自動化控制及其在樓宇自控系統(tǒng)中的應用研究

宋新國

[摘? ? 要]隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，智能建筑的BA系統(tǒng) （全稱樓宇設備自控系統(tǒng)，Building Automation System-RTU）對于產(chǎn)品提出了較高的要求，產(chǎn)品應該具有可靠的性能和經(jīng)濟的性能以及安全與聯(lián)網(wǎng)便利的性能。對于聯(lián)網(wǎng)便利性，傳統(tǒng)的樓宇設備自控產(chǎn)品大多數(shù)采用總線協(xié)議進行聯(lián)網(wǎng)，如LonWorks、BACnet、Modbus、KNX等，由于現(xiàn)場距離超長造成聯(lián)網(wǎng)困難。 Honeywell WEBs是Honeywell公司推出的一款先進的樓宇設備自控系統(tǒng)，有效解決了聯(lián)網(wǎng)的問題，通過TCP/IP網(wǎng)絡架構進行聯(lián)網(wǎng)，極大地解決了現(xiàn)場設備布線、聯(lián)網(wǎng)的困難。文章從實際的項目出發(fā)，介紹基于TCP/IP架構聯(lián)網(wǎng)的樓宇設備自控系統(tǒng)在實際項目的技術應用。

[關鍵詞]自動化控制;樓宇自控系統(tǒng);技術應用

[中圖分類號]TU855 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）05–00–02

Automatic control and its application research in building automatic control system

Song Xin-guo

[Abstract]With the rapid development of the world， the BA system of intelligent buildings （the full name of Building Automation System-RTU） puts forward higher requirements for products， and products should have reliable performance and economic performance to ensure safety and networking Convenient performance. For the convenience of networking， most of the traditional building equipment automatic control products use bus protocols for networking， such as LonWorks， BACnet， Modbus， KNX， etc. Due to the long distance between the scenes， it is difficult to connect. Honeywell WEBs is an advanced building launched by Honeywell. The equipment automatic control system effectively solves the problem of networking. The TCP/IP network architecture is used for networking， which greatly solves the difficulties of field equipment wiring and networking.

Starting from the actual project， this article introduces the technical application of the building equipment automatic control system based on the TCP/IP architecture network in the actual project.

[Keywords]automatic control;building automatic control system;technical application

智能建筑在建設和使用過程中自動化技術應用具有至關重要的作用，通過集成BAS的子系統(tǒng)來運行最佳的管理系統(tǒng)，并實現(xiàn)高服務性，這一點非常重要。目前，BA系統(tǒng)的通信聯(lián)網(wǎng)方式較多，但各個廠家聯(lián)網(wǎng)方式開放性不夠，如LonWorks、BACnet、Modbus、KNX等的通信協(xié)議聯(lián)網(wǎng)方式都有自己的局限性，而通過TCP/IP網(wǎng)絡架構進行聯(lián)網(wǎng)，增加了現(xiàn)場操作的簡易性，對現(xiàn)場技術人員的要求大大降低，用WEBs界面操作對于故障的排除特別簡單明了。項目的網(wǎng)絡架構是由兩級網(wǎng)絡和三級設備構成，兩級網(wǎng)絡由管理層網(wǎng)絡和監(jiān)控層網(wǎng)絡組成。兩級網(wǎng)絡之間通過聯(lián)網(wǎng)控制器相聯(lián)接。整體系統(tǒng)架構是分布式系統(tǒng)，在聯(lián)網(wǎng)控制器失效時，各位于現(xiàn)場的DDC（Direct digital control）控制器都可以獨立地繼續(xù)正常工作。三級設備的第一級為中央控制工作站，設置在中央控制中心;第二級為通用網(wǎng)關及路由器，設置在各弱電間中;第三級為直接數(shù)字控制器以及各種信號采集傳感器和驅(qū)動裝置，隨著被控制的機電設備就地安裝。

Honeywell WEBs的技術核心是具有開創(chuàng)性的Niagara體系架構。用于智能建筑自動化控制系統(tǒng)、工業(yè)建筑自動化控制系統(tǒng)和能源管理市場。使用Honeywell WEBs這一款新的樓宇設備自動控制系統(tǒng)，可以通過一個WEB的網(wǎng)頁界面實時和安全及有效地管理整個智能建筑的機電設備，從而降低成本，提高工作的質(zhì)量及效率，提高企業(yè)在市場上的競爭力。

Honeywell WEBs這款產(chǎn)品是一個基于網(wǎng)頁應用的開放式的平臺，可以很容易地兼容和集成不同廠家不同系列的產(chǎn)品，在有擴展要求的時候可以方便地將新增加的設備添加進來，體現(xiàn)了產(chǎn)品的可擴展性能。

1 樓宇自動控制系統(tǒng)應用技術

項目由一棟3星級酒店改造成一個高端的養(yǎng)老機構。項目建筑現(xiàn)狀為6層3星級酒店，項目用地面積約2 800m2，總建筑面積約4 000m2。周邊老舊住宅較多，區(qū)位和配套適合打造為中高端養(yǎng)老機構。本項目的BA系統(tǒng)點表共752個點位，設置23個現(xiàn)場控制器和23個擴展控制器及3個聯(lián)網(wǎng)控制器，采用Honeywell WEBs系列產(chǎn)品。綜合管理平臺使用WEBStation-N4軟件中央控制管理平臺，使用的管理層設備包括WEBStation-N4軟件平臺和WEB-8000聯(lián)網(wǎng)控制器;現(xiàn)場設備控制使用BACnet協(xié)議的Spyder類型的控制器與Spyder VAV控制器?，F(xiàn)場設備（包括傳感器、執(zhí)行器、閥門等）使用利舊的設備或新增加的Honeywell公司的相關設備。圖1為此項目自動化控制系統(tǒng)系統(tǒng)圖。

現(xiàn)場的監(jiān)控和控制的機電設備主要類型有：①發(fā)電機、排風機的運行狀態(tài)、故障報警、手自動狀態(tài)和設備啟?？刂?②現(xiàn)場空氣PM2.5傳感器、空氣凈化器控制啟停與新風電動閥聯(lián)動;

③空調(diào)機組的送回風溫濕度、冷熱水供回水溫度、風機壓差報警、新風閥回風閥的啟停控制、熱水閥冷水閥啟停控制;④電梯系統(tǒng)接口、變配電系統(tǒng)接口等，用于以后的系統(tǒng)升級。

2 自動化技術在樓宇自控系統(tǒng)中的應用研究

2.1 Niagara Framework系統(tǒng)平臺軟件的應用技術

項目上配置了一套Niagara平臺軟件，Niagara框架平臺是自動化控制系統(tǒng)中通過軟件技術把BACnet、Modbus、LonWorks，和多種協(xié)議標準集成到通用對象模型的應用程序環(huán)境之中并嵌入到控制器層級;并且支持標準的網(wǎng)頁瀏覽界面。Niagara框架平臺兼容現(xiàn)行的常用現(xiàn)場標準總線協(xié)議（例如BACnet、Modbus、LonWorks等），同時還能為非標準的總線協(xié)議的聯(lián)接提供工具軟件，能給已有的系統(tǒng)提供全面的軟件技術支持。這樣進行的集成實現(xiàn)了某種意義上的多系統(tǒng)不同設備之間無縫連接。

項目屬于改造項目，有一些機電設備屬于利舊設備，老的設備如何接入到新建的樓宇自控系統(tǒng)中，平臺的開放性和兼容性是少不了的，市面上流行的傳輸協(xié)議Niagara都可以接受，如項目的發(fā)電機組是Modbus接入?yún)f(xié)議，通過此系統(tǒng)，可以很好地實現(xiàn)現(xiàn)場機電設備的自動控制，現(xiàn)場的4個污水井的溢水報警、現(xiàn)場設備啟停通過BACnnet協(xié)議接入等都可以很好地實現(xiàn)功能要求。

2.2 網(wǎng)絡控制器和現(xiàn)場控制器的應用技術

根據(jù)BA系統(tǒng)點表，共計752個數(shù)據(jù)點，項目采用的是WEB–8000控制器，采用了1臺WEB–8005-U的聯(lián)網(wǎng)控制器，每臺可以支持5個現(xiàn)場控制器且數(shù)據(jù)點不大于250個點，2臺WEB-8010-U的聯(lián)網(wǎng)控制器，每臺可以支持10個現(xiàn)場控制器且數(shù)據(jù)點不大于500個點。3臺聯(lián)網(wǎng)控制器通過TCP/IP的網(wǎng)絡傳至中央控制中心，由工程管理人員24h監(jiān)控。

一個單獨的WEB-8000控制器就可以通過2個板載的RS-485接口來控制不同設備，也可以通過配合總線擴展模塊來連接控制232、LONWORKS、Modbus等設備。WEB-8000內(nèi)置了BACnet、Modbus、LONWORKS、KNX、SNMP等常用驅(qū)動，還可用相應的可選驅(qū)動集成其他非標準協(xié)議的設備。尤其特殊的方面是，還可以很方便地連接本地化I/O模塊，通過這些I/O模塊直接控制現(xiàn)場的機電設備。

現(xiàn)場使用的Spyder是Honeywell新一款的功能強大應用廣泛的控制器產(chǎn)品，以前在其他的價格昂貴的控制器上才能擁有的各種功能，現(xiàn)在Spyder這款產(chǎn)品都能很容易的實現(xiàn)。此設備將大大地節(jié)省安裝、編程及維護的成本，是一款非常經(jīng)濟的現(xiàn)場控制器和I/O模塊設備。

一個單獨的Spyder控制器可以獨立編程，具有了21個I/O點，包括6個通用IN、4個數(shù)字IN、三個模擬OUT、8個數(shù)字OUT。由于其性能價格比極為優(yōu)良，可以通過獨立編程，作為一款高品質(zhì)I/O模塊使用。

Sylk I/O擴展模塊是Spyder家族系列的產(chǎn)品。這種模塊擴展了單個Spyder的功能，滿足了更多I/O點的需求。通過Niagara Framework?軟件，運用相同的編程工具，Sylk I/O擴展模塊和Spyder控制器成為一體，和Spyder控制器一樣可進行自由編程。當Spyder控制器點數(shù)不夠時，可以靈活方便地使用Sylk I/O擴展模塊進行輸入輸出的點數(shù)擴充，每個模塊為可單個Spyder控制器擴充8～12個I/O點。

本養(yǎng)老機構項目中就用到這一擴展模塊，降低了成本，并且滿足了現(xiàn)場的要求。

點表配置計算：23個（Spyder控制器）×21個（I/O點）=483個（I/O點）。23個（Sylk I/O擴展模塊）×12個（I/O點）=276個（I/O點）。

二者合計483+276=759個（I/O點）。當然這是計算出來的最低配置，滿足BA系統(tǒng)點表中的752個點位的要求，在實際配置時可以有適當?shù)娜哂唷?/p>

2.3 聯(lián)網(wǎng)技術應用

現(xiàn)場的溫度、濕度傳感器，PM2.5空氣質(zhì)量傳感器等現(xiàn)場的傳感器以及現(xiàn)場的冷水、熱水的閥門的反饋信號，通過現(xiàn)場控制器把信號傳到聯(lián)網(wǎng)控制器WEB-8000，聯(lián)網(wǎng)控制器通過以太網(wǎng)傳至中央控制中心的服務器上，接入此網(wǎng)上的任意一臺操作終端都可以在授權的情況下控制和監(jiān)控此系統(tǒng)。這么方便的操作得益于這種便利的聯(lián)網(wǎng)方式。WEB-8000的聯(lián)網(wǎng)控制器，通信方式有2個10/100 MB Ethernet Port，RJ-45接口。如果現(xiàn)場的管理方式有變化，終端的操作PC可方便地移到任何有網(wǎng)絡的地方，包括可以用無線WIFI網(wǎng)的筆記本電腦， 聯(lián)到規(guī)劃好的網(wǎng)絡上，方便接入系統(tǒng)。

3 結語

在競爭激烈的時代，在項目上如何選擇好產(chǎn)品，解決好成本高的問題日益突出，無論從安裝到調(diào)試再到維護，WEBs的產(chǎn)品架構以及兼容性都得到很好的應用，并且產(chǎn)品WEB的頁面對于使用及調(diào)試維護人員要求不高，這對于節(jié)省人力資源成本做出了貢獻。在此養(yǎng)老機構的項目中由于配備了此樓宇設備自控系統(tǒng)，各種能耗大大降低，社會效益得到了發(fā)揮，機電設備也可以在無人值守的情況下自動的運轉(zhuǎn)，發(fā)生故障及時排除，為在養(yǎng)老機構的人員提供了一個舒適、安全的環(huán)境。

參考文獻

[1] 呂旭光，強天偉，向俊.探究樓宇自控系統(tǒng)空調(diào)節(jié)能研究[J].節(jié)能，2019，38（3）：15-16.

[2] 姜麗偉.智能建筑中電氣自動化技術的應用[J].南方農(nóng)機，2017（2）：150.

[3] 楊振鐸.探討電氣自動化在樓宇自控系統(tǒng)中應用[J].科技展望，2015，25（2）：142.

[4] 張宏喜.淺談電氣自動化在樓宇自控系統(tǒng)中的應用[J].黑龍江科技信息，2011（3）：61.

[5] 郭呈凌.人工智能技術在電氣自動化控制中的應用研究[J].木工機床，2020（4）：20-21，24.

[6] 姜佳宇.電氣自動化技術在電氣工程中的應用[J].南方農(nóng)機，2020，51（24）：184-185.