智能樓宇控制工程項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究的論文
0 引 言
進(jìn)入21世紀(jì)，智能化樓宇的概念逐漸清晰，并正在建筑領(lǐng)域中產(chǎn)生著越來越大的影響。智能化樓宇是以計(jì)算機(jī)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(gè)空間的信息，并通過計(jì)算機(jī)處理，能給出相應(yīng)的反應(yīng)，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(dòng)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(xiàng)目，在介紹系統(tǒng)概況的基礎(chǔ)上，給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及子系統(tǒng)的監(jiān)控方案，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
1 系統(tǒng)概況
某大廈位于寶雞市高新技術(shù)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(wù)大廈，其中，地下1層包括變配電及自發(fā)電機(jī)組機(jī)房、水泵機(jī)房、冷站機(jī)組及大型地下停車場(chǎng)，大廈1層為大廳，其余各層均為商務(wù)區(qū)。各層均設(shè)有新風(fēng)機(jī)組、樓層照明等配電室，頂層為電梯機(jī)房�？偙O(jiān)控點(diǎn)數(shù)為：數(shù)字量輸入/輸出886點(diǎn)，模擬量輸入輸出312點(diǎn)。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
大廈內(nèi)機(jī)電設(shè)備較多，且分散在樓層各處，根據(jù)這一特點(diǎn)，如果采用就地監(jiān)測(cè)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(shè)計(jì)規(guī)范》、GB/T50314?2000《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GBJ19?87《采暖通風(fēng)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(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，采用可編程控制器結(jié)合工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，組成計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（DCS）系統(tǒng)，從而實(shí)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(kuò)展、易維護(hù)和經(jīng)濟(jì)適應(yīng)的原則，采用中央管理計(jì)算機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制站、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備4層BAS模式，如圖1所示。
�。�1）第一層：中央服務(wù)器采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，通過基于服務(wù)器-客戶端模式的SQL數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)各個(gè)子系統(tǒng)的相關(guān)信息，并向用戶提供實(shí)時(shí)查詢、瀏覽、打印和Internet網(wǎng)絡(luò)查詢等服務(wù)。
�。�2）第二層：監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)有時(shí)亦稱工作站、操作站或上位機(jī)。它是BAS的指揮管理中心，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控與管理。系統(tǒng)采用研華610H工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)，利用WINCC組態(tài)軟件編寫上位機(jī)監(jiān)控程序。
�。�3）第三層：現(xiàn)場(chǎng)控制層及其與監(jiān)控計(jì)算機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)SAIA@PCD安裝于控制現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)空調(diào)機(jī)組、電梯等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)分散直接控制。其控制功能強(qiáng)，可現(xiàn)場(chǎng)編程實(shí)現(xiàn)多種控制算法，可獨(dú)立對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行測(cè)控，又可接受中央管理機(jī)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(qiáng)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(hào)PCD2.M170用于冷機(jī)控制，并為其配置LEODO?G系列觸摸屏；2號(hào)和3號(hào)PCD2.M170用于變配電、電梯監(jiān)控子系統(tǒng)中。
Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲國家標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，它采用OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，分散化的外圍設(shè)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(dá)12 Mb/s,傳輸距離不加中繼可達(dá)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(gè)站點(diǎn)，完全滿足工業(yè)場(chǎng)合的應(yīng)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(wù)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(luò)。
（4）第四層：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層BAS系統(tǒng)通過監(jiān)控點(diǎn)對(duì)各被控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)物理屬性可以把監(jiān)控點(diǎn)分為四種類型：DO:數(shù)字量輸出（如電機(jī)的.啟/停、斷路器的開/閉等）；DI:數(shù)字量輸入（如電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速給定等）。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(cè)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(dòng)；電控箱：與電氣工程配合，提供被控設(shè)備開關(guān)狀態(tài)、故障狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，并響應(yīng)操作員指令；報(bào)警系統(tǒng)：與消防報(bào)警、防盜報(bào)警等各種報(bào)警信號(hào)相連。
傳感器檢測(cè)到的開關(guān)量狀態(tài)和模擬量值送給現(xiàn)場(chǎng)控制站。現(xiàn)場(chǎng)控制站根據(jù)中央指令或內(nèi)部程序運(yùn)行結(jié)果將開關(guān)量輸出或模擬量給定值送給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(fēng)子監(jiān)控系統(tǒng)為例介紹。
3.1中央空調(diào)新風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)上位機(jī)采用IBM?PC兼容機(jī)，負(fù)責(zé)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(shí)時(shí)顯示等。各單元控制器作為下位機(jī)，采用西門子S7?200系列PLC,負(fù)責(zé)本單元內(nèi)空調(diào)風(fēng)機(jī)機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)檢測(cè)、工作狀態(tài)的控制和與上位機(jī)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送等。
單元控制器也可以脫離上位機(jī)，直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制。各單元控制器對(duì)本單元的各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)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(yù)先設(shè)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(duì)各空調(diào)風(fēng)機(jī)機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。若脫離上位機(jī)，單元控制器將根據(jù)軟件設(shè)定的控制參數(shù)直接對(duì)空調(diào)風(fēng)機(jī)機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)控制。
中央空調(diào)風(fēng)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(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)軟件由上位機(jī)組態(tài)軟件和現(xiàn)場(chǎng)控制軟件組成。
（1）上位機(jī)組態(tài)軟件的實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件是在Windows 2000操作平臺(tái)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(dòng)態(tài)顯示等，具有界面友好、顯示直觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各檢測(cè)點(diǎn)和控制點(diǎn)的位置以圖形方式形象地顯示在上位機(jī)顯示器上，檢測(cè)和控制數(shù)據(jù)在各自位置旁動(dòng)態(tài)顯示。以新風(fēng)控制為例，監(jiān)控畫面如圖3所示。畫面中有送、回風(fēng)的溫濕度、水閥的開度、防凍開關(guān)、送風(fēng)機(jī)開關(guān)狀態(tài)的顯示以及加濕閥的開關(guān)狀態(tài)等，可以將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際參量實(shí)時(shí)顯示；當(dāng)過濾網(wǎng)壓差、風(fēng)機(jī)壓差以及室外溫度低于設(shè)定值時(shí)，相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。
�。�2）現(xiàn)場(chǎng)控制軟件的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(wù)器及操作員站、網(wǎng)絡(luò)控制單元（NCU）、現(xiàn)場(chǎng)控制站等構(gòu)成。中央信息控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)及通信模塊CP5611、打印機(jī)、管理軟件等組成，是人機(jī)對(duì)話的主要橋梁；現(xiàn)場(chǎng)控制器支持在線編程或進(jìn)行預(yù)設(shè)編程，主要完成數(shù)據(jù)的采集及根據(jù)預(yù)設(shè)程序或操作員指令實(shí)現(xiàn)特定的功能。該系統(tǒng)具有先進(jìn)性、可靠性、適應(yīng)性、容錯(cuò)性和易維護(hù)性的特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
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