樓宇自動化系統方案

分類：解決方案日期：2007-02-05 00:00:00

摘要：樓宇自動化系統對整個建筑的所有公用機電設備，包括建筑的中央空調系統、給排水系統、供配電系統、照明系統、電梯系統，進行集中監測和遙控來提高建筑的管理水平，降低設備故障率，減少維護及營運成本。
關鍵詞：樓宇自動化系統智能建筑

第一章 BA系統

1.1 概述

樓宇自動化系統對整個建筑的所有公用機電設備，包括建筑的中央空調系統、給排水系統、供配電系統、照明系統、電梯系統，進行集中監測和遙控來提高建筑的管理水平，降低設備故障率，減少維護及營運成本。

設計樓宇自動化系統的主要目的在于將建筑內各種機電設備的信息進行分析、歸類、處理、判斷，采用最優化的控制手段,對各系統設備進行集中監控和管理，使各子系統設備始終處于有條不紊、協同一致和高效、有序的狀態下運行，在創造出一個高效、舒適、安全的工作環境中，降低各系統造價，盡量節省能耗和日常管理的各項費用，保證系統充分運行，從而提高了智能建筑的高水平的現代化管理和服務，使投資能得到一個良好的回報。樓宇機電設備監控系統，作為智能建筑樓宇自動化系統非常重要的一部分，擔負著對整座大廈內機電設備的集中檢測和控制，保證所有設備的正常運行，并達到最佳狀態。

某大樓準備建設成為一座現代化的智能辦公大廈，因此需要采用一套先進的優化樓宇自控系統來提高建筑內部機電設備的運行效率，降低賓館能源的消耗，并通過機電設備的自動化管理減輕操作人員的勞動強度。

本方案中樓宇自控系統的設計以滿足業主的要求、采用最先進的技術和系統、提供最高的價格性能比為原則，提供優化的設備運行方案和管理方式，以實現集散式（即集中管理、分散控制）的管理控制模式來運行設備，提供高效率的樓宇設備管理。

根據大樓樓宇自控系統的技術要求，我們推薦采用美國艾頓科技公司（Alerton Technologies）公司推出的BACTalk綜合樓宇管理系統。該系統是目前世界上最為先進的高效能、集成化的BMS系統，該系統根據需要可將大廈的樓宇控制系統、消防報警系統及安保自動化系統集成在一個平臺上，并適用于大樓的建筑特點及先進的控制和管理要求，包括選用最先進的BACnet技術的現場控制器，以及與其他供應商系統及OA系統的開放性接口。

本方案樓宇自控系統的監控范圍及系統目標包括以下幾部分：

空調通風監控系統

鍋爐與熱交換系統
中央制冷監控系統
給排水系統
照明與動力系統/供配電系統
電梯監控系統

1.2 系統設計原則

在樓宇自動化系統的設計中我們遵循以下的原則:

可靠性：采用分布式控制系統，即將任務分配給系統中每個現場處理器，免除因系統內某個設備的損壞而影響整個系統的運行。
擴展性及靈活性：系統具有可擴充性，以便將來擴展網絡服務范圍的需要。系統可在日后任何地方加插現場控制器及操作員終端而不影響本系統操作。
實用及方便性：系統可容納大廈內給機電系統的不同需要。并綜合各系統資料，顯示于操作員終端，方便管理。
開放性: 系統采用開放式結構,在分站與現場子站之間采用開放式的國際標準BACnet協議。
經濟性：系統中的現場處理器足夠應付日后技術的快速發展，現階段的投資可以得到充分利用及保護。

1.3 系統設計依據

本系統設計是以弱電系統工程議標文件要求及所附圖紙為基礎，參照中國國家標準和全球首個自控行業標準（BACnet）而設計。智能大廈BAS系統的設計依據如下：

美國ANSI/ASHRAE-135-2000--BACnet標準
歐洲CEN Technical Committee 247---BACnet標準
民用建筑電氣設計規范（JGJ/T16-92）
民用建筑電氣設計規范（JGJ/T16-92）條文說明
采暖通風與空調調節設計規范（GBJ19/87）
火災自動報警系統設計規范（GBJ116/88）
民用建筑照明設計標準（GBJ133-90）
民用建筑照明設計標準（GBJ133-90）條文說明
工業與民用供電系統設計規范（GBJ52-83）
低壓配電裝置及線路設計規范（GBJ54-83）
建筑設計防火規范（GBJ16-87）
高層民用建筑設計防火規范（GBJ45-82）
汽車庫設計防火規范（GBJ67-84）
建筑物防雷設計規范（GBJ50057-94）
智能建筑設計標準（上海市DBJ08-4-95）
總線局域網標準（IEEE802.3）
環形局域網標準（IEEE802.5）

1.4 方案設計說明

1.4.1 產品選型及廠商簡介

根據智能大廈的基本要求及規范，以及樓宇自控系統的發展方向和BAS的設計的原則和依據，我們選用了美國艾頓（Alerton）公司的全部各層通訊協議均基于BACnet標準開發出來的BACtalk系列產品。

美國艾頓（Alerton）公司是生產暖通空調的直接數字控制系統的專業廠家之先導。艾頓公司具有世界先進水平的樓宇自控系統，使業主和物業管理人能通過簡易的Windows界面完成一切設備的監控管理及操作，并進行能量管理及租戶計賬功能，滿足從辦公樓、大學、飯店、展覽館、工廠、博物館以至軍事設施等任何規模的樓宇設備控制及管理要求。

艾頓公司總部設于美國西雅圖，與著名的波音及微軟等高科技公司總部為鄰。全球現有項目超過5000個。

美國艾頓（Alerton）公司開發的BACtalk的系統結構極其簡潔，它由二層組成：Windows95和Windows NT工作站，網絡控制器和現場控制器。 BACtalk使用樓宇自控網標準通訊類型，Ethernet或ARCNET高速網作為工作站和網絡控制器間的支柱。BACtalk Lsi是網絡控制器，作為Ethernet或ARCNET與MS／TP(EIA-485)現場控制器網絡的路由，同時它也是一個全局控制器，可以完成定時、假日、報警、記錄及其它各種設備控制功能。

艾頓公司為BACtalk系統開發了一個具有不同配置的完整的現場DDC控制器系列VLC（Visual Logic Controller）。用戶可以根據具體用途選擇合適的控制器。從VAV末端控制器到風機盤管、熱泵、通風機、空調機等通用控制器，全部自帶樓宇自控網通訊裝置；由于使用EEPROM，VLC控制器不需要常備電池；中央設備VLC控制器還備有硬件時鐘選件，可在危險區域提供單機運行能力。無論哪一種VLC控制器都可以保證快速、精確、靈活、可靠地運行。VLC采用工業標準輸入端，可使用各種類型的傳感器和信號變送器。

1.4.2 BACtalk系統特點

（1）完全符合BACnet協議

從中央操作站、網絡控制器、路由器到DDC控制器，均符合美國ANSI/ASHRAE：135-1995標準之有關規定。從應用層、網絡層、數據鏈路層到物理層均采用BACnet協議之技術。

（2）簡潔的兩層網絡結構

在BACnet協議規定的五種局域技術中選用了Ethernet和MS/TP，上層（監督管理層）采用Ethernet網，下層（實時控制層）采用MS/TP網。上下兩層通過路由器或網絡控制器相通。網絡控制器及路由器直接掛裝在以太網上，與計算機工作站同層。網絡控制器及路由器通過MS/TP總線網連接各DDC控制器。因此，上層只是計算機和網絡控制器及路由器，而下層則是DDC控制器。

（3）高速的網絡通訊

網絡控制器及路由器直接掛裝在以太網上，通訊速度可達10MB以上。VLC控制器掛裝在MS/TP網上，通訊速度可達到76.8Kbps，完全可以滿足樓宇設備實時控制的需要。

BACtalk系統網絡結構圖

（4）立體動畫圖形界面

無論是人機監控界面還是VLC編程界面，都采用了三維立體。動態圖形能實時反映各設備的運行情況，使操作更加直觀和簡潔。三維圖形可通過軟件、AUTOCAD或掃描輸入獲取并填加到系統圖形庫中。

（5）通用的操作系統平臺

BACtalk系統是在Windows 95/98、Windows Me或Windows NT操作系統平臺下運行的，極易被用戶熟悉和掌握。

（6）多種通訊手段

網絡控制器及路由器能支持多種不同通訊形式：以太網（ETHERNET）、ARCNET、PTP、MS/TP

（7）擴展方便

由于網絡控制器及路由器直接掛在以太網上，因而擴展也非常容易，數量基本上沒有限制。數據處理的能力只取決于計算機硬件配置。

MS/TP網可通過網絡中繼器擴展距離及覆蓋范圍，使增加VLC（DDC）對新增設備進行監控變得靈活、易行。

（8）可視化邏輯編程

Alerton公司為BACtalk系統開發了一種功能強大，使用簡便的編程工具-Visual Logic圖形編程軟件，具有友好的人機界面，操作簡便。它包括了一整套功能齊全的功能塊和模型數據庫，每個功能會都用一個三維立體圖形表示，通過有機的連接，可以提供一個非常清晰的控制流程，實現所需要的任何控制序列。具有動態圖形顯示功能。系統所有彩色圖形是動態地連接在相關點上，如果連接的系統或組成部分或是來自操作者的信號改變了，它們也隨之改變。并且可立刻編程存檔資料方便日后查詢。因此任何技術人員接手后，都能在短時間內掌握整個控制原理和程序。

使用VISIO作為繪圖工具。在視窗環境中，Visual Logic編程圖形和BACtalk動態運行圖形可以同時顯示在熒光屏上，因而可立即在動態圖形上看到修改后的控制效果。這種實時同步操作的編程語言為工程人員提供了前所未有的方便并減少了反復查詢繁復程序。

（9）品質優良、可靠性高

BACtalk系統是一個“全主式”系統，所有的控制器均是獨立工作并能進行對等通訊（Peer to Peer），控制器處于同等地位。由于具備了獨立控制功能，使得子站在中央系統停止工作或某一控制器故障時，其它分站工作正常也能彼此互相通訊，從而保證了控制的連續性和可靠性。此外,系統中的各級設備可通過網絡通訊在同一時刻組成不同級別的集散控制系統或不同的結構組織形式，從而最大限度提高了系統的可靠性和靈活性。

數據的趨勢記錄由BACtalk系統自動完成，系統可以降低網絡的阻塞。

（10）靈活的設置

BACtalk系列產品為控制單元專用的模塊，具有獨立的網絡地址和通訊功能，無須與現場相應的BACnet產品相連，可以掛在整個網絡的任意位置，根據需要可靈活地與子站進行搭配，不但能節省系統安裝管線和人工等安裝費用，而且可以節省安裝時間，并使保養維護更加簡單方便，體現出優秀的集散性能。

（11）安裝簡單、維護方便

BACtalk控制器及其模塊由端子底座板和插入式電子單元組成，可直接安裝在機箱上。現場設備的接線接入基本板，這些底座板可以首先安裝、接線和檢查，然后在系統開通和運轉時再連接電子部分。電子單元可以不受端子連接影響而移動，可以迅速、安全地取出維修。

（12）節能效果突出

本系統有多種節能措施，如空調系統按預定的時間表運作，制冷系統實時根據冷量控制冷水機組的啟動臺數等，大大節省電量、水量及熱量，以求獲得更高的經濟效益。

（13）提高勞動生產率及管理水平

實現了設備自動監控與管理，大大提高勞動生產率，使業主可減少部分工程人員和管理人員，節約人員開支。系統的綜合統籌管理可使設備按最優組合運行，既可節能，又可大大減少損耗，減少設備維修費用。

（14）BACtalk系統安全性

BACnet系統安全方面的主要威肋來自于某些人有意或無意地改變了配置參數或控制參數。問題經常是由于某個出錯的計算機，超出了安全考慮的范圍。因此安全措施的一個重要地方是人--機接口處，由于人--機接口不屑于通信協議，因此廠家可根據需要自由地在該接口處設置密碼保護、跟蹤記錄或其它控制措施。

1.4.3 BACtalk系統的組成

（1）BACtalk中央操作站

漢化的人機監控界面。圖形編程、時間表控制、趨勢記錄以及其它自動控制功能的設置工具。艾頓BACtalk for Windows操作終端軟件是一個真正的基于視窗的樓宇自控系統操作軟件，通過BACtalk，在一臺個人計算機上就可以監視和控制整個系統。BACtalk通過以太網，或者PTP串行口或modem與BACnet現場設備和其它廠家的BACnet兼容設備進行通訊。