（电气工程专业论文）智能化楼宇设备管理及控制系统设计与开发.pdf

中文摘要 本文根据现代智能建筑机电设备的自控与监测为对象 论述了在楼宇设备自 动控制系统中p i d 参数整定方法 d d c 控制器技术 现场通讯网络以及人机界面技 术在实际中的应用 阐述了在楼宇设备控制系统中空调 通风 动力 照明 电 梯 给排水等各系统的工艺特点以及控制要求 对楼宇设备的管理及控制过程的 参数整定 硬件和软件的选择 系统设计 调试进行了理论分析和实验研究 通 过对系统的理论分析 以侨福花园楼宇设备自控项目为对象 合理地设计出对相 关机电设备的控制及监测系统 编制出相应的控制程序 设计并绘制出控制原理 图以及人机界面 对控制过程进行优化调试 达到对建筑机电设备管理和控制的 目的 由于现代建筑大量采用机电设备 各单元运行相对独立并且具有各自的运行 规律与工艺要求 功能复杂 控制点繁多 设备配置分散 给设备控制和管理增 加了相当大的人力和财力 针对建筑内空调通风 动力等机电设备运行要求以及 特点 讨论了采用各系统采用不同的控制流程 并根据各自工艺要求启停以及运 行 配置适合各自特点的d d c 控制器以及现场执行设备 传感器 通过楼层级网 络 f l n 楼宇级网络 b l n 以及管理级网络 m l n 三级通讯网将所有d d c 控制 器以及不同的控制单元连接到一起 与管理工作站之间进行数据传输交换 达到 控制 监测的目的 使得各种设备既能处于合理高效的工作状态 又能合理管理能 源 控制能源使用和自动节约能源 满足楼宇设备控制的要求 通过用户程序及人机界面 可以使管理者具有图形控制 历史记录 动态绘 图 事件安排 报警和远程访问等方面功能 可以对设备状态进行监测 实现设 备控制以及运行数据记录 查询 且可以动态的对设备进行运行管理 取代人工 对设备维护管理的大量工作 楼宇设备控制系统现场运行结果表明 该系统不仅能够满足大厦机电设备集 中管理控制 节能 监测 独立运行的自动化控制要求 并且具有可靠性高 运 行平稳 控制灵活等优点 关键词 智能建筑 设备管理及控制系统 d d c 控制器 总线 i l i a b s t r a c t b a s e do ne l e c t r i c a la n dm e c h a n i c a le q u i p m e n to ft h em o d e r ni n t e l l i g e n tb u i l d i n gt o m o n i t o ra n da u t o c o n t r o l t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h ea p p l i c a t i o no ft h ep i dt u n i n g m e t h o d sa n dd i g i t a ld i r e c tc o n t r o l l e r d d c t e c h n o l o g y f i e l d b u sc o m m u n i c a t i o n s t e c h n o l o g ya n dm a n m a c h i n ei n t e r f a c et e c h n o l o g yi nt h ef i e l do ff a c i l i t ym a n a g e m e n t a n dc o n t r o ls y s t e mf o ri n t e l l i g e n c eb u i l d i n g i nt h i sp a p e r a u t h o ri n t r o d u c e dt h ei n b u i l d i n gd e v i c ec o n t r o ls y s t e ma b o u th e a t i n gv e n t i l a t i o na n d a i rc o n d i t i o n i n g p o w e r i l l u m i n a t i o n e l e v a t o r f o rd r a i n i n gw a t e ra n ds oo nv a r i o u ss y s t e m s c r a f tc h a r a c t e r i s t i c a sw e l la sc o n t r o lr e q u e s t t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dp r a c t i c a ls t u d i e so ft h ew h o l e c o n t r o l p r o c e s sa n df a c i l i t ym a n a g e m e n ta b o u t t h et u n i n g d e s i g n s e l e c t i o na n da r r a n g e m e n to f h a r d w a r ea n ds o f t w a r e s y s t e md e b u gw i l lb ed e s c r i b e d t h r o u g ht h et h e o r e t i c a l a n a l y s i sb a s e do nt h ee q u i p m e n ta u t o m a t i c a lc o n t r o ls y s t e m a n dt h ec o n t r o la n d m o n i t o r i n gs y s t e m o ft h ef a c i l i t yi s d e s i g n e d t h er e l a t i v e c o n t r o lp r o c e d u r ei s p r o g r a m m e d t h e c i r c u i td i a g r a mi sp l o a e da n dt h em a n m a c h i n ei n t e r f a c ei sd e s i g n e d t h r o u g hd e b u g g i n g a n do p t i m i z i n go ft h ep r o c e s st oa c h i e v et h ep u r p o s eo ft h ef a c i l i t y m a n a g e m e n ta n d c o n t r o lf o rb u i l d i n g b e c a u s et h em o d e r na r c h i t e c t u r eu s e st h ee l e c t r o m e c h a n i c a ld e v i c em a s s i v e l y a n dt h eu n i t si sr e l a t i v e l yi n d e p e n d e n c ea n dh a st h er e s p e c t i v eo p e r a t i n gr e g u l a ra n dt h e t e c h n o l o g i c a lr e q u i r e m e n t t h ef u n c t i o n i sc o m p l e x t h ec o n t r o lp o i n ti s 1 a r g e t h e e q u i p m e n td i s p e r s e s i n c r e a s e dt h eq u i t em a n p o w e ra n dt h ef i n a n c i a lr e s o u r c ef o rt h e f a c i l i t yo o n t r o la n dt h em a n a g e m e n t t h i sp a p e ra c c o r d i n g t om o v e m e n tr e q u e s ta sw e l l 嬲t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ea i rc o n d i t i o n i n ga n dt h ep o w e re q u i p m e n to ft h e b u i l d i n g u s e st h ed i f f e r e n tc o n t r o lm e t h o d s t h ei n d e p e n d e n tu n i t sr u n i n ga c c o r d i n gt o i t st e c h n o l o g yo na n do f f t od i s p o s i t et h es u i t sd d cc o n t r o l l e ra n dt h ea c t u a t i n g e q u i p m e n t t h es e n s o r a n dt h r o u g hf l o o r l e v e ln e t w o r k f l n t h eb u i l d i n g l e v e l n e t w o r k b l n a sw e l la st h em a n a g e m e n tl e v e ln e t w o r k m l n o ft h et h r e e l e v e l n e t w o r k i tw i l lc o n n e c ta n dd a t at r a n s m i s s i o nb e t w e e na l lt h ed d c c o n t r o l l e ra n dt h e d i f f e r e n tc o n t r o l e ru n i ta sw e l la st h ew o r k s t a t i o n a c h i e v e st h ec o n t r o l t h em o n i t o r b o t hk i n d so fe q u i p m e n tc a nb ea tt h er e a s o n a b l ea n de f f i c i e n ts t a t u s a sw e l la sm a n a g e t h ee n e r g yr e a s o n a b l ya n ds a v et h ee n e r g ya u t o m a t i c a l l y i st h ep u r p o s eo f t h ef a c l i t y c o n t r o ls y s t e mf o rb u i l d i n g t h r o u g ht h eu s e ri n t e r f a c es o t 乇w a r e t h a ta l l o w sm a n a g e r sc o n t r o l lw i t hg r a p h i c s h i s t o r i c a lr e c o r d sa n di n q u i r y d y n a m i cg r a p h i c s e v e n t s a l a r ma n dr e m o t ea c c e s s f u n c t i o n s c a nm o n i t o rt h es t a t u so ft h ee q u i p m e n t c o n t r o le q u i p m e n t a sw e l la st h e r e a l i z a t i o no fr u n n i n gt h ed a t ar e c o r d s i n f o r m a t i o n a n dc a l lm a n a g ee q u i p m e n tt o r e p l a c et h em a n u a lm a n a g e m e n ta n d t or e d u c eal o to fw o r k t h eb u i l d i n gf a c i l i t yc o n t r o ls y s t e mr u n n i n gr e s u l ts h o wt h a tt h es y s t e mc a l lm e e t t h er e q u i r e m e n t so ft h ef a c i l i t yc e n t r a l i z e dm a n a g e m e n tc o n t r o l s a v et h ee n e r g y t h e m o n i t o r t h ei n d e p e n d e n tm o v e m e n ta u t o m a t e dc o n t r o l i th a st h ea d v a n t a g e so fh i 曲 r e l i a b i l i t y o p e r a t i n gs t e a d i l y f l e x i b l ec o n t r o la n ds oo n k e y w o r d s i n t e l l i g e n tb u i l d i n g f a c i l i t ym a n a g e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e m d d c c o n t r o l l e r b u s v 独创性声明 本人声明所旱交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 l 作和取得的研究成果 除 了文中特别加以标注和致谢之处外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也 不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同t 作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 学位论文作者签名 签字日期 年 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留 使用学位论文的规定 特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 并采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编以供查阅和借阅 同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 保密的学位论文在解密后适用本授权说明 学位论文作者签名 导师签名 签字日期 年月日签字日期 年月 e t 致谢 本论文的工作是在我的导师王玮教授的悉心指导下完成的 王玮教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响 在此衷心感谢三年来王玮 老师对我的关心和指导 张卫康高级工程师悉心指导我们完成了实验室的科研工作 在学习上和生活 上都给予了我很大的关心和帮助 在此向张卫康高级工程师表示衷心的谢意 和敬涵教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见 在此表示衷 心的感谢 在实验室工作及撰写论文期间 郑业明 王晶等同学对我论文中的设计工作 给予了热情帮助 在此向他们表达我的感激之情 另外也感谢家人 他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业 1 1 选题来源和背景 1 引言 随着信息技术和计算机网络技术的高速发展 对建筑物的结构 系统 服务 及管理的最优化组合的要求越来越高 提供一个合理 高效 节能 舒适的工作 环境势在必行 节能是一项基本国策 也是建筑电气设计全面技术经济分析的重 要组成部分 但整座建筑为了达到多功能性和舒适性的要求 所设置的系统就愈 来愈复杂 造成设备运行能耗的增加 现代建筑大量采用诸如集中空调 通风 动力 照明 电梯 给排水等机电设备 并且功能复杂 控制点繁多 设备配置 分散 给设备控制和管理增加了相当大的人力和财力 因此 整座建筑要在保证 正常 舒适的工作环境的前提下 各种设备既能处于合理高效的工作状态 又能合 理管理能源 控制能源使用和自动节约能源 是楼字设备控制的目的所在 也是现 代建筑技术研究的课题之一 楼宇自动控制系统正是顺应了这一潮流 楼宇自控确切地说应叫机电设备智 能化控制 内容包括设备管理和能源管理 目的有三点 一是掌握所有相关机电 设备的运行和故障资料 建立设备工作档案 合理安排设备使用时间 延长设备 工作寿命 降低维护费用及时间 二是按程序及要求控制所有相关的机电设备 达到自动化控制管理 实现舒适 安全目的 三是利用现有相关设备对大厦的能 量及能源进行分析和管理 尽可能发挥相关设备的效力 以节省能源 它的建立 对于大厦机电设备的正常运行并达到最佳状态 同时 计算机系统进行信息处理 数据分析 逻辑判断和图形处理 对整个系统作出集中监测和控制 通过计算机 系统及时启停各有关设备 避免设备不必要的运行 又可以节省系统运行能耗 出现故障时 能够及时发现何时何地出现何种故障 并作出相应的处理 使事故 消除在萌芽状态 楼宇自控系统是用先进的计算机技术和网络通讯技术结合而构成的一整套自 动控制系统 含有丰富灵活的控制 管理软件和节能程序 使它能对各机电设备 进行有条不紊 综合协调 科学地控制和管理 有效地解决了节能 节省维护管 理工作量和运行费用 在现代建筑以及工业厂房建筑中越来越广泛的使用楼宇自 控系统达到机电设备高效管理与运行的目的 北京侨福花园大厦正是基于上述节能以及提高舒适度目的 需要建立 套完 善的楼宇设备管理及控制系统 将大厦建设为低运营成本 高舒适性的综合管理 的智能化大厦 j 塞交遒叁堂童些硒 堂僮论室曼l 宣 1 2 楼宇设备控制系统的发展过程 现代化的大厦包含的设备众多 如暖通空调 供配电与照明设备 给排水设备 火灾自动报警与消防联动控制设备 公共安全防范设备 电梯设备 自动停车场 设备等等 从而形成了一个由众多子系统构成的庞大的系统 由于系统的复杂性 和不同时期新技术在楼宇自控系统中的应用 使楼宇自控系统的发展经历了几个 阶段 在使用计算机以前采用大型仪表盘对各个设备进行监控 通过仪表盘在中央 监控室进行集中式的操作 由于采用一对一的配线 造成配线太多 因而只有少 量重要设备在中央监控室进行几种监控 而大多数设备仍在现场进行操作 监测 记录 8 0 年代以来 随着微机技术的发展 开始出现计算机监控 最早的控制系统 是直接数字控制系统 该系统由中心控制机 扩展i o 接口构成系统 控制功能主 要依赖中心控制机来实现 此类系统存在可靠性差 抗干扰能力差等问题 因而 实现大范围控制比较困难 此后 出现了集散型控制系统 将以往由中央监控主机完成的控制功能下放 到现场控制器中 中央控制机不再负担大量的数据计算 中央监控的功能逐渐由 现场控制 变为仅提供各种数据报表和专项统计文件 形成了集中监控 集中管 理 分散控制的系统 进入9 0 年代以后 随着微处理器技术的迅速发展 促使终端设备智能化的发 展 使人们将过去用于工业控制领域的现场总线技术运用于楼宇自控系统中 现 场总线是用于现场仪表与控制室之间的一种全数字化 双向多变量 多点多站的 通信系统 它的特点在于 现场总线实现了全数字化通信 提高了系统的准确性 和可靠性 由于现场总线具有开放性的协议 使协议和设备之间不存在唯一性关 系 便于实现不同厂家产品的互操作 协议的内容可以下载到现场的设备甚至是 传感器中 使之成为智能化的节点 从而实现一种分布式控制 因而增加了现场 控制的灵活性 简化了系统结构 大大降低了系统的构造和维护成本 当前 在 楼宇自控系统中主要应用的现场总线有 1 控制局域网c a n c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k 原用于汽车工业 由于控制实 时性强 传输可靠 安全性高 成本较低 因此应用范围越来越广 它由德国b o s c h 公司开发 国际标准化组织 i s o 以其为基础制订了道路交通数字信息交换的两 个标准 对物理层 数据链路层做了相应规定 2 a r c n e t a t t a c h e dr e s o u r e c sc o m p u t e r n e t w o r k 原主要用于办公环境 逐 渐扩展到工业控制及楼宇自控系统 它采用了o s i 的物理层 数据链路层 应用 层协议 双绞线传输速率2 5 m b p s 支持介质包括双绞线 光纤 同轴电缆 拓扑 2 j e 塞交道叁堂童些亟 堂僮i 佥毫曼i 直 结构为总线或星型 但由于成本和传输距离的限制 智能传感器 执行器等末端 设备间的通讯不太适于采用这种总线 3 l o n w o r k s 由美国e c h e l o n 公司开发的适用于分散控制和楼字自动化中 智 能设备级自啦制网络 它支持o s i 所有7 层协议 可进行任意结构的网络拓扑 支持双绞线 同轴电缆 光纤 红外 无线等传输方式 传输速率可达1 2 5 m b p s 适用于不同控制对象和不同的控制层次 支持此总线技术的楼宇自控产品很多 特别使在国内 在很多楼字自控系统项目中得到应用 但它同样存在 定的局限 性 由于使用此技术必须从e c h e l o n 公司购买相应的软 硬件开发设备 使得成 本相应的增加 而且系统功能改进受到购买技术的限制 使系统的开放性受到了 一定的限制 基于总线方式的网络 通常是一种两级计算机网络和四级控制装置结构 例 如 l o n w o r k s 和r s 4 8 5 总线与现场传感器相连接构成现场总线 以太网构成上层 通信网络 结构如图卜1 所示 此类系统中 现场控制器完成现场信号的采集和 现场设备的控制工作 主控制器完成上下两个网络的通信以及部分的总线控制 中央监控计算机完成系统的数据的管理 设备状态的监控 远程登录 系统维护 等功能 这种结构的特点在于 现场总线完成现场设备的所有控制功能 上层网 络则起监控和管理的功能 同时 这种结构也具有一定的问题 由于现场设备与 上层网络使用专用主控制器 不同总线间的通信需经过上层监控主机的转发 通 信存在一定的障碍 每一种总线需要专用的主控制器与下层现场设备相连 使得 在搭建网络的同时 要考虑不同厂商的设备是否支持同一主控制器 存在互操作 性问题 图1 1 两级计算机网络和四级控制装置结构 当前 随着网络及通信技术的发展 业主对集成技术提出了更高的要求 要 求建筑物自动化系统与高一级的企业管理系统加强联系 体化集成管理系统应 用而生 3 j 匕塞窑遭厶堂童些亟 堂位i 金塞丑直 1 3 方案构思和主要任务 针对智能大厦机电设备监控项目 对楼宇设备监测控制要求内容多而且功能 完善的要求 整套系统设计选用s i e m e n s 公司的a p o g e e 顶峰系统 a p o g e e 系统上 层由i n s i g h t 监控软件 系统网络和多种d d c 控制器组成 下层由各种传感器和 执行机构组成 系统首先根据暖通 配电 照明 排水不同项目的现场被控设备 数量 按照不同设备的不同控制要求 进行系统控制点位的统计 在此基础上进 行现场控制器 传感器 执行器的选配 然后依据各机电设备不同的运行工艺要 求 编制与其相适应的控制方案 通过基于w i n d o w s 操作平台的人机界面软件 i n s i g h t 建立管理者与设备运行状态控制及监测的交互平台 完成各阀门 风门 水泵 状态以及压力 流量 液位等开关量 模拟量的显示 故障状态监测 控 制的目的 达到对机电设备集中管理 分散控制 动态监测的目标以及设备高效 管理与运行的目的 完成后系统构成参见图1 2 系统中的现场控制器是系统的核心所在 d d c d i r e c td i g i t a lc o n t r o l l e r 直接数字控制器是由微处理器 c p u 内存和输入输出通道及通讯接口等部件组 合而成 d d c 控制器通常可以通过通讯接口与电脑或其他d d c 控制器通讯 也能 独立运行 西门子a p o g e e 系统中的m b c 控制器和m e c 控制就是典型的d d c 控制器 如m e c 控制器是由3 2 位p o w e rp c 微处理器 6 4 m b 内存 4 m b 固件内存 3 2 路输 入输出通道和1 1 5 2 k b p s 通讯接口等构成 d d c 控制器是a p o g e e 系统的核心 a p o g e e 系统可以没有i n s i g h t 工作站 可 能没有传感器或执行机构 但不可能没有d d c 控制器 因此系统的核心设计任务 就是根据各机电设备选用合适控制器并进行合理的编程 满足设备运行工艺要求 西门子d d c 控制器包括m b c m e c f l n c 等 这些d d c 控制器通过b l n 楼宇级 网络与i n s i g h t 监控软件通信 1 4 研究目的和意义 应用楼宇自动化系统赋予了建筑以智能化 提升了管理水平以及使用人群的 舒适程度 克服通过人力简单管理的反映慢 响应不及时的缺陷 总的来讲具有 以下及格方面的意义 1 构建舒适的生活和工作环境 楼宇自控系统可按人们的要求自动调节建筑内部温度 湿度 空气质量 灯 光照度及相关设备的运行 构建一个舒适的生活和工作环境 保证人们的健康 2 有效的节约能源 由于楼宇自控系统可以根据建筑内外环境 通过控制各类设备 实时改变水 4 b 童至通厶堂主些殛 坐位盐奎 量 风量 热量 电量供应 使所有设备的运行在满足人们需求条件下以节能方 式运行 可以大大节省水量 热量及电能 大大提高用户运行经济效益 3 提高劳动生产率与管理水平 本系统通过各子系统设备运行情况进行综合 了解系统运作状态 按程序自动 操纵建筑内的机电设备 对于设备的异常情况 自控系统可以自动报警 及时解 决任何突发事件 并完成由建筑群各系统发来的每天成百上千个设备使用指令 楼宇自控系统快捷准确的处理使管理人员的提高工作效率 减少劳动强度 减少 设备运行维护人员和维护时间 4 保证设备正常运行 延长设备寿命 楼宇自挣系统提供防范性保养 对可能发生的设各问题作出事先通知维修 主 各设备之间定期自动轮换运行 延长使用寿命 设备故障时能作出即时察觉及分 析 减少因故障而引起损失 5 用户操作使用方便 维护简单 楼宇自控系统运行软件动画式界面 可选择需要的运行模式 硬件设备数量 少 模块化设计 全自动化运行 当某些设备出现故障时 计算机自动提示故障 描述及处理方法 同时通知设备供应商在线进行远程维护 使用户得到及时服务 的同时维护工作量太大降低 服务器客户机 a p o g e e 酎12 楼宇设备监控系统结构幽 安 2 楼宇设备控制系统介绍 2 1 智能建筑描述 智能建筑 i n t e l l i g e n tb u i l d i n g 的概念在上世纪源于美国 第一座智能 大厦于1 9 8 4 年在美国建成 随后在欧美 日等发达国家地区蓬勃发展 我国于2 0 世纪9 0 年代起步 现在经过实践的锻炼 我国的技术队伍趋于成熟 若干国外知 名品牌产品进入我国 缩小了我国智能建筑行业与国际水平的差距 智能建筑是 计算机技术 信息技术 通新技术等高新技术和建筑艺术有机结合的产物 智能 建筑的基本条件就是包括建筑设备自动化 办公自动化和通信自动化 也就是所 谓的3 a b a s o a s g a s 建筑 其中b a s 系统是在智能建筑的重要环节 b a s 系统又包括设备监控系统 安保自动化以及消防自动化系统三项 2 2 楼宇设备监控范围 楼字设备监控系统一般包括空调自动化系统 给排水自动化系统 供配电监 控系统 照明控制系统以及电梯监控系统等子项 在空调自动化系统中根据不同 情况又分为冷冻机控制系统 换热器控制系统 空调机组控制以及新风机组控制 几部分 2 3 控制系统的构成 楼控系统的功能是依靠许许多多的监控产品实现的 包括各种监控软件 直 接数字控制器 传感器 执行机构和辅助设备 常用的楼宇控制系统是采用集散 型控制系统和现场总线式控制系统 均是有集中管理 操作站 分散控制 现场 控制器 和通信 网络 三部分组成 其中现场式控制系统是以网络为基础的集 散型控制系统 是控制现场与这能画设备之间的数字式 双向传输 多节点和多 分支结构的数字通信网 2 3 1监控软件 软件包括同常监控软件包 组态软件包 网页服务器软件包 能源管理软件 包 以上软件均运行在w in d o w s 2 0 0 0 所有版本 w in d o w s x p 以及w in d o w s 2 0 0 3 操作 系统平台上 6 j 匕塞交通叁堂童业亟 堂僮i 金塞 一 搂室迢圣控制丕统金缨 软件采用图形化的全中文界面 向使用者提供了一种易学 易用的信息管理 工具 通过鼠标的点击就能轻松地管理整个楼宇控制系统 软件一般具有的主要功能包括 完善而严密的用户帐号和权限管理 操作历史记录 用户权限管理的机制 是将用户区分为不同的角色 同一角色的用户拥有相同的权限 可以独立安装 独立使用 都是标准的b a c n e t 设备 支持b a c n e t i p 协议 实时监测现场设备的数据 界面数据定时自动刷新 可根据各种索引要求 显示数据 支持多种导航方式 支持趋势图 全鼠标操作 无须键盘 高 速的数据访问 响应速度可达l o m s 支持图形化编程 图形化编程工具的编辑器采用功能块图式编程方式 使 编程变的十分简单 直观 同时还支持分图功能 编程工具内集成有在线 调试工具 可设置断点和单步运行 编程工具还提供程序模板库 方便工 程使用 支持o p c o l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 服务 o p c 建立o l e 规范之上 是 一个工业标准 它是许多世界领先的自动化软 硬件公司与微软公司合作 的结晶 通过o p c 服务开放接口允许第三方系统 如系统集成等 利用客 户断的应用程序对系统实施监测和控制 o p c 规范包括o p c 服务器和o p c 客户两个部分 不管现场设备以何种形式存在 客户都以统一的方式去访 问 从而实现系统的开放性 易于实现与其它系统的接口 o p c 的通讯效 率很高 保证了系统的实时性 日常监控软件将系统内的数据转换为o p c 的标准数据格式 可以方便地用于与其他系统的集成 监控软件作为服务 器存在 其他用户做为客户端以统一的方式去访问服务器 就能得到楼控 系统中的全部的实时数据 支持 即插即用 具有实时自动搜索网络上b a c n e t 节点的功能 可自动 添加 删除b a c n e t 节点并更新界面 支持历史记录 利用数据库 存储系统的各类历史数据 数据的时间分辨 率l o o m s 支持各种数据分析 能自动生成日报表 月报表 报警打印 供物业管理者使用 支持远程访问 远程访问允许在异地的调试人员使用p c 机 通过h b s 系 统提供的远程访问服务直接进入系统进行调试 调试人员可正常使用标准 的h m c e n t e r 系列软件 支持远程通告 远程通告允许将h b s 系统的报警信息和系统事件信息 利 用短信发布到手机 通过公共电话网发布到电话 历时数据库 保存历史数据 提供各种统计和分析的数据源 7 j e 塞窑适厶堂童些亟 堂位i 佥塞搂宝超备控制丕统盆绥 脚本编程 可对组态软件变量和图元进行编程控制 完成 些复杂的操作 语法使用类似b a s i c 语言 动画处理 将枯燥的现场设备数据通过生动的动画形象地表示出来 动画 可以通过鼠标简单的设定 也可以通过脚本实现复杂的动画制作 变量 变量是表示某一信息的标示符 通过将变量与设备关联或通过脚本 改变其状态或值 再将变量与动画和图形绑定 就可将现实中的设备运转 状态以图形的方式显示给用户 并可以进行实时控制 日志系统 通过日志系统能够记录整个系统的运转状况 寻找发现错误和 故障 记录操作员的操作 用以分清责任 发现和记录错误和危险的操作 支持声 光报警 配备音响的工作站 当运行过程中发生报警或故障 有 声音提示 使用标准h t m l 语言 无需用户下载专用控件 用户仅用浏览器查看 可在局域网内实时监控当前设备的运行 也可因特网上使用 支持设备索引和查找 可查看空调 照明等能源使用情况 通过表格 图形 折线图等图形化的表现形式 将数据提供给用户 可实现用户在线预订时间表等日常办公操作 可以虚拟温控器 照明开关等实际设备 也可以虚拟楼控系统中不存在的 设备 用户可以通过浏览器操作虚拟设备 远程联网s e r v e r 远程联网s e r v e r 的功能用于使用因特网远程互联时 解决没有公网i p 地址的问题 同时支持远程接入点可达上百点 长期监测建筑内设备运行记录 形成日 月 年报表 可内建平均值 趋势表等b a c n e t 对象 用户可根据理论知识 用脚本编写计算公式 提供四则运算及各种数据函 数的支持 实现数据转换 各种数据均可用表格 折线图 饼图 棒图等表现形式 也可导出为图形 文件 文本文件 数据库 e x c e l 等格式 可根据用户要求打印某时间段的能源使用记录 支持数据分析 根据系统长期运行的规律 得出能源使用规律曲线 然后 可以得到节能的推荐策略 以降低能源消耗 支持o p c s e r v e r 及0 p c c 1 i e n t 接口 可设置能源消耗报警模式 在固定时间内消耗的能源超过预设值时 则报 警提示用户 8 j 匕立交道厶堂童些亟 堂位论室 搂宝遨备撞剑丕统金绍 2 3 2直接数字控制器 d i r e c td i g it a lc o n t r o ll e r 直接 数字控制器简称d d c 是楼宇控制系统 的重要组成部分 内置c p u 能独立完 成所有控制工作 通过通讯方式与其他 设备交换数据 其内部构成图见图 2 1 图2 1d d c 控制器结构图 1 时钟 用来对各种输入 输出数据 各种运算时间进行调整及控制 2 c p u 模块及单元存储器 完成控制及运算 存储各种应用程序并用来进行 读写 随机存取和临时存取数据 3 通讯接口模块向上连接到b l n 网 与管理工作站及其他d d c 控制器通信 向下连接f l n 网与其他符合现场总线协议的设备通信 4 输入输出模块完成数据的内外隔离以及交换 置 控制器是模块化的产品 i 0 通道的数量和功能可以由使用者根据需要自由配 更加适合点数较多 离散型的测控 一般d i e 的主要功能包括 都能够独立工作 不依赖工作站和其他d d c 具有 即插即用 的功能 网络节点可动态添加或删除 支持使用图形化编程工具进行动态的实时编程 程序被放置在控制器中运行 可上传到编程工具的编辑器 当改变程序后 使用编程工具的编辑器可立即将 修改后的程序下传到控制器中 内置实时高精度的时钟和日历 配有后备电池 可以保证断电一段时间内时钟 和数据不丢失 固定配置或通过模块扩展多个功能强大的i o 口 包括d i d o a i a o 等类型 具备多种通讯接口 具备i o m i o o m 自适应的以太网接口 r s 2 3 2 r s 4 8 5 接口 可以添加多个时间表 日期表 用于安排和计划自身或其他设备中的输出操作 有全面的报警管理 包括p i d 在内的各种常用控制算法 有历史数据记录 和能源管理专用的算法模块 所有数据 设置和程序都保存在非易失性存储器内 保证掉电不失 2 3 3 前端传感器 楼宇自控系统常用的传感器有温度传感器 湿度传感器 压力 压差传感器 9 j 匕立窑适太堂童些亟 堂位j 金塞搂主盈备控制丕统企绥 防冻开关 水流开关 液位开关等 传感器是控制系统实时数据的来源 是控制的依据 因此传感器的精度和稳 定性将直接影响控制的效果 也会影响到楼宇的能源消耗程度 传感器需要根据测量对象 安装环境 d d c 可接受信号的类型 测量范围和精 度等因素综合考虑 测量对象如水 蒸气 空气等 安装环境 如室内 室外 风道 水道等 对传感器的外型要求不同 几种主要使用的传感器类型如下 温度传感器 根据不同应用场合 可分为室内 室外 风道和水道等几种使 用类型 温湿度传感器 在空调系统中 温度 湿度的测量经常成对出现 因此为了 方便使用需要温湿一体的传感器 压力 压差传感器 空气压差开关主要用于通风及空调系统的气体压差检测 如空气过滤网 风机两侧的气流状态 而水压力 压差传感器主要用于冷热源系统 中 检测水泵的运行状态和压差旁通控制 其它常用的传感器有流量开关 流量计 防冻开关 液位开关 电量变送器 光照度传感器 人体感应传感器 空气质量传感器 2 3 4 执行机构 在楼宇设备控制系统中的执行机构主要包括电动执行器 电动风门驱动器和 阀门等 电动风门的选型主要根据风门的面积选择相应扭距 按照控制要求确定控制 信号类型 是浮点控制 开 关 停 还是模拟量输出 电动水阀及驱动器是中央空调系统控制中很重要的执行机构 可精确调节系 统中流量 达到控制温度 湿度 压力等参数的要求 包括控制水系统流量的电 动调节阀 电动蝶阀以及风机盘管上用的电磁阀等等 2 4 楼宇自动化控制网络数据通信协议 2 4 1b a c n e t 标准与l o n m a r k 标准 目前智能大厦中建筑设备自动化系统 b a s 包含的设备和子系统越来越多 越来越复杂 由于不同厂商提供的不同设备和系统 其通信协议不同 因而使这 些设备实现互操作和系统互连很困难 为此 b a s 供应商及建筑设备生产商以及业 主希望实现产品互操作及系统互连 由此产生了开放系统的概念 l o j b 塞窑遭厶堂童些亟 堂僮i 金室接室遮备控焦l 丕红企绍 开放系统即建筑设备自动化系统的所有部件均以公认的工业技术标准制造 标准是现代产业的基础和核心 建筑自动化开放系统也必须具有标准 现在建筑 自动化开放系统的主流标准基本是b a c n e t 标准与l o n m a r k 标准 其中b a c n e t 标 准已经成为i s o1 6 4 8 4 5 标准和欧盟 c e n 预备标准 l o n m a r k 标准仍为a n s i 标准 2 4 2l o n m a r k 标准 l o n m a r k 标准是以l o n w o r k s 技术为基础的一套标准 l o n w o r k s 是美国e c h e l o n 公司于1 9 9 3 年推出的局域操作网络技术 应用该技术可以利用具有控制功能的节 点 通过各种媒介连接起来 并通过l o n t a l k 协议进行互相通信 构成l o n w o r k s 网络 实现分散控制 集中管理的功能 l o n w o r k s 网络简单 不需要中央处理器及服务器 通过它的智能n e u r o n 神经 元通信芯片 可方便的组成智能节点 完成各种测控功能 l o n w o r k s 各节点相互 独立 从硬件结构上保证当任何一个节点出现故障时 不会影响整个网络的工作 提高了系统的可靠性和可维护性 l o n w o r k s 采用总线结构 内含标准i s o 通信协议 很容易支持各种智能设备 接口 支持各种通信介质 通信抗干扰能力强 l o n w o r k s 支持多种通信方式 提高可靠性机制 可设置不同的优先级 保证 实时性高的信息优先传送 另外具有预防冲突机制 即使在重负荷情况下网络还 可保持最大的传输能力 l o n w o r k s 实时可靠 分布灵活 它具体以下一些特点 1 l o n w o r k s 网络结构多样化 包括总线型 环型 星型和复合型 而且这种网络 拓扑结构可以在线动态重组 以满足现场的要求 2 l o n w o r k s 网络的规模可大可小 一个域是一个或多个信道上节点的逻辑组合 通信只能在配置于同一个域中的节点进行 可以定义2 5 5 个子网 s u b n e t 一 个子网可以包括1 2 7 个节点 这样l o n w o r k s 网络一个区的测控节点数可达3 2 3 8 5 个 子网内的每一个节点被赋予一个该子网内唯一的节点号 这个节点号为7 位 所以每个子网最多可有1 2 7 个节点 图2 2l o n w o r k s 网络拓扑结构 3 l o n t a l k 协议提供了o s i 参考模型所定义的全部7 层服务 协议可靠性高 支 持可自动检测 自动重试的点到点的确认功能和请求 响应功能 响应时间快 使用一种特有的优先级冲突检测算法 过多碰撞使处理能力下降 安全性好 何对网络的非法的存取 允许媒体发挥其最大传输能量 避免使 拥有一个强大的认证功能 可以阻止任 4 由于n e u r o n 芯片固件可以对所有的网络通讯和i 0 过程的细节进行有效的管 理 开发者只需要编制应用程序和设计外围接口电路即可 这大大地简化了设 计人员的任务 缩短了开发周期 5 不受通信介质的限制 可在多种通信介质下通信 包括双绞线 电源线 射频 红外线 光纤和同轴电缆等 并且多种介质可在同一个网络中混合使用 另外 传输速度和传输距离也因为使用介质的不同而不同 应用范围十分的广泛 2 4 3b a c n e t 标准 人们根据楼宇控制的特点 诸如系统的稳定性 设备任务的简单重复性 以 及众多厂商的互操作性等等 不断改进 补充系统控制的相关内容 经过不断的 探索 出现了一个专为楼宇自动化系统设计的网络协议b a c n e t b u i i d i n g a u t o m a t i o na n dc o n t r o ln e t w o r k s 即楼宇自动化控制网络数据通信协议 它 能发挥用于环境控制的数字技术的优势 实现建筑物的信息交换和共享 更好地 完成能源管理 建筑物性能监测 增强自控设备和其它楼宇设备的诊断能力 这 项技术的应用包括楼宇自控系统与火灾探测 消防和救护系统的结合 从能源管 理和公用设施运行管理两方面加强建筑控制系统与公用设施间的通信 使不同楼 宇设备厂商生产的设备与系统在互连和互操作的基础上无缝集成为一个智能化的 系统 提供了在不同厂家产品间实现数据通信的标准 b a c n e t 包括客户与服务器模块 客户选项允许本系统操作者通过图形界面和 控制命令来监控其他通过以太网方式接入的第三方b a e n e t 设备 而服务器选项是 允许第三方b a c n e t 系统通过该软件来监控系统内的点并接收系统的报警信息 2 4 4 两种标准在楼控系统中的应用 就技术而言 l o n w o r k s 提供了强大的设备功能 b a c n e t 提供了网络的构建体 系 就市场而言 基于l o n w o r k s 技术的