基于以太网的楼宇自控系统设计

基于以太网的楼宇自控系统设计
刘春雪连业辉赵铁铮章涛
摘要：根据某大型商业建筑的特点，我们系统采用西门子楼宇科技的APOGEE来实现对冷冻站、定风量空调机组与新风机组、送排风机、给排水水系统、照明系统、电力系统等系统的管理，网络结构采用以太网架构，达到提高运行效率，保证特殊生产环境需要，节省能源，节省人力。

最大限度安全延长设备寿命的目的。

关键词：楼宇自控系统以太网西门子APOGEE
1引言
目前日益流行的智能建筑是建筑技术与计算机信息技术相结合的产物，是信息社会的需要，也是未来建筑发展的方向。

楼宇自控系统是智能建筑中最基本和最重要的组成部分。

楼宇自控系统是利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统，将大楼内部各种设备连接到—个控制网络上，通过网络对其进行综合控制。

它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能的要求。

2系统结构
根据本项目主要暖通设备数量较多，传统的总线楼控系统难于满足其对速度、容量等技术要求，因此，方案采用以太网方式。

其优点是可以充分利用建筑的综合布线，没有传输距离的限制，通讯速率高(100M)，系统无容量限制，方便后期的系统扩展，也就是要求所有的一对一的空调DDC与DDC之间，DDC与中央站采用Peer to Peer(对等网络)通讯方式，不用采用主／从(Master／Slave)式通讯方式。

采用新型网络结构不仅可以简化网络结构，减少布线工作量，同时也提高了DDC之间的通讯速率。

3系统特点
系统特点如下：
1)标准的TCP/IP以太网协议；
2)点对点通讯；
3)10／100Mbps的通讯速率自动切换；
4)充分利用综合布线系统；
5)无需TI，RS485，AEM；
6)INSIGHT工作站立持64个逻辑EBLN；
7)每个逻辑EBLN可连接100个控制器；
8)INSIGIIT工作站可管理1000个控制器；
9)系统支持多EBLN；
10)DDC可采用固定或动态获取IP，支持DNS解析；
11)不会明显增加TCP／IP的网络负载，平均数据流量小于5％；
12)采用用户名/密码认证、通讯加密、防火墙、VLAN等方法保证系统安全性。

4控制范围
4．1冷冻站系统监控
楼宇管理系统对冷水机组的所设置的监控内容如下：
1) 监测室外温度，作为控制机组的条件之一；
2）冷水系统供回水温度；
3) 冷水系统回水压力、泵后回水压力；
4j 冷水系统一次泵及其变频器的监视与控制；
5) 冷水机组水流量FS与其故障报警监视；
6) 冷水机组的回水蝶阀的监控；
7) 冷水机组自身数据的监视与控制。

楼宇自控系统通过通讯接口集成冷冻站的各种必要参数。

与此同时设备运行的工作状况可以在现场的操作面板上查看和干预；也可以在BAS系统的中央管理工作站上以文字及彩色图形显示，并记录在实时数据库中，可随时输出打印。

控制方案：
冷冻站设置一台modular控制器，控制器扩展TX／IO模块，对冷冻站进行控制。

4．2定风量空调机组与新风机组
1)空调机组监控内容
a．送回风温湿度、回风二氧化碳浓度监视；
b．初中效过滤网压差状态、盘管防冻报警监视；
c．风机状态、故障、手自动状态监视；风压差状态监视；启停控制；
d．加湿控制；
e．新风／回风阀开度控制；
f．表冷、加热盘管水阀开度控制。

2)新风机组监控内容
a．送风温湿度监视；
b．初中效过滤网压差状态、盘管防冻报警监视；
c．风机状态、故障、手自动状态监视；风压差状态监视；启停控制；
d．加湿控制；
e．新风风阀开关控制；
f．表冷、加热盘管水阀开度控制。

3)控制策略
a．送风温度控制：根据送风温度与设定温度，对冷，热水阀开度进行PID调节，从而控制回风温度。

在夏季工况时，当送风温度高于设定值时，调节水阀开大；当送风温度低于设定值时，调节水阀开小。

在冬季工况时，当送风温度高于设定值时，调节水阀关小；当送风温度低于设定值时，调节水阀开大。

使送风温度始终控制在设定值范围内；
b．联锁控制：新风风阀与风机和水阀联锁控制，停风机时自动关闭新风阀及水阀，风机启动前，延时自动打开风阀。

防冻报警与风机和盘管水阀连锁，秋冬季节防冻报警发生时停风机、关闭新风阀并全开加热水阀，防止盘管冻裂；
c．新风阀根据维持最小新风量；
d．中央对系统中各种温度进行监测和设定；
e．过滤网的压差报警，提醒清洗过滤网；
f．编制时间程序自动控制风机启停，并累计运行时间及启停次数；
d．与空调机组共用典型的室外温湿度，以供新风机组作最优的启停及节能控制。

4)控制方案
每台机组单独设备一台PXC控制器，保证空调机组和新风机组的运行的稳定性。

4．3送排风机监控
部分排风机也安装了变频控制器，根据静压进行控制，其监控内容如下：
1) 风机排风压力监测；
2) 排风阀的调节控制；
3) 排风机电源及其变频器的监控，包括风机启停的监控以及变频器的调节与控制；
4) 频率根据风道压力进行静压调节控制，并且设定了平缓启动延时；
5) 根据变频空调机组状况连锁启停相关变频排风机，或根据实际时间安排启停排风机。

普通送排风机监控内容如下：
1) 风机的状态、故障、手自动开关状态；
2) 风机的启停控制；
3) 二氧化碳浓度检测；
4) 根据二氧化碳浓度或结合时间表安排进行风机的自动启停控制。

4．4给排水水系统
给排水系统的主要监测内容如下：
1) 监测水泵运行状态、故障报警；
2) 相关补水箱设置溢流水位和报警水位监测；
3)水池液位监测；
4) 根据水位启停水泵。

监控功能：
1) 系统启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况；
2) 系统每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示；
3) 当泵发生故障时，自动切换；
4) 监测污水调节池液位，并作限位报警。

4．5相关设备的集成监控
4．5．1照明系统
大楼内公共场所的照明分层、分区控制，室外照明控制，控制方式可根据室外照度或时间程序设定。

楼宇自控系统提供开放的通讯协议，通过照明系统提供的标准通讯接口和开放的通讯协议及软件测试平台，使楼宇自控系统能够通过标准接口读出／写入照明系统的数据。

动态实时地显示各测量参数；BAS可根据系统的数据转换成各种动态图像，使用户可迅速直接地掌握系统各方面情况。

4．5．2电力系统
监测变配电系统的各高、低压开关状态、开关故障跳闸状态、开关欠压跳闸状态等，低压进线柜及联络柜三相电流遥测、三相电压遥测、频率遥测、功率因数遥测、用电量遥测等，及综合故障报警状态。

对上述参数只监视，不控制。

对变配电系统中的报警信息进行多种报警方式的提示。

如：声光报警等。

5结论
随着建筑规模增大、标准提高，大楼内的机电设备的数量也急剧增加，而设备又分散在各个楼层和角落，若采用分散管理，就地监测和操作将占用大量人力资源，有时几乎难以实现。

采用基于以太网TCP／IP协议的控制网络系统方案，既充分利用了当今以太网资源，方便人们的使用，减少了在实际使用中综合布线的麻烦，提高了经济效益，节省了人力。

参考文献：
【1】APOGEE顶峰系统技术手册西门子公司
【2】<智能建筑设计标准》GB／T50314--2000
【3】陈一才主编．智能建筑电气设计手册．中国建材工业出版社，1999，8。