智能通信在樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

黃文杰，趙茜

（陜西烽火通信技術(shù)有限公司，陜西寶雞721006）

智能通信在樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

黃文杰，趙茜

（陜西烽火通信技術(shù)有限公司，陜西寶雞721006）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)生活、辦公環(huán)境安全性、舒適性的要求日漸增長(zhǎng)，智能建筑應(yīng)運(yùn)而生。樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)是智能建筑的一個(gè)重要組成部分。通過(guò)結(jié)合具體的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。

智能通信；BAS；監(jiān)控方案；控制系統(tǒng)

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(lái)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(guò)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(kāi)發(fā)區(qū)，總建筑面積2.7萬(wàn)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(chē)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》、GB50524?1996《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(guò)基于服務(wù)器－客戶(hù)端模式的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)各個(gè)子系統(tǒng)的相關(guān)信息，并向用戶(hù)提供實(shí)時(shí)查詢(xún)、瀏覽、打印和Internet網(wǎng)絡(luò)查詢(xún)等服務(wù)。

圖1 大廈BAS結(jié)構(gòu)圖

（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(chēng)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(xiě)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲國(guó)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(hù)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(mǎn)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(guò)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(lèi)型：

DO：數(shù)字量輸出（如電機(jī)的啟/停、斷路器的開(kāi)/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(mén)開(kāi)度、電機(jī)轉(zhuǎn)速給定等）。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備雖然種類(lèi)繁多，但可以大致分為以下四類(lèi)：

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(mén)及閥門(mén)驅(qū)動(dòng)；

電控箱：與電氣工程配合，提供被控設(shè)備開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(mén)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(guò)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。

圖2 中央空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

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(mén)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(huà)面如圖3所示。

畫(huà)面中有送、回風(fēng)的溫濕度、水閥的開(kāi)度、防凍開(kāi)關(guān)、送風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的顯示以及加濕閥的開(kāi)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(guò)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(zhuān)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。

圖3 新風(fēng)系統(tǒng)組態(tài)畫(huà)面

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(chē)庫(kù)等監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)集成；操作員可通過(guò)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(huà)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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Application in intelligent communications in BAS

HUANG Wen?jie，ZHAO Xi
（Shaanxi Communication Group Co.，Ltd.，Baoji 721006，China）

With rapid developing of computer technology，control technology communication technology and information technology，people’s requirements for life，working environment security，comfort is gradually increasing，so the intelligent building has emerged at the right moment.BAS（building auto?control system）is a important part of the intelligent building.In combination with a certain intelligent building control project，the total design scheme of the system and monitoring scheme of the sub?systems are presented in this paper.It has a certain value in application.

intelligent communications；BAS；monitoring scheme；control system

TN911?34

A

1004?373X（2015）05?0014?03

黃文杰（1972—），男，工程師，陜西烽火通信技術(shù)有限公司。主要從事通信技術(shù)研究。

趙茜（1989—），女，西安航空電子科技有限公司。主要從事通信技術(shù)研究

2014?09?21