基于EXCEL 5000 EBI的樓宇自動化系統(tǒng)研究

0引 言

　　智能建筑是信息時代的必然產(chǎn)物，建筑物智能化程度隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步提高。當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志是4C技術(shù)：Computer計算機技術(shù)、Control控制技術(shù)、Communication通信技術(shù)和CRT圖形顯示技術(shù)。將4C技術(shù)綜合應(yīng)用于建筑物之中，在建筑物內(nèi)建立一個計算機綜合網(wǎng)絡(luò)，使建筑物智能化。隨著技術(shù)的不斷更新，智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機，數(shù)據(jù)流機的研制應(yīng)用，并行處理分布式系統(tǒng)會被廣泛深入的應(yīng)用到樓宇自動化系統(tǒng)當(dāng)中。而目前正在興起的智能大廈或智能建筑建設(shè)熱，正是適應(yīng)了這種社會信息化、生活舒適化與經(jīng)濟國際化的需要。智能大廈向人們提供全面的，高質(zhì)量的、安全、舒適、快捷的綜合服務(wù)功能，它是現(xiàn)代高科技的結(jié)晶，是建筑藝術(shù)和信息技術(shù)的完美結(jié)合。同時，我國對智能大廈的需求也將越來越多，它必將給社會帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但同時我國在此方面還存在諸多的問題，本文便是在此趨勢下，對樓宇自控4C技術(shù)的研究。

1智能大廈與樓宇自動化控制系統(tǒng)

　　智能大廈是通過對建筑物的4個基本要素：結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系進行最優(yōu)化設(shè)計，從而提供一個投資合理的，具有高效、舒適、便利環(huán)境的建筑空間。這4個基本要素的涵義是：

　　(1)結(jié)構(gòu)：指的是建筑環(huán)境結(jié)構(gòu)。它涵蓋了建筑物的結(jié)構(gòu)、裝飾、建材、空間劃分等；(2)系統(tǒng)：實現(xiàn)建筑物功能所安裝運行的光機電設(shè)備系統(tǒng)。如空調(diào)、電梯、照明、給排水、通信、綜合布線、物業(yè)管理、一卡通、業(yè)務(wù)辦公等智能化系統(tǒng)；(3)服務(wù)：為建筑物的使用者和管理者提供高效、優(yōu)質(zhì)的全方位服務(wù)，提供安全、舒適、高效、便利的生活、學(xué)習(xí)與上作環(huán)境，并降低建筑設(shè)備系統(tǒng)的運行維護費用；(4)管理：是指對人、財、物、信息及智能化系統(tǒng)的全面管理。

　　建筑智能化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由上層的智能建筑綜合管理系統(tǒng)(IBMS)和第二層的3個智能化子系統(tǒng)構(gòu)成：建筑設(shè)備管理系統(tǒng)(BMS)，通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CNS)和辦公自動化系統(tǒng)(OAS)。BMS，CNS和OAS三個子系統(tǒng)通過綜合布線系統(tǒng)(GCS)連接成一個完整的智能化系統(tǒng)，由IBMS統(tǒng)一監(jiān)管。BMS包括建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)(BAS)、消防自動化系統(tǒng)(FAS)、安全防范自動化系統(tǒng)(SAS)。整個建筑智能化系統(tǒng)是建立在建筑(環(huán)境)這個平臺(或基礎(chǔ))之上的。建筑智能化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　隨著智能傳感技術(shù)與智能控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將進一步提高控制精度，節(jié)能效果更加顯著；信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)的融合和統(tǒng)一，將使得建筑智能化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡化，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更加可靠；國際開放協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的采用，有利于實現(xiàn)各建筑智能化系統(tǒng)的互操作和系統(tǒng)集成；把Intranet引入智能大廈，將有利于實現(xiàn)智能大廈內(nèi)部局域網(wǎng)與外部Intranet和Extranet網(wǎng)絡(luò)的無縫連接；光纖到辦公室(FTTO)、光纖到家(FTTH)以及三網(wǎng)合一(語音／視物數(shù)據(jù)傳輸使用同一個傳輸網(wǎng)絡(luò))的實現(xiàn)，必將使智能大廈的接入網(wǎng)進去一個新的境界；地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)的使用，將使智能大廈物業(yè)管理系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)更加方便實用。 2設(shè)備選型

　　目前中國市場上的樓宇自控產(chǎn)品較多，其性能、特點也不同，但在技術(shù)上較成熟、應(yīng)用較多的也只有霍尼威爾(Honeywell)，江森(Johnson)，西門子(Siemens)等幾個產(chǎn)品。

　　從樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)(BAS)、火災(zāi)報警消防聯(lián)動系統(tǒng)(FAS)、安全防范系統(tǒng)(SAS)是否已經(jīng)集成為一個統(tǒng)一的實時數(shù)據(jù)庫，控制網(wǎng)絡(luò)是否由一個中央服務(wù)器管理來看，Honeywell己經(jīng)建立一個統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫，由中央服務(wù)器EBI管理BAS，F(xiàn)AS，SAS系統(tǒng)。EBI數(shù)據(jù)庫最大可容納BAS監(jiān)控點40 000個，F(xiàn)AS及SAS狀態(tài)點12 000個，門禁讀卡器2 000臺。

　　從控制器的性能來看，Honeywell控制器是完全獨立的，與中央站無關(guān)，并且Honeywell的CPU是16位的，其運算速度和精度都比其他產(chǎn)品更勝一籌。

　　從系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來看，Honeywell系統(tǒng)因為中央站和分站共同連在一條總線上，通信協(xié)議采用RS485.C_bus，通信距離也可以通過使用重復(fù)器，使其傳輸距離從1 200 m延伸到7 200 m。

　　基于此，本項目通過分析比較，最終選用了Honeywell的樓宇自控系統(tǒng)。

　　本工程采用了美國霍尼韋爾公司企業(yè)樓宇集成系統(tǒng)(enterprise buildings integrator system)EXCEL 5000 EBI控制系統(tǒng)。EBI包含有功能強大的組件，主要有：樓宇控制管理系統(tǒng)、生命保障(火災(zāi)報警)管理系統(tǒng)和安保管理系統(tǒng)。

　　EXCEL 5000 EBI系統(tǒng)具有先進的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，系統(tǒng)中有3類總線，即管理總線、控制總線、和現(xiàn)場總線。管理總線用在信息域中，主要傳遞管理信息。采用以太網(wǎng)，是中央站與上位機之間建立聯(lián)系的通道?？刂瓶偩€和現(xiàn)場總線用在控制域傳遞實時控制信息，完成現(xiàn)場設(shè)備的實時控制，傳遞速率不高，通常為9.6～78 kbps，分別采用RS485標(biāo)準(zhǔn)和LonTalk通信協(xié)議。系統(tǒng)的每個用戶都能控制和監(jiān)視本網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的各個DDC單元，遠程終端，可通過調(diào)制解調(diào)器與本網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連來操作系統(tǒng)。

3設(shè)計方案

3.1樓宇自控系統(tǒng)的構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能

　　樓宇自動化系統(tǒng)是整個智能大廈智能化系統(tǒng)中，內(nèi)容最為豐富、設(shè)備最多、控制管理最復(fù)雜、控制范圍最廣的建筑智能化系統(tǒng)，是整個智能大廈建筑智能系統(tǒng)最重要的組成部分之一。因此，本文從樓宇自動化系統(tǒng)中，重點提出具有代表性的樓宇監(jiān)控系統(tǒng)來進行詳細的研究。智能建筑樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)中包括下列實時監(jiān)控子系統(tǒng)：樓宇機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；保安系統(tǒng)；消防報警系統(tǒng)；廣播音響系統(tǒng)；停車場管理系統(tǒng)。

　　一般來說，樓宇自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都采用現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)形式。簡單來說，可以分成3層，如圖2所示。圖中，最上層是信息域的干線，按照國家標(biāo)準(zhǔn)采用總線拓撲結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)作為樓宇自動化系統(tǒng)的干線，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享以及各個中央站點之間的通信；第二層為控制域的干線，即完成控制的各分站點總線，一般采用RS485總線網(wǎng)絡(luò)，作用是以不小于9.8 kbit／s的通信速度把各分站點連接起來，處理各種信息，同時，在分站點總線上還必須設(shè)有與其他廠商設(shè)備連接的接口，以便實現(xiàn)與其他設(shè)備的通信聯(lián)網(wǎng)；第三層為子站點總線，它是由分散的控制器相互連接使用，子站總線通過子站連接器與分站總線連接，從現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控到的信息傳輸?shù)街醒牍ぷ髡具M行處理，并從上級網(wǎng)絡(luò)獲得信息的處理結(jié)果。

　　本項目采用現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)形式，即是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，如圖3所示?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(fieldbus control system)，由現(xiàn)場智能設(shè)備(儀表)、現(xiàn)場總線、監(jiān)控組態(tài)計算機3部分構(gòu)成。其核心是現(xiàn)場總線技術(shù)。樓宇自動化系統(tǒng)是采用計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形技術(shù)組成的高度自動化的集成管理系統(tǒng)，其基本功能有：實時監(jiān)控各子系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵點；執(zhí)行上層下達的管理方面的控制指令；綜合各個設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)的狀態(tài)信息，提供相關(guān)報告；提供實時的系統(tǒng)聯(lián)動功能；記錄歷史數(shù)據(jù)，提供綜合信息管理功能。

 
3.2樓控系統(tǒng)的控制方案設(shè)計

　　本控制系統(tǒng)由13臺中央空調(diào)機組(AHU101～AHU113)和一臺新風(fēng)機組、照明系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、冷凍站和第三方協(xié)議設(shè)備組成，其控制系統(tǒng)設(shè)計方案如圖4所示。

 
　　從系統(tǒng)方案設(shè)計圖中可以看出，其結(jié)構(gòu)根據(jù)使用總線的不同可分為Honeywell的DDC系統(tǒng)和基于第三方協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備2部分；根據(jù)功能的不同可分為底層和頂層，底層為Honeywell的DDC控制器及其控制的設(shè)備和第三方協(xié)議設(shè)備。頂層為Honeywell的EBI服務(wù)器和工作站。

3.3 系統(tǒng)的節(jié)能型監(jiān)控方案

　　當(dāng)前，在樓宇控制系統(tǒng)中能耗問題已經(jīng)變得猶為突出，而其中空調(diào)系統(tǒng)是建筑能耗的大戶，空調(diào)能耗占整個建筑能耗的30％以上，人們一直以來都在采取各種技術(shù)改進冷／熱源、空氣處理機、末端風(fēng)機盤管等的性能，能耗己經(jīng)有了明顯的降低。盡管如此，中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗仍相當(dāng)大，且仍存相當(dāng)多的問題，對其進行研究，將極具潛力，同時有也將具有比較深遠的社會效益和經(jīng)濟效益。因此，下面主要介紹空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能型控制方案。

　　中央空調(diào)系統(tǒng)即為集中式空調(diào)系統(tǒng)，現(xiàn)代化的大型建筑中通常都采用這種形式的空調(diào)系統(tǒng)，其工作原理如圖5所示。

 
　　當(dāng)環(huán)境溫度過高時，空調(diào)系統(tǒng)通過循環(huán)方式把室內(nèi)的熱量帶走，以維持室內(nèi)溫度在一定值。當(dāng)循環(huán)空氣通過風(fēng)機盤管時，高溫空氣經(jīng)過冷卻盤管的鋁金屬先進行熱交換，盤管的鋁片吸收了空氣中的熱量，使空氣溫度降低，然后再將冷凍后的循環(huán)空氣送人室內(nèi)。冷卻盤管的冷凍水由冷卻機提供，冷卻機由壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器組成。壓縮機把制冷劑壓縮，經(jīng)壓縮的制冷劑進入冷凝器，被冷卻水冷卻后，變成液體，析出的熱量由冷卻水帶走，并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑山冷凝器進入蒸發(fā)器進行蒸發(fā)吸熱，使冷凍水降溫，然后冷凍水進入水冷風(fēng)機盤管吸收空氣中的熱量，如此周而復(fù)始，循環(huán)不斷，把室內(nèi)熱量帶走。
當(dāng)環(huán)境溫度過低時，需要以熱水進入風(fēng)機盤管，和上述原理一樣，空氣加熱后送入室內(nèi)。

4結(jié)論

　　作者對于本課題不但做了大量的理論性研究，更重要的是進行了大量的現(xiàn)場調(diào)試，反復(fù)進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，最終達到了課題的預(yù)期效果，并已在現(xiàn)場運行，效果良好。