气膜建筑智能控制系统技术方案精品完整版.docx
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气膜建筑智能控制系统技术方案精品完整版
气膜建筑智能控制系统
技术方案
深圳市XX科技有限公司
2014年08月
一、工程概述
1.1、系统建设的必要性
气膜建筑是用特殊的建筑膜材做外壳，配备一套智能化的机电设备在气膜建筑内部提供空气的正压，把建筑主体支撑起来的一种建筑结构系统。
气膜靠内外气压差来支撑整个建筑。
由于材料的柔性和结构固有的有效性和弧形的体形，没有受弯、受扭和受压的构件；同时内部无需任何框架或梁柱支撑，跨度可以达到180米；随着大气压的升高,其环境含氧量是递增的,因此气膜内外的气压差不仅不会对人体有任何不良的影响,反而会有助于人们从事运动活动或体力工作；通常内外气压差为250Pa，约0.0025个大气压（相当于正常建筑1层与9层的气压差）；在安全范围内，气膜内部空间的气压越大，能够抵御的风荷载，雪荷载的能力也越高，从而气膜建筑产生形变的可能性就越小，也就越安全。
传统气膜建筑的控制系统以继电器为核心控制单元，各项操作均已手动开关或旋钮方式实现。
气膜建筑无法保证室内恒温恒湿，对空气质量的监控更是无从谈起。
各设备的运行维护工作极其繁杂，一旦出现故障，维护人员无法及时得知故障信息。
同时维护人员也无法快速确定故障点，故障排除时间较长，严重影响气膜建筑的安全；由于气膜建筑的安全性，积极性，舒适性和便捷性，使得气膜建筑在文化旅游产业，体育产业，环保产业等开始普及，但是目前国内应用中在膜内气压等智能化监控系统上仍然不足，仍然处于半自动化阶段，建筑气膜智能远程监控系统弥补了当前的不足。
1.2、设计原则
气膜建筑智能监控系统涉及计算机技术、自动控制技术、传感器技术、视频传输技术、通信和网络技术等高新技术，是一项体系庞大而复杂、集成难度高的系统工程，因此系统建设遵循如下原则：
1.2.1、标准化原则：
依据有关技术标准、技术规程等进行规范化和标准化设计，做到数据的接口定义和传输格式标准化，必要时采用相同型号或厂家的软硬件产品，便于系统集成。
1.2.2、安全性和可靠性原则：
气膜建筑控制系统安全可靠运行是系统必须首先考虑的重要原则。
方案中所选择的每个元件和设备满足系统安全可靠运行要求；设备具有自检、自诊断功能；系统能及早发现设备故障，避免发生事故，局部故障不造成错误输出，并能自动报警；现地监控站具有必要的冗余配置；信息采集及控制输出，考虑多重软件硬件闭锁。
1.2.3、实用性原则：
根据气膜建筑运行和管理的工作流程，设置监控（调度）中心、就地控制的用户权限和优先级；充分考虑用户的使用频度和应用程度，设置系统控制流程、合理设计存储和服务体系。
1.2.4、先进性原则：
当今世界，高新技术日新月异，系统设计把握先进的网络和通信技术、电子控制技术、视频技术、计算机技术、传感器技术的发展方向，采用先进的体系结构。
尽量选用同行业内先进成熟的技术和设备，选用先进的软硬件平台，营造高起点的系统开发与应用环境，并使系统能随着科学技术的发展而不断平滑升级。
1.2.5、开放性和可扩展性原则：
系统设计充分考虑监视点的增加，留有扩充现场控制单元、外围设备和系统通信的接口。
1.2.6、易于实施和可维护性原则：
土建工程易于施工，布线合理，安装的设备具有较好的可维护性。
控制传输等设备有利于系统设置、故障监测和恢复。
1.3、设计依据
在设计规范与标准中，优先采用中华人民共和国国家标准及建筑、电力行业标准；在国内标准缺项或技术要求相对落后时，参照相应的国际标准或其它国家标准中的最高标准。
《中华人民共和国计量法》
《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》（GB50168－92）；
《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》（GB50169－92）；
《电子计算机机房设计规范》（GB50174－93）；
《电子设备雷击保护导则》（GB1450）；
《计算机接地技术要求》（GB2887）；
《工业企业通讯接地设计规范》（GBJ79－85）
《工业企业通信设计规范》（GBJ42-81）
《低压电器基本标准》；
《网络技术标准》（IEEE802.3）；
《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）；
《电气装置安装工程施工及验收规范》（GBJ232-82）；
《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-94）；
《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）；
《继电保护设备信息接口配套通讯规约标准》（IEC60870-5-103）；
《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB14285-93）；
《变电所设计标准》（GB50059－92）；
《静态继电器及保护装置的电器干扰试验》（GB6162）；
《电力系统二次回路控制、保护屏柜基本尺寸系列》（GB7261－87）；
《继电器、继电保护装置振动（正弦）试验》（GB11287-89）；
《电子设备雷击导则》（GB6162-85）；
《通信工程电源系统防雷技术规定》YD5078-98；
《通信局（部）接地设计暂行技术规定》YDJ26-89
《微波站防雷与接地设规范》YD2011-93；
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94；
《不间断电源设备》（GB7260）；
《计算机场地技术条件》（GB2887－89）；
《可编程仪表的数字接口》（ANSI/IEEE488）
《电子测量仪器质量检测规则》（GB/T6593－1996）；
《微机继电保护装置运行管理规程》（DL/T587－1996）；
《电力系统电度自动化设计技术规范》（DL5003-92）；
《静态继电保护及安全自动装置通用技术条件》（DL478－92）；
《电力系统实时数据通信应用层协议》（DL476）；
《交流采样远动终端技术条件》（DL/T630-1997）；
《模拟屏驱动器通用技术条件》（DL/T631-1997）；
《操作系统标准》（GB23128）；
《数据终端设备与使用串行二进制数据进行数据交换的数据通讯设备之间的接口》（EIARS－232－C）：
《数据通信基本型控制规程》（GB3453）
《数据元的交换格式、信息交换、试运行、日期的时间表示法》（GB/T7408-1994）
国际电工委员会（IEC）标准《ProtectionofStrueturesagainst有专Lightning》IEC61024；
国际电工委员会（IEC）标准《ProtectionagainstLightningelectromagneticimpulse》（雷电电磁脉冲的防护）IEC61312；
国际电信联盟ITU-TSG5相关建议书：
K.11（过电压和过电流保护的原则），K.25（远端小型机房的连接结构和接地），K.40（电信中心对雷电电磁脉冲的防护）。
其它相应的国际及国内有关标准。
要求所应用的标准是最新的且已实施的版本。
1.4、设计任务及目的
本工程的任务是以气膜建筑内的成套控制系统为监控对象，以调度中心为中心建成一套“经济实用，安全可靠，技术先进，易于维护，扩展性强”的气膜建筑智能监控系统，实现工程运行控制集中化、管理信息化、日常维护专业化。
并实现工程动态工情的网络化。
以提高工程运行的安全性和可靠性，提高工程效益和管理水平，适应现代化和城市化的要求。
为了捉高工程自动化监测和控制水平,本工程按“无人值班、少人值守”原则进行自动化监测与控制系统设计。
利用计算机自动化监测和控制系统,实现工程管理的科学化、现代化,提高工程的安全性、可靠性,充分发挥工程的效益。
本工程旨在分析各控制节点的技术现状的基础上，研究这些控制节点的适应性，并对这些原有的机电设备进行适当改造，包括机械设备、供电和电气设备的改造。
实时收集各个机电设备的测量、控制、保护等有关数据并对这些数据进行处理，建立运行数据库及分析软件，对其工作情况、状态进行监视、控制，实现就地、远程、手机客户端分层分布式监控。
此外，监控中心的数据通过联网至特定平台，可实现信息的互联和数据共享，通过手机客户端、APP等可为设备进行优化控制，实现服务集中、数据集中、智能控制、移动管理为气膜建筑内的设备运行、改善室内环境提供科学依据。
二、计算机监控系统
2.1、系统简介
监控中心负责整个气膜建筑的调度管理和监视控制，是整个工程的调度管理层。
监控中心由管理服务器、控制计算机、图像监视系统、以太网、无线传输系统、UPS等设备组成。
监控中心与就地控制站采用光缆或无线通讯点对点方式连接。
监控中心将采集到的整个系统各站的数据信息加以处理、储存、显示，以此来了解各监测点的运行工况，并作为调度各站运行的依据。
监控中心可对各站下达调度命令和发送数据。
在中央控制模式时还能直接操纵现场设备。
就地控制站的自动控制程序能根据来自监控中心的指令和数据，结合现场设备的具体情况来控制相对应的设备运行。
本工程计算机监控系统的总体结构基于以太网的结构，传输协议为TCP/IP，开放性好，可根据需要随时扩展。
以太网的传输速度为10/100M自适应，并行采集数据，保证数据的实时性和可靠性。
本工程计算机监控系统的应用服务器采用双机冗余配置，保证系统的正常运行。
操作员工作站也是双机配置，而且为了便于观察和了解多处情况，每个操作员工作站上接两台液晶显示器。
利用一台打印机作为各种报表、画面、图形和文字的输出设备。
UPS设备为监控系统提供可靠的备用电源。
整个监控中心的软硬件设备配置满足安全可靠性、技术先进性，易维护性的要求。
采用数据库及软件模块化、结构化的设计，均符合开放要求，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。
系统实时性好，抗干扰能力强。
人机界面采用中文、功能强、操作方便，便于二次开发。
2.2、系统特点
监控中心通过本工程计算机监控系统结构具有如下的特点：
一、系统模式
采用业界流行的控制模式，即开放的计算机网络系统加上流行通用的组态软件，整个系统以进口产品为主，组成一个稳定可靠、结构开放、性能价格比高的分层分布式计算机监控系统，系统维护方便，成本低。
二、系统结构
网络操作系统采用通用的WINDOWS系统，全汉化的图形界面，操作提示非常方便、友好。
三、用户监控界面
采用流行的组态软件图形用户界面，使画面的可操作性和信息量得以大大提高，同时也加强了屏幕的美观程度。
四、报警
当报警发生时，系统在记录和保存发生的报警信息（站名、设备名、时间、报警类别、报警参数）的同时，可根据报警类别给出不同的语音和音响告警，同时在屏幕上给出报警信息，用不同的颜色和闪烁来指示不同级别的报警，通过热键或鼠标可方便地切换到相应的显示画面。
五、系统用户管理
系统的用户管理分两个层次。
一是操作系统Windows提供的用户管理，在Windows系统启动后，需要提供该层次的合法用户名和口令才能登录到Windows中。
登录操作系统后，出现在用户面前的是集控系统的登录画面。
如果用户要登录到集控系统中，则需要使用合法的集控系统的操作用户及正确的口令，这样才能登录到集控系统中进行相关的操作。
集控系统的用户是使用数据库技术进行管理的，可根据不同用户的性质划分不同的用户级别，这样能实现某些重要的操作需要一定级别的用户才能进行操作。
六、直观生动
除计算机监控系统采集、显示数据和控制现场设备外，通过实时视频图像信号可以监视实际设备情况，达到直观生动，更加提高系统运行的安全可靠性。
2.3、系统监控对象
监控系统的监控对象为气膜建筑内的主要机械设备、电器设备、配电设备、这些设备包括如下，但不限于以下设备：
1、鼓风机
2、通风机
3、空气净化系统
4、空调系统
5、照明系统
6、在线监测仪表（风压、风量、电流、温湿度、氧气、二氧化碳浓度等）
2.4系统功能及要求
2.4.1、数据采集和处理
1、监控中心计算机监控系统可实时采集各站的电气量和非电气量，包括模拟量、开关量和脉冲量。
其中开关量包括各种状态量、故障量和事故量。
2、监控中心计算机监控系统可采集各站的各类顺序操作和事故下的事件动作顺序记录。
3、监控中心计算机监控系统可采集各站的重要模拟量的历史和实时信息量，进行变化趋势分析并形成曲线表示。
4、监控中心计算机监控系统可采集各站的事故发生前后一定范围内的追忆量。
5、监控中心计算机监控系统对采集到的信息进行分析、处理，误码判断和数据传输的差错控制，形成全系统调度所需的各种监控管理、分析和指导数据，更新实时数据库，修改CRT画面的前景数据和画面中的设备状态，并对数据予以存入实时和历史数据库，并进行统计和记录打印，也可通过可读写光盘设备实现数据的外存储。
2.4.2、运行监视
监控中心计算机监控系统可以实现对所有站的机电设备（如风机、其附属设备等）的运行数据进行监视。
一旦发出开（停）机指令后，计算机监控系统自动显示相应的机组开（停）机画面。
一般开（停）机画面显示的内容有：
开停机顺序流程；机组主要参数。
开（停）机过程的流程框实时显示开（停）机过程中每一步骤的执行情况，提示在开（停）机过程受阻时的受阻部位及其原因，进行分步执行或闭环控制等。
运行监视分为状态监视、趋势和越限监视、过程监视、计算机监控系统内部运行及设备的故障监视。
状态监视：
监视运行设备的状态变化，并进行显示、存储、记录和打印。
趋势和越限监视：
监视模拟量的变化趋势和越限信息，并进行显示、记录、报警和自动处理。
模拟量的趋势监视包括历史和实时的趋势分析和比较，并以曲线表示，趋势曲线能以多种不同的时间标度（精度）表示，以供分析时选择。
过程监视：
监视所有操作过程或流程进程中的主要步骤，当发生过程阻滞时，显示和报警、打印阻滞原因，并将闸门自动转入安全状态或停机。
监控中心的监视方式包括系统对各闸（站）运行的自动监视和由监控中心值班人员通过各种人机接口设备对运行的监视。
监控中心计算机监控系统实时监测各闸（站）的运行情况，一旦运行设备发生事故、故障，立即报警。
报警方式有：
1、音响/语音报警。
对故障和事故以不同的音响报警，并配以语音信息，音响/语音报警可设置为手动解除或延时自动解除。
2、操作员站可自动推出相应的报警画面，画面中的相应故障设备或事故产生处闪烁提示，当故障或事故被确认后，将以颜色改变等方式给予标记，并区分故障和事故。
当故障消失后，会自动恢复；当事故处理完毕后，可手动恢复。
3、产生报警时，服务器自动发送指令至RTU处，RTU通过GPRS功能将报警信息以手机短信的形式自动发送至相关工作人员的手机上；
自动显示报警的发生时间、位置、内容以及通过不同的颜色指示不同的报警性质。
自动将报警信息存入数据库，形成故障、事故汇总记录文件，并能通过多种方式进行必要的查询。
自动启动打印详细报警信息。
对于事故发生后的顺序事件和事故发生前后的追忆量和故障录波信息，进行自动采集、显示、打印和存储。
监控中心的监控系统与各站级的监控系统和LCU层监控系统进行协调和配合，使整个控制系统体现合理、实用和高效。
2.4.3、实时控制
监控中心操作人员通过控制台上的计算机键盘、鼠标向各站LCU下达控制命令，实现对风机和配电设备的控制。
控制包括以下内容：
（1）对风机、通风系统、照明系统、空调系统的正常开启和关闭、事故紧急停机的控制；
（2）根据气膜内外风压变化的要求对鼓风机进行自动变频控制，自动调节室内压力，满足气膜建筑安全的基本要求；
（3）自动设定室内通风频率，保证室内空气的质量；
（4）根据室内二氧化碳浓度及氧气浓度的大小自动控制通风系统的开启和关闭；
画面示例：
2.4.4、事故处理和控制
事故处理和控制是指在非正常紧急情况下（如事故停电）按预定程序进行事故处理的自动控制与调节。
2.4.5、人机联系
通过显示器、键盘、打印机、语音报警装置、模拟屏等设备进行人机联系，使值班工作人员对生产过程进行安全监控、管理，以及进行监控系统的内部测试，数值设定，程序开发、修改。
1、语音报警装置：
提供音响/语音报警和操作员进行操作的语音提示。
通过扬声器以国语的形式输出，语音节奏为中速，从接收输入信号到发出语言，时间滞后将：
＜1S。
当事故时，对事故对象、性质正常语音报警2次；当故障时，对故障对象、性质正常语音报警1次。
2、记录：
所有运行数据、设备的操作事件、报警事件及报表等都存于数据库，并可在显示器上显示记录，打印机上打印记录，也可通过读写光盘机以文件的形式储存在光盘上。
画面示例：
3、打印：
打印分为定时打印、报警打印及召唤式打印等。
打印记录的主要内容为操作记录，报警事件记录，趋势记录，事故追忆和相关量记录以及各种定期报表、报告。
报表、图形使用的文字为中文简化字，并使用国际度量单位。
4、屏幕显示：
每台操作员站配2台显示器对运行各站点的各种运行参数、设备状态、事故和故障信号等以数字、文字、图形、表格的形式组织画面并动态显示。
操作员站的屏幕显示具有完全相同的功能。
屏幕显示画面分为单线系统图类、棒图类、曲线图类、表格类和运行指导文字类。
显示信息分为自动显示、召唤显示以及事故、故障画面自动推出显示，显示画面和图将带有年、月、日、时、分、秒和必要的说明文字，清晰、明朗表示风机等的运行状况，并在设备状态变化、运行参数异常或监控系统异常时，向操作人员提供详细的、准确的信息。
5、统计和报表
打印记录主要内容为操作记录，报警事件记录，相关量记录以及各种定期报表、报告。
6、用户访问和操作显示功能
（1）用户的分类和访问权限
监控中心计算机监控子系统将根据需要设置用户权限和规定不同的用户组，通过对来访者的不同身份进行不同的授权和活动区限制，实现系统的安全运行和系统维护。
当任何用户要进入计算机监控系统时，系统会要求输入用户身份及口令，只有经过确认后方可进入系统，进行操作；如果身份或口令错误，系统将拒绝进入，严禁非法访问者的入侵，确保系统的安全运行。
对于权限和用户组将按以下设置和分类：
1）维护工程师；2）调度操作员；3）生产管理领导；4）培训人员；5）一般访问者。
维护工程师是开发和维护整个系统的工程技术人员，它的权限最高，可以进行所有的设计、维护和修改配置等工作以及各种操作；操作员是可以完成各种操作；生产管理领导只进行必要的报表查询和浏览相关的画面；培训人员可以进行各种仿真调度操作，不作实际操作控制。
一般访问者权限最低，只能进行画面的浏览和有限的报表查询。
有关各种用户的详细权限分配可根据用户的实际需要作适当的修改。
（2）操作显示功能
所有的人机操作可以通过选择监控画面上的目标或从相关的弹出菜单（对话框）或从窗口平台的下拉菜单上选择有关的控制命令来执行。
人机接口将在屏幕上提供不同的颜色、符号和指示方式以表达区分正常运行情况和非正常情况。
所有采用的颜色、符号以及指示信号将根据不同设备的特征，规范的表示方法。
计算机监控系统将具有指导用户操作和在线帮助功能，当用户使用非法指令时，将给予相关的提示和允许重新输入正确的指令。
对于键盘和鼠标的每步操作，将有时间限制，超时即复位。
而且，任何操作都有操作记录，以备查询和事故分析。
显示画面采用窗口环境，支持多窗口的重叠、平铺显示，允许对窗口的移动、缩放等操作。
被用户选中的窗口为活动窗口。
画面窗口将包括：
菜单栏、下拉菜单、弹出菜单、窗口控制按钮等。
2.4.6、通信功能
调度层计算机监控系统采用以太网通讯，提高通信网络的安全性、可靠性和可用性。
在监控中心通信网络中，所有服务器和各工作站间通信都采用TCP/IP协议通信，进行数据的100M高速交换和存储以及各种操作和控制。
监控中心监控系统通过通信网络的光缆实现与其它站点连接通信（物理上是星形连接）。
实现监控中心对各站的信息采集、调度、控制、管理。
2.4.7、系统诊断功能
计算机监控系统应能提供系统硬件设备故障诊断和软件故障诊断。
2.4.8、软件开发功能
系统软件开发本着安全、简单、实用、易操作、易维护的原则。
系统软件开发应采用目前最流行的微软VisualStudio6.0软件包中的VisualC++6.0和VisualBasic6.0作为应用软件开发工具，并采用简单、易学的中文操作系统Windows作为开发平台，同时有相应的人机联系和在线帮助功能。
为了保障监控中心监控系统的软件功能强大、系统安全，采取完备的安全防范保护措施。
严格按照有关标准进行测试，保证系统的安全、可靠。
软件功能的设计要从运行操作人员的角度出发，使功能齐全的同时，做到简单实用，操作尽可能少。
为维护工作考虑采用具有中文的操作系统软件、数据库管理软件和开发工具。
各功能模块设计尽可能简单，最在限度满足用户要求。
系统及开发工具易于学习、掌握，便于只具Windows和MS—Office知识的非计算机专业工程人员进行系统维护和二次开发。
组态软件采用SIMATICWinCC
SIMATICWinCC是西门子公司基于PC的人机界面软件系统。
SIMATICWinCCV7.0版对基本系统及其选件进行了大量有益的功能增强。
WinCC基本系统的创新•具有WindowsVista主题风格和外观的运行界面•全新控件:
趋势、报警、配方等
•基于对象的编程模式，面板技术
•免费集成高级用户管理工具SIMATICLogon•增强的安全性，支持Windows防火墙和病毒扫描WinCC工厂智能选件的创新•WinCC/DataMonitor，现在支持报表发布和网页定制功能•全新选件:
WinCC/DowntimeMonitor，可以检测并分析机器和工厂的
停机时间
•全新选件:
WinCC/ProcessMonitor，管理信息系统，支持在线质量分
析•WinCC/ConnectivityPack，提供访问分布式系统中数据的方便接口
SIMATICWinCC适用范围SIMATICWinCC最引人注目之处还是其广泛的应用范围。
独立于工艺技术和行业的基本系统设计，模块化的结构，以及灵活的扩展方式，使其不但可以用于机械工程中的单用户应用，而且还可以用于复杂的多用户解决方案，甚至是工业和楼宇技术中包含有几个服务器和客户机的分布式系统。
WinCC集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合，这在各种工业领域的应用实例中业已证明，包括:
•汽车工业
•印刷行业
•钢铁行业
•运输行业
•金属加工业
•化工和制药行业
•造纸和纸品加工
•能源供应和分配
•贸易和服务行业
•塑料和橡胶行业
•水处理和污水净化
•机械和设备成套工程
•食品、饮料和烟草行业
a、人机界面的组态软件是组态方便、性能可靠，功能齐全，用户开发的人机界面全部汉化。
包含大量强大的图形化工具，允许用户能够快速直观地建立面向过程的实时窗口，实现实时过程的监视和监督控制，报警和报警管理，历史趋势，统计过程控制，基于用户的安全系统。
并能方便地进行系统扩展。
b、完全基于Client/Server的软件，具有C/S架构软件的所有功能，可以监视远程节点的所有数据点，可以在线增加、修改、删除远程节点中的数据库点，真正实现远程组态。
基于分布式数据处理和按需数据传输的真正的分布式架构，数据储存在一个地方，可以通过所有的客户机对它进行访问。
可以通过以太网或拨号网与远端节点相连。
网络上单台计算机不会引起整个系统故障。
任意节点可以离线工作，而不会引起整个网络崩溃。
c、提供集成化的开发环境，要有强大的图形功能，可对全部设备状态等通过颜色变化，移动，旋转，百分比，闪烁以及更复杂的动态组合来反映现场的变化，支持图形的渐变色，使画面更真实。
可通过标准的工业图形符号库进行用户的自由定义和修改，并使用基于对象属性的组态方式，可用户自定义图形符号库，支持多层对象显示，可输入各种标准图形格式，如BMP、JPG等以
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