毕业设计（论文）-基于METASYS的空调自控系统设计.doc

第 页 i 基于 metasys 的空调自控系统设计 摘要 空调系统是智能建筑中楼控系统的主要组成部分，但也是系统能耗的主要部分。随着 人们生活水平的不断提高，空调系统被广泛的使用，节能成为人们普遍关注的问题。由于 变风量空调系统显著的节能特点，使其成为空调系统的主流。同时美国江森公司的 metasys 智能楼宇管理系统，以其独特的优越性，使得空调节能得以更好的发挥。 本文首先对变风量（vav）空调系统和江森的智能楼宇管理系统metasys 系统作 了概述，还对 vav 系统的控制原理和方法进行了分析和详细说明。通过分析确定系统的监 控点、设备的选型，运用组态软件设计 metasys 系统的上位机人机界面，最后在 matlab/simulink 环境下对表冷器和变风量末端的控制器进行了仿真。 关键词： 节能，vav 空调系统，metasys 系统 第 页 ii design of air conditioning control system based on metasys abstract the air-conditioning system is the main constituent of the building controls system in the intelligent building, and is the main part of system energy consumption. along with the enhancement of people living standard, the air-conditioning system were widespread used, energy saving became the universal matter of people concerned. because of variable air volume air-conditioning systems remarkable characteristic of energy saving, it become the mainstream of air-conditioning system. simultaneously the american company johnson-metasys intelligence building management system having its unique superiority, that makes the energy saving of air-conditioning system better. firstly, this paper gives the outline of the variable air volume (vav) air-conditioning system and the johnson metasys intelligent building management system, also has analysis and specified the vav system control principle and the method. by the analysis, determining system monitoring point, choosing the equipment, has designed the metasys software configuration on workstation was successfully. finally, the simulation to the cooling coil and vav terminal controller were carried on in matlab/simulink environment. key word: energy saving，vav air conditioning system，metasys system 第 页 i 目录 1.绪论 .1 2.变风量（vav）空调系统的简介 2 2.1 变风量系统的基本概念 .2 2.1.1 vav 系统的基本组成 .3 2.1.2 vav 系统的特点 .4 2.1.3 变风量（vav）末端装置 6 3.metasys 的系统概述 .8 3.1 硬件结构 .8 3.1.1 概述 .8 3.1.2 网络通讯 .9 3.1.3 联网能力 11 3.1.4 操作站 11 3.1.5 记录/报警打印机 .13 3.1.6 网络控制器（ncu） .13 3.1.7 直接数字控制器（dx-9100-8154 / xt-xp 模块） .14 3.1.8 现场设备 15 3.1.9 程序存贮器 15 3.1.10 系统的运行环境要求及用电量 .16 3.2 软件功能说明 16 3.2.1 摘要（各类报告清单） 16 3.2.2 密码保护功能 17 3.2.3 用户图形化编程语言 17 3.2.4 状态改变报告 18 3.2.5 报警信息报告及报告分组/报警管理 .18 3.2.6 监控点历史 18 3.2.7 动态趋势分析 18 3.2.8 累积、统计功能 19 3.2.9 数据库下传/上载功能 .19 3.2.10 动态图形显示及操作站工作环境 .19 3.2.11 能量管理控制 .19 3.2.12 时间预定功能 .19 第 页 ii 3.2.13 设备循环启/停/及重大设备启/停延时保护 20 3.2.14 供电恢复启动程序 .20 3.2.15 用电量限制/负载循环 20 3.3 江森自控集成式可变风量末端单元控制组合vma1400 系列产品 21 4.变风量（vav）空调系统的控制方法及原理 .24 4.1 变风量空调系统的控制方法 24 4.1.1 自动控制系统的要求 24 4.1.2 变风量系统的自动控制方法 25 4.1.3 vav 系统的控制对象 28 4.2 变风量空调自控系统的控制原理 .31 4.2.1 变风量空调系统分析 31 4.2.2 末端调节的变风量系统 trav .33 4.2.3 变风量空调系统的组成 36 4.3 各回路控制原理 37 4.3.1 温度控制回路 37 4.3.2 压力（静压）控制回路 40 4.3.3 新风量（co2 浓度）控制回路 43 4.4 vav 空调系统的监控和设备选型.44 4.4.1 空调机组自控方式和说明 44 4.4.2 空调系统设备的选型 46 4.5 用组态王软件设计 metasys 系统的上位机人机界面 47 5.控制器设计和仿真 50 5.1 表冷器控制器参数的确定 52 5.2 变风量末端控制器参数的确定 55 6.总结 60 参考文献 61 附录 62 致 谢 .66 第 页 1 1. .绪论绪论 空调系统也称为 hvac(heating ventilation and air conditioning),是 智能建筑中楼控系统的主要组成部分，作用是创造良好的空气品质，提供舒适 的生活环境，但它同时又是耗能大户，消耗建筑物 50%以上的能耗。在高层建 筑中，有的甚至高达 80%以上。 由于社会文明的进步,人们生活水平的不断提高,空调的应用越来越广泛, 面对广阔的空调市场和各种不同的空调系统,广大的使用者对空调制冷性能,运 行的可靠性、节能、经济性,环保指标及服务提出更高的要求。这就需要对它 们进行深入研究,找出科学的分析方法,从而达到优化设计。节约能源、保护环 境和趋向自然的舒适环境,而设备、系统、运行管理的节能是促进空调制冷事 业的核心。 在各种空调方式中，vav 空调系统有其自身的优点，是一种节能的控制方 式。vav 空调系统在一些发达国家非常流行，由于其与定风量(cav)空调系统相 比，在满足空调要求的同时，有明显的节能效果(vav 与 cav 相比约可节能 30%70%)，因此，从本世纪 70 年代以来便倍受人们关注。与此同时，美国江 森公司的 metasys 智能楼宇管理系统，以其独特的优越性，使得空调节能得以 更好的发挥。 本文通过对变风量空调系统进行分析，依据变风量系统的节能方式，采用 江森系列先进的空调设备对系统进行优化设计，运用 metasys 智能楼宇管理系 统进行实时监控和调节。 第 页 2 2.变风量（vav）空调系统的简介 变风量（variable air volume，以下简称 vav）空调系统,本世纪 60 年代 诞生在美国。vav 技术的基本原理很简单，就是通过改变送入房间的风量来满 足室内变化的负荷。vav 系统追求以较少的能耗来满足室内空气环境的要 求。vav 系统出现后并没有得到迅速推广，当时美国占主导地位的仍是定风量 （cav，constant air volume）系统加末端再加热和双风道系统。西方 70 年 代爆发的石油危机促使 vav 系统在美国得到广泛应用，目前已占世界空调系统 30份额，并且成为空调发展的必然趋势。目前国外高层建筑使用率已达 95 。 2.1 变风量系统的基本概念 普通集中式空调系统的送风量是不变的，并且按房间热湿度负荷确定送风 量，称为定风量（cav）系统。实际上房间热湿负荷不可能经常处于最大值， 而是在全年的大部分时间低于最大值。当室内负荷减小时，定风量系统是靠调 节再热量以提高送风温度（减小送风温差）来维持室温。这样既浪费热量，又 浪费冷量。如果能采用减少送风量（送风差数不变）的方法来保持室内温度不 变，不仅节约了提高送风温度所需的热量，而且还由于处理风量的减少，降低 了风机功率电耗及制冷机的冷量。这种系统称为变风量（vav）系统，而且系 统的运行费用相当经济，对于大容量的空调装置尤为显著。 变风量空调系统是通过变风量末端风量来保证房间温度，同时变频调节 送、回风机来维持系统的有效、稳定运行，并动态调整新风量保证室内空气品 质及有效利用新风能源的一种高效的全空气系统。它并不仅仅是在定风量系统 上安装末端装置和变速风机，而且还有一套由若干个控制回路组成的控制系 统。变风量系统运行工况是随机变化的，它必须依靠自动控制才能保证空调系 统最基本的要求适宜的室温、足够的新鲜空气、良好的气流组织、正常的 室内压力。机组的变风量控制就包含了送风机的控制、回风机控制、新风量控 制等诸多环节。 第 页 3 2.1.1 vav 系统的基本组成 t tt t 新新风风 排风 回回风风 房房间间1 1房房间间2 2 送送风风管管 回回风风管管 静静压压控控制制器器 p p h h 送送风风温温度度 控控制制器器 送送风风湿湿度度 控控制制器器 内内含含控控制制器器 f f f f 风风 门门 控控 制制 器器 t t 图 2.1 vav 结构图 图 2.1 是一个完整的变风量（vav）空调系统风系统示意图，它的主要由 空气处理单元（air-handling units ,ahu） 、送风系统（主风管、支风管） 、 末端装置（terminal units）和送风散流器以及必要的自控装置五部分组成。 除末端装置以外，其它组成部分与定风量空调系统的作用基本相同。 1）空气处理单元（air-handling units ,ahu） 空气处理设备(即空调机组)，是为满足空调房间对送风状态的要求而对空 气进行净化和热、湿处理的设备。空气处理设备由普通的新风隔栅、新风阀、 回风阀、送风阀、预热器(如果需要的话)、表冷器和送风机组成。大型空气处 理装置还包括送风机相匹配的回风机。 2）送风系统 送风系统主要由送风管道组成。分为主风管和支风管。 3）末端装置（vav terminal units） 末端装置是变风量系统的关键设备，它可以接受室温调节器的指令，根据 室温的高低，自动调节送风量，以满足室内负荷的需求。 第 页 4 2.1.2 vav 系统的特点 变风量是一种节能的调节方式，它具有以下一些特点： 1）由于 vav 系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化，同时在确 定系统总风量时还可以考虑一定的同时使用情况，所以能够节约风机运行能耗 和减少风机装机容量。有关文献介绍，vav 系统与 cav 系统相比大约可以节能 30%-70%，对不同的建筑物同时使用系数可取 0.8 左右。 2）系统的灵活性较好，易于改、扩建，尤其适用于格局多变的建筑，例 如出租写字楼等。当室内参数改变或重新隔断时，可能只需要更换支管和末端 装置，移动风口位置，甚至仅仅重新设定一下室内温控器。 3）vav 系统属于全空气系统，它具有全空气系统的一些优点，可以利用新 风消除室内负荷，没有风机盘管凝水问题和霉菌问题。 图 2.2 是一个典型的单风道 vav 空调系统。在这个系统中，除了送、回 风机、末端装置、阀门及风道组成的风路外，还有 4 个反馈控制环路（室温控 制、送风静压控制、送回风量匹配控制及新排风量控制） 。 t1im im c4 dm n n c5 f f t3 ttt c2sp c3 新新风风 排排风风 送送风风机机 回回风风机机 末末端端装装置置 静静压压传传感感器器 房房间间 图 2.2 单风道变风量空调系统 在供冷季节中，当某个房间的温度低于设定值时，温控器就会调节 vav 末 端装置中的风阀开度，减少送入该房间的风量。由于系统阻力增加，送风静压 第 页 5 会升高。当超过设定值时，静压控制器通过调节送风机入口导叶角度或电机转 速，减少系统的总送风量。送风量的减少导致送回风量差值的减少，送回风量 匹配控制器会减少回风量以维持设定值。风道压力的变化将导致新排风量的变 化，控制器将调节新风、回风和排风阀来保持新排风量。 在冬季，对于有内外区的建筑，内区继续供冷，外区末端装置只提供最小 风量以保证新风和气流组织，由末端再热装置或其他采暖系统供热。 vav 系统不仅限于图 2.2 所示的单风道节流型这一种形式，还有旁通型、 双风道等等形式。广义地讲，只要是风量变化的全空气系统都可以称作 vav 系 统。我国在 80 年代初曾经引进过 vav 系统，但由于对系统性能不够了解，致 使系统不能按设计要求运行。一时间 vav 系统的应用和研究停顿了下来，近 来，工程师们又把目光转向了 vav 系统。这其中有两大原因。一是国内目前的 cav 系统和风机盘管系统暴露出一些缺点。由于我国目前舒适性空调系统都是 没有末端再热的 cav 系统，所以，一个送风参数不能同时满足不同房间的要 求。风机盘管系统可以避免这个问题，但是凝水污染吊顶以及霉菌问题同样令 人不能容忍。随着室内办公设备的增加、房间使用功能的变化、房间格局的变 化，空调系统也应当做相应改动，可是 cav 系统和风机盘管系统改扩建较麻 烦。第二个原因是受 vav 系统节能的诱惑。空调历来是个能耗大户，而其中风 机能耗占大半。因此，业主也希望采用 vav 系统以节约运行费用。 虽然 vav 系统有很多优点，但是伴随着 vav 系统的诞生，大部分系统或多 或少地也暴露出如下问题。从用户的角度看，主要有： 1）缺少新风，室内人员感到憋闷； 2）房间内正压或负压过大导致室外空气大量渗入，房门开启困难； 3）室内噪声偏大。 从运行管理方面看，主要有： 1）系统运行不稳定，尤其是带“经济循环（economizer cycle） ”的系 统； 2）节能效果不明显。 此外，目前 vav 系统还存在一些固有的缺点： 第 页 6 1）系统的初投资比较大； 2）对于室内湿负荷变化较大的场合，如果采用室温控制而又没有末端再 热装置，往往很难保证室内湿度要求。 3）对一个系统来说，问题并不一定时时刻刻都存在，可能在某个工况发 生，在另一个工况又消失了。 从表面上看，似乎 vav 系统只不过比 cav 系统多了一些末端装置和风量调 节功能。可是，就因为 vav 系统风量的变化和增加的末端设备，使得 vav 系统 从方案设计到设备选择、施工图设计，直到施工和调试都具有不同于定风量系 统的特殊性。vav 系统存在的这些问题和缺陷，其原因是多方面的。有的可能 需要一定的技术支持才能解决；而有的可能通过空调系统设计人员的努力就可 以避免。 2.1.3 变风量（vav）末端装置 末端装置是房间送风以维持室内温度的重要设备。末端装置有如下几种分 类方法。 （1）按照改变风量的方式，有节流型和旁通型。前者采用节流机构 （如风阀）调节风量；后者则是通过调节风阀把多余的风量旁通到回风 道。 （2）按照是否补偿压力变化，有压力有关型（pressure dependent）和压 力无关型（pressure independent） 。从控制角度看，前者由温控器直接控制 风阀；后者除了温控器外，还有一个风量传感器和一个风量控制器，温控器为 主控器，风量控制器为副控器，构成串级控制环路，温控器根据温度偏差设定 风量控制器风量，控制器根据风量偏差调节末端装置内风阀。当末端入口压力 变化时，通过末端的风量会发生变化，压力无关型末端可以较快地补偿这种压 力变化维持原有的风量；而压力有关型末端则要等到风量变化改变了室内温度 才动作，在时间上要滞后一些。价格上，压力无关型要比压力有关型高一 些。 （3）按照有无末端混风机来分，还有带风机和不带风机两种末端。带风机 的末端可以在小风量时或低温送风系统中保证室内一定的气流组织。按照风机 和一次风的关系，带风机的末端又可分为带并联风机的末端装置（parallel fan powered terminal）和带串联风机的末端装置（series fan powered terminal） 。 （4）按照控制方式分，有电动、气动和自动的。电动的末端还有 模拟的和直接数字控制两种。 第 页 7 另外，末端装置还可以附设消声和再热功能。 3.metasys 的系统概述 metasys 智能管理系统专为各类建筑中所有设备的监测、控制和集 第 页 8 中管理而设计，该系统的开放性、灵活性、可靠性及高质量，集中体现了楼宇 管理与控制的最新潮流。 metasys 是一个集中管理、分散控制系统，因而它更高效，更可靠，提高 了系统的容错能力。metasys 是模块化系统，易于扩展，因而将来的需要并不 会损失今日的投资。metasys 具备很强的联网能力，可以与任一家愿意开放其 通讯协议的产品或系统实现联网，从而使用户很方便地在任何地方，任一台操 作站上，对所有设备或子系统了如指掌，大大提高管理水平及工作效率。 metasys 完全符合工业标准，它的设计立足现在，面向未来，适应软件及 硬件的不断发展。用户投资于江森公司的 metasys 是明智及长远的选择。 以下从硬件结构及软件功能两方面分别作详细的介绍。 3.1 硬件结构 3.1.1 概述 metasys 的硬件系统是由操作站(ows)，网络控制器(ncu)及各种直接数字 控制器 (ddc)所构成的一种智能化控制网络。 第 页 9 图 3.1 netasys 系统网络结构图 3.1.2 网络通讯 以太网(ethernet/ip)作为一种应用越来越广泛的网络形式已被超过 80%的 局域网使用。它具有优良的性价比及易于安装的特性。以太网的通讯协议 (tcp/ip)为开放式系统提供了物理及数据连接层通讯的参考模式。它的通讯速 率为 10mbps，即每秒可传递大约 250 页文本所包含的信息。使用以太网具有以 下优势： 1）数据传输的高效率及稳定性 2）灵活的布线和设备联结方式：可联结高速以太网、fddi、令牌环 网、atm 等； 3）低成本； 4）可互相兼容的设备及拓扑形式：由于以太网的使用广泛性，可以很容 易的将其他厂家设备或系统通过它互相联结； 5）易于安装及扩展； 6）减少维修成本。 第 页 10 以太网的网络拓扑结构可为星型、总线型或混合型。星型结构的组成是通 过非屏蔽双绞线或光纤将各个节点连接至位于网络中心的集线器上，该集线器 可放置于建筑中任何方便的线架上。它的优点是易于隔离及修复出现故障的节 点，缺点是比总线形式需要更多的安装线材。在这三种结构中星型结构适用于 ncm 与 ows 位置较远的系统，总线型结构适用于 ncm 与 ows 位置较近的系统， 而混合性结构适用于 ncm 与 ows 位置有远有近的系统。 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，其通讯方 式为 ethernet/ip。n1 网上各节点之间的数据交换采用点对点（peer to peer）方式，各节点均具备动态数据访问（dynamic data access）功能，即 无论 n1 网上任何操作站或任一 ncu 上，均可以对全部的数据实现检测或控 制。 1）网络设置 n1 网可以设置成总线型、星型和混合型结构。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。 2）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 网上之通讯种类数据库之上传与下载、对现场设备之指令和状态之讯息 等。各节点均具备动态访问（dynamic data access）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。 3）动态数据存取 很多系统都只容许有限度的资料分布，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 第 页 11 数据存取，加快了大量讯息之速度。双重 lon works n2 总线之运作是由在 lon works 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。 在某些场合，用户可能需要用到拔号式（dial-up）通讯方式，用以监控 远处的控制系统，这时可以通过调制解调器，设置远程操作站。 n2 通讯总线是一种现场存取网络，它连接控制器及接口模块至网络控制 器。n2 总线使用主/从式通讯协议，ncu 是主导，n2 总线设备（ddc）是从 属。n2 总线使用 opto-22 optimumx 通讯协议，并且已被证明其优越性。n2 总线遵循 eia，rs-485 电气标准。 3.1.3 联网能力 对于楼宇系统的设计和管理者来说，真正的挑战是：怎样利用所有子系统 的能力？怎样有效地管理它们，从而提供一个高质量的办公环境？ metasys 系 统使上述问题迎刃而解。各个不相联系，甚至是来自不同公司的系统，通过 metasys 被恰当地联系在一起，变成一个系统的集成。各系统相对独立，自成 体系，必要时相互配合，实现联锁控制，从任何地方，任一台操作站上，都可 以收集到全部的数据。操作员从一台操作站上，便可以了解全楼各个角落中任 一系统的运作情况，一旦有故障发生便可立即做出反应，甚至客户还未感觉到 任何不妥，问题便已经解决了。 美国江森公司作为美国 ashear 学会发起者之一，其 metasys 系统已能与 超过 75 个公司（其中包括 carrier, york, trane, abb, libert 等）的子系 统实现联网，并已完成 2000 多个联网项目。我们随时准备为用户实现 metasy 与任何愿意开放其通讯协议的公司产品联网。 3.1.4 操作站 操作站为 ibm 或其他品牌标准个人电脑，操作站提供视窗化的、高水平人 机界面，用户可选择中文或英文操作。 它以微软公司的 windows 为运行环境，允许 windows 支持的其他软件同时 运行。并可以与他们进行动态的数据交换（dde） 。例如您可以用已熟悉的 第 页 12 microsoft excel 来处理数据，做出一系列的统计表。 它可编程及产生数据库，并直接下传程序至各控制器。它可备份数据库、 存储点的历史记录、趋势分析、操作员进入/ 退出记录、以及报警记录等。 metasys 界面操作全部视窗化，无需记忆操作指令。它的网络图犹如一张 联络图，表示出所有监控设备及其相互关系，操作员只要调出 metasys 应用程 序，便一目了然：哪个系统为哪一楼层服务；哪些设备为哪些区域服务 等。metasys 使用了一种分布于整个网络、面向目标的软件体系。只依靠鼠标 操作，便可走遍整个建筑。它用图形显示建筑物的各楼层平面和设备简图，并 通过鲜艳的色彩和动态数据显示、报告所监控的点的信息。 网络中任一个操作站均可以存取整个网络的所有信息，各操作站可同时使 用。 metasys 系统根据大楼的具体功能要求，我们对操作站的界面、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（ole for process control）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： 1）多屏显示 在一个操作员界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这个困难，大型建筑物及多种网络均 可采用此项技术以支持多屏显示。 2）现存图形的重复利用 无论是 johnson controls 的工作站内的图形，或是其他的图形格 式，metasys 操作站都能再利用它们。利用绘图软件 core draw、visio 及 auto cad 以及数码像机视像抓取卡及数字扫描仪等设备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。 3）动画介面 m5 操作系统采用全新动画界面，可伴随有音乐和旁白，更生动地描述现场 情况，同时可将大楼受控设备的实时图像通过集成系统传到操作站，从 第 页 13 而更准确直接地指导操作员应采取的动作。 4）采用颜色梯度的动态信号 metasys workstation 图形技术提供完整的动态图形控制，包括显示、闪 烁旋转、动画以及色彩梯度。 5）动作趋势 3.1.5 记录/报警打印机 打印机用于系统操作的记录。每台打印机的记录内容可根据用户要求设 定，而记录格式在调试阶段即可定义。 3.1.6 网络控制器（ncu） 网络控制器（ncu）是一种高性能的现场盘，它由一系列可兼容的电子智 能化模块所构成。它可以实现复杂高性能控制的任何控制程序，同时也可以协 调通信网络中各独立的 ddc 控制器,为它们提供报警监视和综合控制功能。ncu 可脱离任何上位机（如个人电脑） ，独立承担控制及通讯功能。 网络控制模块（ncm）是 ncu 的主要部件，它装备高速 80386 微处理器， 其内存（ram）可由 8mb 扩展至 10mb，它带有自诊断功能，并有 72 小时后备电 池。 ncu 上备有多种简单而通用的系统接口，供操作人员使用。第一个接口是 标准 rs232 连接件，可连接手提计算机或输出打印机；第二个接口是手提网 络终端接口，网络终端像操作站一样，能够存取网络中的所有信息；第三个接 口可用于调制解调器，用于远程监视或打印。 ncu 能支持多用户环境，就是说，任意多少位操作员都可同时存取 ncu 中 的信息。 通过多个网络控制器，即可将大楼每一个侧面的管理情况紧密的连接起 来，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。 第 页 14 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。 手提检测器/网络终端： 手提检测器是供大楼维修人员对楼宇自控管理系统中的网络控制器及直 接数字式控制器进行检查使用。 维修人员可以更改设定值，并可以获得各有关的数据、报警及状态。在 检查的过程中不会中断或干扰各控制器间的正常动作及通讯。 网络终端（nt）能使大楼管理或维修人员直接掌握 metasys 系统内的所 有设备的运行情况，不管 nt 是与哪个 ncu 连接，利用 nt 都可以在大楼的任何 地方存取全部信息。 触摸屏输入及多点显示屏，使用方便。 菜单提示及在线帮助，使用者容易掌握。 5 级密码保护，网络安全有保证。 metasys 的 5 级密码口令，不仅对操作站提供保护，对 ncu 上的操作员接 口，也同样使用一致的密码信息。 3.1.7 直接数字控制器（dx-9100-8154 / xt-xp 模块） 直接数字式控制器即 ddc，又称上位机，它是自控系统实现各项功能的具 体执行设备，应具有高可靠性、控制功能强、控制程序可根据要求进行编写修 改的特点，即独立监控有关设备，又可联网通过信息网络接受主机（上位机） 的统一控制与优化管理。 dx-9100 是 metasys 系统的最前线装置，它分布于建筑物内各处的设备现 场，如空调机房，水泵房，冷冻站等。ddc 连接于 metasys 的 n2 总线，ncu 及 操作站均可对它们实现上位机的超越控制。 目前最常用的 dx9100 控制器是一个模块化，可扩展，在现场具有显示 及操作能力的控制器。它的基本配置为 8ai，8di，2ao 及 6do，共为 24 点，根 据现场需要可增加各类型点的扩展模块，最多可扩展 64 个点。 dx9100 的软件功能十分齐全，可实现各种现场控制要求。其操作 第 页 15 系统包括实时功能，12 个可编程模块，及 plc 逻辑运算模块。由于它是由一个 个功能模块所构成，其图形化的编程工具使得程序设计异常简单。用户只要简 单地调用图块，填写参数，控制程序便自动生成。所有的编程均可在 metasys 操作站完成，并直接下传至 dx9100。它除了完成各种运算及 pid 回路控制功 能外，还具备多级控制及统计功能；其 plc 逻辑运算模块，具备一般 plc 控制 器的功能；其实时功能可同时设置多达 8 个时间控制程序，每个时间控制程 序，可针对星期一至星期日及特定的一些公众假期，分别设定不同的启动/关 闭时间。如此强大的软件功能，决定了 ddc 具有独立运作的功能，当中央操作 站故障，网络控制器故障或通讯线断线，都不会影响其操作。 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。 3.1.8 现场设备 现场设备包括传送器，变送器，风阀执行器等，它们均直接与 ddc 连接。 3.1.9 程序存贮器 ncu 和 dx 的存贮器采用 eeprom，eprom 及 ram。 系统构成和控制程序存贮在 eeprom 和 eprom 中，在掉电期间，程序仍可 保持。实时时钟和功能存贮于 ram 中，带有后备电池（ncu 中可维持 72 小 时，dx 中可维持 1 年） 。存贮器分配的原则是当偶尔在线变更某些参数时，尽 量减少对控制器操作的干扰。在 metasys 中，许多用户变更，甚至是统计数据 分析，均可以在线进行。 这种安排使得控制器既能提供足够的内存（从而满足设备管理系统的各种 控制功能的需要） ，又不至于花费太大。假如控制器掉电超过 72 小时，保存在 ncu 之 ram 中的数据将会丢失，这时，metasys 会自动通过高速 n1 总线，将数 据自动地由操作站下传到 ncu 中。 3.1.10 系统的运行环境要求及用电量 1） dx-9100 控制器(ddc)： 第 页 16 工作环境要求： 050(32120)，相对湿度 1090% 不结露。 用电量：24vac，50/60hz，10va 2） xt 及 xp 模块： 工作环境要求： 050(32120)，相对湿度 1090% 不结露。 用电量：24vac，50/60hz，5.5va 3.2 软件功能说明 各种不同功能的软件，构成了完整的 metasys 操作系统。现以主要软件功 能作以说明。 3.2.1 摘要（各类报告清单） 在 metasys 中，用户可以直接得到各种分类的报告清单，这些清单可以显 示于监视器上，也可以打印或存盘。可以直接调用的报告清单有 16 种，其中 最常用的录示如下： 1）监控点清单 2）报警点清单 3）严重级别报警点清单 4）脱机点清单 5）处于超越控制状态下点的清单 6）禁止通讯点的清单 7）被锁定点的清单 8）被定义于跟进文件中的报告 9）时间预定的时间表清单 10）假日时间预定的时间表清单 11）各监控点的高低限及死区值清单 以上报告清单根据用户的指定，可以选择针对网络中所有点，也可以针对 第 页 17 某一个系统中的监控点。或选择一组甚至几组中各系统中的监控点。 3.2.2 密码保护功能 passwordpassword metasys 系统可提供五个等级，多达 100 个密码口令，为网络和操作站提 供安全保障。 口令访问在整个 metasys 网络中是一致的。无论操作员走到哪一台操作 站，或是在现场用手持式网络终端，他只要使用自己的口令，便有相同的放行 级别。当对口令系统进行增减或改变时，网络中各操作装置同一时间自动配 合，而不需要在每个操作装置做出更改。 对每个口令，系统提供一个自动退出时间，该时间可自由设定，范围从 1 到 1440 分钟。如果操作员离开前，忘记退出系统，设定的时间过后，系统会 自动退出，继续受到密码保护。 各级口令的职能如下： 第 5 级 只可监视，检查数据 第 4 级 第 5 级操作员控制及预定 第 3 级 第 4 级监控点参数的改变 第 2 级 第 3 级数据库增减 第 1 级 第 2 级口令编辑 3.2.3 用户图形化编程语言 graphicgraphic programmingprogramming languagelanguage 用户可以通过先进的图形化编程语言，实现各种复杂的高级算法及超越控 制。metasys 的图形化编程语言通过图形方式，使用户以画流程图的方式，进 行编程。它的特点是直观、易懂、方便修改。 metasys 提供一系列已经证明可靠的图形化程序，方便用户直接调用。用 户可以在自己的程序中插入它们，也可以对它们进行修改。 第 页 18 3.2.4 状态改变报告 metasys 系统可提供所有双态点的状态改变记录，该记录可以输出到打印 机上，也可以直接报告至指定的操作站及磁盘文件。记录显示改变状态的点的 名称。点的详细说明及发生状态改变的时间和日期。 3.2.5 报警信息报告及报告分组/报警管理 reportreport routerrouter / / alarmalarm managermanager metasys 具有完善的报警管理。操作站优先处理和首先显示最重要的报警 点，并且能够有选择地把不同的报警传至位于网络中任何位置的相应操作站， 甚至传到用拔号调制解调器联结的远程操作站。 3.2.6 监控点历史 pointpoint historyhistory metasys 系统中所有监控点都自动产生一个历史，该记录存放在网络控制 器中。模拟点每 30 分钟采样一次，如有特殊需要，用户指定一个 pc 文件，记 录将自动转入该文件中，提供长期的历史数据。双态点可记录 10 次开/关动 作。每个点具备历史这一特性，方便用户随时分析设备的性能，回顾故障或事 件发生的时间，大大提高设备管理水平。 3.2.7 动态趋势分析 trendtrend 动态趋势分析可应用于系统中的所有监控点，其采样点数及采样间隔（范 围 1 分钟至 120 分钟）均由用户自已定义。 当监控点历史不能满足设备性能分析的要求时，可利用动态趋势分析这一 软件功能。 3.2.8 累积、统计功能 totalizationtotalization 各 ddc 及 ncu 均具备累积、统计功能。用户可定义一个限额，当累 第 页 19 积或统计值超过此值时，系统统可发出报警。 3.2.9 数据库下传/上载功能 metasys 系统中，所有 ddc 的现场控制程序，均可由操作给直接下载，不 论何时，用户可以从操作站上很方便地修改 ddc 的现场控制程序，并直接下载 至 ddc，而不需走到现场。 用户通过操作站对系统数据所进行的任何增减及参数的修改，均直接储存 于网络控制器中，系统的运行并不依赖于操作站。为防止现场数据（储存于 ncu 中）的丢失或损坏，从操作站可实现数据的回传。回传数据保存在操作站 硬盘中，作为备份数据。 3.2.10 动态图形显示及操作站工作环境 graphicsgraphics 为使监控点的位置更直观及便于对系统的分析，metasys 系统提供彩色动 态图形显示，包括楼层的平面图及机电设备的系统示意图。 3.2.11 能量管理控制 为达到节约人力及能源的目的，metasys 提供各种常用的能量管理软件， 这些软件自动运作不需操作员的介入。同时，它们又有足够的灵活性，用户可 轻易进行定义及修改。 3.2.12 时间预定功能 预定功能使得 metasys 系统能按照操作员事先所安排的时间表自动运行， 提高设备管理效率。 预定共有 4 种：正常日、替换日、节假日、及特殊日。用户可定义一年的 日历。 3.2.13 设备循环启/停/及重大设备启/停延时保护 schedulingscheduling 为保证机电设备的使用寿命及避免不正确操作造成设备损 第 页 20 坏，metasys 系统提供设备保护功能，限定 1 小时中设备的启/停次数，并且可 对设备设置启/停延时，对每个控制点，用户可以方便地设置。修改及取消该 保护功能。 3.2.14 供电恢复启动程序 对重要的设备系统，如冷冻站，其设备的启停需严格遵循一定的顺序，为 避免设备运行中动力电突然掉电，又突然恢复时，对设备造成损坏。metasys 提供供电恢复启动程序，保证任何时候，设备都能按照其正确顺序启动。 3.2.15 用电量限制/负载循环 demanddemand limitinglimiting / / loadload rollingrolling 该软件功能用于节约电费的目的，当用电量高峰时，系统可根据给定的限 制，自动对指定负载进行定时的轮流开/关，以防止用电量超出规定的限额。 te6000 系列温度传感器如图 3.2，经济实用，适用与多种温度测量环境， 包括室内、室外、风管、水管以及风管的平均温度。其价格便宜，并且可以成 套供应。内置 npt 导线接口增加了传感的连接强度，无需其他特殊的导线接 口。防锈 pvc 外壳抵御环境的影响，不锈钢传感元件增强了防腐蚀能力，保护 传感器。 图 3.2 te6000 系列温度传感器 江森公司新一代湿度传感器如图 3.3，采用了最新的固体化湿度感应元 第 页 21 件。它的湿度感应能力从 0 至 100%，并可以在一个宽阔的温度范围内工作。它 的响应速度快，可靠性高，使用寿命长，适用于制冷站及空调系统。 图 3.3 湿度传感器 江森电子湿度变送器使用先进操纵技术和感测元件,变送器可测量 0- 100%rh (相对湿度不凝露)的湿度范围和温度范围。变送器可与江森 tc/sc/dc/dx-9100 系列, system 27,ms,fx 系列或其它品牌输入/输出电压信 号的设备上使用。 变送器的测量反应快速,长期测量稳定性高,特别适用于冷冻/空调设备上 使用。此系列湿度变送器配备有温度传感器型号。 3.3 江森自控集成式可变风量末端单元控制组合vma1400 系列产品 （1）概述 变风量空调系统（vav）是根据区域负荷的变化自动调节送风量，以达到 设定需求目标的一种调节室内温度的空调系统。与风机盘管及分体式空调器相 比，vav 系统能为建筑物提供一种更宁静及准确的温度调节，并能达到节能目 的。 江森自控的 ddc 控制器及 vav box 有多个系列产品，并以在国内很多工程 中得到应用。vma1400 系列 ddc 控制器是江森自控推出的最新产品。 （2）vma1400 系列集成式可变风量末端单元控制器 vma1400 系列是江森自控最新型号的 vav 末端单元控制器。vma 集 第 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