楼宇自动化系统BAS设计方案.docx

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楼宇自动化系统BAS设计方案

第一章

系统说明

根据桂林农行的设计要求作工程设计,参照所提供之技术说明,并以品质标准进行空调自控系统设计。

选用江森公司的空调自控系统,控制范围包括以下部分:

－空调系统

－新风系统

－冷冻站系统

系统摘要

一个高素质的空调自控系统是不可缺少的,所以本公司选用JohnsonControls之空调自控系统,空调自控系统包括网络控制器（NCU）及台数字控制器（DDC）,分别分布在总控中心，现场等地方。

1台中央操作站将采用美国微软公司的视窗NT或视窗95（作业系统为运行环境，Metasys亦以开放式设计，能以不同之技术结合，如DDE，COM/DCOM，TCP/IP，

ODBC，OPC，ACTIVETIVEX，BACNET等。

Metasys之LAN网络采用符合工业标准的ARCNET或Ethernet,使网络之应用更广泛，其灵活性及容错性是用户完全可以信任的，所有网络控制器（NCU）与数字控制器均是独立工作及配备电池.所有资料\数据及程序均不会消除.本系统的好处及特点将会在下一章节详细说明.

系统的优点

第二章系统概述

空调自控系统）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。

从网络设计方面，它可以透过结构化布线系统的方便，能与任何一个共用布线系统的设备联上而无须增加任何辅件，使其与其他系统的结合功能更为方便.从网络设计方面,它也能以Arcnet或Ethernet等不同形式.

软件方面,METASYS也大大的开放了结合的条件,如其具有DDE功能的软件,可以跟其它软件交换资料.而其开放式平台设计跟Windows,　UNIX,　LonWorks及Bacnet等标准配合，使软件编写时有所依据．

第三章系统特点

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，其中WIN98/NT、COM/DCOM、TCP/IP、ODBC、OPC、ActiveX、Bacnet、Lonmark等技术已经成功与BAS系统相结合，安装运行已有一万多套，并且又有JohnsonControls百年的控制经验为强大的后盾，使得JohnsonControls提供的楼宇自控系统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。

桂林农行楼宇自控系统总体设计方案

根据桂林农行智能化工程建设总体规划的要求，结合桂林农行的具体特点，利用JOHNSONCONTROLSMETASYS上述的先进技术和丰富经验，为桂林农行设计出一套空调自控系统的方案。

桂林农行是面向二十一世纪的跨世纪工程，服务于二十一世纪。

其空调自控系统的设计应遵循以下原则：

实用性

空调自控自控系统的设计应以实用为第一原则。

在符合需要的前提下，合理平衡系统的经济性与超前性，以避免片面追求超前性而脱离实际，或片面追求经济性而损害的智能性。

可靠性

系统必须保持每天24小时连续工作。

子系统故障不影响其他子系统运行，也不影响集成系统除该子系统之外的其他功能的运行

经济性

本次空调自控系统工程所选用的设备与系统，以现有成熟的设备和系统为基础，是我司开发研制最成熟,先进的的系统.以总体目标为方向，局部服从全局，力求系统在初次投入和整个运行生命周期获得最佳的性能/价格比。

易维护性

因为系统复杂，要保证日常运行，系统必须具有高度的可维护性和易维护性，尽量做到所需维护人员少，维护工作量小，维护强度低，维护费用低。

开放可扩展性

本空调自控系统设计尽量采用国家和国际标准及规范，兼容不同厂商、不同协议的设备和系统的信号传输，各子系统可方便进出系统。

第四章设计依据

电气装置安装工程施工及验收规范（GBJ232-82）

建筑设计防火规范（GBJ116-88）

中国民用建筑电气设计规范（JGJ/T16-92）

JOHNSONCONTROLS产品设计手册

智能建筑设计标准

监控内容

本空调自控系统之设计是据办公大楼的设计要求配置的，本系统的监测和控制包括下列系统：

空调，新风系统

热水系统

冷冻站系统

组成系统的主要元件有:

通讯网络

N1通讯网络（BACnet/Ethernet）

N2通讯网络

网络控制器（NCU）

直接数字式控制器

集成器（INTERGRATORINTERFACE）

各类传感器

操作站

打印机

网络终端机

此工程的MTEASYS工作环境是由1台网络控制器（NCU）及1台操作站（OWS）所组成.网络控制器（NCU）及操作站（OWS）之间由N1网络连接而成.打印机是连接在操作站（OWS）的打印口上,作为事项/报警记录打印之用.

直接数字式控制器（DDC）将会分散布置在现场设备所在位置.它们之间是通过N2通讯网络相互连接至相对应的网络控制器（NCU）.每个网络控制器（NCU）将会有1个N2通讯接口.

本系统的设计思想是集散式控制方式,因高级的控制过程复杂用同一控制过程的结果并不能满足各个区域的情况，采用集散式控制方式还可增强系统可靠性,减少施工费用.

空调机、通风系统

A.控制设备内容

有关系统的详细点表可参照所附的系统监控点表.

B.控制说明

空调机的监控功能主要有:

A回风温度控制

DDC控制器会监察送、回风温度并将它与预设的温度值（可供用户调较）作比较,进行PID运算,然後输出至冷冻水阀,以作温度调节作用.另外此冷冻水阀会与风机状态联锁,在没有风机状态的情况下,将冷冻水阀关死.

B.风机开关控制

风机的开关控制主要是通过BA系统预设的时间表来进行启停控制的.在一些特别的情况,如加班情况,风机有需要在预先设定时间表之外的时间启动,用户可选择在BAS操作站上手动启停风机又或是用音频式电话遥控风机启停.BA系统允许用户自行设定风机状态与控制之间的联锁监察功能.在设定此功能後,BA系统会自动监察风机的状态是否与控制要求一致,如果不一致时,BA系统会同时定义此状态点与控制点是故障的,并以声光报警形式在操作站上显示,以提醒操作人员做出相应的处理工作.而BA系统也会将有关的事项一一记录,以作日後检查之用.另外BA系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间,以便维修人员在设备运行至一定时间後,进行维修工作.

C.风机跳闸报警监察

DDC控制器会监察风机跳闸报警.在有报警时,停下风机并以声光报警形式在操作站上显示,以提醒操作人员安排有关人员做检修工作.而BA系统也会将有关的事项一一记录,以作日後检查之用.

D.风机运行状态

空调自控系统通过压差开关,监测风机的前後压差,以测量风机的实际状态.

新风机系统

A.控制设备内容

有关系统的详细点表可参照所附的系统监控点表.

B.控制说明

新风机的监控功能主要有:

送风温、湿度控制

DDC控制器会监察送风温度并将它与预设的温度值（可供用户调较）作比较,进行PID运算,然後输出至冷冻水阀,以作温度调节作用.另外此冷冻水阀会与风机状态联锁,在没有风机状态的情况下,将冷冻水阀关死.

b.风机开关控制

风机的开关控制主要是通过BA系统预设的时间表来进行启停控制的.在一些特别的情况,如加班情况,风机有需要在预先设定时间表之外的时间启动,用户可选择在BAS操作站上手动启停风机又或是用音频式电话遥控风机启停.BA系统允许用户自行设定风机状态与控制之间的联锁监察功能.在设定此功能後,BA系统会自动监察风机的状态是否与控制要求一致,如果不一致时,BA系统会同时定义此状态点与控制点是故障的,并以声光报警形式在操作站上显示,以提醒操作人员做出相应的处理工作.而BA系统也会将有关的事项一一记录,以作日後检查之用.另外BA系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间,以便维修人员在设备运行至一定时间後,进行维修工作.

c.风机跳闸报警监察

DDC控制器会监察风机跳闸报警.在有报警时,停下风机并以声光报警形式在操作站上显示,以提醒操作人员安排有关人员做检修工作.而BA系统也会将有关的事项一一记录,以作日後检查之用.

d.风阀对风量的调节

风阀和风机联锁。

冷冻站监控系统

A.控制设备内容

BA系统会对以下设备进行监控

热泵机组（3台）

管道泵（4台）

有关系统的详细点表可参照所附的系统监控点表

B.控制说明

热泵机组（各设备间的启停控制,BA系统会根据冷冻水供回水温度,冷冻水回水流量,计算出实际的冷负荷,然後比较冷冻主机的制冷量,以决定所需运行的主机数量.各设备间的优先启停次序,由各设备的累计运行时间所决定,以累计运行时间长者先停,累计运行时间长者先开的原则进行.各设备间的启停次序为:

启动:

电动水阀-->冷冻/冷却水泵-->冷却塔-->冷冻主机

停止:

冷冻主机-->冷却塔-->冷冻/冷却水泵-->电动水阀

如有设备出现故障,程序会自动选择另一台设备补上.

第五章楼宇自控系统结构

对办公大楼本着集中管理、分散控制这种集散式监控结构的设计原则来实现整体功能。

从以上桂林农行办公大楼BAS结构可知此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，中央操作站及网络控制器是通过Ethernet网（N1网）将各节点连接起来，同时安装在建筑物各处的直接数字控制器（DDC），将通过N2E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。

系统之主要组件如下:

通讯网络

N1总线

网络构造

动态数据存取

N2总线

中央操作站

网络控制单元（NCU）

直接数字式控制器（DX-9100/XT-XP模块）

以下分别就办公大楼楼宇自控系统所配置的硬件设备做详细说明：

通讯网络

操作站及网络控制单元之间最常用的连接方式是N1通讯网络。

这构造采用以太网（ETHERNET）技术，通过一张ETHERNET卡（网络介面卡），在N1线上通讯。

METASYSN1总线执行各种通讯，包括分享监控点讯息、数据库的上传和下载、对现场设备之指令、摘要、状态改变讯息。

N1支持METASYS系统之分布特性，每一个枢纽都有特定功能，其互相联系以分享讯息。

如一个在地连负责冷冻机的枢纽。

N1ETHERNET采用由传送控制协议／协议（TCP／IP）符合工业标准的用户数据协议（UDP）。

ETHERNET简介

今天，ETHERNET是最广泛被应用之网络技术，大约80％之网络通讯。

ETHERNET标准由电器及电子工程师工会（IEEE）所界定。

列明了ETHERNET之结构、介质及网络上之组件如何交流。

ETHERNET网络之数据传输率达1,000波特率。

大约等于每秒传输250页之文本。

ETHERNET最主要之优点如下：

卓越之表现

灵活布线及设备连接

低成本

设备和拓扑兼容

容易安装及便于未来发展

减低维护成本

ETHERNET能有效及灵活地传输数据。

ETHERNET与多种通讯方式连接，速高达每秒155Megabits。

骨干之选项包括100Mbps高速以太网及纤维数字数据介面等。

今天，ETHERNET已广泛应用于工商业之中。

点对点通讯和自动网络结构增强了ETHERNET的可靠性。

点对点通讯确保了网络不会单单依赖单一的设备去控制所有设备间之数据传输。

由于ETHERNET之普遍性，你可连接不同供应商到同一个ETHERNET。

连接在ETHERNET网上的设备的通讯协议是IEEE802.3标准的另一个重要组成部分。

ETHERNET采用了通讯协议称为随时使用、冲突检测（CSMA／CD）。

随时使用（CSMA）保证了网络上的设备可以存取数据；冲突检测（CD）使每个设备都知道有没有其它设备打算使用网络。

当某一节点打算传送时，它会聆听是否有其它设备正在使用网络，这使得各个节点都有机会使用介质，也就是说在可能的情况下，每个节点可以随时使用网络。

当有两个节点同时传送数据时，就会发生冲突。

冲突在ETHERNET网络上被认为是正常事件，网络设备可以很快恢复正常运作。

在网络硬件检测到冲突时，两个设备都会自动延迟一个随机的时间再发送。

这个过程会自动重复直到数据成功发送出去或在连续冲突16次后自动放弃。

在没有冲突的情况下，数据具有最高的传输速度。

网络设置

N1网可以设置成总线型、星型或混合型结构。

它使N1网可以方便、经济地安装及扩展。

N1网可以使用同轴电缆、双绞线、光纤或它们的组合。

NCU和操作站可以直接支持同轴电缆，并可方便地加上适配器连接光纤回路。

每段N1网的最长距离取决于所采用的媒质及网络上节点的数量。

采用有源分流器可以延伸连接线的长度。

两个节点间最长距离可达到6.4公里。

开放式的结构和互连性

ETHERNET广泛应用于工业和楼宇自动化领域。

众多的第三者供应商都支持这个标准并提供ETHERNET设备，如分流器及应用软件。

这意味着不用供应商提供的产品可以直接互换，使用户有更多的产品选择并且不会依赖于某一个供应商。

N1网上之通讯种类包括数据库之上传与下载、对现场设备之指令和状态改变之讯息等。

各节点均具备动态数据访问（DynamicDataAccess）功能，即无论N1网上任何操作站或任何一个NCU上，均可以对全部的数据实现检测或控制。

动态数据存取

很多系统都只容许有限度的资料分享，METASYS系统却能容许在N1总线上每个组件与组件间的自由通讯。

这便是METASYS系统的一个独特之处－动态数据存取，加快了大量讯息之速度。

N2总线将专用控制器、网络扩展单元、遥控处理单元和网络控制单元连接起来。

所有N2总线通讯模块安装于网络控制器中的网络控制模块，使网络控制模块能与在NCU、遥控专用控制器及网络扩展单元内其它电子模块通讯。

毋须使用记号重复器，N2总线也能连接多达50个设备。

双重N2总线之运作是由在N2网上之NCU监控。

如其中一条线发生故障（即在N2网上之某一点没有接收讯号），NCU会发出指令以恢复正常通讯。

操作站

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：

A.动画介面

M5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，同时可将花都办公大楼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。

B.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。

C.灵活连接

在Metasys操作站图形中的任何标志或桂林农行用户设计的区域可以定义一个灵活的图形按钮连接激发到另一种应用或者直接连上另一个显示屏幕（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。

D.动作趋势

Metasysworkstation提供给桂林农行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。

联想的管理人员可根据这些曲线分析受控设备的保养状况及其是否处在最佳的工作状态。

E.趋势比较

Metasysworkstation允许桂林农行的操作人员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

F.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，如上图表，可以看出桂林农行办公大楼空调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，办公大楼的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。

G.舒适曲线

保证舒适度是桂林农行办公大楼设备管理系统设计中最基本的功能，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。

H.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，将来办公大楼的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。

I.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办公大楼的某一区域，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。

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办公大楼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。

直接数字控制器（DX-9100）

METASYS数字式控制器对于冷冻机组、空调系统HVAC处理过程、工作分布照明及有关电气设备的控制来说，都是一种理想的控制器。

DX-9100控制器可以在扩展总线上连接I/O扩展模块，来增加它的输入点、输出点的容量。

DX可通过内置的LED来监控这些点。

当这条网连入完整的METASYS网络时，DX控制器可将所有监控点情况和各种控制信息准确地提供给整个METASYS网络或控制站。

DX是Metasys系统的最前端装置，直接与联想研发中心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。

XP-9102为6AI/2AO，XP-9103为8DO，XP-9104为4DI/4DO，XP-9105为8DI。

第六章楼宇自控系统DDC配置

如何合理的配置DDC就成为方案设计中最重要的问题。

JOHNSONCONTROLS根据实际特点，结合多年的工程经验，设计中不仅保证系统功能全面实现，又减少施工中的不必要浪费，并且DDC的配置为以后的扩展留有足够的余量。

考虑到办公大楼机电设备的分布每一层都布置了相应的直接数字控制器，一般情况下，空调主机设备增加的可能性不大，因此对于其他设备监控点数的增加只需采用增加扩展模块的方式即可解决。

软件说明

操作系统是办公大楼楼宇自控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。

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。

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。

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”；

第七章记录及摘要

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；