楼宇自动化系统方案

分类：解决方案日期：2007-02-05 00:00:00

摘要：楼宇自动化系统对整个建筑的所有公用机电设备，包括建筑的中央空调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯系统，进行集中监测和遥控来提高建筑的管理水平，降低设备故障率，减少维护及营运成本。
关键词：楼宇自动化系统智能建筑

第一章 BA系统

1.1 概述

楼宇自动化系统对整个建筑的所有公用机电设备，包括建筑的中央空调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯系统，进行集中监测和遥控来提高建筑的管理水平，降低设备故障率，减少维护及营运成本。

设计楼宇自动化系统的主要目的在于将建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断，采用最优化的控制手段,对各系统设备进行集中监控和管理，使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，在创造出一个高效、舒适、安全的工作环境中，降低各系统造价，尽量节省能耗和日常管理的各项费用，保证系统充分运行，从而提高了智能建筑的高水平的现代化管理和服务，使投资能得到一个良好的回报。楼宇机电设备监控系统，作为智能建筑楼宇自动化系统非常重要的一部分，担负着对整座大厦内机电设备的集中检测和控制，保证所有设备的正常运行，并达到最佳状态。

某大楼准备建设成为一座现代化的智能办公大厦，因此需要采用一套先进的优化楼宇自控系统来提高建筑内部机电设备的运行效率，降低宾馆能源的消耗，并通过机电设备的自动化管理减轻操作人员的劳动强度。

本方案中楼宇自控系统的设计以满足业主的要求、采用最先进的技术和系统、提供最高的价格性能比为原则，提供优化的设备运行方案和管理方式，以实现集散式（即集中管理、分散控制）的管理控制模式来运行设备，提供高效率的楼宇设备管理。

根据大楼楼宇自控系统的技术要求，我们推荐采用美国艾顿科技公司（Alerton Technologies）公司推出的BACTalk综合楼宇管理系统。该系统是目前世界上最为先进的高效能、集成化的BMS系统，该系统根据需要可将大厦的楼宇控制系统、消防报警系统及安保自动化系统集成在一个平台上，并适用于大楼的建筑特点及先进的控制和管理要求，包括选用最先进的BACnet技术的现场控制器，以及与其他供应商系统及OA系统的开放性接口。

本方案楼宇自控系统的监控范围及系统目标包括以下几部分：

空调通风监控系统

锅炉与热交换系统
中央制冷监控系统
给排水系统
照明与动力系统/供配电系统
电梯监控系统

1.2 系统设计原则

在楼宇自动化系统的设计中我们遵循以下的原则:

可靠性：采用分布式控制系统，即将任务分配给系统中每个现场处理器，免除因系统内某个设备的损坏而影响整个系统的运行。
扩展性及灵活性：系统具有可扩充性，以便将来扩展网络服务范围的需要。系统可在日后任何地方加插现场控制器及操作员终端而不影响本系统操作。
实用及方便性：系统可容纳大厦内给机电系统的不同需要。并综合各系统资料，显示于操作员终端，方便管理。
开放性: 系统采用开放式结构,在分站与现场子站之间采用开放式的国际标准BACnet协议。
经济性：系统中的现场处理器足够应付日后技术的快速发展，现阶段的投资可以得到充分利用及保护。

1.3 系统设计依据

本系统设计是以弱电系统工程议标文件要求及所附图纸为基础，参照中国国家标准和全球首个自控行业标准（BACnet）而设计。智能大厦BAS系统的设计依据如下：

美国ANSI/ASHRAE-135-2000--BACnet标准
欧洲CEN Technical Committee 247---BACnet标准
民用建筑电气设计规范（JGJ/T16-92）
民用建筑电气设计规范（JGJ/T16-92）条文说明
采暖通风与空调调节设计规范（GBJ19/87）
火灾自动报警系统设计规范（GBJ116/88）
民用建筑照明设计标准（GBJ133-90）
民用建筑照明设计标准（GBJ133-90）条文说明
工业与民用供电系统设计规范（GBJ52-83）
低压配电装置及线路设计规范（GBJ54-83）
建筑设计防火规范（GBJ16-87）
高层民用建筑设计防火规范（GBJ45-82）
汽车库设计防火规范（GBJ67-84）
建筑物防雷设计规范（GBJ50057-94）
智能建筑设计标准（上海市DBJ08-4-95）
总线局域网标准（IEEE802.3）
环形局域网标准（IEEE802.5）

1.4 方案设计说明

1.4.1 产品选型及厂商简介

根据智能大厦的基本要求及规范，以及楼宇自控系统的发展方向和BAS的设计的原则和依据，我们选用了美国艾顿（Alerton）公司的全部各层通讯协议均基于BACnet标准开发出来的BACtalk系列产品。

美国艾顿（Alerton）公司是生产暖通空调的直接数字控制系统的专业厂家之先导。艾顿公司具有世界先进水平的楼宇自控系统，使业主和物业管理人能通过简易的Windows界面完成一切设备的监控管理及操作，并进行能量管理及租户计账功能，满足从办公楼、大学、饭店、展览馆、工厂、博物馆以至军事设施等任何规模的楼宇设备控制及管理要求。

艾顿公司总部设于美国西雅图，与著名的波音及微软等高科技公司总部为邻。全球现有项目超过5000个。

美国艾顿（Alerton）公司开发的BACtalk的系统结构极其简洁，它由二层组成：Windows95和Windows NT工作站，网络控制器和现场控制器。 BACtalk使用楼宇自控网标准通讯类型，Ethernet或ARCNET高速网作为工作站和网络控制器间的支柱。BACtalk Lsi是网络控制器，作为Ethernet或ARCNET与MS／TP(EIA-485)现场控制器网络的路由，同时它也是一个全局控制器，可以完成定时、假日、报警、记录及其它各种设备控制功能。

艾顿公司为BACtalk系统开发了一个具有不同配置的完整的现场DDC控制器系列VLC（Visual Logic Controller）。用户可以根据具体用途选择合适的控制器。从VAV末端控制器到风机盘管、热泵、通风机、空调机等通用控制器，全部自带楼宇自控网通讯装置；由于使用EEPROM，VLC控制器不需要常备电池；中央设备VLC控制器还备有硬件时钟选件，可在危险区域提供单机运行能力。无论哪一种VLC控制器都可以保证快速、精确、灵活、可靠地运行。VLC采用工业标准输入端，可使用各种类型的传感器和信号变送器。

1.4.2 BACtalk系统特点

（1）完全符合BACnet协议

从中央操作站、网络控制器、路由器到DDC控制器，均符合美国ANSI/ASHRAE：135-1995标准之有关规定。从应用层、网络层、数据链路层到物理层均采用BACnet协议之技术。

（2）简洁的两层网络结构

在BACnet协议规定的五种局域技术中选用了Ethernet和MS/TP，上层（监督管理层）采用Ethernet网，下层（实时控制层）采用MS/TP网。上下两层通过路由器或网络控制器相通。网络控制器及路由器直接挂装在以太网上，与计算机工作站同层。网络控制器及路由器通过MS/TP总线网连接各DDC控制器。因此，上层只是计算机和网络控制器及路由器，而下层则是DDC控制器。

（3）高速的网络通讯

网络控制器及路由器直接挂装在以太网上，通讯速度可达10MB以上。VLC控制器挂装在MS/TP网上，通讯速度可达到76.8Kbps，完全可以满足楼宇设备实时控制的需要。

BACtalk系统网络结构图

（4）立体动画图形界面

无论是人机监控界面还是VLC编程界面，都采用了三维立体。动态图形能实时反映各设备的运行情况，使操作更加直观和简洁。三维图形可通过软件、AUTOCAD或扫描输入获取并填加到系统图形库中。

（5）通用的操作系统平台

BACtalk系统是在Windows 95/98、Windows Me或Windows NT操作系统平台下运行的，极易被用户熟悉和掌握。

（6）多种通讯手段

网络控制器及路由器能支持多种不同通讯形式：以太网（ETHERNET）、ARCNET、PTP、MS/TP

（7）扩展方便

由于网络控制器及路由器直接挂在以太网上，因而扩展也非常容易，数量基本上没有限制。数据处理的能力只取决于计算机硬件配置。

MS/TP网可通过网络中继器扩展距离及覆盖范围，使增加VLC（DDC）对新增设备进行监控变得灵活、易行。

（8）可视化逻辑编程

Alerton公司为BACtalk系统开发了一种功能强大，使用简便的编程工具-Visual Logic图形编程软件，具有友好的人机界面，操作简便。它包括了一整套功能齐全的功能块和模型数据库，每个功能会都用一个三维立体图形表示，通过有机的连接，可以提供一个非常清晰的控制流程，实现所需要的任何控制序列。具有动态图形显示功能。系统所有彩色图形是动态地连接在相关点上，如果连接的系统或组成部分或是来自操作者的信号改变了，它们也随之改变。并且可立刻编程存档资料方便日后查询。因此任何技术人员接手后，都能在短时间内掌握整个控制原理和程序。

使用VISIO作为绘图工具。在视窗环境中，Visual Logic编程图形和BACtalk动态运行图形可以同时显示在荧光屏上，因而可立即在动态图形上看到修改后的控制效果。这种实时同步操作的编程语言为工程人员提供了前所未有的方便并减少了反复查询繁复程序。

（9）品质优良、可靠性高

BACtalk系统是一个“全主式”系统，所有的控制器均是独立工作并能进行对等通讯（Peer to Peer），控制器处于同等地位。由于具备了独立控制功能，使得子站在中央系统停止工作或某一控制器故障时，其它分站工作正常也能彼此互相通讯，从而保证了控制的连续性和可靠性。此外,系统中的各级设备可通过网络通讯在同一时刻组成不同级别的集散控制系统或不同的结构组织形式，从而最大限度提高了系统的可靠性和灵活性。

数据的趋势记录由BACtalk系统自动完成，系统可以降低网络的阻塞。

（10）灵活的设置

BACtalk系列产品为控制单元专用的模块，具有独立的网络地址和通讯功能，无须与现场相应的BACnet产品相连，可以挂在整个网络的任意位置，根据需要可灵活地与子站进行搭配，不但能节省系统安装管线和人工等安装费用，而且可以节省安装时间，并使保养维护更加简单方便，体现出优秀的集散性能。

（11）安装简单、维护方便

BACtalk控制器及其模块由端子底座板和插入式电子单元组成，可直接安装在机箱上。现场设备的接线接入基本板，这些底座板可以首先安装、接线和检查，然后在系统开通和运转时再连接电子部分。电子单元可以不受端子连接影响而移动，可以迅速、安全地取出维修。

（12）节能效果突出

本系统有多种节能措施，如空调系统按预定的时间表运作，制冷系统实时根据冷量控制冷水机组的启动台数等，大大节省电量、水量及热量，以求获得更高的经济效益。

（13）提高劳动生产率及管理水平

实现了设备自动监控与管理，大大提高劳动生产率，使业主可减少部分工程人员和管理人员，节约人员开支。系统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行，既可节能，又可大大减少损耗，减少设备维修费用。

（14）BACtalk系统安全性

BACnet系统安全方面的主要威肋来自于某些人有意或无意地改变了配置参数或控制参数。问题经常是由于某个出错的计算机，超出了安全考虑的范围。因此安全措施的一个重要地方是人--机接口处，由于人--机接口不屑于通信协议，因此厂家可根据需要自由地在该接口处设置密码保护、跟踪记录或其它控制措施。

1.4.3 BACtalk系统的组成

（1）BACtalk中央操作站

汉化的人机监控界面。图形编程、时间表控制、趋势记录以及其它自动控制功能的设置工具。艾顿BACtalk for Windows操作终端软件是一个真正的基于视窗的楼宇自控系统操作软件，通过BACtalk，在一台个人计算机上就可以监视和控制整个系统。BACtalk通过以太网，或者PTP串行口或modem与BACnet现场设备和其它厂家的BACnet兼容设备进行通讯。