广播电视技术监管业务楼冷源集控系统方案.docx
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广播电视技术监管业务楼冷源集控系统方案
广播电视技术监管业务楼
制冷站能源管理及分析系统技术方案
一、总体论述
依据本项目智能化系统工程的弱电及暖通图纸，本系统主要对中央制冷系统包括制冷机组、冷冻泵、冷却泵、冷却塔系统等进行集中监控，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，并符合本项目长期运营、管理和发展的需要，在一定时期内保持其先进性，选用江森自控公司METASYS楼宇自控系统。
美国江森自控公司是一家有一百二十多年历史的世界性跨国公司，被公认为世界上最主要的建筑设备自动化管理系统的生产商，美国江森自控有限公司有110年的控制经验，对建筑设施能源管理精通无比。
现在人们越来越关心我们赖以生存的地球，世界上大多数国家也充分认识到了环境对我们人类发展的重要性。
各国都在采取积极有效的措施改善环境，减少污染。
这其中最为重要也是最为紧迫的问题就是能源问题，要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能是关键的也是目前最直接有效的重要措施，江森自控同样在节约能源和开发新能源方面走在了世界的前列。
江森自控在降低建筑能耗方面，具有领先的技术和产品， 江森自控作为全球领先的一站式楼宇解决方案供应商，全力打造的集先进节能技术与全新节能服务理念于一体的优化能源管理方案，以能源技术服务模式，通过对能源使用的审计评估，能耗问题分析与诊断，能源的控制与管理，实现建筑物能源有效管理和控制。
因此，我们能够为推动能源效益和可持续发展，提供独一无二的经验和解决方案。
作为倡导和推广能源效益的领导者,江森自控与政府机构，行业组织和学术届保持着紧密的联系及合作，这其中包括：
Ø能源之星
Ø世界环境中心
Ø全球环境管理协会
Ø美国能源协会（USEA）
Ø美国绿色建筑委员会
Ø环保型供应商合作关系
Ø可持续发展世界商业理事会
Ø美国、中国和印度举办的能源效益与可持续发展论坛
Ø能源与环境设计先锋（LEED）
Ø英国绿色建筑协会
Ø克林顿气候计划的策略合作伙伴
Ø亚洲开发银行中国能源效率多项目融资计划唯一技术合作伙伴
作为倡导和推广能源效益的领导者,江森自控同时是如下多个重要的亚洲国际性组织的活跃成员之一:
Ø新加坡持续能源协会–于2002成为正式成员
Ø新加坡可再生能源和能源效率伙伴关系计划–于2008年成为正式成员
Ø印度能源与资源研究所–自2009年
Ø韩国能源管理企业下属能源管理公司（ESCO）–自2008年
Ø能源管理企业（ESCOs）韩国协会–自2008年
Ø香港长春社–自2008年
Ø能源服务企业日本协会–自2006年
Ø日本景观及城市绿植技术发展组织–于1991年成为终身会员
江森自控在中国同样业绩骄人，尤其在楼宇节能控制领域，三年前，江森公司专业从事提高设施效益及能源管理，只是局限在中国的6个城市里展开，2009年业务已迅速扩展到了国内的41个城市。
在江森自控赢得的国内客户名册中，有上海环球金融中心、2008北京奥运会主体育场国家体育场、中国国家大剧院、北京东方广场、广州大学城以及上海化学工业区等。
从6个城市到41个城市的推进，江森自控不仅得益于中国的能源解决方案的坚定推动，更得益森自控对建筑设施控制上百年的丰富经验、先进的能源管理体系和完善的售后服务为依靠的一体化综合能源系统解决方案。
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。
江森公司的楼宇管理系统有如下特点：
先进性：
全新的概念、全新的系统
开放性:
开放式网络、开放式协议、开放式用户界面
兼容性：
兼容多种通信标准及机电厂商设备
经济性：
易于施工、安装、操作和维护
灵活性：
易于扩展
可靠性：
已在全球范围成功应用
二、系统整体结构设计
我们考虑为项目保留足够的技术先进性、开放性和升级能力，建筑设备管理系统采用了江森公司最新的一代基于Web技术的MEA系统架构，结构示意如图：
系统采用分布式集散控制方式的两层网络结构，管理层建立在以太网络上，控制层则采用BACnet总线技术，点对点通讯，并允许在线增减设备，其灵活的结构为系统实施和维护带来最大的便利。
管理层网络利用本身规划的地面信息网，以综合布线为物理链路，通过标准TCP/IP通讯协议高速通讯，主要设备包括BAS服务器、管理工作站、现场便携终端、网络控制引擎等提供高速通讯，系统基于浏览器/服务器（Browser/Server）结构。
控制层网络采用开放的标准化现场总线BACnet，采用MS/TP标准协议，将通用控制器、专用控制器、以及扩展模块等现场设备连接在一起。
高达76.8K的通讯速率，为大量的数据通讯提供了硬件条件。
同时还支持自由拓扑结构，易于在网络中添加或减少设备，为组网实施和今后升级改造提供了最大的便利。
其传输距离允许1500米的最远端，通过中继Repeator可以扩展至4500米，保障网络的通讯质量和稳定性。
MEA系统架构的核心设备是被称为网络控制引擎的NAE，它是管理现场网络并向操作站发布信息的职能设备。
同时具备多种硬件接口和开放的软件接口，支持目前楼宇控制及信息领域中绝大多数的标准：
能以WebService、TCP/IP、BACnetIP、BACnetMSTP、LonWorks、ODBC、Modbus等不同技术与其它厂商的设备通讯。
设计时按照危险分散原则，设置多个网络控制引擎分别管理不同区域，使网络上任一节点的故障均不会影响整个系统的正常运行和信号的传输。
在系统的两层结构中，无论是管理层还是控制层，均具有同层资源共享功能（PeertoPeer）。
在系统主机发生故障时，所有网络控制引擎仍保持通讯和数据的交换，而倘若网络控制引擎掉线，其控制网络的全部现场控制器之间亦能保持点对点无主从的方式进行直接通讯，从而保障系统不间断的可靠运行。
另外，MEA系统架构是面向IBMS集成的强大平台，IBMS服务器管理软件ADS也是该系统架构中的组成部分，它用来连接信息域和其他控制系统，并管理庞大的网络。
从上图可以看出，整个网络由以下几个关键组件构成：
2.1.网络控制引擎-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.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。
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MEA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。
三、二级网络的系统结构
本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
我们设置中央监控管理中心，配置有用户管理操作站及其他附属设备，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设备监控系统全局监控和管理。
4.1.用户管理操作站-DUI
所有管理操作站均无需安装任何楼控软件，而是通过Web访问，采用标准WEB浏览器界面，具有统一的操作界面和同等使用功能，能实时动态显示BMS所集成的各子系统经授权选择的设备工作状态及报警信息，授权显示及设定各种参数值。
提供设备的维护记录、电力和能源消耗分析等日程统计报表。
以网络为基础的Metasys用户界面提供了强大的架构，可以使你在整个楼宇自动化系统中畅游，显示数据、发送命令并且为操作者带来重要信息。
具有如下特点：
i.通过标准Web浏览器向PC平台上传数据；
ii.是数据管理服务器的Web客户端；
iii.不再需要为每台操作站安装软件；
iv.全中文图形界面；
v.令用户操作和工程师调试更加简单；
采用网络浏览器作为用户界面，授权用户可以通过Web浏览器提供的用户界面简捷地登陆到数据管理服务器。
用户可以通过Web浏览器在网络任何一点获得数据管理服务器上的数据。
用户定制的界面
登录用户界面后，操作者可以在任何时候通过自定义的界面风格来显示最详尽的信息，还可以选择显示的导航树以获得最便利的应用方式。
使用简便
点击、拖放、工具条中的符号和下拉菜单选项使得操作者用最有效的方式直观地使用系统。
网络及控制点时间表、控制系统逻辑图和操作者帮助信息通过轻点鼠标即可得到。
多窗口显示
带有多窗口显示的用户界面允许你在同一时间显示你的楼宇控制系统的不同方面。
例如：
vi.空气处理单元的图形可以与多点趋势图、控制系统逻辑图一同显示，这样用户可以快速识别报警的原因。
vii.一个窗口可用来显示某一点的聚焦详图，改变该点数值可能发生的后果可以在另一个窗口上的系统图上进行监控。
使用灵活
观看显示面板中的选项允许用户更详细地察看项目设置及其运行状态，并且可以进行参数更改。
数据以制表表示方式显示在显示面板上，比如用户可以观看汇总信息，或细究项目设置并且按照分配给用户的授权等级进行在线修改。
浏览网络
Metasys用户界面提供了一个网络浏览树，允许用户快速浏览整个系统的各个层次。
网络浏览树支持颜色编码符号，使操作者能够识别警报或应引起操作者注意的其它意外情况。
基本的浏览树形结构表现了网络的物理结构。
为更便利网络浏览，可以为操作者建立带有不同透视效果的其它用户浏览树形结构。
例如，楼宇内所有房间的温度可以汇集成组并且在系列楼层图中显示，图中使用区域名称。
这些不同的浏览树使得用户能够根据他们特定的责任观看并分析运行状况，例如楼宇保安、占用管理、技术服务、能源管理等。
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：
viii.报警报告–处于报警状态的点
ix.离线报告–没有反应的设备
x.禁用报告–被禁用的警报
xi.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：
xii.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
xiii.定义现场控制器
xiv.设置现场点和操作参数
xv.建立浏览树型结构，包括用户浏览树
xvi.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
xvii.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，本项目总建筑面积大，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），使系统能够调节水、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；
5.1.网络控制引擎-NCE
网络控制引擎（NCE）介于管理层和控制层网络之间，既有网络通讯管理功能，又有现场控制功能。
对于网络控制而言：
是一种基于Web的网络控制器，它内置了Windows操作系统和楼宇自控系统软件，负责监控安装在其现场总线上的设备控制器，并通过嵌入式网络用户界面进行系统导航、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。
对于现场控制而言：
它是一个高性能的可编程控器,采用20MHzRenesasH8S2398RISCFEC芯片，控制器使用BACNETMS/TP协议。
编程软件功能强大可以按照实际控制要求而自由编程。
无论是独立工作或连入BACNETMS/TP网络时，它的软、硬件功能能灵活地适应各种不同的控制过程。
除此之外它还可在扩展总线上连接I/O扩展模块，来增加它的输入/输出点的容量，并可通过内置的LED来监控这些点。
当这条网络连入完整的Metasys网络时，控制器可将所有监控点情况和各种控制信息准确的提供给整个网络或控制站。
输入/输出
•10个通用输入（UI）
•8个数字量输入（DI）
•4个通用输出（CO）
•7个数字输出（BO）
•4个模拟量输出（AO）
这种智能设备抛弃了以往需要安装系统软件的操作站，它支持多个Web浏览器用户同时访问，提供监控、警告和事件管理、数据交换、趋势分析、能量管理、时间表以及数据储存的功能，并采用了密码授权以及IT行业的安全保护技术。
性能特点
基于自控方面和企业层次普遍接受的IT标准进行通信
网络控制引擎直接连接到以每秒10Mb或100Mb运行的IP以太网。
多个网络控制引擎通过网络相互连接。
网络间的数据传输采用标准IT协议、服务以及格式，包括网际协议（IP）、超文本传输协议（HTTP）、简单网络时间协议（SNTP）、简单邮件传输协议（SMTP）、简单网络管理协议（SNMP）、超文本链接标示语言（HTML）以及可扩展链接标记语言（XML）。
网络控制引擎还支持动态IP寻址协议，例如动态主机配置协议（DHCP）、域名系统（DNS）。
本系统可以安装在大厦内部现有的IT架构上，同时它也可以在局域网、广域网以及具有防火墙的公用互联网上应用标准的IT通信服务。
基于Web浏览器的用户界面
任何连接到网络的标准Web浏览器均可获得网络控制引擎中的系统数据，包括通过电话拨号和ISP上网的远程用户。
用户不需要任何专门的工作站软件，就可以实现远程操作和系统故障诊断等功能。
网络控制引擎及数据管理服务器具备站点控制功能
用户可以通过一台设备获得某一站点的所有数据。
对来源于多个网络控制引擎的数据的显示进行协调以便捷地浏览全部数据。
网络控制引擎内置用户界面和在线编程软件
可以通过任何一台配有网络浏览器软件的设备对系统进行配置、试运行、数据存档以及监控。
不再需要任何独立的工作站软件。
监控现场控制器，类型包括N2总线、LONWORKS网络、BACnet设备。
支持MetasysN2控制器、LONWORKS控制器、BACnet控制器，以及与开放式标准网络的联网，满足在选择现场设备时的灵活性。
多种连接方式获得数据
采用以太网接口或者直接通过一个RS-232型的串行端口，就可以连接到Web浏览器。
对于一个拨号上网的连接，配有可以选用的内置调制解调器以及RJ-11型电话插孔，还可以使用通过USB接口的外置调制解调器。
系统安全性
网络控制引擎通过在Web浏览器用户界面键入的用户ID和密码识别合法用户。
用户获取的数据在传输过程中通过加密处理，同时由用户安全管理员来管理网络控制引擎数据库以及用户资料和帐户。
从配置整个系统到仅仅浏览某系统或站点的某一部分，都需要授权。
系统管理员向每位用户的帐户
升级会员 