智能建筑具体方案设计

　　第五章 工程应用实例

　　5.1 项目背景与概况。

　　本工程项目是一新建工厂，总用地面积为 51,000 平方米，一期工程总建筑面积为 22,000 平方米，主要包含办公楼、生产车间、仓库、公用设施机房、10KV 高压配电间、门岗等主要组成部分。这些建筑的主要系统包含楼宇自动化系统、消防报警系统、安防与门禁系统、生产线工艺设备自动监控系统等。通过以上分析，本工程项目将采用无线和有线网络的混合组网模式，利用无线和有线网络各自的优点，将这些分散在各个建筑内的系统集成到一个集中的智能化中央控制管理平台中，进行集中管理和监控。

　　5.2 项目的任务和需求分析。

　　智能建筑设计的过程中，最重要的环节是项目的需求分析和系统规划。本项目主要是将各分散的子系统进行集中监控，统一管理，并采用相同的监控界面，在一个平台上管理各个不同的子系统。

　　由于其它子系统的原理也类似，本项目研究的对象主要是厂区内的三个关键子系统，楼宇自控系统、消防报警系统、门禁与监控系统。

　　（1） 楼宇自控系统楼宇自控系统的服务器和网络控制引擎、交换机等主要设备安装在公用设施的楼宇控制中心的机房内，主要监控冷冻站系统、锅炉供热系统、空调系统、送排风系统、给排水系统、供配电监控等系统。

　　（2） 消防报警系统消防控制主机、服务器和监控画面安装在消防控制中心，位于厂区中部仓库旁的消防控制室内，监控厂区内的消防报警系统。

　　（3） 门禁与监控系统主机服务器和监控画面安装在门岗的保安室内，主要监控厂区内的门禁系统，围墙的电子围栏，厂区内主要路口和建筑内关键位置的监控摄像等功能。

　　5.3 项目设计原则。

　　项目智能化要求在符合实际需要的前提下，要具有充分的可靠性、安全性、先进性和经济性的要求，以及一定的灵活性、扩展性，易于维护和管理，满足生产和设备运行的各种活动的需要，并能满足后期项目的扩建需要，具备升级能力，项目的设计需要考虑以下原则：

　　（1） 可靠性由于工厂为 24 小时生产，系统必须保证 24 小时连续稳定的工作，以满足生产活动不受影响，并且各个子系统的故障不影响其它子系统的运行，必须考虑高度的可靠性和稳定性。此项目将从无线网桥的冗余和数据备份上考虑系统的可靠性，并采用集散控制系统，当一个子系统发生故障时，不会影响其它系统的正常运行。

　　（2） 实用性合理平衡系统的经济性和超前性，以实用性为主，在考虑系统经济性的同时，合理的考虑系统的扩展和可能升级需求。

　　（3） 经济性本项目主要采用成熟的设备，尽量减少成本，在设计上考虑预留将来可能更新和改造的同时，力求在系统的投资和运行周期获得最优的性价比。

　　（4） 易于维护因为本系统设计的面比较大，各个子系统分散在几幢独立的建筑内，系统较复杂，为了保证日常运行，系统必须易于维护和操作，界面简单直观，尽量满足维护人员少，工作量小，维护费用低的要求。

　　5.4 项目设计目标。

　　本项目的设计目标主要是采用无线和有线混合局域网的基础上，通过无线通信技术，将各个子系统集成起来，系统集成的目标是以系统、功能和网络集成等多种集成方法，遵循着开放、高效、经济和实用的原则，通过公共的通信网络，构筑一个性能优良、结构合理、集中与分布相结合的监控和综合管理功能。以提高运营管理水平和服务质量。

　　（1）功能集成将各个分散子系统的功能进行集中管理，建立紧密的联系和整合，提高系统的智能化程度，增强对灾变的应对能力。

　　（2）软件界面集成各子系统集成在统一的计算机平台上，采用一致的人机界面，系统可以具有地图，注释信息，虚拟图标的功能，以便于理解和操作。

　　（3）网络集成集成系统将楼宇自控、消防报警系统、门禁和监控管理系统等子系统，采用无线通信网络连接起来，实现信息共享和数据交换。

　　5.5 智能建筑具体方案设计。

　　本项目主要目标是将实现工厂的智能化要求，将分散在各个建筑中的主要系统，楼宇自控系统、消防报警系统、安防与门禁系统、通过无线网络集成在一个中央控制平台中，采用基础集中式拓扑结构，以安装在厂区中部公用设施机房的楼宇监控系统为网络监控中心，通过无线网桥和各个子系统通信。

　　对工厂内的各个子系统，在各个独立的子局域网中安装一个无线接入点，桥接分散在几幢建筑中的局域网系统，无线网桥采用思科 Aironet3600 系列无线接入点。

　　思科Aironet3600系列无线接入点适用于混合组网设备的无线网络，Aironet3600系列还包含基于IEEE802.11n无线局域网协议、采用三个空间流的4*4多输入多输出（MIMO）技术，可以与现有网络无缝集成，从而实现较低的成本，能够保持更高速度和可靠的无线连接，可为网络增加容量，从而满足扩展和未来增长的需求。

　　由于各子局域网系统相隔距离较远，并考虑到建筑物的屏蔽问题，在每个无线接入点上安装增益天线，在作为通信中枢的无线网桥上，安装全向天线，门禁与监控系统和消防报警系统采用定向天线，与中央监控系统进行数据传输。

　　本无线局域网所使用的无线设备，主要有无线网桥、全向天线、定向天线、功分器、馈线等材料。

　　用户综合管理操作站采用 WEB 浏览器，可以动态和实时地显示各个集成子系统的状态和故障信息，以及实时反馈各个重要的参数，可以为维修以及故障分析提供参考，以及通过一些参数的预警值提前分析系统的状态，在设备可能会出现故障之前就发现问题，并及时处理和修复。操作站有以下几个特点：

　　（1）用户界面定制操作人员登陆系统后，可以任意的根据自己的操作习惯定义界面的格式，以及需要显示的信息。

　　（2）操作简单操作只需要点击和拖动，系统中的工具条和下拉可选列表非常方便操作，以及时间控制表可以通过设定，使系统自动按照设定时间开关机。

　　（3）多窗口显示用户的显示界面可以多个窗口显示，可以在同一个时间里查看多个系统的状态和实时参数值，以便值班人员及时发现预警信息，排查风险和故障。

　　5.5.1 楼宇自控系统的设计。

　　楼宇自控系统采用江森公司产品 ADS 中央监控系统，由中央操作站、网络控制器、现场控制器（FEC）等组成，通过以太网将中央操作站和网络控制器的各个节点连接起来，同时安装在建筑物内的各个现场控制器（FEC），通过现场总线（N2）网络协议连接到网络控制器上，与其它网络控制器上的现场控制器及中央操作站保持通信，传感器和执行器等连接到以上的各个现场控制器内。

　　中央操作站与网络控制器采用以太网有线网络，现场控制器与网络控制采用 N2的通信协议。对于一些难以布线区域，以及布线投资成本大的设备，根据现场实际情况，通过新增无线通信的设备，采用无线通信将现场控制器连接到网络控制器上，以及一些房间的温湿度传感器的位置较远，布线成本较低，施工布线难度大，根据实际情况通过无线通信将传感器与执行器连接到现场控制器的输入输出模块上。楼宇自控系统。

　　楼宇自控的主要设备包含 ADS 服务器、网络控制器、现场控制器、输入输出模块、执行器、温湿度传感器等设备。

　　ADS 是应用和数据服务器软件包，可长期保存报警和事件信息、趋势数据和用户交互记录，通常用于协调多用户使用 Web 浏览器访问网络，提供更多用户访问和历史数据存储功能，支持访问用户界面并保存用户界面。

　　数据管理服务器主要具有以下几个方面的特点：

　　（1）支持一般的 IT 标准和技术。

　　（2）标准网络浏览器和界面。

　　（3）安全用户访问，可鉴别用户，区别授权等级。

　　（4）动态的系统图形，以及灵活地浏览系统状态。

　　（5）报警和时间管理，按照设定的报警值，及时的发送系统存在的故障预警，并可以按照设定时间表自动运行和关闭设备。

　　（6）数据可以长期存储，便于将来进行系统故障和优化升级的数据分析。

　　网络控制引擎是一种智能化的控制器，通过几个控制器，可以将不同的系统连接起来，进行全面的综合管理。

　　现场控制器 FEC 是 ADS 系统的末端控制器，可以直接现场控制设备，并与上级网络控制器通信，网络控制器和中央操作站都可以对其实现超越控制。FEC 可以支持以下几种不同性质的监控点：（1） 模拟量输入（AI）（2） 数字量输入（DI）（3） 模拟量输出（AO）（4） 数字量输出（DO）。

　　整个楼宇自控系统监控主要包括以下几个系统：（1） 冷冻站系统（2） 锅炉供热系统（3） 变配电系统（4） 送排风系统（5） 给排水系统（6） 空调系统（7） 电梯系统冷冻站监控系统控制的设备主要包含三台约克冷冻机组，三用一备共四台冷冻水循环水泵，两台冷却塔，两用一备三台冷却水循环水泵。由控制系统按照设定的程序自动控制冷冻系统的启动和停止，监视系统各个设备的运行状态，冷冻系统的各个设备通过接口实现群控功能，根据冷负荷自动决定设备开启数量和输出功率，并根据每台设备的运行时间，自动切换选择设备运行，当设备故障时，发出预警信息，并自动切换故障设备。

　　供热系统主要采用两个锅炉给工厂提供热水，主要监视的状态点包括：锅炉的运行状态，板式换热器一次侧和二次侧的温度与压力，电动调节阀的开启度。供热系统主要根据设定的程序，按照回水温度和设定温度比较，自动调节锅炉输出功率和阀门开度。

　　变配电系统主要监视的内容包括：进线柜、出现柜、变压器、联络柜、应急柴油发电机、油箱等。监控系统中主要采用智能仪表检测关键回路的重要电参数，包括相电压、线电压、电流、频率、功率、功率因素、用电度数等。

　　空调与送排风系统主要监控空调机组、送排风机、排烟风机等。空调机组按照室内的温湿度传感器自动调节机组的冷热水阀门开度，控制室内的温湿度。送排风机按照设定好的换气次数，以及室内压差等参数自动调节风机频率和启停，排烟风机与消防系统联动，在紧急情况是自动启动。

　　给排水系统监控的内容为水箱、循环水泵、集水坑等，主要监视水箱水位，并通过供水压力自动调节循环水泵频率，稳定供水压力，当水位异常或循环水泵故障时，发出报警。

　　电梯系统监测的内容主要为电梯上/下运行状态、紧急停车、故障报警和设备累计运行时间等。

　　5.5.2 消防报警系统的设计。

　　火灾自动报警系统是建筑物的关键组成部分，正确的设计、安装、施工、运行和维护能保证建筑物的安全，当突发事件时，减少损失和保证生命财产安全。现在用的非常成熟和广泛的消防报警系统采用有线系统，随着技术的发展，以及传统有线系统的弊端的显现，施工周期长、布线复杂、误报率高等问题，越来越多的人开始进行无线火灾报警系统的研究。

　　无线火灾报警系统是利用无线火灾探测器发送的火警信号和故障信号，并记录发送这些信号的地点和时间的火灾报警专业设备，它是由火灾报警控制器、火灾探测器、消防联动控制器、无线通信节点等组成。

　　系统需要考虑稳定性、可靠性、先进性、实用性、可扩展性的设计原则，设计为双电源供电，确保系统长时间稳定运行，故障率低，维护工作量少。考虑将来的可扩展性，系统设计需要考虑增加探测器和控制模块的需求。

　　由于目前的无线消防报警系统，主要还在研究和开发阶段，产品还不成熟。考虑到系统的稳定性和经济性，本项目的消防系统采用有线系统，火灾报警控制器采用诺帝菲尔 EST3,系统共八个回路，监控的主要内容包括烟感、温感、手报、声光报警、防火卷帘、防火阀、排烟阀、消防电梯等设备，火灾报警控制器配备 UPS 电源和打印机，当电源故障或检修时，可以通过 UPS 供电。操作主机与显示器通过控制器上的以太网接口与控制器通信，并通过无线网桥将消防报警系统的状态和报警信号，传输到中央控制室内。

　　5.5.3 安防与门禁系统的设计。

　　安防与门禁监控系统以综合管理软件为核心，采用网络视频监控器，主要采用的HID 网络门禁控制器，末端控制的设备主要是摄像头、电子栅栏、声光报警器、门磁锁和读卡器等设备，其中考虑到现场的实际安装情况，综合分析成本和施工难度，将在靠近围墙的室外，以及室内部分难以布线和安装桥架的部位，采用无线网络摄像机，将前端的摄像机输出的视频信号、音频信号、报警信号转化为数字信号，通过无线网桥与监控中心进行传输，实时显示在中央监控中心显示屏上。其它区域易于布线和安装的摄像头采用一般的摄像机，通过有线和视频编码器和交换器连接，将信号传输到中央监控系统。其中门禁采用 HID 网络门禁控制器，控制门磁锁的开启，系统原理。

　　系统包含的主要设备为门禁读卡控制器、门磁、电磁锁、开门按钮、读卡器、摄像机等设备。

　　工厂周边采用红外探测器和电子围栏，构成厂区第一道安防屏障。在工厂内部的不同区域，安装门禁系统，按照不同的保密等级，为相对应的人员设定进出权限，控制人员的进出。并在工厂的主要出入口，以及工厂内部的主要位置安装摄像机，值班人员可以通过监控系统随时了解这些重要场所的情况。

　　5.6 本章小结。

　　本章研究内容是以一个新建工厂项目为基础，将现代智能技术应用到实践中。

　　通过以上章节讨论的无线和有线网络优缺点，根据实际情况，采用有线和无线混合网络的方案和系统架构。分别对楼宇自控系统、消防报警系统、安防与门禁系统进行系统设计，以及主要设备的型号与性能作了介绍。并考虑到系统的集成，将三个独立的子系统通过无线网桥连接在一起，以楼宇自控系统的服务器为中央控制站，可以集中监控其它的系统，便于运营管理和监控。楼宇自控系统是整个工厂的主要监控部分，大部分重要的设备都包含在这个系统中，在本章的系统设计中详细介绍了楼宇自控系统的主要组成部分和监控的内容，以及控制逻辑和系统架构图。