*春秋交际时，合理利用新风；

*根据送风温度与设定值的偏差，用比例积分微分等运算规律

来控制回水电动二通阀的开度；

*当风机停止后，回水电动二通阀返回全闭位置；

5.2送、排风机监控

*该大厦由56台送排风机组成，中央监控系统由根据时间及地点预先编排的软件程序对各种送、排风机实时监控风机启停。

并通过安置在各楼层的CO2及CO浓度探测器所测数值与设定值比较，来开关送排风机，以保持大楼内的空气新鲜度。

当火灾发生时，自动连锁各风机组的运转。

5.3冷冻系统

冷冻系统的监控包括冷冻水系统，冷却水系统，冷却塔系统，集水器和分水器，膨胀水箱的监控，由Metasys系统按每天预先编排的时间假日程序来控制冷冻系统的启停和监视各设备的工作状态如下：

*冷冻机启停、运行状态；

*冷冻机故障报警；

*冷冻水流量；

*冷冻水水流指示；

*根据冷冻水流量、冷冻水温度、冷负荷控制冷冻机启停台数；

*冷冻水泵启停及其状态；

*冷冻水泵故障报警；

*根据集分水器压差调节压力平衡阀开度；

*冷却水泵启停及状态；

*冷却水泵故障报警；

*冷却塔风机启停及状态；

*冷却塔风机故障报警；

*冷却水水流指示；

*冷却水液位，膨胀水箱液位监测及报警；

*冷冻水供/回水温度遥测；

*冷冻机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔运行时间累积；

通过安装在冷冻机房内的直接数字式控制器DDC按内部预先编写的软件程序来控制冷冻机启停的台数和相关设备的群控：

*通过量度冷冻水的供／回水温度和回水流量，计算出空调系统的冷负荷；

*根据实际冷负荷来决定冷冻机的启停台数组合，以达到最佳的节能状态；

*根据预先编排的时间表，按“迟开机早关机”原则控制冷冻机组的启停以达到节能的目的；

*当一台冷冻水泵/冷却水泵发生故障时，备用泵会自动投入运行；

*各联动设备的启停程序包括一个可调整的延迟时间功能，以配合冷冻系统内各装置的特性；

*度量冷冻水系统供/回水总管的压差，控制其旁通阀的开度，以维持其要求的压差；

*各设备的启停联动顺序为：

启动：

冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机→冷动机

停止：

冷冻机→冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机

5.4给排水系统

对大厦的生活用水系统以及排水系统的监控也应有中央监控系统实施。

监视点:

*生活消防水泵运行状态监视；

*生活消防水泵故障监视；

*生活水箱、水池等水位监测；

*生活水箱水位的高/低液位报警；

*水池水位的高液位报警；

*给排水系统设备累积时间记录、状态记录、水量记录等；

设于水泵房的直接数字式控制器DDC按预先编写的软件程序来满足如下自动控制：

*根据水箱的超高/超低水位信号来控制水泵的启停或进水控制阀的开关；

*一台生活消防水泵出现故障时，备用水泵会自行投入工作；

*生活消防水泵分级传递；

*生活与消防水泵公用，根据流量自动判断消防用水；

*低电费期间，自动补水；

*公共饮水机的定时开关控制；

5.5变配电系统

从大厦的安全性考虑，由中央监控系统对配电房的有关变配电状况，实时监视而不作控制（除48V直流电源），通常强电回路一切控制操作均留给现场有关控制器或操作人员执行。

Metasys系统可实时监视以下参量：

*高低压配电柜状态监测及开关控制；

*高压配电柜电流、电压及有功功率监测；

*变压器输出电流、电压及功率因数及有功功率监测；

*各路负载的电流监测；

*发电机的参数监测及自动控制；

*自动开关、母联开关的投切与故障报警；

*各层配电箱的状态与故障监测；

*分布电力需求控制，在蜂值电力需求出现时，按选定的原则切换设备，使峰值电力负荷最大限度地减少以保证供电系统的安全运行；

*设备累积运行时间记录、电费记录、设备状态、运行参数、报警记录等；

5.6照明系统

Metasys系统可按每天预先编排的时间程序来进行照明开关控制及监视其状态。

*公共照明，按不同季节的时间表，自动时控开关;

*楼层配电箱的自动投切，正常照明，经济照明与事故照明的自动投切;

照明系统设备开/关时间记录，累积运行时间记录、状态记录、用电量记录照明控制可分为：

*正常照明：

办公室、车库及公共场所的照明；

*非正常照明：

安全照明、应急照明、疏散标志照明；

*特殊照明：

节日彩灯，泛光灯，广告霓虹灯，喷泉彩灯，高、低柱灯等。