第十三章 楼宇自控系统.docx

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第十三章楼宇自控系统

第十三章楼宇自控系统设计方案

一、系统概述

自1984年美国康涅狄格州建成世界上第一座智能建筑CityPlace以来，智能建筑在世界各地如雨后春笋般蓬勃发展起来。

它是计算机技术（Computer）、通信技术（Commission）控制技术（Control）、与建筑技术（Architecture），即3C+A相结合的结晶。

它以建筑为平台，兼备通信、办公、建筑设备自动化，集系统结构、服务、管理及它们之间的最佳结合，向人们提供一个高效、舒适、便利的建筑环境。

楼宇自控系统BAS（BuildingAutomationSystem）是智能建筑必不可少的基本组成部分，已在世界各地广泛应用，并受到充分重视。

它的任务就是创造一个安全、舒适与便利的工作环境，同时尽量减少能源消耗，它可以监控大厦内各种机电设备的运行情况和故障状况，并控制这些机电设备。

它不仅可以根据需要随时打印各种报表，给管理人员带来很多的方便，同时，它对机电设备的实时监控，更方便于人员对设备的维护、维修和管理。

在节能的同时，又节省了人力、物力，大大降低了管理成本。

扬州高力汽配科技城二期项目位于扬州市邗江区，是集楼宇自控、消防、安保及诸多子系统于一体的综合性智能化科技城，对智能化系统有很高的要求，它不仅需要对科技城内所有机电设备进行统一管理，而且这些设备还需与其他的智能化子系统进行通讯和必要的联动控制，致力于创造一个高效节能、绿色环保、舒适、高性能价格比、温馨而安全的工作环境。

为达到这个目的，采用国际主流的系统。

系统要求具有长期和稳定工作的能力，其（平均无故障工作时间或平均无故障间隔时间）超过十万小时以上，系统的有效率达99.9%以上。

二、需求分析：

BAS系统功能、结构要求

BAS系统利用先进的计算机监控技术对扬州高力汽配科技城二期项目内的各种楼宇设备进行集中监控，为科技城内的工作人员及其它相关人员提供舒适、便捷、健康的工作环境，并在此基础上通过资源的优化配置和系统的优化运行实现节能。

系统能对各子系统的工作程序、工作参数、启停状态、故障情况等自动进行监测、控制；各设备工作异常时，能发出异常状况或故障情况的报警信号，并同时判断出故障性质、具体位置及设备类型、编号，并给出故障处理的信息；系统能提供各设备的日启、停状态，高低峰值，实时运行值等数据，以画面形式显示记录、并以表格和曲线等形式打印记录。

1.本系统为分布智能系统DistributedIntelligeNAESystem，在网络控制器失效时，各DDC均能独自继续其正常运作。

2.系统的设计结构为：

1）DDC至DDC之间的通讯速率高达76800bps。

2）网络控制器NCE至各DDC之间通讯速率高达76800bps码率网络组成。

3）网络控制器与网络控制器之间通讯由高于10Mbps码率网络组成。

4）网络控制器与工作站（WORKSTATION）之间通讯应在同一层面上高于10Mbps码率网络组成。

工作站（WORKSTATION）只作为操作人员接口（USERINTERFACE）之用，即使工作站失效时，网络通讯亦须以正常情况下运作。

5）各网络设备及组合形式符合有关相应的国家标准规范及IEEE标准及建议。

6）利用高速数据通讯网络为系统提供信息传送，DDC设置在各层机电房或弱电房内，网络控制器须设于BAS管理主机附近。

3.整个系统具有新旧产品兼容能力而不需加上任何网关（GATEWAY）。

4.系统采用全BACNET标准协议连接，上位机支持多用户（5用户）同时登录访问的功能，同时系统使用标准的MicrosoftSQLServer数据库。

5.系统的操作站包括一主站和一分站，且支持标准网络浏览器用户界面，即所有装有IE浏览器的电脑都可以通过密码对系统进行访问。

6.为避免网络上出现瓶颈效应，网络控制器NCE与操作员工联网中，不能经任何网关（GATEWAY），网络控制器与操作员工作站同时联网。

7.网络控制器及工作站亦须具备有兼容工业标准BACnet，ARCnet，Ethernet网的功能。

8.系统采用个人计算机作为操作员工作站，并且为工业级类型。

软件具备有操作指导程序及设有密码保护，不受人为干扰，系统之设计可利用鼠标来操作，以在使用时非常简单，无需强记多种操作语句。

9.系统所采用DDC分站为直接数字式控制器，具有编写程序功能，可独立监控有关设备，不需要经过网络控制器及工作站计算机处理，并且可以就地显示该分站所监视的温度、湿度及设备的工作态等。

直接数字式控制器内配有电池，供应内存72小时程序保设。

当网络控制器发生任何故障时，各DDC分站直接数字式控制器亦能独立工作，所有资料、数据及程序均不会消除。

10.操作员工作站计算机软件平台（SOFTWAREPLATFORM）采用XP专业版中文操作系统，并须提供最新版本的简体字及繁体字显示模式选择并配备防火墙。

所有版本经过多重测试以确保系统的稳定性及可靠性。

11.系统网络结构分为两层或三层；顶层为管理层，使用TCP/IP协议，数据库采用MicrosoftSQLServer，上位软件支持OPC，DDE，netDDE，SQL以方便与第三方楼宇设备自控系统或管理平台系统在管理层的集成。

中层为控制层，支持LONTalk及其它工业标准协议。

12.系统能通过路由器／网关引入第三方系统，如冷水机组、变配电、照明、电梯系统等，读取各项监视参数。

13.控制层、现场层使用的产品，满足设备的互换性及采样控制精度。

BAS系统设计技术要求

系统采用浏览器/服务器（B/S）和客户机/服务器（C/S）相结合的计算机系统结构模式，

系统具有完全的开放性和兼容性。

系统采用以太网与现场控制总线相结合的网络结构模式，

系统具有先进的多层次、多用户、多任务、可独立工作集散控制运行方式，能实现多种不同机电设备间自动化联动与控制能力。

各机电设备监控子系统通过楼宇监控系统（BAS）进行集成监控与管理。

扬州高力汽配科技城二期项目是一个具有高科技含量和高文化品位的科技城，里面分布着大量的空调通风、变配电、电梯等一系列机电设备。

（1）如何将这些设备有机的结合起来，达到集中监测和控制，提高设备的无故障时间，给投资者带来明显的经济效益；

（2）如何能够使建筑群的机电设备经济的运行，既能够节能，又能满足工作时舒适度的要求，并在运行中尽快的将效益体现出来；

（3）如何提高综合物业管理综合水平，将现代化计算机技术应用到管理上提高效率。

这是目前业主关心的也是我们设计所侧重的。

三、设计方案

根据此次工程的自控系统的要求，参考有关的设计图纸，该系统包括下列内容：

1、对冷热源系统的监视和管理

2、对空调系统的监视和管理

3、对送排风系统的监视和管理

4、对给排水系统的监视和管理

5、对照明系统的监视和管理

6、对电梯系统的监视和管理

冷热源系统

冷热源的服务对象主要是空调和新风机组，冷源系统由冷凝器、压缩机、蒸发器等装置组成，主要监控内容为：

冷水机组的联锁控制，冷冻水和冷却水的水流水温监测，机组、水泵的监控，旁通水压和水阀的控制。

热源系统主要分为供热锅炉系统和热交换系统，两种系统都是给空调系统提供循环热水。

其中供热锅炉系统在前期已建成，实行就地监控。

热交换系统主要是以热交换器为主的设备，其监控内容是热交换器两侧水的压力、温度、流量的监测，热水循环泵控制和联锁控制。

冷热源系统设备的位置表示在参考图纸、系统图上，最终位置需要与弱电施工专业承包单位在现场协调。

制冷机组等设备自带控制系统，其自带的控制系统具有与机电设备监控系统开放的通讯协议接口。

BAS应包括但不仅限于制冷机组以下监察:

设备运行状态、设备故障报警、手/自动状态、水压差报警、蝶阀位置反馈；

设备启停控制、蝶阀开关控制。

空调系统

暖通空调系统通过楼宇自动化系统（BAS）实现对空调末端设备的节能自动控制。

当空调负荷发生变化时,通过采集相关数值,经系统运算后改变冷水机组工作状态、冷冻水和冷却水流量以及冷却塔风机的风量,确保冷水机组始终工作在效率最佳状态,使主机始终处于高转换效率的最佳运行工况。

另外,通过楼宇自控系统,对中央空调系统末端的新风机、空调机等装置进行状态监视及“精细化”控制,以实现节能的目的,也就是通过DDC（直接数字控制器）,将检测的相关量值进行PID运算,实现对上述设备的PID控制,达到一定的节能效果,同时创造舒适性环境。

送排风系统是根据时间表（日常和节假日）合理启停送排风,达到节能目的；监视风机的运行状态和故障报警,记录风机工作时间。

空调及通风系统设备的位置表示在参考图纸上，最终的位置需要与空调专业在现场协调。

空调专业会在设备的直接数字（DDC）控制器内预留接触点接线座。

BAS应包括但不仅限于空调机组以下监控及控制。

设备运行状态、设备故障警报、手/自动状态、过滤器压差报警、风机压差报警；

新风温度、回风温度、送风温度、空气质量检测；

设备运行控制、加湿阀控制、电动风阀开关控制；

水阀调节、新风电动风阀调节、回风电动风阀调节。

BAS应包括但不仅限于送/排风机以下监控及控制。

风机运行状态；

风机故障警报；

风机运行控制；

手/自动状态。

给排水设备系统监视和控制

给排水系统的检测控制功能主要体现在检测生活水池、消防水池以及污水池等的水位，控制水泵的开关和水泵故障报警。

系统主要通过对水泵的合理控制达到延长设备使用寿命和节省能源的目的。

给排水系统设备的位置表示在参考图纸，最终位置需要与给排水专业在现场协调。

BAS应包括但不仅限于给排水设备以下监控：

水泵及污水处理设备、水泵开关状态和跳闸警报；

水池或排水泵低水位及满溢警报；

水泵故障警报；

排污/水泵开关状态及跳闸警报。

照明系统监视和控制

照明控制系统可以将建筑物的照明设备按需分成若干组,以时间、区域程序来设定设备的开关,以达到节能的效果。

另外,当有紧急事件发生时,照明设备可以做出相应的联动配合,将相应的区域照明打开。

照明系统设备的位置表示在参考图纸，最终位置需要与弱电施工专业承包单位的电气专业在现场协调。

电气专业会安装监控接触点接线箱在指定位置。

同时该承包单位将提供有关执行机构，并接线到接线箱，本分包则接线到该接线箱作信息采集及机构执行。

当采用第三方专用控制系统时，该系统应有与建筑设备监控系统网络连接的通信接口。

BAS应包括但不仅限于照明系统以下监控:

照明开关控制、开关状态、开关手动/自动状态。

电梯系统

办公大楼内的电梯是由专门的控制系统控制的,由电梯供应商提供。

楼宇系统通常只是监视每部电梯的状态,如：

运行、故障、上/下行等参数,以便操作人员可随时获得这些信息,如遇紧急情况可以及时发现和处理。

电梯承包单位会接线至在协调位置的监控制点接线箱。

监控点接线箱及有关变送器和讯号采集由弱电施工单位负责。

BAS应包括但不仅限于电梯系统以下监控：

电梯运行状态、电梯故障、上/下行状态、马达回降。

配电系统

配电系统监控范围包括本大楼D1F和原四栋中心配电房，其中两个配电室的10kV综保装置为主流公司系列产品，四栋中心配电房配备的低压智能仪表为主流公司系列产品，新办公楼配电室低压智能仪表为主流公司系列产品，所有综保装置和智能仪表具有Modbus通讯协议，所配智能仪表预留状态和故障的干接点。

本期配电系统具体监控范围主要按照点表进行相应BA控制管理设备的配置，并进入大楼BA系统。

配电监控系统应完成对地下室中心配电室相关设备的监测、控制等功能，投标人应在其文件中详细陈述所供系统的功能及其实现的方法，以满足各种运行工况的要求，其主要功能至少如下：

数据采集

数据采集能通过通信网络采集有关信息，检测出事件，故障，状态，变位信号及模拟量正常，越限信息等，进行包括对数据合理性校验在内的各种预处理，实时更新数据库，其范围包括模拟量，数字量和脉冲量等。

监视和报警

能通过监视管理站液晶显示器（TFT-LCD）对主要电气设备运行参数和设备状态进行监视，画面调用采用键盘、鼠标或跟踪球。

a）监视

能通过LCD对主要电气设备运行参数和设备状态进行监视，任何LCD实时画面均应能在2秒的时间内完全显示出来，其它的画面应能在3秒的时间内完全显示出来；所有被显示的数据其刷新速度为2秒，画面调用采用键盘、鼠标或跟踪球。

画面应采用符合X-Window标准的窗口管理系统，窗口的颜色、大小、生成、撤除、移动、缩放及选择等可由操作人员设置和修改。

对各种表格应具有显示、生成、编辑等功能。

在表格中可定义实时数据、计算数据、模拟显示并打印输出。

应显示的主要画面至少如下：

配电系统接线图，包括显示设备运行状态、潮流方向、各主要电气量（电流、电压、频率、有功、无功）等的实时值；

配电监控系统运行工况图：

用图形方式及颜色变化显示出配电监控系统的设备配置、连接状态；

控制操作过程记录及报表；

操作某一设备时，能够自动推出画面；

各种统计及功能报表，包括电量表、各种限值表、运行计划表、操作记录表、系统配置表、系统运行状况统计表、历史记录表和运行参数表等；

定时报表、班报表、日报表、月报表。

b）报警

当所采集的模拟量发生越限，数字量变位及计算机系统自诊断故障时应进行报警处理。

事故状态方式时，监视站的LCD画面上应有相应的颜色改变并闪烁及声音报警，同时有红色的报警条文。

报警方式应分为两种：

一种为事故报警，一种为预告报警，前者为非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号，后者为一般性设备变位，状态异常信号，模拟量越限，配电监控系统的事件异常等。

事故报警和预告报警应采用不同颜色，不同音响给以区别。

对重要模拟量越限或发生断路器跳闸等事故时，应自动推出相关事故报警图面和提示信息，并自动启动事件记录打印机。

事故报警通过手动或自动方式确认，每次确认一次报警，自动确认时间可调。

报警确认后，声音、闪光停止，但报警信息仍保存。

对第一次事故报警发生阶段，若发生第二次报警，应同样处理，不应覆盖第一次。

报警装置可手动试验，试验阶段不丢失任何信息，不允许多个报警公用一个光字牌。

控制和操作

控制方式分为二种：

消防监控室控制、后备手动控制。

系统应具有控制室控制/后备手动控制的切换功能。

系统还应具有控制的软压板投退功能。

a）消防监控室控制

配电监控系统应能根据操作员输入的命令实现断路器等的正常操作，电源切换操作和其它必要的操作。

配电监控系统应提供必要的操作步骤和足够的监督功能，以确保操作的合法性、合理性、安全性和正确性。

操作控制的执行结果应反馈到相关设备图上。

其执行情况也应能产生正常（或异常）执行报告，能显示及打印。

为保证控制操作的安全可靠，整个系统应有安全保护措施，至少应能实现操作出口的跳合闸闭锁，并发性操作闭锁及键盘操作时的权限闭锁,同时记录操作项目及时间等。

运行人员发出的任何控制和调节指令均应在2秒或者更短的时间内被执行。

已被执行完毕的确认信息也应在3秒内（或更短）在LCD上反映出来。

b）后备手动控制

可利用相应配电柜上操作设备进行控制。

c）操作功能

操作功能包括：

状态显示功能，即操作人员可通过该功能了解系统的总体状态，查阅画面和报表并发送打印命令。

操作权限限制功能，即系统可设置不同操作权限和口令，以防止非法使用及误操作。

标牌功能，即系统可对监测对象加上反映其特征或内容的标牌，用于系统的画面显示和操作控制中。

信息提示功能，即当操作不正确时，应显示出错误提示信息并提供联机帮助。

数据输入功能，即操作人员可在线输入数据，修改报表和编辑画面及参数数据。

操作记录功能，即操作记录将存储各种操作信息，在进行操作时激活操作记录功能，另外可打印输出操作记录。

对设备的控制操作在功能设计上应是安全可靠的，在操作前及操作的整个过程中都必须保证所有开关位置被实时和有效的监测。

如在操作前及操作过程中发生任何干扰，如开关故障、数据传送通道故障等情况下，必须避免对控制调节设备的误操作。

在任何操作方式下，应该保证下一步操作的实现只有在上一步操作完全完成后才能进行。

操作正常执行或操作异常时均应产生控制操作报告。

正常执行的报告内容有：

操作前的控制目标、操作时间、操作内容，操作后的控制目标值。

操作异常的报告内容有：

准备执行操作的时间和操作内容，引起操作异常的可能原因，是否需运行人员人工处理等。

另外，当控制功能被停止或起动时，也应产生报告。

人机接口及管理功能

a）人机接口包括彩色屏幕显示器，功能键盘、汉字打印机。

它不但为运行人员提供对配电系统监控的各种手段，而且具有对监控系统在线自诊断，投、退设备的功能，其实现的功能至少如下：

调画面、一览表、测点索引；

模拟量限值的修改；

日期和时钟的设置；

测点的投退；

智能I/O模件、打印机等监控设备的投退；

各种参数的设置；

操作票的显示，在线编辑和打印；

报警确认和画面清闪。

b）管理功能

管理功能够通过站内网络实施，包括、运行管理及数据库管理等。

运行管理功能包括：

设备管理、安全生产管理、运行记录管理等内容。

运行人员可通过键盘输入的交互方式进行编辑、修改、检索、更新、显示和打印各设备的工况报告，内容包括：

设备的运行、测试、接地、锁定等。

设备管理包括对设备数据（包括设备资料、参数和运行历史等），运行人员可以进行修改、检索、显示和打印；一、二次设备台帐及铭牌参数管理，并提供设备的检修周期管理（含设备的到期、预期提示）、检修记录、试验记录管理等。

运行记录管理包括运行日志管理、运行专项记录、运行工作记录、两票信息管理、运行报表管理、班组活动记录管理、报表打印管理等。

c）五防功能

电气监控系统设备含有五防功能软件，能模拟电气设备各种操作方式及闭锁条件。

统计计算

在线方式下，应能按照数值变换和规定时间间隔不断处理和计算下述各项内容，但不限于此：

有功、无功，功率因数计算、功率总加；

电度量的累计，分时统计；

开关，保护动作次数的统计；

监控设备、无功装置投退率计算；

用电量统计计算（含日、月、季、年最大、最小值及出现时间）；

功率因素；

设备的使用寿命计算；

变压器负荷率及损耗统计；

主要设备运行小时数统计；

能按用户要求生成班、日、周、月、季、年或用户自定义的统计时间段的上述所有统计功能。

记录和制表打印

报表分成正常打印和异常打印，启动方式分为定时启动，人工启动和事件驱动。

定时启动：

定时打印运行人员所需的各种报表，如按时、值、日、月报表打印等。

打印时间应可设定。

事件驱动：

自动随事件处理结果输出，包括：

系统设备运行状态变位；测量值越限；遥控操作记录；系统操作记录；遥信记录；事件顺序记录，事件追忆记录。

召唤打印：

由运行人员通过人机界面召唤启动打印已存的报表。

时钟同步

配电监控系统应能接受本项目GPS时钟系统的标准授时信号，对配电监控系统等各有关智能设备的时钟进行校正；其授时方式应灵活方便，可采用硬对时，软对时或软、硬对时的组合方式，卖方应提出自己的对时方式，但时钟接收和时钟同步系统能对所有的I/O单元等对时，整个系统各装置时差不大于0.5ms。

与10kV及380V智能前端设备的接口

系统通过交换机与10kV配电装置智能前端设备进行数据交换，通过通信管理机380V配电装置智能前端设备进行通讯。

10kV配电装置的综合保护测控装置由10kV开关柜厂家成套提供，不在本标书范围内；380V配电装置智能前端设备，即对框架开关和电动机回路均采用外加智能产品，分别为智能仪表和马达控制器，该智能前端设备不在本标书范围内，由380V开关柜厂家成套供货。

实时在线自诊断及冗余管理：

1）自诊断

系统能在线诊断监控系统中各设备的故障和软件运行情况，能在软件运行时对其软件的进程号进行监视。

在系统的硬件或软件或网络发生异常或故障时，应能发出告警信号并提供相关信息。

应提供相应的软件给操作人员对计算机网络的安全与稳定进行在线监控。

在线诊断出设备故障时自动进行冗余切换并告警。

当配电监控系统及各单元发生故障或发生错误时，自诊断程序能正确地判断出故障内容，能对外部设备和计算机硬件进行检测，指出故障插件，使之退出在线运行，以便迅速更换。

检测结果打印记录。

2）自启动

系统应具有看门狗和电源检测硬件，系统在软件死锁、硬件出错或电源掉电时，能够自动保护实时数据库和历史数据库。

在故障排除后，能重新启动并自动恢复正常运行。

3）再启动

当出现供电电源故障时，计算机有秩序地停止工作，电源恢复时能自动地重新启动。

通信管理机功能要求

通讯管理单元作为配电监控系统前端设备的通讯管理单元具有数据处理及通讯功能，用以实现间隔层设备和站控层设备之间信息的“上传下发”，并监视和管理各测控单元设备。

通过100M以太网接入监控系统站控层，并提供GPS软、硬对时接口。

通信管理机至各智能前端可采用Modbus等通讯接口与不同类型的智能前端设备进行通讯。

为满足现场总线通讯速率的要求，通讯管理单元每个通讯口所连接的前端智能设备最多不得超过24个，并要有不少于15％各种备用接口，卖方应根据本标书中提供的智能设备的数量，合理配置通讯管理单元。

通讯管理单元应提供分布式数据库功能。

正常运行时通讯管理单元轮流向现场各智能前端设备查询运行信息，当保护动作或任意一个前端设备发生故障时，应采用中断方式响应，并将保护动作、事件报告等信息立即上传给站控层。

软件要求

投标人应提供一套完整的满足本标书要求的软件系统包，包括系统软件、支持软件和应用软件。

系统软件包括编译系统、诊断系统和各种软件维护、开发工具等。

支持软件包括数据库及数据库管理系统、中文处理系统和网络软件系统。

还提供用于系统诊断、管理、维护、扩充及远方登录等服务的软件工具。

应用软件应满足系统功能要求，具有良好的实时响应速度、可扩充性和灵活性，对各种功能采用模块式连接。

当某一种功能运行不正常时，不应影响其他功能的运行。

系统的设计

系统的组成：

BAS系统利用先进的计算机监控技术对扬州高力汽配科技城二期的各种楼宇设备进行集中监控，为新办公楼内的工作人员及其它相关人员提供舒适、便捷、健康的工作环境，并在此基础上通过资源的优化配置和系统的优化运行实现节能。

系统能对各子系统的工作程序、工作参数、启停状态、故障情况等自动进行监测、控制；各设备工作异常时，能发出异常状况或故障情况的报警信号，并同时判断出故障性质、具体位置及设备类型、编号，并给出故障处理的信息；系统能提供各设备的日启、停状态，高低峰值，实时运行值等数据，以画面形式显示记录、并以表格和曲线等形式打印记录。

1.本系统为分布智能系统DistributedIntelligeNAESystem，在网络控制器失效时，各DDC均能独自继续其正常运作。

2.系统的设计结构为：

1）DDC至DDC之间的通讯速率高达76800bps。

2）网络控制器NCE至各DDC之间通讯速率高达76800bps码率网络组成。

3）网络控制器与网络控制器之间通讯由高于10Mbps码率网络组成。

4）网络控制器与工作站（WORKSTATION）之间通讯应在同一层面上高于10Mbps码率网络组成。

工作站（WORKSTATION）只作为操作人员接口（USERINTERFACE）之用，即使工作站失效时，网络通讯亦须以正常情况下运作。

5）各网络设备及组合形式符合有关相应的国家标准规范及IEEE标准及建议。

6）利用高速数据通讯网络为系统提供信息传送，DDC设置在各层机电房或弱电房内，网络控制器须设于BAS管理主机附近。

3.整个系统具有新旧产品兼容能力而不需加上任何网关（GATEWAY）。

4.系统采用全BACNET标准协议连接，上位