弱电智能化系统在制造业厂房当中的应用

1、当前，人们普遍谈论的建筑智能化，主要是指民用建筑，如高层办公楼、综合楼、商住楼 及建筑群， 此外住宅小区智能化也是热点之一。实际上， 工业建筑，特别是研究生产高新技 术产品的现代化工厂和实验室， 其智能化系统应用是相当广泛的， 而且工业自动化已有相当 历史。 民用建筑与工业建筑的智能化技术有相同相似之处。 当然，由于工业建筑的许多功能 要求与民用建筑不同， 因此其智能化系统也有其相应的设计特点。 工业建筑的范围很广， 要 求各不相同， 本文仅就制造业工厂与民用建筑在智能化方面不同之处进行阐述， 相同之处不 在此叙述。一、智能化的定位（一）制造业工厂的基本特点制造业工厂一般都是由生产厂房及支持区

2、、动力厂房、仓库 （含化学品库 ）、办公楼 （办公区 ）、废水废物处理区、室外罐区，有的还有生活区等组成的现 代化大型工厂，其主要特点是： 1. 有很多贵重的精密仪器和设备，厂房造价昂贵，十几亿、 几十亿甚至上百亿。2. 对生产环境有严格要求，因此有相当一部分为洁净厂房。3. 对生产原材料要求严格，一部分由工厂自己生产，因此自动化程度要求高。4. 因生产需要，要使用各种可燃气体 （蒸汽 ）、有毒气体，有腐蚀性的液体。（二）智能化系统的定位民用建筑智能化是向人们提供一个安全、舒适、方便、高效的生 活和工作环境的重要技术措施之一。工厂是生产产品的， 如何达到生产产品所需的环境要求， 符合要求的原材

3、料及动力条件， 以及工厂安全和、高效、可靠、经济的运行，以确保产品的成品率和产品的可靠性、长寿命 及达到设计的产量， 则是建设者们追求的目标。 作为满足这些功能、 技术要求的重要措施之 一的智能化系统， 就必须是成熟的、 实用的、 可靠的及先进的技术和产品， 这是所指的先进， 主要不是指新技术，而是指开放性、可扩展性、可升级及兼容性。另外， 由于产品都有其生命周期，而工厂的建设期较短。 因此那种功能齐全， 看起来技 术先进而还需要研究实验的设计是不能应用于此类建筑的。二、智能化系统总体方案的确定智能化系统的总体方案实际上涉及到系统集成及总体结 构，关系到方案的进一步设计、实施，涉及到智能化系统

4、能否达到要求的功能及技术指标， 符合建设周期及投资额要求。 因此确定适合于工程项目的总体方案是设计者需要认真对待 的。（一）几种方案的比较 1.各子系统内部集成通讯网络系统CNS 、办公自动化系统 OAS 、建筑设备自动化系统 BAS 、消防自动化系统 FAS 、安全防范系统 SAS 以及制造业工厂厂房 特有的有害物质检测系统 HPM（HazardonsProductionMaterial） 各子系统内部有集成，但 上述系统之间没有集成。 这种方案虽然各系统都能很好的完成相应的工作， 但对于现代化工 厂的整体管理不利，因此不宜采用。2. 建筑智能管理系统IBMS这是将CNS、OAS、BAS、F

5、AS、SAS及HPM通过高速网 络进行统一集成， 由一体化集成管理系统实现对整个工厂的综合智能管理。 在某些项目虽然 有运用实例， 但是对于制造业工厂这种大型工厂来说， 需要监测控制的点数相当庞大而且十 分重要。另外，虽然工厂也有原材料、设备、产品的物流管理，有财务、人事、设计等办公 自动化需要，有语音、数据、会议系统等方面需求，但这些与确保全厂高效、安全、可靠的 生产产品没有太大的必然联系，因此进行一体化集成在目前来说不是最佳选择。3. 建筑设备综合管理系统 BMS（ 或工厂管理控制系统 FMCS FacilityManagementAn dControlSystem）消防自动化系统 FAS

6、 是直接关系到避免和减少因火灾面造成的人身和财产损失的系 统，有特殊重要的位置，另外，因为中国国情的原因，需要作为独立的子系统，而且要有专 门人员 24 小时值班。 HPM 系统是仅次于 FAS 系统的重要系统，也需要作为一个子系统是 适宜的。FAS 系统、 HPM 系统、 SAS 系统及建筑设备自动化系统 BAS 之间，都有许多联运要求，需要实现对设备的分布控制和集中监视管理， 以便更好的协调工作， 提高设备运行效率 和提高节能效果，因此有必要把FAS、HPM、SAS及BAS集成起来，这就形成了 BMS系统。对于制造业工厂来说，在目前阶段， BMS 系统是较好的选择。至于工厂需要的各种生产经

7、营管理、 办公自动化及各种通信， 可以另外建立通信网络系统CNS、办公自动化系统 OAS.需要而且条件成熟时与 BMS 一起集成为IBMS.(二)BMS(FMCS) 设计中的几个问题 1.系统构成主干网为采用 TCP/IP 协议，符合 IEEE802.3 标准的以 太网或 FDDI ，满足 10/100Mbps; 根据情况现场总线采用 10Mbps 以太网、 Profibus 总线、 LonWork 总线等。应配备与工程相适应的 BMS 集成管理系统。通常情况下，主干网可通过路由器与公司上级管理层 MIS 网络相连，以便管理层了解 情况。消防自动化系统 FAS、安全防范系统 SAS及有害物质检

8、测控制系统 HPM的主机均有 与 BMS 集成的接口，并保证与中央管理机的可靠通信。2. 几个监控中心位置的确定监控中心设置在负荷中心，方便管理及符合相关的规范是确定位置的基本原则。 制造业工厂经过统一规划， 智能化系统的几个控制中心的设备常常不能 集中在一个中央监控室内。 BMS 管理中心通常设在动力机房内， BAS 的中央站通常与 BMS 管理中心合用， 消防总控制室可以设在主厂房一层主入口， 安防总控制室可以设置在厂区的 主入口门卫室，或与消防总控制室合用。除各子系统的总控制室外， FAS、 HPM 、 SAS 的分控制室及 BAS 的分站应合用，方便 管理及电源等设备的配置。3. BM

9、S 的布线系统虽然计算机网络中使用的光缆和 8 芯的双绞线可以应用于 BMS 系 统，但是工业用双绞线，根据不同的现场情况通常使用多种双绞线，如屏蔽的、非屏蔽的、 防腐蚀的、 低烟少卤的等。 另外电缆芯数也是根据连接的设备不同而不同， 并非都要使用光 缆或 8 芯的双绞线。另外，虽然产品会不断变化，但是为其提供工业生产的环境条件和动 力条件变化并不大 （生产线用自动控制系统一般由厂家另行配置），因此不需要然办公楼那样用统一的布线来满足信息终端的变化。此外， BMS 布线系统的路由不同。再有， FAS、 HP M 及 SAS 系统的线缆需要单独敷设， 因此 BMS 系统单独布线为好， 而不与 C

10、NS 、 OAS 统 一为一套布线系统。当然对于工厂的智能化系统的所有布线的路由和维护空间应进行综合考虑，统一规划， 并与其它专业管线协调。三、建筑设备自动化系统 BAS 民用建筑中的 BAS 系统通常是针对舒适性空调、给水 排水系统、冷热源、电力、照明及电梯等设备的监控。 对于制造业类工厂来说，除上述系统 外，由于生产的需要，增加了许多内容，如净化空调系统、结净区风机高效过滤器系统，各 种气体系统、各种工业用水系统、工艺冷却水系统、各种排风系统（如工艺排风、洗涤排风、有机溶剂排风等 ）、工业废水、废气处理系统等。根据项目具体情况确定是否全部子系统受中央站的监控。有许多成熟可靠的技术和产品用于

11、上述的 BAS 系统。尽管各厂家的产品不尽相同，但 基本上都是由 DDC 、 PLC 、工业控制机、网络控制器、各种模块及设备构成。目前，这种 采用分散控制集中管理的集散系统，可靠性高、经济、灵活、易于扩展。而全分布控制系统 还有许多工作要做。四、有害物质检测控制系统 HPM（一 ）构建 HPM 系统的必要性由于生产需要，常常使用各种危险物品，例如多种可燃气 体（蒸汽 ）、有毒气体，还使用多种腐蚀性液体。在储存、使用场所及输送管道中均可能发生则可能发生火灾、 人泄漏或液体异常情况。 如果一旦泄漏或液体异常而未及时发现和处理， 员中毒或破坏生产， 造成人身和财产损失的生大事故，因此有必要对气体、

12、 液体的泄漏、某 些液体的液位进行监测和控制。 由于这是仅次于火灾消防的重要系统， 而且需要监测的点数 多，监控比较复杂，因此应单独构建一个子系统。（二）系统构成该系统虽然很重要，但需要检测的是泄漏气体的浓度，达到限值时进行报 警，检测液体的泄漏和液位，而控制的对象是机电设备，检测点、控制点多而分散。这些特 点与 BAS 系统相似，因此采用 BAS 技术是合适的。将现场的各种探测器、传感器、开关、 模块、执行机构 （ 有的地方还包括电机控制中心MCC） 等设备连接到集采集和控制功能于一体的程序逻辑控制器 PLC，各PLC再通过网络与 HPM系统主机相连。设计要点如前所述， 该系统应有与 BMS

13、 系统集成的接口，以便 BMS 监管中心的人员管理。由于该系统的重要 性，在 BMS 系统监管中心应设置专门用于 HPM 系统的工作站。HPM 系统中，有一部分是涉及可燃气体（蒸汽 ）的检测，根据我国规范是属于火灾消防范畴，因此 HPM 系统的总控室应与消防总控室合用。如果因为某种原因使HPM 系统总控室单独设置时，应在消防总控室单独设置时，应在消防总控室设置可燃气体（蒸汽 ）的显示报警装置，并安装相应的手动、自动联动控制及显示设备状况的装置。1、各种现场设备至 PLC 设备应采用星形拓朴结构布线， 并根据不同设备选用相应的线 缆，以便提高可靠性。2、在有毒、可燃气体的储存间，使用场地及输送管

14、理沿线都应设置相应的探测器，并 根据气体特性、环境条件及探测器的技术性能进行合理布置。3、对于工艺使用的一般液体化学品，通常采用单层管进行输送，应在化学品分配处及 输送管道的最低点集液盘处设置液体探测器。4、对于有严重腐蚀性的液体化学品及某些重要的燃料通常采用双层管输送，应在化学 品分配处及输送管道的最低位置的处管壁处设置 T 型接头，在接头处设置液位开关进行检 测。5、腐蚀性的工业废液通常用管道输送到处理池，因此在输送管道的较低处的集液盘处 设置液体探测器。6、有的液体化学品储量较少，为了检测其泄漏，常在储存间地面浅地沟，此时应在沟 内敷设泄漏检测电缆，以便检测泄漏的液体。7、由于使用化学品

15、，可能发生溅射到眼睛内的事故，因此通常设置了洗眼器和安全喷 淋，因此应将管道上的水流开水连接到 PLC 上，以便有情况发生时，及时发现及时进行处 理。8、除上述探测器、传感器、开关等获取信号外，在一些重要位置还要设置人工手动报 警点，紧急情况时进行报警。9、有防爆和腐蚀性的地方，管线敷设和设备选型、安装应按相关要求进行。10 、发生泄漏事故后， 应联动相关的阀门、 泵、风机，启动相应的泄漏声光警报装置 （与 火灾警报相区别 ） ，并打印相关记录。对某些特别重要的设备，应采用硬接线，可以从总控 室人工控制。某些地方应采用探测器（传感器 ）直接联动控制相应的设备。五、消防自动化系统 FAS（一）洁

16、净厂房的消防特点由于生产工艺对生产环境的特殊要求，因此制造业工厂通常都 有许多洁净度等级不同的洁净室。 洁净厂房内相对封闭， 火情不易被外面发现， 消防人员较 难接近。另处洁净室内的人员较少， 如果有火情， 内部人员也较难发现。洁净厂房内人员进 出迂回曲折， 人员疏散比较困难。 一旦失火将造成巨大的人身和财产损失， 而且要恢复生产 也很困难。因此设置一套高效可靠的火灾报警及联动控制系统就显得非常重要。（二）系统设计由于这类工厂火灾探测点多，需要联动的设备多，且可靠性要求高，因此 采用探测中心报警系统。在每个较大的建筑内设置相应的智能型火灾报警控制器， 各智能报警控制器之间形成环 型网络。这种分

17、布智能系统与采用一台大容量的火灾报警控制器覆盖全厂或集中区域 报警系统相比可靠性更高。消防总控室的主机 （或管理主机 ）应有与 BMS 集成的接口，保证可靠通信。应配备消防联动控制设备、 图形显示器、 打印设备、 火灾应急广播系统、 消防专用电话、 UPS 电源等。（三）洁净厂房内选择火灾探测器需要考虑的几个因素可燃物质初期火灾的特点和发展 特性、环境条件 （如高度、面积、温湿度、空气流向、流速、有无对火灾探测器的干扰源等 ） 是我们选择火灾探测器要考虑的基本因素。洁净室内除可燃气体外的火灾属于普通火灾， 其燃烧过程一般要经历火灾酝酿期的不可 见烟雾 （阴燃）、可见烟、可见光和剧烈燃烧四个阶段

18、。如何尽早在不可见烟雾（阴燃 ）阶段发现火情赢得时间是很关键的。对于洁净室来说，影响火灾探测器探测火灾的主要因素是空气流向及流速。（四）空气流向及流速对火灾探测器的影响为了满足生产工艺对生产环境的洁净要求，对 室内的气流流型、送风量、换气次数都有严格要求。洁净度等级为 1-5 级的一般采用单向 流，平均风速为0.20.5m/s;洁净度等级为69级的通常采用非单向流，层高小于4米的洁净室其换气次数在1060次/h，在某些情况下，换气次数在100次/h以上。舒适性空调房间内的换气次数较低可以不考虑火灾时对烟雾粒子探测的影响。而较高的换气次数将减少烟雾粒子到达探测器的几率。美国 NFPA72 标准中表明当换气次数为 10 次/h时，探测器的保护面积是标准状况的0.833，当换气次数为 30次/h时，其保护面积 仅为原来的 0.278.（ 五 ）探测器的选择及布置根据洁净室构造特点、气流流型、风速、换气次数及各种火灾探测器性能特性的综合考虑， 探测器的选择和布置宜按下列要点进行： 对于吊 顶上满布高效过滤器，利用技术下夹层、 技术夹道、技术夹墙作回风通道的，应选择采样管 + 激光探测装置 + 吸气泵结构的吸气式感烟探测报警系统（ 也称极早期烟雾探测预警系统、 空气采样式烟雾侦测系统 ）。灵敏度达 0.004