（检测技术与自动化装置专业论文）“通用东岳”能源监测与节能系统的研究与设计.pdf

山东大学硕士学位论文 中文摘要 2 1 世纪是现代化城市的世纪，数字化、网络化、智能化是其普遍的特征。 高新技术突飞猛进，建筑面临质的飞跃，现代化工厂车间、办公建筑是适应知识 经济发展的必然产物，应属智能型建筑范围；由于信息技术、计算机技术、控制 技术的高速发展，使得建筑的智能化技术越来越成熟，并且得到了广泛的应用。 本文以上海通用汽车东岳厂厂区的能源检测与节能系统为背景，介绍了通用 能源管理系统的监控对象、监控方案及系统配置情况，并且对综合管理系统集成 ( b m s ) 进行了设计和规划，使系统达到节能的效果，因此该系统的研究与设 计具有较大的现实意义。 论文首先对中央空调系统控制特性，如系统控制方式、控制特点等进行了较 为深入的研究；针对其动态响应情况，剖析了响应各阶段p i d 参数对系统性能的 影响，提出了p i d 参数的整定原则；针对中央空调系统时间常数大，p i d 调节调 整费时费力，性能指标较差的缺点，在充分分析模糊控制系统控制结构和控制原 理的基础上，根据中央空调系统工程需求，建立了基于增量型调整原理的参数白 整定模糊控制器的系统结构，实现了p i d 参数在线模糊自整定，大大提高了中央 空调系统的控制精度、稳定性和可靠性。 本文选用了西门子楼宇科技的a p o g e e 系统对通用能源系统进行管理设计， 能源管理系统是以现代计算机技术、通信技术、自动化控制技术和图形显示技术 为基础，通过功能集成、技术集成和信息集成而构建起来的，在通用各车间内各 机电设备，包括空调、给排水、变配电、照明、能源仪表等设备进行自动监控和 管理，既能够使各种机电设备保持最优的运行状态，满足车间生产需要，又能够 通过有效的控制手段和控制手法，节省能源消耗；并且通过集中的管理，能够减 少多层次的管理人员，提高管理效率。系统集成设计中应用了o p c 技术，图形工 作界面应用w e b 浏览方式，本文从通用东岳汽车能源管理实施过程出发，分析 了系统集成特点，针对困扰不同设备与后台监控系统的通讯连接问题，探讨了采 用o p c 方式实现互联的意义，探索了基于a p o g e e 系统的o p c 规范的应用方式， 以达到降低系统集成造价。整个系统的设计体现了先进性、开放性、可扩展性、 可操作性等特点。 i 山东大学硕士学位论文 通用能源管理系统为大型现代化工厂的能源管理建设提供了借鉴和参考，有 一定的指导意义和研究价值。 关键词：智能建筑；能源管理；系统集成；模糊控制；o p c 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e21s tc e n t u r yi sac e n t u r yo fm o d e r n i z e dc i t i e s ，w h i c hi sc h a r a c t e r i z e db y t r e n d st o w a r d sd i g i t a l ，n e t w o r ka n di n t e l l i g e n c e w i t hh i 。g ht e c h n o l o g ya d v a n c i n g r a p i d l y , t h eq u a l i t a t i v el e a po fa r c h i t e c t u r ei sa p p r o a c h i n g m o d e mf a c t o r i e sa n d b u i l d i n g s ，w h i c ha r et h ei n e v i t a b l er e s u l to fk n o w l e d g ee c o n o m y , b e l o n gt oi n t e l l i g e n t b u i l d i n g s t h er a p i dd e v e l o p m e n to fh i g ht e c h n o l o g yi ni n f o r m a t i o n ，c o n t r o la n d c o m p u t e r sm a t u r et h ei n t e l l i g e n tf a c t o r ya n db u i ld i n gt e c h n o l o g y , w h i c hh a sb e e n a p p l i e dw i d e l y t a k i n gt h ee x a m p l eo fe n e r g yd e t e c t i n ga n ds a v i n gs y s t e mi ns h a n g h a i g m d o n g y u e ，t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ec o n t r o l l i n go b j e c t s ，c o n t r o l l i n gs c h e m e sa n d s y s t e mc o n f i g u r a t i o n a n da l s o i nt h i st h e s i st h eb m si sd e s i g n e d ，w h i c hg r e a t l y p r o m o t e se n e r g ys a v i n go ft h es y s t e m t h e r e f o r e ，t h ed e s i g na n dr e s e a r c ho ft h e s y s t e mh a v eg r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e r , t h es y s t e mc h a r a c t e r i s t i c so ft h ec e n t r a la i r - c o n d i t i o ns y s t e ma r e c o m p a r a t i v e l y d e l v e d i n t o ，i n c l u d i n g i t sc o n t r o l m o d e ，c o n t r o lp e c u l i a r i t y , m a t h e m a t i c a lm o d e l ，a n ds oo n a n dt h e nt h er u l eo ft h ep a r a m e t e ra u t o - t t m i n gi s p r o p o s e d ，b a s e do nt h ea n a l y s i so f t h ed y n a m i cr e s p o n s eo ft h es e c o n df u n c t i o nm o d e l b e c a u s eo ft h el a r g et i m ec o n s t a n to ft h ec e n t r a la i r - c o n d i t i o ns y s t e m ，t h ep a r a m e t e r t u r n i n gw a s t e st i m ea n de n e r g y , a n da l s oi t sp e r f o r m a n c ei sp o o ha c c o r d i n gt ot h e c a s eo ft h ep r o j e c ta n dt h ef u l la n a l y s i so ff u z z ys y s t e mi nc o n t r o ls t r u c t u r ea n d c o n t r o lp r i n c i p l e ，t h ea u t h o rb u i l d su pt h es y s t e ms t r u c t u r eo ft h e p a r a m e t e r a u t o - t u n i n gf u z z yc o n t r o l l e ro nt h eb a s i so fi n c r e m e n tp r i n c i p l e i nt e r m so fr a i s i n g t h el e v e lo ft h ec o n t r o lp r e c i s i o n ，s t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y , i ti s v e r ys i g n i f i c a n ta n d n e c e s s a r yt op u tt h ep a r a m e t e ra u t o t u m i n go fp i di n t oe f f e c tb yt h ef u z z yl o g i c t e c h n i q u ei nc o m b i n a t i o nw i t ht h es e l f - l e a r n i n gt e c h n i q u e i nt h i st h e s i s ，t h ea p o g e es y s t e mf r o ms i e m e n sb u i l d i n gt e c h n o l o g i e si s 山东大学硕士学位论文 a d o p t e dt ot h ed e s i g no ft h ee n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e mi ns h a n g h a ig m d o n g y u e f a c t o r y t h ee n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e mt a k e sa u t o m a t i cc o n t r o la n dm a n a g e m e n to f a l lm e c h a n i c a l e l e c t r i cd e v i c e s ，i n c l u d i n ga i r - c o n d i t i o n e rs y s t e m ，w a t e rs u p p l y & d r a i n a g es y s t e m ，p o w e rt r a n s i t i o na n dd i s t r i b u t i o n , l i g h t i n ga n ds t e a mm e t e r , e t c n o t o n l yd o e si tk e e pt h e s ed e v i c e sw o r k i n gi no p t i m a ls t a t u s ，b u ta l s os a v e se n e r g yt oa l l e x t r e m et h r o u g he f f e c t i v ec o n t r 0 1 i na d d i t i o n ，i tw i l ll e s s e nm u l t i l a y e rm a n a g e ra n d e n h a n c ee f f i c i e n c yv i at h ec e n t r a l i z e dm a n a g e m e n t i nt h ep r o c e s s ，t h ef o l l o w i n g f e a t u r e ss h o u l db ea p p r e c i a t e da n dr e c o m m e n d e d ：o p ci ns y s t e mi n t e g r a t i o na n d w e bb r o w s e ri nw o r k i n gi n t e r f a c e t h i sp a p e r , s t a r t i n gw i t ht h ei m p l e m e n t a t i o n p r o c e s so ft h ee n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e mi ns h a n g h a ig m - d o n g y u ef a c t o r y , a n a l y z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es y s t e mi n t e g r a t i o n ；a n dt h e nt h ep a p e rd i s c u s s e st h e m e a n i n go fu s i n go p c i nt h ec o m m t m i c a t i o n , a i m i n gt ot h ec o m m u n i c a t i o np r o b l e m s b e t w e e nt h es u r v e i l l a n c e & c o n t r o ls y s t e ma n dt h ei n t e l l i g e n td e v i c e s t h ep a p e r o f f e r sa na p p l i c a t i o nm o d eo fo p cs t a n d a r di nt h es u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o ls y s t e mo f t h ea p o g e ei no r d e rt or e d u c et h ec o s to ft h es u r v e i l l a n c e t h ea b o v et e c h n i c a l s p e c i a l t i e so ft h ee n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e mi ns h a n g h a ig m - d o n g y u ef a c t o r ys h o w i t sa d v a n t a g e ，o p e n n e s s ，e x p a n s i b i l i t ya n dm a n e u v e r a b i l i t y c o n c l u s i v e l y , t h i ss y s t e mc a nb eu s e df o rr e f e r e n c ei nl a r g e - s c a l em o d e m f a c t o r i e s e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e ma n da l s ob ef a i r l yv a l u a b l ef o rf u r t h e rs t u d y k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n tb u i l d i n g ；e n e r g ym a n a g e m e n t ；s y s t e mi n t e g r a t i o n ； f u z z yc o n t r o l ；o p c x 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：马垦善扛珥日期：妞弓 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名：盔缸墅绉扫 门0 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 自1 9 8 4 年美国建成第一座智能建筑以来，智能建筑就开始迅速在世界各地 普及。智能建筑是现代建筑技术、通信技术、计算机技术和自动控制技术等相互 结合、互相渗透的产物，集中体现了当今信息社会中的信息特征n 删。随着计算 机技术、自动控制技术、通信技术以及网络技术的高速发展，对生产环境要求苛 刻的大型生产车间的大量出现，以及人们对生活办公环境舒适性和方便性的要求 越来越高，智能建筑的应用在工业、商业和民用建筑中变得越来越广泛口1 。 智能建筑通常包含三大基本要素，即楼宇自动化系统( b u i l d i n ga u t o m a t i o n ) 、 办公自动化( o f f i c ea u t o m a t i o n ) 和通信自动化( c o m m u n i c a t i o na u t o m a t i o n ) 1 ， 也就是我们通常说的3 a 技术，它能够为人们提供一个合理、高效、舒适、安全、 方便的工作和生活环境，使人们掌握检测和控制建筑内各种设备的运行情况和能 源使用情况。 2 0 世纪7 0 年代中期能源危机的爆发和计算机的发明及应用使楼宇管理向自 动化控制发展变为可能，既节省劳动力成本，同时也可以避免由人为因素导致的 负面影响。随着能源危机的日益严峻，楼宇建筑的业主及运营商进一步意识到， 利用楼宇自控系统可以实现对能源使用及其相关成本更为有效的控制。并且楼宇 自控系统也在工业车间的应用也越来越广泛。 在此之后，美国采暖、制冷和空调工程师学会( a s h 凡址) 又为行业提供了 相应的计算标准，使得能源节约和可持续楼宇优化的效果可以量化为财务数字， 从而将技术方案具体化为经济方面的影响。 而能源短缺是制约我国经济社会发展的“软肋 ，节能之于发展，已成为不 可回避的突出问题。应当看到，市场不光对能源的需求在增加，对节能设备、节 能技术与工艺、节能管理与服务等需求也在不断增加。进一步推广节能新技术， 还有助于形成新的产业链。节能完全有可能成为一个新的经济增长点，推动我们 山东大学硕士学位论文 实现持续的“绿色发展 。 节能，与所有人的发展息息相关。而节能的成果，最终必然惠及我们每一个 人。真正把节能与发展等量齐观、密切相联，我们就能尽己所能，把节能这篇大 文章做得有声有色，为我们的城市也为我们自己赢得可持续发展的资本。 1 2 课题由来 随着中国的经济的蓬勃发展，功能设施齐全的商务化写字楼、具有特殊生存 空间的商住楼、环境特殊的大型运动场馆及条件要求较高的大型工业车间的大量 出现，而能源管理也成为这些大型民、工业用途建筑的一个主要生产指标。在众 多建筑设备中，以空调系统的能源消耗最为突出。据有关统计，写字楼和酒店等 商业建筑中空调、照明、电梯等系统的耗能情况大致如下，空调：写字楼空调耗 能占总耗能的比例平均为6 0 ，其下限为5 0 ，上限不高于7 0 ，酒店h v a c ( 热、通风和空调控制) 耗能占总耗能的比例为4 4 ；照明：写字楼照明耗能占 总耗能的比例为2 3 - 5 5 ，平均2 6 ，酒店照明耗能占总耗能的比例为2 9 。 电梯：写字楼耗能占总耗能的比例为8 ，酒店电梯耗能占总耗能的比例为 1 0 【7 】o 当前随着建筑物规模增大、标准提高，建筑机电设备的数量也急剧增加，这 些设备分散在建筑的各个楼层和角落，若采用分散管理，就地监测和操作将占用 大量人力资源，有时几乎难以实现。如采用楼宇自控系统，利用现代的计算机技 术、控制技术和网络技术，便可实现对所有机电设备的集中管理和自动监测，确 保楼内所有机电设备的安全运行，提高建筑内人员的舒适感和工作效率，长期保 持设备的低成本运行。一旦设备出现故障，系统能够及时知道何时何地出现何种 故障，使事故消除在萌芽状态嘲。 1 3 国外智能楼宇控制的发展 1 9 8 4 年，世界上第一座智能大厦诞生于美国哈特福德市。它是由一座旧金 融大厦引入信息技术改造而成的，并在大厦出租率、投资回收率、经济效益等方 面取得成功。随后，引起了各国的重视和效仿，智能建筑在世界范围内得到迅速 2 山东大学硕士学位论文 发展。在智能大厦的发展过理中，美国一直处于世界领先水平。近年来，在美国 新建和改建的办公大楼中，有近8 0 为智能型的。据估计，迄今已超过一万幢， 如i b m 、a t & t 公司总部大厦等。 一些美国智能建筑发展的特点是建设规模化、集团化；设计与施工一条龙； 产品开发系列化、标准化；管理现代化、效益综合化；以人为本、绿色建筑，追 求人与环境的和谐。 日本在1 9 8 5 年开始建设智能大厦，新建的大厦中有近7 0 为智能型的。特 点是大企业对智能化大楼的建设十分热情，同时，日本政府也积极推动，制定了 四个层次的发展规划，即智能城市、智能建筑、智能家庭和智能设备。但随着日 本泡沫经济的出现，日本智能建筑的发展速度与档次受到严重影响。 欧洲国家智能建筑的发展基本上与日本同步启动，智能大厦主要集中在各国 的现代化都市。亚太地区智能大厦则主要集中在汉城、香港等中心城市。新加坡 政府投入巨资规划将新加坡建成“智能城市花园”。由于亚洲经济危机的影响， 东南亚智能建筑的发展受到影响阻1 。 1 4 我国的发展现状 、 我国的智能建筑于2 0 世纪9 0 年代起步，在智能建筑从发达国家传入我国大 约十几年的时间里，国内在这方面有了蓬勃的发展，许多具有智能化的建筑开始 出现n 帕。第一代的智能建筑一般由多个相对独立的自治子系统构成，互相之间没 有联系，操作也相对独立；第二代智能建筑的最大特点在于通过一些专门的网络 将楼宇的各个控制子系统连接起来，从而能完成一些诸如远程控制、操作序列化、 制定时间表等涉及多个子系统的操作任务。 我国的智能建筑大多处于第一代水平阶段，正在向第二代智能化系统发展和 过渡。楼宇管理自动化功能在中国的应用最为普遍，它包括楼宇设备自控功能， 如空调系统控制、变配电控制、电梯及照明控制等；保安功能，如防盗报警、出 入口控制、闭路电路监视系统等；还有消防报警及停车库管理系统等。 尽管我国在“七五”期间就确定了“智能化办公大楼可行性研究”的攻关课题， 但对智能建筑的理论研究和相关科技产品的开发一直未能得到足够的重视和发 展，对其认识也停留在国外的研究成果上。 山东大学硕士学位论文 近年来，随着国际上智能大厦管理系统的标准化协议的出台，有着可相互操 作性能的产品制造标准不断推出，符合此标准的楼宇自动化产品也纷纷面世。目 前在国际上比较成熟实用的是第二代建筑智能化系统，大致可分为四大技术流 派，即专有协议、b a c n e t 协议、l o n w o r k s 协议、t c p i p 协议。 由于开放协议代表着未来技术发展的主流方向，目前在中国市场占有绝大部 分市场份额的h o n e y w e l l 、j o h n s o n 、s i e m e n s 等厂商也在生产b a c n e t 产品，目 前我国还没有开发出一套智能建筑系统集成产品，占据国内智能建筑市场的产品 仍然属于国外的几家公司。没有自己的产品，就没有主动权，就很难使智能建筑 完全真正地适应中国国情，尽管智能住宅在我国h i h i j 起步，但却有着十分广阔的 发展前景，市场潜力巨大，必将成为我国2 1 世纪住宅市场的主流。 1 5 工程背景 上海通用东岳动力总成有限公司( 烟台) 是上海通用汽车在中国的第二个动 力总成生产基地，地址位于烟台经济技术开发区，厂区占地4 5 6 万平方米，建 筑面积1 2 4 万平方米，公司沿用上海通用汽车的柔性化精益生产管理体系，其 产品规划、生产制造、零部件采购、营销网络、信息、质量体系和人力资源管理 等方面也将全部纳入上海通用汽车的管理体系。 山东是我国的经济发展很快的大省，因此工农业耗能也急剧增加，使山东 由能源输出大省迅速转变成了能源净输入省。为了建设节约型社会，省委、省政 府会同各市地的有关部门积极推动落实全省建设节约型社会近期重点工作实施 方案及山东省建设节约型社会标准的考核评价，而作为烟台纳税大户的上 海通用东岳动力总成有限公司( 烟台) 也是当地的一个能源使用大户，为此，烟 台当地领导及通用部门都非常重视这次能源检测及节能设计。 本项目主要是满足上海通用汽车东岳厂对厂区的能源系统的管理，主要包括 两部分： ( 1 ) 对厂区政务办公楼中央空调控制系统进行节能改造，做到运行安全、可 靠、节省能源、节省人力，实现设备管理自动化，确保建筑物内环境舒适。 ( 2 ) 完成对全厂车间的能源消耗( 包括水、电、压缩空气、蒸汽等) 进行监 测，使美国公司总部能够跟踪能源使用情况。 4 山东大学硕士学位论文 系统对建筑物内的各类设备的运行、安全状况、能源使用等实行自动监测、 控制与管理，遵循集散控制、资源共享的基本思想，具有能源数据采集、记录、 分析、汇总、报表等多方面的功能，并采用分布式计算机监控技术、计算机网络 通讯技术来完成，整个能源管理系统包括电表2 7 4 块、水表7 5 块、结算仪2 8 块、 模拟量表3 7 块。 能源系统的数据动态显示采用了西门子楼宇科技的i n s i g h ta p o g e e 图形界 面控制系统。系统使用服务器客户端功能，支持多用户、多功能。对于管理系 统的人员，可在i n s i g h t 软件的服务器上对系统进行维护；对于一般的操作人员， 可在i n s i g h t 软件的客户端上进行日常工作。这样可以提高系统的稳定性和安全 性。系统可为各个用户按需要给予不同的权限，当用户以各自的用户名进入系统， 只能看见或操作被赋予了相应权限的内容。 能源管理系统采用t c p i p 协议通过i n t e m e t 与各个控制器相连接。控制器起 到数据的格式转换、数据采集的作用，由于控制器内部具有处理器，可独立工作， 因此在i n t e m e t 网络或i n s i g h t 软件或服务器出现问题时，只是不能显示实时数据， 并不会造成整个系统瘫痪。 1 6a p o g e e 楼宇集成系统 西门子s 6 0 0 ( s y s t e m6 0 0 ) a p o g e e 楼宇自动化系统是以i n s i g h t 图形工作 站为核心，与设置在各监控现场的各类型d d c 子站组成大型集散型楼宇自动化 控制系统眦1 ，a p o g e e 系统采用于多层网络结构和世界最新控制技术，使该系 统在可靠性和技术上都处于世界领先水平，集散型分级网络结构可以灵活地进行 系统扩展，为用户的今天与明天、为不同规模的楼宇商厦提供了灵活的最佳控制 选择，a p o g e e 系统对建筑物内的所有中央空调系统设备、通风设备、冷热源 设备、给排水系统设备、照明设备及各种环境参数，实行全时间的自动监测和控 制，并同时收集、记录、保存及管理有关系统的重要信息和数据，达到提高运行 效率，保证工作或生产环境的需求，节省能源、人力，最大限度延长设备寿命的 目的。a p o g e e 集成系统可分为分为三层结构：网络管理域，网络数据域，控制 数据域。 5 山东大学硕士学位论文 1 6 1 网络管理域 采用高速以太网组成建筑物的信息主干网，符合t c p i p 协议。 利用o p c 技术支持多种开放式协议( 包括b a c n e t 、a r c n e t 、l o n t a l k ) ， 兼容多种标准接口软件( 包括o d b c 、d d e 等) 。 可即时访问多个i n s i g h t 个人计算机图形工作站，a p o g e eo p c 服务器技术允 许第三方系统利用o p c 客户端的应用程序对a p o g e e 系统实行监测和控制，也可 从a p o g e e 系统上获取报警信息和事件记录，并为系统提供1 0 m 波特率的通讯速 度。 1 6 2 网络数据域 采用模块式智能型以太网控制器，可完全独立于中央站工作，并实现相互间 的双向通讯和数据交换，通信速率达到1 0 m 波特率。当系统通讯发生故障时， 各个d d c 仍然能独自完成正常的监控功能。 1 6 3 控制数据域 检测冷热源机组的运行参数和各个设备的运行情况，通过d d c 控制器送入 b a 系统中，实现b a 系统对冷热源机组的监控。 空调通风系统通常由新风机组、风机盘管、送排风机等设备组成，b a 系统 检测和控制这些设备的运行状况和参数，d d c 控制器根据对环境的需求控制新 风机组的运行调节其参数。 公共照明系统控制是采用f l n 网络控制器扩展模块进行自动监测和控制。 对公共区域的环境参数进行监测，并控制相关设备。 1 7 论文体系结构 本文主要是对“通用东岳 能源监测与节能系统进行研究与设计。课题首先 介绍了智能楼宇控制发展的现状，深入分析了“通用东岳 能源监测与节能系统 的硬件及软件，然后详尽研究了节能设计方法及系统集成设计。 6 山东大学硕士学位论文 基于课题的主要工作，本文的内容安排如下： 第一章绪论。主要针对楼宇自动化的发展背景、国内外发展现状、本文的 工程背景以及本文主要研究内容等各方面进行了阐述。在下面的几章中对系统的 整体设计方案、以及本文主要研究的空调节能设计，系统集成等几个方面进行了 介绍。 第二章阐述了系统的整体设计方案的原则、步骤及系统的结构；介绍了通 用东岳厂区的实际情况提出了系统的设计目标。 第三章阐述了系统的硬件组态及软件组态；同时对系统进行了分析。 第四章介绍了中央空调系统的整体构成、工作原理和调节方法及中央空调 新风机组、一次回风机组的控制方法和算法实现；空调节能技术以及在通用东岳 汽车办公大楼中央空调的节能设计。 第五章对楼宇自动化中的系统集成部分进了论述，重点论述了各子系统通 过o p c 实现集成的方法。 第六章论文的总结，介绍设计的心得体会及对以后工作的展望。 7 山东大学硕士学位论文 第二章“通用东岳刀能源检测与节能系统设计方案 2 1 系统概况 上海通用汽车东岳厂对厂区的能源系统进行管理，主要包括两部分： ( 1 ) 对厂区政务办公楼中央空调控制系统进行节能改造，做到运行安全、可 靠、节省能源、节省人力，实现设备管理自动化，确保建筑物内环境舒适。 ( 2 ) 对全厂的能源消耗( 包括水、电、压缩空气、蒸汽等) 进行监测与管理。 完成能源数据采集、记录、分析、汇总、报表等多方面的功能。整个能源管理系 统包括电表2 7 4 块、水表7 5 块、结算仪2 8 块、模拟量表3 7 块。 能源系统采用了西门子楼宇科技的i n s i g h ta p o g e e 图形界面控制系统，作为 能源监测系统的数据动态显示。系统使用服务器客户端功能，支持多用户、多 功能。对于管理系统的人员，可在i n s i g h t 软件的服务器上对系统进行维护；对 于一般的操作人员，可在i n s i g h t 软件的客户端上进行日常工作。这样可以提高 系统的稳定性和安全性。系统可为各个用户按需要给予不同的权限，当用户以各 自的用户名进入系统，只能看见或操作被赋予了相应权限的内容。 a p o g e e 集成系统分为三层结构，采用客户杌i 服务器结构，对智能化各子系 统进行集中管理，在上层软件无须修改的情况下，可通过o p c 技术连接更多的 子系统。管理系统层采用先进的i n t r a n e t 方式，终端上，由于采用了a p o g e eg o 软件功能，允许使用通用浏览器( 如m i c r o s o f ti n t e m e te x p l o r e r ) 对系统实行访 问，而无须安装客户软件，并且支持多用户访问。也可通过m o d e m ，实现远程 访问及控制。t c p i p 将作为网络的通讯协议。三层结构与传统的方式相比，具 有易于实施和维护、可伸缩性强的优点。 系统简单结构如图2 1 所示。 山东大学硕士学位论文 车问电表、流量计 图2 - 14 通用能源系统结构图 能源管理系统采用t c p i p 协议通过i n t m a e t 与各个控制器相连接。控制器起 到数据的格式转换、数据采集的作用，由于控制器内部具有处理器，可独立工作， 因此在i n t r a n e t 网络或i n s i g h t 软件或服务器出现问题时，只是不能显示实时数据， 并不会造成整个系统瘫痪。 控制器下接施耐德公司的p 帕o 呻m 5 0 0 型电表、流量计( 结算仪) 、和水 表。p m 6 0 0 p m 5 0 0 型电力参数测量表能提供基于i b i x 3 d b u s 的r s 4 8 5 接口，通过 此接口，a p o g e ei n s i g h t 能源管理系统可采集相关回路的电力参数数据。各 个电力参数测量表以r s - 4 8 5 串行接口相互连接，然后通过以太网通讯接口直接 连接到就近的厂区通讯网络的s w i t c h 端口上。同样每套电力参数测量表也要设 置不同的地址，地址的设定可通过仪表的面板按钮以菜单方式实现。 流量计采用上海横河的涡轮电磁流量计，对厂区的压缩空气、蒸汽进行测 量。由于流量计不具备m o d b u s 的r s - 4 8 5 的通讯功能，故使用上海同欣的结算 仪作为通讯连接，并对流量计的数据进行补偿。 由于其他系统计量参数一般不能以通讯方式传递，而是以模拟量或脉冲量的 形式代表消耗量，故实现方法与电力系统相比略有不同，如图2 - 2 所示。这些模 山东大学硕士学位论文 拟量，脉冲量是通过d d c 控制器采集其他系统代表消耗量的f o 信号。然后将 d d c 控制器通过厂区通讯网络将数据传输到$ 6 0 0 a p o g e e 能源管理系统。 m l n k q 1 0 1 0 0 m 。勰娑函”j ”1 i j 。 温* i 水是* 【每b 1 图2 - 2 其他系统通讯网络传输方案图 现场各表采集数据后，通过各种协议传至网关( 或m e c ) ，网关( 或m e c ) 将各表传来的数据通过r s - 4 8 5 传至m o x a 的n p o r t5 2 3 0 ，n - p o r t5 2 3 0 将r s - 4 8 5 转换成t c p i p ，通过厂区的办公网络传到i n s i g h t 数据库服务器。i n s i g h t 用户端 电脑通过厂区的办公网络访问i n s i g h t 数据库服务器获取数据。车间电脑通过厂 区的办公网络访问i n s i g h t 数据库服务器的指定目录获取相应的报表。 各种现场设备的工作方式如下： 水表在水表流过n 吨水之后，水表发出一个脉冲，由网关接收后累加。 因此水表在系统内的读数为脉冲累加值。要注意，网关断电后再复电时，网关会 自动生成一个随机数加在脉冲累加值上。( d n 5 0 及以下为o 0 1 吨水一个脉冲； d n 8 0 、d n l 0 0 为0 1 吨水一个脉冲；d n l 5 0 为1 吨水一个脉冲；d n 2 5 0 为1 0 吨水一个脉冲) 电表电表内部带有通讯存储芯片，所有电表测量值都存在电表内部。电 表支持m o d b u s r t u 标准通讯协议，将网关要求的测量值通过r s 一4 8 5 传至网关。 流量计横河公司的流量计只能测量介质的流量，不支持m o d b u sr t u 标准通讯协议。将横河公司的流量计的输出信号接入同欣公司的结算仪后，可显 示介质的累积流量，并且同欣公司的结算仪内部带有通讯存储芯片，可将测量值 都存在结算仪内部内部。结算仪支持m o d b u sr t u 标准通讯协议将网关要求 ，澎 ，k 臭 r 露 ，彤 夏 臭 一移 山东大学硕士学位论文 的测量值通过r s 4 8 5 传至网关。 天然气表天然气表内部带有通讯存储芯片，所有天然气测量值都存在天 然气表内部。天然气表输出的是i n s i g h t 系统支持的o p c 协议，因此天然气表不 通过网关，直接经过n p o r t5 2 3 0 后将信号传到i n s i g h t 数据库服务器。 油库加油站模拟量表油库加油站模拟量表输出的是4 2 0 m a 信号，对应 各表的最小和最大量程，各表将电流信号传至m e c 。 网关接收并累加脉冲信号，并将对应的数值上传；根据点的定义，向下 级设备( 电表、结算仪) 循环索要测量值，并将获得的测量值上传。内部带有处 理器和内存，有存储、计算、数据定时采集上传功能。 m e c _ 接收并累加脉冲信号，并将对应的数值上传；接收4 - 2 0 m a 电流信 号，并将对应的数值上传。 m o x a n p o r t5 2 3 卜将r s 4 8 5 信号转换成t c p i p 信号。 网关在采集到各现场表的数据后，通过网络传到i n s i g h t 数据库服务器， i n s i g h t 根据报告编辑器定义的报告，以及计划编辑器定义的定时计划，定时生成 报表程序所需的报告。报表程序将需要的报告导入，经过处理后，将各种所需的 报表分至各个目录，供各部门使用。 能源管理系统的两台计算机组成局域网，域名为s g m d y - e m s ，i n s i g h t 服 务器计算机名为s g m d y - e m s 1 ，i p 为1 9 2 1 6 9 1 0 0 1 0 ，i n s i g h t 用户端计算机为 s g m d y - e m s 3 ，i p 为1 9 2 1 6 8 1 0 0 1 2 ；掩码为2 5 5 2 5 5 2 5 5 0 ，网关为 1 9 2 1 6 8 1 0 0 1 。i n s i g h t 服务器计算机( s g m d y - e m s 1 ) 。 所有r s 4 8 5 t c p i p 通讯转换器( m o x a ) 均使用1 9 2 0 0 的通讯速率，使用 u d p 的通讯方式，地址如表2 1 所示。i p 地址的掩码均为2 5 5 2 5 5 2 5 5 0 。 山东大学硕士学位论文 表2 - 1d d c 设备地址 d d c 位置d d c 地址 m o x a 设备i p 地址m o x a 设备物理地址 i n s i g h ts e r v e r 9 9 1 9 2 1 6 8 1 0 0 5 00 0 ：9 0 ：e 8 ：0 9 ：a 1 ：5 8 1 6 86 总装( g a ) 车间 1 1 9 2 1 6 8 。1 0 0 2 10 0 ：9 0 ：e 8 ：0 9 ：a 1 ：a 3 加油站m e c 9 油漆( p a i n t ) 车间t 卜t 4 2 油漆( p a i n t ) 车间t 7 一t 83 1 9 2 1 6 8 1 0 0 4 30 0 ：9 0 ：e 8 ：0 9 ：a 1 ：1 e 油漆( p a i n t ) 车间t 5 一t 6 1 8 油漆( p a i n t ) 车间2 # 制冷2 0 车身( b o d y ) 车间41 9 2 t 6 8 1 0 0 2 90 0 ：9 0 ：e 8 ：0 9 ：a 1 ：c a 冲压( p r e s s ) 车间 5 1 9 2 1 6 8 1 0 0 3 50 0 ：9 0 ：e 8 ：0 9 ：a 0 ：0 9 办公楼( o f f i c e ) 71 9 2 1 6 8 1 0 0 2 0 0 ：9 0 ：e 8 ：0 9 ：a 1 ：4 3 1 6 8 ( 总表) 2 21 9 2 1 6 8 1 0 0 3 0 0 0 ：9 0 ：e 8 ：0 9 ：a 1 ：4 0 油漆车间 2 11 9 2 1 6 8 1 0 0 3 10 0 ：9 0 ：e 8 ：0 9 ：a 0 ：4 c 2 2 需求分析及设计依据 2 2 1用户需求分析 用户的主要需求如下： 1 ) 监控中心可以对所有监控机电设备进行有效、快捷的管理。 2 ) 设计方案应充分反映系统的实用性、先进性、扩展性和经济性。 3 ) 控制中心可实时显示所有设备的运行、故障状态及系统设定参数等，并 可通过中央对现场设备进行设定、修改。 4 ) 当中央停止运行时，现场d d c 控制器仍可独立运行。 5 ) 当工作设备故障时，可自动投入备用设备，同时报警，提示进行检修。 6 ) 通过优化暖通空调、配电照明和机电设备控制工艺流程，制定符合本项 目特点和特色的节能控制策略，节约长期运营成本、延长设备生命周期、节省运 营管理人员，真正实现“水、电、气、暖、机的统筹管理、可控运营、节能降 耗之目标。 山东大学硕士学位论文 2 2 2设计依据 根据实际，参照和严格执行国家民用建筑电气设计规范n 羽。 设计依据如下： g b t5 0 3 1 4 2 0 0 0 智能建筑设计标准 j g j t1 6 9 2 民用建筑电气设计规范 g b 5 0 3 3 9 2 0 0 3智能建筑工程质量验收规范 g b 5 0 3 0 0 2 0 0 1建筑工程施工质量验收统一标准 g b 5 0 3 0 3 2 0 0 2 建筑电气工程施工质量验收规范 g b 5 0 0 19 2 0 0 3 采暖、通风与空气调节设计规范 g b t 2 8 8 7 2 0 0 0 电子计算机场地通用规范 g b 厂r 1 3 4 2 3 1 9 9 2工业控制用软件评定准则 i s o i e c l18 0 1 9 5 信息技术互连国际标准 g b5 0 0 9 3 2 0 0 2 自动化仪表工程及验收规范 g b j 1 3 1 9 6 自动化仪表工程质量检验评定标准 g b 5 0 3 1 1 - 2