智能樓宇控制工程項目系統(tǒng)設計探究的論文
0 引 言
進入21世紀，智能化樓宇的概念逐漸清晰，并正在建筑領域中產(chǎn)生著越來越大的影響。智能化樓宇是以計算機為控制中心，經(jīng)結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)與各通信終端和傳感終端相連接，可以感知建筑物內(nèi)各個空間的信息，并通過計算機處理，能給出相應的反應，從而使建筑物具有了一定智能，提高了管理和使用效率，降低了能耗，其中樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）發(fā)揮了決定性的作用。
本文結(jié)合某智能樓宇控制工程項目，在介紹系統(tǒng)概況的基礎上，給出了系統(tǒng)的總體設計方案及子系統(tǒng)的監(jiān)控方案，具有一定的實用價值。
1 系統(tǒng)概況
某大廈位于寶雞市高新技術開發(fā)區(qū)，總建筑面積2.7萬平方余米，分為地下1層，地上10層，是一棟現(xiàn)代化、多功能的商務大廈，其中，地下1層包括變配電及自發(fā)電機組機房、水泵機房、冷站機組及大型地下停車場，大廈1層為大廳，其余各層均為商務區(qū)。各層均設有新風機組、樓層照明等配電室，頂層為電梯機房。總監(jiān)控點數(shù)為：數(shù)字量輸入/輸出886點，模擬量輸入輸出312點。
2 系統(tǒng)設計方案
大廈內(nèi)機電設備較多，且分散在樓層各處，根據(jù)這一特點，如果采用就地監(jiān)測和人為操作，將占用大量的人力。為了大廈的特殊要求，并依據(jù)JGJ/T16?92《民用建筑電器設計規(guī)范》、GB/T50314?2000《智能建筑設計標準》、GBJ19?87《采暖通風與空調(diào)調(diào)節(jié)規(guī)范》、GB505241996《電氣裝置安裝工程質(zhì)量檢驗評定標準》等相關標準規(guī)范，采用可編程控制器結(jié)合工業(yè)控制計算機，組成計算機集散控制系統(tǒng)（DCS）系統(tǒng)，從而實現(xiàn)"集中管理、分散控制".
本系統(tǒng)充分研究了系統(tǒng)的控制要求，按照可靠、易操作、易擴展、易維護和經(jīng)濟適應的原則，采用中央管理計算機、監(jiān)控計算機、現(xiàn)場控制站、現(xiàn)場設備4層BAS模式，如圖1所示。
（1）第一層：中央服務器采用標準的以太網(wǎng)，通過基于服務器-客戶端模式的SQL數(shù)據(jù)庫存儲各個子系統(tǒng)的相關信息，并向用戶提供實時查詢、瀏覽、打印和Internet網(wǎng)絡查詢等服務。
（2）第二層：監(jiān)控計算機監(jiān)控計算機有時亦稱工作站、操作站或上位機。它是BAS的指揮管理中心，對現(xiàn)場設備進行集中監(jiān)控與管理。系統(tǒng)采用研華610H工業(yè)級計算機，利用WINCC組態(tài)軟件編寫上位機監(jiān)控程序。
�。�3）第三層：現(xiàn)場控制層及其與監(jiān)控計算機的通信網(wǎng)絡SAIA@PCD安裝于控制現(xiàn)場，對空調(diào)機組、電梯等現(xiàn)場設備實現(xiàn)分散直接控制。其控制功能強，可現(xiàn)場編程實現(xiàn)多種控制算法，可獨立對被控對象進行測控，又可接受中央管理機的統(tǒng)一的優(yōu)化控制與管理。鑒于SAIA@PCD在樓宇控制上的強大功能，本系統(tǒng)采用了3套PCD2.M170可編程邏輯控制器。其中，1號PCD2.M170用于冷機控制，并為其配置LEODO?G系列觸摸屏；2號和3號PCD2.M170用于變配電、電梯監(jiān)控子系統(tǒng)中。
Profibus現(xiàn)場總線作為德國國家標準和歐洲國家標準的現(xiàn)場總線標準，它采用OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，分散化的外圍設備（DP）型隱去了第3層至第7層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口。
Profibus總線最大傳輸速率可達12 Mb/s,傳輸距離不加中繼可達400 m（1.2 Mb/s傳輸率下），傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點，完全滿足工業(yè)場合的應用要求。本系統(tǒng)中將PCD2.M170（采用PCD7.F770通信模塊）與S7?200（采用EM277通信模塊）作為從站，數(shù)據(jù)采集服務器采用Siemens的CP5611通信卡作為主站，共同構(gòu)成主從結(jié)構(gòu)的Profibus?DP網(wǎng)絡。
�。�4）第四層：現(xiàn)場設備層BAS系統(tǒng)通過監(jiān)控點對各被控系統(tǒng)進行監(jiān)控。根據(jù)物理屬性可以把監(jiān)控點分為四種類型：DO:數(shù)字量輸出（如電機的.啟/停、斷路器的開/閉等）；DI:數(shù)字量輸入（如電機的啟/停狀態(tài)等）；AI:模擬量輸入（如溫度、壓力、流量、電流、電壓等）；AO:模擬量輸出（如閥門開度、電機轉(zhuǎn)速給定等）。
現(xiàn)場設備雖然種類繁多，但可以大致分為以下四類：
傳感器：用于檢測系統(tǒng)溫度、濕度、壓力、流量、液位等；執(zhí)行器：用于各種閥門及閥門驅(qū)動；電控箱：與電氣工程配合，提供被控設備開關狀態(tài)、故障狀態(tài)節(jié)點，并響應操作員指令；報警系統(tǒng)：與消防報警、防盜報警等各種報警信號相連。
傳感器檢測到的開關量狀態(tài)和模擬量值送給現(xiàn)場控制站。現(xiàn)場控制站根據(jù)中央指令或內(nèi)部程序運行結(jié)果將開關量輸出或模擬量給定值送給現(xiàn)場設備。
3 子系統(tǒng)的監(jiān)控方案
BAS子系統(tǒng)較多，由于篇幅有限，這里以中央空調(diào)新風子監(jiān)控系統(tǒng)為例介紹。
3.1中央空調(diào)新風監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)上位機采用IBM?PC兼容機，負責系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收和管理、控制命令的發(fā)送、系統(tǒng)工作過程的實時顯示等。各單元控制器作為下位機，采用西門子S7?200系列PLC,負責本單元內(nèi)空調(diào)風機機組的現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測、工作狀態(tài)的控制和與上位機通信進行數(shù)據(jù)傳送等。
單元控制器也可以脫離上位機，直接進行現(xiàn)場控制。各單元控制器對本單元的各個檢測點進行循環(huán)檢測，將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，上位機通過接收各單元控制器上傳的數(shù)據(jù)，根據(jù)操作者的指令或系統(tǒng)軟件預先設定的控制程序向各單元控制器發(fā)送控制命令，由單元控制器對各空調(diào)風機機組進行實時控制。若脫離上位機，單元控制器將根據(jù)軟件設定的控制參數(shù)直接對空調(diào)風機機組進行自動控制。
中央空調(diào)風系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
3.2系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)
系統(tǒng)軟件由上位機組態(tài)軟件和現(xiàn)場控制軟件組成。
（1）上位機組態(tài)軟件的實現(xiàn)上位機軟件是在Windows 2000操作平臺上，采用西門子組態(tài)軟件WinCC,包括系統(tǒng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、控制命令、動態(tài)顯示等，具有界面友好、顯示直觀、操作方便等優(yōu)點。系統(tǒng)運行時，各檢測點和控制點的位置以圖形方式形象地顯示在上位機顯示器上，檢測和控制數(shù)據(jù)在各自位置旁動態(tài)顯示。以新風控制為例，監(jiān)控畫面如圖3所示。畫面中有送、回風的溫濕度、水閥的開度、防凍開關、送風機開關狀態(tài)的顯示以及加濕閥的開關狀態(tài)等，可以將現(xiàn)場的實際參量實時顯示；當過濾網(wǎng)壓差、風機壓差以及室外溫度低于設定值時，相應的報警系統(tǒng)產(chǎn)生報警。
�。�2）現(xiàn)場控制軟件的實現(xiàn)現(xiàn)場控制器控制軟件采用S7?200PLC專用編程軟件STEP?7 Microwin 32,主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、現(xiàn)場控制等功能。
4 結(jié) 論
該控制系統(tǒng)由中央信息控制中心、監(jiān)控服務器及操作員站、網(wǎng)絡控制單元（NCU）、現(xiàn)場控制站等構(gòu)成。中央信息控制中心實現(xiàn)對BAS、消防、安防、車庫等監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)集成；操作員可通過計算機和系統(tǒng)軟件直接監(jiān)控和管理所有輸入/輸出的狀態(tài)，操作員站由研華工業(yè)控制計算機及通信模塊CP5611、打印機、管理軟件等組成，是人機對話的主要橋梁；現(xiàn)場控制器支持在線編程或進行預設編程，主要完成數(shù)據(jù)的采集及根據(jù)預設程序或操作員指令實現(xiàn)特定的功能。該系統(tǒng)具有先進性、可靠性、適應性、容錯性和易維護性的特點，具有一定的實用價值。
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