江森楼宇自控系统设计方案
设计依据
《民用建筑电气设计规范》(JBJ／T16—92) 《智能建筑设计标准》(DBJ08—47—95) 《电气装置安装工程施工及验收规范》(GBJ232—92)
《民用建筑电气设计标准》(JGJ／T16－92)
《电气装置安装工程施工及验收规范》(CBJ232—92)
《建筑设计防火规范》(ANST135－1995)
《火灾自动报警系统设计规范》(GBJl16—92)
《商用建筑线缆标准》( EIA／TIA—568A)
智能建筑设计标准 GB/T 50314-2000
一、系统说明
设置“楼宇自控系统”的目的主要是为了实现和完成山东省淄博市体育中心体育场内所有设备的集中管理、环境控制，实现以下三个目标：
1) 通过对体育场内设备的有效管理和控制，可以使这些设备均工作在最佳工作状态。这既有利于提高设备的运行寿命，又有利于节约能源。控制和管理的重点是耗能大户---空调系统(包括冷冻机组和各式空调机)、照明系统、给排水中各类大功率泵。
2) 通过对体育场内所有设备运行状态的实时监控及对设备档案的有效管理，可以使
操作者和维修人员对各种设备的运行状况、使用时间、维修维护周期、维修记录、备品备件的更换情况等了如指掌。既可减轻维修人员对设备巡视的劳动强度，又可避免一些人为因素可能对设备造成的不良影响。
3）控制场馆内空气温、湿度，达到需要的、适宜的环境。
为此，建议纳入楼宇自控系统的设备有：
?空调冷热源系统
?空调系统
?新风系统?送排风系统?给排水系统?供配电系统?照明系统?电梯系统
二、系统摘要
为了使山东省淄博市体育中心体育场项目成为先进的智能型现代化设施，一个高素质的楼宇自控系统是不可缺少的，所以本公司选用Johnson Controls 之Metasys系统，楼宇自控系统包括中央操作站、系统操作分站、网络控制器(NCU)及数字控制器(DDC)，分别分布在总控中心，现场等地方。
1台中央操作站将采用美国微软公司的视窗2000或视窗98（作业系统为运行环境，Metasys亦以开放式设计，能以不同之技术结合，如DDE，COM/DCOM，TCP/IP，ODBC，OPC，ACTIVETIVEX，BACNET等。
Metasys之网络采用符合工业标准的ARCNET、Ethernet、BACNET,使网络之应用更广泛，其灵活性及容错性是用户完全可以信任的，所有网络控制器(NCU)与数字控制器均是独立工作及配备电池.所有资料\数据及程序均不会消除.
三、系统优点
1、系统概述
楼宇自动化系统BAS(Building Automation System)的任务是创造安全、舒适与便利的工作环境，尽量减少能源消耗，提高经济效益，以获得强劲的市场竞争力。
美国江森自控公司的Metasys中央监控系统，是一个完美无瑕的建管系统。它利用了90年代所有可以运用的先进科技技术，将每一个不同层面的装置设施结合起来，并发挥其最大的效力。Metasys再次赋予建管系统以新的生命。
Metasys系统本身的设计具有系统结合功能。它的(Integrator)介面设计，已令1000种非江森的设备联上，使它们也成为整套楼宇建管系统的一部分。每年有数十种非江森的设备加入这个行列。通过Ethernet网可与消防报警系统、安全防盗系统、闭路电视监视系统、停车场管理系统等系统联网，实现数据共享，集中管理和连锁控制，并可通过MODEM与广域网互连。
Metasys中央监控系统亦以开放式设计，它的开放设备可分为三大类。
系统本身的设计具有系统结合功能。它的（Intergrator）界面设计，已令METASYS 可与1000种非江森的设备联上，使它们也成为整套楼宇建管系统的一部分。每年有
数十种非江森的设备加入这个行列。目前已和超过75个公司的子系统实现联网，并已完成2000多个联网项目。
从网络设计方面，它可以通过结构化布线系统的方便，能与任何一个共用布线系统的设备联上而无须增加任何辅件，使其与其他系统的结合功能更为方便.从网络设计方面,它也能以Arcnet或Ethernet等不同形式.
软件方面,METASYS也大大的开放了结合的条件,如其具有DDE功能的软件,可以跟其它软件交换资料.而其开放式平台设计跟Windows,UNIX,LonWorks及Bacnet等标准配合，使软件编写时有所依据．
2、系统特点
最先进的技术
Metasys系统采用最先进的技术实现受控设备完全自动化控制，其中WIN98/NT、COM/DCOM、TCP/IP、ODBC、OPC、ActiveX、Bacnet、Lonmark等技术已经成功与BAS 系统相结合，安装运行已有一万多套，并且又有Johnson Controls 百年的控制经验为强大的后盾，使得Johnson Controls提供的楼宇自控系统是其它厂家无法比拟的。
标准的兼容性
Metasys 集成支持包含目前楼宇自控及信息产业中绝大多数的标准，因此我们的系统具备了灵活性、互操作性以及同其它楼控系统甚至企业内部信息网络的可连接性等特点。
易于施工、安装、操作和维护
一个好的系统就应该保证它运行的简便稳定性，Metasys 系统通过当地的办事处或指定安装商，使全球范围内的各个用户均能受到适当的培训，从而更好地操作Metasys 系统，让其达到最佳的运行状态。
可扩展性
由一个或多个现场控制器、上一级的控制器和高级操作站，组成最基本的系统结构，Metasys系统可以不断满足受控设备扩展的需要，对于特别应用的现场控制器、高一级控制器、网络和操作站也同样考虑在内。
演变更新
你永远都不用担心Metasys系统会过时，因为它不断的增加新的技术、新的应用、新的工具、新的硬件以及更简单易用崭新的操作系统，Metasys这种演变更新是永远都不会停止的。
全球应用
Metasys 系统在北京和在底特律的运行是一样畅通的，它提供给用户超过12种语言以上的相同介面，我们的控制器、传感器、执行器和网络设备都可被特制成满足于各个地区需要的专用设备。
四、山东省淄博市体育中心体育场项目楼宇自控系统总体设计方案
结合山东省淄博市体育中心体育场项目的具体特点及监控要求，借助JOHNSON CONTROLS METASYS系统上述的先进技术和丰富经验，我们为山东省淄博市体育中心体育场项目精心设计出一套满足二十一世纪现代化的智能建筑楼宇自控系统。系统的设计方案包括从设备的选型、DDC的配置、监控内容和方式、软硬件功能等方面均做了详细的阐述，相信一定会为山东省淄博市体育中心体育场项目的楼宇自控系统作出一份贡献。
设计原则
山东省淄博市体育中心体育场项目是面向二十一世纪的工程，服务于二十一世纪。其智能化系统在符合实际需要的前提下，应有适当的超前性，以满足未来的需求。其BA 系统的设计应遵循以下原则：
实用性
楼宇自控系统的设计应以实用为第一原则。在符合需要的前提下，合理平衡系统的经济性与超前性，以避免片面追求超前性而脱离实际，或片面追求经济性而损害智能性。可靠性
系统必须保持每天24小时连续工作。子系统故障不影响其他子系统运行，也不影响集成系统除该子系统之外的其他功能的运行
经济性
本次楼宇自控系统工程所选用的设备与系统，以现有成熟的设备和系统为基础，是我司开发研制最成熟,先进的的系统。以总体目标为方向，局部服从全局，力求系统在初次投入和整个运行生命周期获得最佳的性能/价格比。
易维护性
因为系统复杂，要保证日常运行，系统必须具有高度的可维护性和易维护性，尽量做到所需维护人员少，维护工作量小，维护强度低，维护费用低。
开放可扩展性
本楼宇自控系统方案设计采用国家和国际标准及规范，兼容不同厂商、不同协议的设备和系统的信号传输，各子系统可方便进出系统。
设计依据
?电气装置安装工程施工及验收规范（GBJ232-82）
?中国民用建筑电气设计规范（JGJ/T16-92）
?JOHNSON CONTROLS 产品设计手册
?智能建筑设计标准
监控内容
根据贵司提供的图纸，目前本系统监测和控制范围包括下列系统：
?空调冷热源系统
?新风系统
?空调系统
?送排风系统
?给排水系统
?供配电系统
?照明系统
?电梯系统
本系统的设计思想是集散式控制方式,因高级的控制过程复杂，用同一控制过程的结果并不能满足各个区域的情况，采用集散式控制方式还可增强系统可靠性,减少施工费用.
1．空调冷热源系统
空调冷源系统包括：制冷机组，冷冻水泵，冷却水泵，冷却塔风机，膨胀水箱，水箱补水泵，软水箱等。空调热源系统包括：换热器，热水循环泵。由METASYS系统按每天预先编排的程序对以上所述设备进行优化监控，具体功能如下：
1．1．冷水机组、冷冻冷却水泵的运行台数的调整：
* 监测制冷机组的运行状态；
* 监测制冷机组的故障报警状态；
* 监测制冷机组手/自动状态；
* 监测冷冻水泵运行状态；
* 监测冷冻水泵故障报警状态；
* 监测冷冻水泵手/自动状态；
* 监测冷却水泵运行状态；
* 监测冷却水泵故障报警状态；
* 监测冷却水泵手/自动状态；
* 监测冷冻水总供/回水温度；
* 监测冷冻水回水流量；
* 根据冷冻水供回水温度与冷冻水总回水流量，计算出空调系统的冷负荷；再根据实际冷负荷来决定冷冻机的启停组合及台数,以便达至最佳的节能状态。
* 根据需要启停适当的冷冻/冷却泵；
* 冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵运行时间累积；发出定时检修提示；
1．2．冷冻供/回水平衡：
* 监测冷冻水供/回水压差；
* 控制冷冻水旁通阀的开度，以维持系统要求的压差；
1．3．冷却塔风机的运行台数调整：
* 监测冷却水供/回水温度；
* 监测冷却塔风机运行状态；
* 监测冷却塔风机故障报警状态；
* 监测冷却塔风机手/自动状态；
* 根据系统需要启停相应的冷却塔风机；
* 监测冷却塔两端蝶阀开到位/关到位状态；
* 根据冷却塔风机的启停，开启/关闭相应的蝶阀；
1．4．空调水补水：
* 监测软水箱高/低液位；
* 监测膨胀水箱液位；
* 监测补水泵运行状态；
* 监测补水泵故障报警状态；
* 监测补水泵手/自动状态；
* 根据需要启停适当的补水泵；
* 补水泵运行时间累积；发出定时检修提示；
1．5．冷冻系统联动控制：
* 各联动设备的启停程序包括一个可调整的延迟时间功能，以便配合冷冻系统内各装置的特性。各设备的启停联动顺序为:
◆启动：冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机→冷冻机组；
◆停止：冷冻机组→冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机；
1．6．换热器、热水循环泵的控制：
* 监测热水循环泵运行状态；
* 监测热水循环泵故障报警状态；
* 监测热水循环泵手/自动状态；
* 根据需要启停适当的热水循环泵；
* 监测换热器一次/二次水进出水温度/压力；
* 根据换热器出水温度控制一次侧进水蝶阀开闭，维持二次出水温度保持设定值；* 热水循环泵运行时间累积；发出定时检修提示；
以上工作状况可用文字或图形显示于彩色显示屏上，也可通过打印机打印出来作为记录。
通过网络控制器(NCU)和安装在冷冻机房内的直接数字式控制器DDC将按内部预先编写的软件程序来控制冷冻机启停的台数和相关设备的群控。
2．新风系统
新风机组由METASYS系统按每天预先编排的程序对新风机组进行优化监控，具体功能如下：
2．1．新风机组启停：
* 监测新风机组故障报警状态；
* 监测新风机组手/自动状态；
* 监测新风机组风机压差状态，确认风机机械部分是否已正式投入运行；
* 当新风机组处于自动状态时，系统可以对新风机组进行启停控制，包括远程控制和定时启停机组；
* 监测防冻开关的状态，当温度低于设定值(在防冻开关上可调整)时，防冻开关动作，控制器触发联动一系列的防冻保护动作，如关闭新风阀并打开水阀等；
* 监测过滤网淤塞报警状态，提醒运行管理人员及时清洗过滤器；
2．2．送风温度/湿度控制：
* 监测新风温、湿度（全套系统共取 1 套）
* 监测新风机组送风温度；
* 通过对安装于水盘管回水侧二通电动调节阀的自动调整，实现对送风温度设定点（可调整）的控制，保证新风机组供冷/热量与所需冷/热负荷相当，减少能源浪费；
* 监测新风机组送风湿度；
* 根据监测到的送风湿度值与送风湿度设定点比较，调节加湿器的开关，以满足送风湿度精度；
安装在机房内的直接数字式控制器(该控制器与现场设备是一对一的安装及控制方式)将按内部预先编写的软件程序来满足新风机组的自动控制和操作顺序。
以上工作状况通过网络通讯可将现场情况用文字或图形显示于中央控制室内的中控
机的彩色显示屏上，供操作人员随时使用，其中的重要数据可通过打印机打印出来作为记录。
3．空调系统
空调机组由METASYS系统按每天预先编排的程序对空调机组进行优化监控，具体功能如下：
3．1．空调机组启停：
* 监测空调机组风机故障报警状态；
* 监测空调机组风机手/自动状态；
* 监测空调机组风机风机压差状态；
* 当空调机组处于自动状态时，系统可以对空调机组进行启停控制，包括远程控制和定时启停机组；
* 监测防冻开关的状态，当温度低于设定值(在防冻开关上可调整)时，防冻开关动作，控制器触发联动一系列的防冻保护动作，如关闭新风阀并打开水阀等；
* 监测过滤网淤塞报警状态，提醒运行管理人员及时清洗过滤器；
3．2．送风温度/湿度控制：
* 监测空调机组送风温度；
* 监测空调机组送风湿度；
* 监测空调机组回风温度；
* 通过对安装于水盘管回水侧二通电动调节阀的自动调整，实现对回风温度设定点（可调整）的控制，保证空调机组供冷/热量与所需冷/热负荷相当，减少能源浪费；
* 监测空调机组回风湿度；
* 根据监测到的回风湿度值与送风湿度设定点比较，调节加湿器的开关，以满足送风湿度精度（带加湿的空调机组）；
3．3．新风量调节：
* 过渡季节根据焓值确定新风和回风风门开度的比例；
安装在机房内的直接数字式控制器(该控制器与现场设备是一对一的安装及控制方式)将按内部预先编写的软件程序来满足空调机组的自动控制和操作顺序。
以上工作状况通过网络通讯可将现场情况用文字或图形显示于中央控制室内的中控
机的彩色显示屏上，供操作人员随时使用，其中的重要数据可通过打印机打印出来作为记录。
4．送/排风系统
共有送风机、排风机由METASYS系统按每天预先编排的程序对送风/排风机组进行优化监控，具体功能如下：
* 监测送/排风机组运行状态；
* 监测送/排风机组故障报警状态；
* 监测送/排风机组手/自动状态；
* 当送/排风机组处于自动状态时，系统可以对送/排风机组进行启停控制，包括远程控制和定时启停机组；
安装在机房内的直接数字式控制器将按内部预先编写的软件程序来满足送/排风机组的自动控制。
以上工作状况通过网络通讯可将现场情况用文字或图形显示于中央控制室内的中控机的彩色显示屏上，供操作人员随时使用，其中的重要数据可通过打印机打印出来作为记录。
5．给排水系统
给排水系统由生活给水系统和排水系统组成，包括生活水箱，生活水泵。由METASYS 系统按每天预先编排的程序对给排水设备进行优化监控，具体功能如下：
5．1．给水系统：
* 监测生活水箱高/低液位
* 监测给水泵运行状态；
* 监测给水泵故障报警状态；
* 监测给水泵手/自动状态；
* 当给水泵处于自动状态时，系统可以对给水泵行启停控制；
* 给水泵运行时间累积；发出定时检修提示；
5．2．排水系统：
* 监测污水坑高/低液位
* 监测污水/排水泵运行状态；
* 监测污水/排水泵故障报警状态；
* 监测污水/排水泵手/自动状态；
* 当污水/排水泵处于自动状态时，系统可以对污水/排水泵行启停控制；
* 污水/排水泵运行时间累积；发出定时检修提示；
安装在机房内的直接数字式控制器将按内部预先编写的软件程序来满足给排水系统的自动控制。
以上工作状况通过网络通讯可将现场情况用文字或图形显示于中央控制室内的中控机的彩色显示屏上，供操作人员随时使用，其中的重要数据可通过打印机打印出来作为记录。
6．配电系统
BMS系统可以监视变配电系统中高、低压配电，发电机及变压器等相关设备和系统的参数。
●高/低压进线的三相电压、三相电流；
●高/低压两路功率因数；
●有功功率；
●无功功率；
●电量计算；
●负荷过载；
●跳闸报警；
●开关状态；
●变压器高温报警；
●变压器冷却风扇开关状态、故障报警；
对于电流，电压的监测，BA系统主要的功能是做监测，记录，报警的用途。系统会对各返回数值做记录，预设值为24小时。如有需要，可用Trend的功能对有关的监测对象作长时间的监测记录，有关数据可输出至其它第三方的软件，如 Excel等，以作数据管理及分析用途。同时系统也允许用户对各监察对象预设上下报警值，上下预警值，报警提示，及报警等级，当监察的对象超出预设值，BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示，以提醒操作人员做出相应的处理工作。而 BA系统也会将有关的事项一一记录，以作日后检查之用。
对于开关状态，电源状态，故障报警，等开关量输入点，BA系统主要的功能是做监测，记录，报警的用途。系统会对各返回数值做记录，预设值为对上十次状态改变。对于每个报警点，BA系统允许用户预设报警提示，及报警等级，当监察点报警时，BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示，以提醒操作人员做出相应的处理工作。而 BA 系统也会将有关的事项一一记录，以作日后检查之用.
对于变压器冷却风扇的监控，BA 系统会主要时根据变压器的开关状态来联锁风扇开关控制。除了监测风机的状态，故障外；BA 系统允许用户自行设定风机状态与控制之间的联锁监测功能。在设定此功能后，BA 系统会自动监测风机的状态是否与控制要求一致，如果不一致时，BA 系统会同时定义此状态点与控制点是故障的，并以声光报警形式在操作站上显示，以提醒操作人员做出相应的处理工作。而 BA 系统也会将有关的事项一一记录，以作日後检查之用。另外 BA 系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间，以便维修人员在设备运行至一定时间後，进行维修工作.
本次设计方案中采用了CROMPTON的多功能变送器——85K-IJW来检测高/低压柜的电气参数。
直接可用N2BUS网连接的INTEGRA——抛弃独立传感器的完整的测量仪表解决方案，它是国际著名专业传感器厂家CROMPTON公司专为JOHNSON CONTROL生产的，INTEGRA
系列是应用于商业与工业上的三组可直接上N2BUS的电力测量仪，这种革新后的仪表将电力仪表设备与高精度的工业级别CTS有机结合在一个设备中，消除了对外部电子设备的封装，从而在很大程度上降低了安装时间及费用。依据ANSI CI12.1仪表标准，系统误差仅为＋1％，077-IJWU电力表是非常理想的计量分表，唯一需要选择的参数是KW（需要量）及KWH（消耗量）。一台077-IJWU加强型数据流测量仪可以输出26个电力参数，包括KVAR、VA及功率因素，是电力监视与诊断的理想工具。INTEGRA安装非常简便，可用N2BUS采用手托手结构连接多达63个位置的电力测量表。从而节省大量安装费用。
7．照明系统
照明系统包括立面照明、泛光照明、车库照明以及对大堂、门厅、走道的室内照明，其具体的监控功能如下。
●监测照明状态；
●控制照明回路；
●亦可按时间程序控制照明回路；
8．电梯系统
整个体育场电梯系统可以监视电梯系统的功能包括：
* 监测电梯运行状态；
* 监测电梯故障报警；
* 以时间程序控制方式或手动控制方式控制电梯的运行；
五、山东省淄博市体育中心体育场项目楼宇自控系统结构
对山东省淄博市体育中心体育场项目本着集中管理、分散控制这种集散式监控结构的设计原则来实现整体功能。为方便机电设备各个专业的管理人员及维修人员更好
的利用楼宇自控系统，提高工作效率和管理水平。此系统是由中央操作站、网络控制器、直接数字控制器(DDC)、等组成，中央操作站及网络控制器是通过Ethernet网(N1网)将各节点连接起来，针对山东省淄博市体育中心体育场项目机电设备位置分散且之间距离长的特点。同时安装在建筑物各处的直接数字控制器(DDC)，将通过N2E现场总线（N2网）连接到网络控制器上，与其它网络控制器上的直接数字控制器及中央操作站保持紧密联系,N2网传输介质选用AWG18屏蔽双绞线。传感器及执行器等连接至以上各直接数字控制器内。
构成系统的主要部件如下：
通讯网络（包括上级网Ethernet N1 Bus及下级网 N2 Bus）
网络控制器（NCU）
现场控制器（FX15/XT,XP模块）
现场设备
中央监控室服务器
中央操作站
信息及报警打印机
网络终端
我们将在下面的章节中依次对各部件作一下简单的介绍，详细资料请参阅相应的产品手册。
网络结构
METASYS的硬件系统是由操作站(OWS)，路由器，网络控制器(NCU)及各种直接数字控制器 (DDC)所构成的一种智能化控制网络。
METASYS系统的通讯网络包含两级，上级为N1局域网，使用以太网技术，其通讯速率为100M；下级为N2网，使用使用 Opto-22 optimumx?通讯协议，并且已被证明其
优越性。（N2总线遵循EIA，RS-485电气标准。）
以太网（Ethernet/IP）作为一种应用越来越广泛的网络形式已被超过80%的局域网使用。它具有优良的性价比及易于安装的特性。以太网的通讯协议（TCP/IP）为开放式系统提供了物理及数据连接层通讯的参考模式。它的通讯速率为100Mbps。使用以太网具有以下优势：
?数据传输的高效率及稳定性
?灵活的布线和设备联结方式：可联结高速以太网、FDDI、令牌环网、ATM等?低成本
?可互相兼容的设备及拓补形式：由于以太网的使用广泛性，可以很容易的将其他厂家设备或系统通过它互相联结
?易于安装及扩展
?减少维修成本
以太网的网络拓补结构可为星型、总线型或混合型。星型结构的组成是通过非屏蔽双绞线或光纤将各个节点连接至位于网络中心的集线器上，该集线器可放置于建筑中任何方便的线架上。它的优点是易于隔离及修复出现故障的节点，缺点是比总线形式需要更多的安装线材。在这三种结构中星型结构适用于NCM与OWS位置较远的系统，总线型结构适用于NCM与OWS位置较近的系统，而混合性结构适用于NCM与OWS位置有远有近的系统。