皖北煤电集团办公楼楼宇自控系统个案研究

2008-01-25 00:00:00 来源:数字社区与智能家居 责任编辑: boxer8888 收藏本文

    皖北煤电集团办公楼是安徽北部地区最先进的智能大厦，建筑面积27000平方米，地上二十二层，地下三层。其中楼宇自控系统采用的是由我公司提供系统设计、产品供应、安装调试的美国江森自控METASYS系统，控制范围包括4台风冷热泵机组、3台空调机组、25台新风机组、高低压配电系统、送排风系统、给排水系统、照明系统、电梯系统。系统总监控点数856点，其中模拟量输入（AI）136点 、数字量输入（DI）428点、模拟量输出（AO）34点、数字量输出（DO）258点。

　　系统包括1个中央操作站、1台NCU网络控制器、18台DX-9100-8454直接数字式控制器、36个XT传输模块、56个XP扩展模块。中央操作站及网络控制器是通过BACnet网（N1网）将各节点连接起来，同时安装在建筑物各处的直接数字控制器（DDC），通过N2现场总线（N2网）连接到网络控制器上，传感器及执行器等连接至以上各直接数字控制器。

　　系统控制功能

　　1. 风冷热泵机组

　　由METASYS系统按每天预先编排的时间假日程序来控制热泵机组的启停和进行监视各设备的工作状态如下：

　　●热泵机组手/自动转换状态；

　　●热泵机组启停控制；

　　●热泵机组运行状态；

　　●热泵机组故障报警；

　　●机组水泵启停控制；

　　●机组水泵故障报警；

　　●机组水泵运行状态；

　　●供回水压差检测；

　　●供回水温度检测；

　　●供回水压力监测；

　　●回水流量检测；

　　●计算冷负荷。

　　以上工作状况可用文字或图形显示于彩色显示屏上，也可打印出来作为记录。

    通过网络控制器（NCU）和安装在热泵机房内的直接数字式控制器DDC将按内部预先编写的软件程序来控制热泵机启停的台数和相关设备的群控：

　　●根据集/分水器的压差来控制平衡调节阀调节水管总供/回水压差平衡；

　　●通过检测水管的总供/回水温度和回水流量，计算出空调系统的冷负荷；

　　●根据实际冷负荷来决定热泵机组的启停组合及台数（相应水路自动转换），以便达至最佳的节能状态；

　　●各联动设备的启停程序包括一个可调整的延迟时间功能，以便配合热泵系统内各装置的特性；

　　●热泵机组、动力泵运行时间累积。

　　2. 空调机组

　　●回风温度控制

　　DDC控制器会监测送、回风温度并将它与预设的温度值（可供用户调校）作比较，进行PID运算，然后输出至电动调节水阀，以作温度调节作用。另外，此水阀会与风机状态联锁，在没有风机状态的情况下，将水阀关闭。

[NextPage]　　●送风湿度控制

　　DDC控制器会监测送风湿度并将它与预设的湿度值（可供用户调校）作比较, 进行ON/OFF运算，然后输出至加湿器，以作湿度调节作用。

　　●室外温度监测

　　●室外湿度监测

　　●风阀控制

　　此风阀控制与风机的状态联锁，风机开，风阀开；风机停，风阀关。

　　●风机开关控制

　　风机的开关控制主要是通过BA系统预设的时间表来进行启停控制的。在一些特别的情况，如加班情况，风机有需要在预先设定时间表之外的时间启动，用户可选择在BAS操作站上手动启停风机。 　　

　　BA系统允许用户自行设定风机状态与控制之间的联锁监测功能。在设定此功能后，BA系统会自动监测风机的状态是否与控制要求一致。如果不一致时，BA系统会同时定义此状态点与控制点是故障的，并以声光报警形式在操作站上显示， 以提醒操作人员做出相应的处理工作。而BA系统也会将有关的事项一一记录，以作日后检查之用。另外BA系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间，以便维修人员在设备运行至一定时间后，进行维修工作。

　　●风机跳闸报警监测

　　DDC控制器会监测风机跳闸报警。在有报警时，停下风机并以声光报警形式在操作站上显示，以提醒操作人员安排有关人员做检修工作。而BA系统也会将有关的事项一一记录，以作日后检查之用。

　　●风机压差状态监测

　　BA系统通过压差开关，监测风机的前后压差，以测量风机的实际状态。

　　●过滤网阻塞报警

　　当过滤网阻塞时，压差开关给出过滤网堵塞报警信号，通知工作人员清理过滤网。

　　3. 新风机组（控制功能与空调机组基本相同）

　　●送风温度控制送风湿度控制；

　　●风机开关控制；

　　●风机过滤网淤塞报警； 
 
　　●风机跳闸报警监测；

　　●风机压差状态监测；

　　●过滤网阻塞报警。

　　4. 高低压配电系统（包括变压器、高压柜、低压柜、直流屏）

　　对于电流、电压的监测，BA 统主要的功能是做监测、记录，报警的用途。系统会对各返回数值做记录，预设值为24小时。如有需要，可用Trend的功能对有关的监测对象作长时间的监测记录，有关数据可输出至其它第三方的软件，如Excel等，以作数据管理及分析用途。同时，系统也允许用户对各监测对象预设上下报警值、上下预警值、报警提示及报警等级。当监测的对象超出预设值，BA系统会以声光报警形式在操作站上显示，以提醒操作人员做出相应的处理工作。而 BA系统也会将有关的事项一一记录，以作日后检查之用。

[NextPage]　　对于开关状态、电源状态、故障报警等开关量输入点，BA系统主要的功能是做监测、记录、报警的用途。系统会对各返回数值做记录，预设值为对上十次状态改变。对于每个报警点，BA系统允许用户预设报警提示及报警等级。当监测点报警时，BA系统会以声光报警形式在操作站上显示，以提醒操作人员做出相应的处理工作。而BA系统也会将有关的事项一一记录，以作日后检查之用。

    本系统采用了5台用直接与N2网连接的INT-1533-L-5-M-010抛弃独立传感器的完整的测量仪表解决方案，是国际著名专业传感器厂家CROMPTON公司专为JOHNSON CONTROL生产的，INT-1533-L-5-M-010系列是应用于商业与工业上的三组可直接上N2BUS的电力测量仪，这种革新后的仪表将电力仪表设备与高精度的工业级别CTS有机结合在一个设备中，消除了对外部电子设备的封装，从而在很大程度上降低了安装时间及费用。依据ANSI CI12.1仪表标准，系统误差仅为＋1％，INT-1533-L-5-M-010电力表是非常理想的计量分表，唯一需要选择的参数是KW（需要量）及KWH（消耗量）。INT-1533-L-5-M-010加强型数据流测量仪可以输出26个电力参数，包括KVAR、VA及功率因素，是电力监视与诊断的理想工具。

　　5. 照明系统（包括公共照明、建筑立面照明、泛光照明）

　　对于照明系统的控制，按照预定的时间表、相互的逻辑关系定时通断控制立面照明、泛光照明、走廊照明、公共照明等。BAS可以方便的开、关照 明系统的每一组照明和设备，设定和修改时间表，达到了系统最优化管理。

　　6. 排风机系统

　　●风机开关控制

　　●风机跳闸报警监测  

　　●风机运行状态

　　7. 给排水系统

　　●生活水泵监控

　　手/自动状态反馈、主回路状态反馈、故障状态反馈、主回路开关控制。

　　●水池水位监控

　　现场DDC控制器监测有关水池水位，并根据水池的高低水位启停相应的水泵，以保证水位保持在控制的范围内。有关的控制过程，BA系统也会一一记录，以作日后检查之用。

　　●水泵状态监测

　　BA系统允许用户自行设定水泵状态与控制之间的联锁监测功能。在设定此功能后，BA系统会自动监测水泵的状态是否与控制要求一致。如果不一致时，BA系统会同时定义此状态点与控制点是故障的，并以声光报警形式在操作站上显示，以提醒操作人员做出相应的检修工作。而BA系统也会将有关的事项一一记录，以作日后检查之用。

　　●设备累计使用时间

　　BA系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间，以便维修人员在设备运行至一定时间后进行维修工作。

　　●水泵故障报警监测

　　DDC控制器会监测水泵的故障报警。在有报警时，停下此水泵并以声光报警形式在操作站上显示，以提醒操作人员安排有关人员做检修工作。而BA系统也会将有关的事项一一记录，以作日后检查之用。

　　8. 电梯系统

　　BA系统对电梯的监测按照该电梯可提供的状态触点来监视，包括电梯运行状态监测和电梯故障报警监测。所有的反馈信号均从电梯的控制箱中接出。为32路，与指挥中心的矩阵主机为相同厂家，便于联网。

　　在保卫部门和主管经理办公室分别设置分控台，用于系统的分控。

[NextPage]　　b. 硬盘录像机

    本系统采用动态实时录像模式，当画面选定区域中的图像发生变化时自动启动录像，画面静止时自动结束录像。连续录制时间不少于四十天。选用十六路数字硬盘录像机12台，硬盘录像机统一由一台计算机管理，操作简便，也可以通过局域网进行操作，采用网络编辑刻录系统，根据需求进行光盘统一刻录。

　　（4）互联组网

　　生产管理中心的矩阵主机将8路视频信号输出送至指挥中心的矩阵主机，在指挥中心的中控室可以实时监视生产管理中心大楼内的任意一路视频图像，两端分别设置八路视频加一路双向数据专用光端机。

　　在指挥中心监控机房增设显示器和矩阵主机的输入、输出条用于对生产管理中心各监控点的图像监视。

　　3. 防盗报警系统

　　在防入侵报警系统中，使各监控点与闭路电视监视系统联动，一旦报警被触发，能够做到图像、声音多方式取证。报警主机能够实现对各监控点的单点布防和撤防。

　　本系统在每层电梯厅设置双鉴探测器、声音复核探测器，每一个声音复核探测器均与一个摄像机、一个双鉴探测器相对应。在走廊设置紧急手动报警按钮、非可视对讲分机，在一层大厅玻璃墙内设置玻璃破碎报警探测器。

　　本系统通过防盗报警主机专用光端机，将报警信号实时汇总到指挥中心的防盗报警主机，进行统一管理。

　　4. 门禁系统设备安装工程

　　（1）管理中心子系统

　　本工程系统管理中心共设置了两台服务器，其中一台一卡通综合数据库服务器和一台WEB应用服务器。

　　（2）门禁子系统

　　控制点选择的原则是对办公区域设防，在电梯厅出入口、电梯前室、楼梯防火门、各办公房间出入口等总共设置有123个控制点，共设置读卡器169个。

[NextPage]　　（3）消费子系统

　　采用非接触IC卡进行消费管理，代替传统的用现金消费的模式，利用大楼的局域网络，在三层餐厅设置两台POS机。

　　（4）巡更子系统

　　本次设计利用门禁子系统在每层电梯前室和电梯感应门的读卡器作为巡更系统的数据采集点，使用这种在线式的巡更管理系统最大的好处是可以利用原有的门禁读卡器，从而节约成本。巡更读卡只向巡更系统传送巡更数据而门锁不动作。

　　（5）访客子系统

　　本次设计在生产管理中心大楼的一层接待处设置一个访客系统终端、扫描仪和打印机。可以将来访人员的证件进行扫描，存入数据库中，然后由管理员打印临时出入卡片，进行相应的系统授权，以达到控制访客出入和跟踪访客的目的。

　　（6）发卡子系统

　　本系统在移动指挥中心大楼完成统一发卡工作，进行用户信息的输入工作，同时为每一张卡片建立必要的密钥，对每一个员工进行各种功能的授权。

　　（7）联网及对指挥中心一卡通系统的改造

　　将所有的门禁信号实时汇总到移动指挥中心，生产管理中心大楼门禁系统选用的设备与移动指挥中心大楼一卡通系统设备相兼容，并由设备集成商提供成熟的软件系统平台，不仅应用在生产管理中心新建门禁系统，同时还要考虑优化及改造移动指挥中心大楼的一卡通系统。

　　5. 综合布线系统安装工程

　　综合布线作为智能建筑的基础设施，为建筑物提供一种统一、灵活、高性能的管线系统，以方便系统维护、变更、扩容以及技术升级的需要。

　　（1）工作区子系统

　　大楼内的综合布线系统采用非屏蔽6类对绞电缆、光缆组成布线系统。共设计信息点3724个（预留278个），其中语音点1514个（预留130个），数据点2210个（预留148个），双口光纤点57个。预留信息点只敷设管线、安装面板或盲板、不安装模块。

　　（2）干线子系统设计

　　话音主干采用3类50对大对数铜缆作为语音信号的主干传输电缆。数据主干，标准层采用一条24芯多模光缆，其它层采用一条12芯多模光缆。

　　水平双口光纤点采用4芯多模光缆。

　　（3）管理间子系统

　　数据、语音主设备管理间位于大楼地下一层的弱电机房，安装19寸标准机柜三台，安装语音配线架（MDF）一台。每层设置一个设备管理间，标准层设备管理间内设置19寸机柜两台。

　　6. 局域网系统设备安装工程

　　（1）网络结构

　　生产管理中心的计算机局域网的网络系统采用快速交换式以太网络。网络结构分为两层：即核心层交换机与接入层交换机。核心层交换机利用光纤采用星型结构联接服务器和各楼层的接入交换机，楼层的接入交换机用6类UTP双绞线联接至本层的网络数据端口，通过网络数据端口联接到用户计算机（PC）。

　　（2）网络设备配置

　　计算机局域网系统的核心交换机、服务器等设备安装在地下一层的弱电机房内，接入交换机设备安装在各楼层的设备间19寸标准机柜内。

　　a. 核心交换机

　　在局域网系统中配置具有三层交换功能的交换机2台，安装在地下一层弱电机房内。该交换机配置双引擎、双电源的冗余备份手段和技术，保证设备在发生故障时能在最短时间内恢复，以最大程度地保证网络的正常运转。

[NextPage]　　每台核心交换机配置54个GE接口，通过划分VLAN的方式将存续企业管理中心、帐务管理中心、商务管理中心三个管理中心隔离，便于对各中心有效地实行分层管理。

　　b. 接入交换机

　　接入交换机配置40台。选用24口交换机，每个交换机配置两个GE端口和24个FE端口。

　　c. 服务器

　　在局域网系统中配置两台服务器和两台工作站，工作方式采用双机热备份工作方式，以保证稳定运行网络的操作系统。

　　（3）互联方案

　　生产管理中心新建的局域网与指挥中心局域网互联组网，利用指挥中心局域网系统的安全机制，需要扩容相应的软件。

　　7. 有线电视系统安装工程

　　生产管理中心大楼原设计有卫星电视及有线电视系统，电视机房设置在大楼顶层。系统传输采用最先进的550M邻频传输技术，对电视信号经过邻频技术处理，保证在每个收视点均能做到画面清晰、伴音宏亮。

　　本次设计在会议室、办公室、休息室、餐厅等设置用户分支器及有线电视插座，设计中总共设置电视插座129个。

　　8. 会议系统及信息显示系统设备安装工程

　　（1）会议电视系统

　　现在指挥中心大楼三层为电视会议室的主会场，在生产管理中心四层新建一分会场。

　　本次设计采用网络媒体矩阵技术进行音频控制及处理，可以预存各种使用模式（如各种视频放映模式、报告会模式、会议模式等），可靠性高并避免了各离散设备的噪声叠加。采用先进的智能中控技术，汇集音频、视频、计算机、电视会议、监控、机电环境控制等系统为一体，实现智能化集约化的管理控制。

　　主要系统配置如下：

　　a. 视音频输入部分：摄像机、影碟机、编辑计算机、话筒等。

　　b. 视音频输出部分：电动屏幕、投影机、29寸等离子电视、音频矩阵处理器和有源AV调音台等。

　　c. 集中控制系统：智能中央控制主机、A/V矩阵各一台。

　　（2）普通会议系统

　　a. 3个大型会议室内配置影碟机、投影仪、话筒等设备。

　　b. 6个中小会议室各配置一台投影仪和电动屏幕。

    （3）显示系统

    为了发表各种公共信息、文字、图像及通知等，便于员工及访客及时了解和掌握公司最新动态，在一层大厅结合装修配置1800mm×5000mm LED双基色电子显示屏一块；三层餐厅和一层大厅接待室设置42寸等离子电视共10台；电梯内配置15寸嵌入式液晶显示屏。

[NextPage]　　9. 程控用户交换及传输

　　（1）程控用户交换

　　现在指挥中心大楼二层机房有一个北京网通电话交换模块局，是指挥中心与天宁寺办公楼的两个程控用户交换机的市话中继电路出口局，长途电话是通过中国移动CMNet网络。

　　生产管理中心大楼新建的500门程控用户交换机（终局按800门考虑）选用与指挥中心大楼现有的800门程控用户交换机同厂家、同型号的程控用户交换机（PABX），这样两楼的PABX互联组网可以通过同型号程控用户交换机之间的内部中继信令进行互联组网，使两个PABX完好地融为一体，形成一套完整的交换系统，可以更好实现PABX所有功能的统一，同时还便于日常维护与集中管理。

    （2）互联设计方案

　　生产管理中心与指挥中心需要互联采用多业务接入设备（MSTP）互联组网方式。多业务接入设备（MSTP）是基于SDH技术，同时实现TDM、ATM、以太网等多种业务的接入、处理和传送功能，并能提供统一网管的多业务接入设备。

　　MSTP设备技术的优点主要表现在设备接口比较丰富，支持多种业务类型，具有灵活的服务提供能力，最大效用的光纤带宽利用，较小粒度的动态带宽管理，在各层次网络得到了广泛的应用。

　　光缆路由：生产管理中心与指挥中心间租用北京通信12芯单模光纤，应采用两条不同路由光缆以满足组网的安全性要求，以实现连接两端MSTP互联需求。

　　10. 不间断电源（UPS）系统

　　在地下一层弱电机房设置一套容量为40KVA的UPS主机，2台主机之间采用并联冗余工作方式，电池组放电时间为30分钟，以保证各弱电系统的稳定运行。

　　在每层的弱电设备间19寸标准机柜内配置1台1KVA的UPS主机，共计14台，电池组放电时间为15分钟，供楼层接入交换机等网络设备用电。
在弱电井、机房等处安装接地铜排。
　　
　　11. 楼宇自控系统

　　楼宇自控系统原盈创大厦已设计，本工程根据平面变化对其末端进行调整。

　　结束语

　　生产管理中心弱电系统工程于2006年竣工，投入使用，我们会继续跟踪调查设备运行使用情况，希望这些设计经验会对今后类似工程的设计提供有价值的参考。

    参考文献

    [1]《智能建筑设计标准》GB/T50314-2000 中国计划出版社 2000年

    [2]《安全防范工程技术规范》GB/T50348-2004 中国计划出版社 2004年

    [3]《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-1994 中国计划出版社 1994年

    [4]《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》GB/T50311-2000 中国计划出版社 2000年

    [5]《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-1992 中国计划出版社 1994年