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1、图书馆楼宇自动化控制系统设计方案第一部分M楼宇自控系统简介楼宇自控系统(BAS)是建筑技术、自动控制技术与计算机网络技术相结合的产物，使大楼具有智能建筑的特性。现代智能化建筑内有着大量的机电设备，如中央空调系统、通风系统、冷热源系统、给排水系统、电梯系统、照明等等系统设备，这些设备多而分散。多，即数量多，被控、监视、测量的对象多，多达上千点以上；散，即这些设备分布在各楼层和各个角落。如果采用分散管理，就地控制、监视和测量是难以想象的。采用楼宇自控系统，就可以合理利用设备，节约能源，节省人力，确保设备的安全运行，加强楼内机电设备的现代化管理，并创造安全、舒适与便利的工作环境，提高经济效益。对于本
2、工程的智能化系统中最重要的系统一楼宇自控系统来说，在本工程中将完成对空调通风系统，给排水系统、模拟机相关系统等进行监视和控制，从而实现创造一个高效、节能、舒适、高性能价格比、温馨而安全的工作环境，提高管理水平，达到节约能源、节约人工成本的目的。我们根据对设计院图纸的理解和本工程的特点，本工程的BAS系统必须具备以下作用：(1)本系统是本工程智能化运行的骨干系统由于本工程建筑面积庞大，设计功能完善，如空调控制系统中就涉及到冷热源系统、空调风系统等，因此，本系统的成功实施和良好运行是保证建筑内环境舒适的关键，是智能化运行的最基本的体现，因此，本工程的楼宇自控系统是本工程智能化运行的骨干系统。(2)
3、本系统是实现优化管理的核心系统由于本工程建筑功能复杂，经由建筑自动控制系统监控的各类机电设备众多，因此系统是否能够成功实施直接影响到本工程的环境控制效果，直接影响到本工程的节能、高效的控制和管理，直接影响到本工程的运行成本。本系统必须充分体现当前科学技术的最新应用成果楼宇自控系统在我国的应用在八十年代才开始，经过近二十年的实践，其重要性已经越来越被人们认可。而系统本身也从最初的基地式的气动仪表、液压仪表、电动单元组合仪表发展到今天的集散式和现场总线式、应用当前最新网络通信技术、最新数据库管理技术、开放的、可持续发展的综合管理系统。因此，所配置的系统必须体现当前科学技术的最新应用成果。1-2设计
4、依据为了保证系统的既能适应当今主流技术的发展，又具有极高的可靠性，同时满足本工程的具体应用要求，方案设计遵从以下标准：智能建筑设计标准(国家标准GB/T50314-2000)智能建筑弱电工程设计施工图集(GJBT-471)民用建筑电气设计规范(JGJ/TI-92)工业自动化仪表工程施工及验收规范(GBJ93-86)自动化仪表安装工程质量检验标准(GBJI32-90)电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范(GB50168-92)(2003ASHRAEApplicationHandbook)本工程设计院设计图纸第二部分用户需求分析本工程建筑面积庞大、建筑功能复杂，为此配置了大量的机电设备，以保证整
5、个建筑良好舒适的环境和便利的工作空间。而大量机电设备的使用，必将引起管理人员的增加、能耗费用的巨额支出和管理工作的复杂。因此，根据本工程的特点，参考设计院设计的图纸，我们认为本工程的客户需求实际上是体现在三个层面：2-1技术层面从技术层面上讲，其BMS系统应采用当今先进且成熟的系统及技术，为建筑物的运行提供高效的监控及管理平台，同时亦应为企业的运营与发展服务。 基于TCP/IP以及开放式协议的BMS系统架构 要求管理层网络支持TCP/IP协议，中央站可以通过网络把信息传送到任何指定的数据通信分站。现场控制网络要求采用符合Lonworks通信协议的网络，同时现场控制器可以独立于网络完成控制功能。
6、 先进完备的系统数据库及其应用 提供企业级的数据库交互平台 运行可靠稳定的系统硬件设备及网络设备 基于IE以及WEB技术的、人性化的、便捷的且灵活的操作管理软件平台 软件系统嵌入式且配置灵活的现场控制器及其I/O模块 可靠耐用的现场监控元件2-2建筑运行管理层面所有的系统以及技术，都是为建筑运行服务的，在技术层面的需求满足的情况下，针对建筑本身的功能特点而设计的系统控制、运行以及管理模式，是确保建筑高效、低耗且节能运行的关键。具体体现为： 能源管理采集大楼的能源消耗，主要有水，电，煤气。可统计出一天的消耗量，统计每月，每年的消耗量。 给排水系统监控 给排水系统的分散控制与集中监视管理。给水未恒
7、压供水，跟据用户的用水量，来调节电机的转数，实现节能的目的。排水主要监控污水的水位液面，低水位，中水位，高水位，达到上限时报警提醒。 照明管理根据可见光源的比较，实现灯光的自动启动和关闭，可依据用户的时间设定控制灯光最小化照明，以节约能源 中央管理平台 基于企业通用数据库、IE以及WEB技术的中央管理监控平台，提供个性化的管理运行模式以及开放式的应用接口及工具，实现完备的分散控制集中管理的运行模式，为建筑的运行提供整体的管理运行服务。2-3企业运营层面先进的BMS技术是为建筑物的运行管理服务的,完备的建筑运行管理又是为其服务的企业运营发展而服务的，同时又直接关系到物.业管理企业的运营绩效，因此
8、BMS系统运行管理模式亦应体现为企业运营服务的层面上。具体体现为：系统上纳入整体管理体系 通过标准的数据库及网络技术融入整体资产管理体系，实现对其资产的整体管理。 提高用户工作运营环境的舒适度 提高用户已及其客户的满意度，大量机电设备的应用其最主要的一个目的就是为日常工作和生活带来便利，同时也保证环境的舒适和安全。楼宇自控系统的应用是完全尊重和坚持这一原则的，所有的控制措施和节能措施，均不能违背这一基本点。而且，正是采用了楼宇自控系统，使我们能够更直观更方便的对环境指标进行监视，通过楼控系统的分析，对空调、送排风等设备进行控制，保证环境的舒适度，通常楼控系统可以有效的保证环境温度的变化不大于+
9、/-20C,这是传统工艺所无法实现的。楼宇自控系统还可以对环境综合质量进行监测，如室内CO、Co2等和其它有害物质的含量，一旦超标，联动送排风机及时补充室外新风，排出室内污浊气体，保证室内环境的洁净。 节能以及能源管理 通过先进的技术手段以及优化的控制管理模式，实现对建筑耗能的监测、数据采集、能源绩效分析，利用最优能源策略实现能源使用效率持续改进。楼宇自控系统通过电脑控制程序对全楼的机电设备进行监视和控制，统一调配所有设备用电量，可以实现用电负荷的最优控制，有效节省电能，减少不必要的浪费。本工程作为现代化的建筑来说，电力的消耗是非常惊人的。大楼中各种设备都是“耗电大户二以空调系统为例，其消耗的
10、电能更是惊人；在大楼配置楼宇自控系统之后，系统可根据设置在楼内各处的传感器所检测的数据，计算出大厦实际的冷负荷，与机组的制冷能力进行比较，如果能力富裕很多，说明设备组全部开动是没必要的，就按程序中事先指定的顺序关闭其中的一台；如果此时能力仍然富裕很多，就顺序关闭第二台。反之，当冷负荷增加时就顺序开启设备。通过调节设备开启，既保证正常需要，又降低能源消耗。当前，在世界上有数万座建筑使用楼宇自控系统，在这些建筑中，一般的情况下节约的能量可以达到20%,这种效益采用人工操作是绝对无法实现的。节省人力 通过楼宇自控系统先进的管理监控平台，在投入使用后可以大量减少运行操作人员和设备维护维修人员，并能及时
11、处理设备出现的问题，提高人员的工作效率。 延长设备的使用寿命 在建筑内配置楼宇自控系统之后，设备的运行状态始终处于系统的监视之下，楼宇自控系统可提供设备运行的完整记录，同时可以定期打印出维护、保养的通知单，这样可以保证维护人员不超前、不误时地进行设备保养，并能及时发现和处理设备的故障及故障隐患，因此可以使设备的运行寿命加长，也就是降低了建筑的运行费用。 保证建筑及人身安全 此外，大厦本身的安全和人员生命的安全是非常重要的。先进的楼宇自控系统可以将保安管理、停车管理融在同一系统中，同时可方便地与消防报警系统联网，因此可极大地提高建筑的管理水平，减少部门之间的协调。在美国，在对大楼进行保险时，配有
12、楼宇自控系统的建筑可享受到很大的优惠，由此可见楼宇自控系统的重要程度。第三部分系统设计一系统架构设计及功能说明3-1系统架构设计说明本工程的楼宇自控系统的配置遵循分散控制、集中监视、资源和信息共享的基本原则，构成一个符合工业化标准的集散型控制系统，并能体现系统的先进性、成熟性、开放性、标准化、可扩展性、安全性与可靠性。3-1.1系统架构的开放性和可集成程度要求楼宇自控系统作为弱电系统集成工程中最重要的系统，其开放性与可集成程度对整个弱电系统集成工程至关重要。首先，楼宇自控系统出于控制与监视的必要目的，必须具有集成能力，便于集成大量的设备，这些设备可能使用开放的协议，也可能是非开放的私有协议；无
13、论使用何种协议，楼宇自控系统必须有能力将其集成到自身系统中来。针对本工程,楼宇自控系统需要集成的系统包括:变配电系统及模拟机专用UPS供电系统（三级）。除此之外，楼宇自控系统还需要对上一层面弱电系统集成进行开放，便于弱电系统对楼宇自控本身进行集成。我们仔细分析一下不难看出，对各子系统进行管理的原因除了各家都有自己的品牌、通讯协议、网络架构等等以外，系统集成商和建设者们考虑最多的应该就是系统的安全性的问题,也就是说各子系统自身出了问题不应该殃及到其它系统。然而对于我们系统集成商来说，站在用户的角度考虑问题才应该是我们工作的起点，业主或是系统使用者是多么希望能够在一个统一的平台上进行对自己的大厦或
14、是建筑进行全面综合的管理，而不用在众多的计算机和操作平台之间进行繁琐的切换，同时这样也能够充分的利用、发挥和共享各子系统的硬件设备和软件资源，使系统的配置不仅得到最大的优化，同时也大大的降低整个系统的造价成本。对于大厦的楼宇自控系统BAS来说，就需要对系统的开放性与可集成程度进行严格要求，只有在这种严格的要求下选择的系统，才可以为用户今后的弱电系统集成提供可能。系统具有的集成与开放优势如下： 数据库层面的开放支持系统支持多种业内流行的数据库，用户只需根据需要定制相关的软件。包括：MicrosoftSQLServer支持Oracle支持IBMDB2支持 对开放系统的支持楼宇自控系统对于业内开放的
15、系统进行支持尤为关键。我们为用户提供的系统支持业内大部分的开放系统，如LonWolfe、BACnet、Modbus、OPC等。 对私有协议的支持系统为非标准私有协议的连接提供了工具软件和应用程序编程接口（API）。开发语言为安全可靠、易于掌握的JaVa语言。这个强大的工具包可以让用户管理和集成多种协议。而且可以实现本地控制和通过网络进行远程管理。3-1.2基于TCP/IP网络架构根据用户需求，本项目的网络架构应该是由两级网络和三级设备构成。系统网络结构模式是集散型控制的方式，由管理层网络和监控层网络组成。一级网络为管理层网络，实际可以是国航飞行模拟基地的计算机网络系统或单独搭建的专门用于BMS
16、的局域网；二级网络为大厦的监控层网络。其中： 管理层网络：为TCP/IP的网络传输，数据传输速率不低于IOMbPS。在这层网络上可连结服务器、操作站、BA网络控制器、以太网路由器及接口路由器。该层网络的主要功能是将大楼的机电设备进行集中管理并监控其运行。在最短的时间内传输大量的数据到网络服务器，及时完成数据采集任务，从而使网络服务器能够根据数据统计计算出合适的控制参数，保证可靠的通讯联接以及快速的响应速度。在此层网络中运行的主要建筑智能化设备包括：建筑管理服务器，设置在控制中心；建筑管理工作站，可以位于网络的任何位置；网络控制器位于控制现场、弱电竖井等位置；建筑管理客户机，位于网络的任意位置。
17、 控制层网络：采用先进完善的现场总线技术，主要以LonWorks技术为主，遵守LonWorks标准协议，数据传输速率78kbpso之所以采用LonWorks技术，是因为LonWorks技术的优势决定的。LonWorks网络支持自由拓扑、并且其网络接线无极性的区分，因此使用LonWorks网络搭建本工程的监控层网络，就意味着为系统具有最大的柔性，系统便于扩展、改变和维护。为今后系统的升级和维护提供了最大的便利。控制层中所有的设备控制器通过控制层总线以点对点的方式通讯，不依赖于上层设备。网络可连结实时性强的现场控制器，智能通信接口、智能仪表、LonWOrkS变频器等。现场控制器（DDC）可独立实现
18、现场控制和调节功能。在网络控制器下可支持运行LonWOrks、BACnet（MSTP）MOdbUS等开放协议及其它私有协议。 网络控制器：两级网络之间通过网络控制器相联接。整体系统为分布式智能系统，在网络控制器（Ne）失效时，各位于现场的DDC控制器均可独立地继续其正常工作。三级设备要求如下：第一级为中央工作站，设置在控制中心；第二级为通用网关和路由器，设置在各弱电竖井；第三级为直接数字控制器以及采集现场信号的传感器和驱动现场控制装置的执行机构，随被控设备就地设置。3-1.3基于WEB和B/S的网络架构基于用户的需求与工程实际，我们选择基于WEB的网络架构，服务器和客户端的结构采用Browse
19、r/Server(B/S)架构。传统的Cliem/Server(C/S)结构是两层的模式，即数据存取模块放在服务器一侧，在客户机一侧集中了用户界面和应用程序模块，用户界面和应用程序模块在设计时混为一体。随着Intemet的广泛应用，BroWSelVServer结构应运而生，成为众多厂家竞相采用的一种技术。Browser/Server结构其实也是一种Client/Server结构，它以WebSerVer为服务器软件，以浏览器为客户端软件。此外区别于一些BAS系统在C/S结构下提供的假B/S架构，我们提供的B/S架构是真正完全的B/S架构，在这种架构下，系统中可以接受的Browser客户端的数量没
20、有实质性的限制。相对于C/S结构，B/S具有许多独特的优点： B/S是一种跨平台的，一点对多点或多点对多点的应用软件结构，减少了开发人员在客户端的工作量，使他们可以把住意力集中到怎样合理地组织信息，提供客户服务上来。 B/S具有统一的浏览器客户端软件,不仅节省了开发和维护的工作量，而且方便了用户的使用。 在B/S结构中，客户端只需操作系统和Web浏览器，数据的查询，处理和表示都由服务器完成。和C/S结构相比，客户端变得非常瘦。 可以透明地跨不同的网络，计算机平台，无缝地联合使用数据库，超文本等多种形式的信息。 B/S运行下的Internet易于设置，使用和管理。Client/Server结构比
21、较适合一些中小规模的系统,在客户端数量不是很大的情况下，C/S模式确是一个成熟的运行环境，具有很好的可靠性和保密性。但随着业务规模的不断扩大，客户端数量的增加与区域范围的延伸，C/S结构会显得力不从心。而B/S模式因为前端只需浏览器，工作量不会由于客户端的增加而急剧上升，不会影响系统的可靠性。考虑到与外部Imernet连接的情况下，可以建立一道防火墙，这样可以大大提高B/S结构的可靠性和保密性。3-1.4采用功能强大、可以进行现场集成的网络控制器本工程采用网络控制器（NC）作为控制的核心以及管理层与控制层的连接件具有以下主要的优势及要求： 网络控制器应具有现场级别的集成能力 以往的集成系统大多
22、采用在中央管理工作站进行集成的方式。由于中央管理工作站几乎全部采用PC作为硬件平台、Windows系统作为软件平台，其稳定性难于保证。在这种情况下，对多个系统进行集成，并进行多系统的相互连锁将面临着无法解决的风险。 而网络控制器作为现场控制设备，具有PCZWindows结构的中央管理工作站所无法具有的稳定性，其设计可以保证设备长期稳定运行。其具备的控制与管理功能使得系统互联成为可能。因此，在网络控制器层面进行系统集成与在中央管理工作站集成具有所无法比拟的优势。 网络控制器应具有强大的控制功能 网络控制器提供了一整套简单通用的图形化编程工具，来完成应用程序的设计。用户可以通过图形化编程方式进行自
23、由编程，易于编程使用。系统还提供大量经验证的JAVA功能控件，通过这些控件模块，使得用户可以简单地编制出复杂的应用程序。 网络控制器自身提供了WEBServer 网络控制器具有可以让用户自定制的WEB用户接口,其内嵌的WEBSerVer为用户提供了方便的数据访问方式，即使脱离系统主服务器，网络控制器NC也可稳定地为用户提供WEB服务。因此系统主服务器与NC的WEB服务器组成了分布式的WEB服务布局，这样的分布式网络布局可以分散主服务器相对集中的服务压力与风险，使得整个系统更稳定可靠。 网络控制器安全可靠 网络控制器使用安全可靠的嵌入式架构，电子部件设计安全可靠。用户访问级别使得访问服务安全可靠
24、。NC提供了分布式控制，具有极强的扩展性和稳定性。3-2功能说明能源管理电的管理，在进楼电源主线上加装，带通讯功能的功率表，通过485线缆与楼控服务器连接，通过空楼软件采集功率表的数值，并存入计算机数据库，实现数据的统计功能，而且也导出Excel和PDF供用户使用。（程序如图：） 照明管理根据可见光源的大小控制楼道灯光的启停，在走廊中心位置安装光敏传感器，来采集光源，当光源小于可视光亮度时自动启动走廊灯光照明，无需人工参与，当光源大于可见光源时断开走廊灯的电源。同时当进入深夜时不需要太多光源时用户可设定时间来关闭多余的灯光，实现最大化的节能效果。第四部分系统实施4-1网络环境建设根据项目实际规
25、模和情况，组建大楼弱电集成管理系统所需系统平台，包括：主机安装、集成管理系统服务器和通信接口安装、网络操作系统及数据库软件安装、集成管理系统应用软件安装。完成网络环境建设后，应试运行数天，保证其稳定性，以便日后编程。4-2系统编程作为智能建筑的最高界面管理，集成管理系统涉及各相关弱电子系统。根据我公司工程经验，首先应详细深入了解各子系统技术细节、系统工作原理和对外提供接口方式。其次，针对各子系统接口进行深入的调试，并完成相应接口程序开发，通过接口程序实现不同子系统信息在网络上的共享，以便统一管理各子系统信息。完成接口程序后，通过系统组态、设定和跨子系统联动编程，综合处理各子系统大量信息，使之成
26、为更直接、更方便、更综合的中央集成管理系统。完成系统组态后，进行测试和联调，主要测试集成系统和各子系统的对应情况、系统反映速度和联动执行情况。4-3系统试运行和验收系统编程完成后即投入试运行。在此期间对集成系统接口程序、系统组态和联动编程进行纠错和优化，经过数次反复最终形成最全面、合理、完善的集成系统。完成试运行后，组织业主、设计院和有关专家进行系统验收。4-4项目任务分解方案集成管理系统的建设一般可分为以下方面：a）接口协议确认了解分析各弱电子系统对外开放接口情况，接口模式及接口协议，对接口协议所提供子系统信息、数据、算法进行分析，充分了解子系统工作状况。现行的子系统接口模式主要有：基于串行
27、通信的RS232、RS485接口；基于TCPZIP的WINSoCK接口；基于COM、DCOM（构件对象模型）的OPC接口；微软的MAPI、TAPkDDE接口或者开放的数据库协议ODBC等通讯。b）接口编程接口编程主要是将子系统接口协议编译成集成系统所能接受和使用的数据格式，并通过接口程序获取子系统信息同时集成管理系统也可以下传信息给子系统。C）系统组态及设定从接口程序获得子系统信息后，集成管理系统通过丰富、强大的软件功能对子系统信息作综合处理，如：设备状态监视、时间表设定、报警提示、维护提示、跨子系统联动等。d）系统测试及联调集成管理系统编程完成后，理论上已实现对大楼各弱电子系统的集成管理,但必须进行多次测试、修改、试运行使其更完善、更有效并符合实际需要。在各弱电子系统投入使用后，进行系统联调，修订设定参数、修整控制逻辑、修正跨系统联动，使集成系统真正发挥其统一管理、综合处理、信息共享、提高效率和节能节支的功效。
