智能楼宇控制工程项目系统设计探究

　　0 引 言

　　进入21世纪，智能化楼宇的概念逐渐清晰，并正在建筑领域中产生着越来越大的影响。智能化楼宇是以计算机为控制中心，经结构化综合布线系统与各通信终端和传感终端相连接，可以感知建筑物内各个空间的信息，并通过计算机处理，能给出相应的反应，从而使建筑物具有了一定智能，提高了管理和使用效率，降低了能耗，其中楼宇自动化系统（BAS）发挥了决定性的作用。

　　本文结合某智能楼宇控制工程项目，在介绍系统概况的基础上，给出了系统的总体设计方案及子系统的监控方案，具有一定的实用价值。

　　1 系统概况

　　某大厦位于宝鸡市高新技术开发区，总建筑面积2.7万平方余米，分为地下1层，地上10层，是一栋现代化、多功能的商务大厦，其中，地下1层包括变配电及自发电机组机房、水泵机房、冷站机组及大型地下停车场，大厦1层为大厅，其余各层均为商务区。各层均设有新风机组、楼层照明等配电室，顶层为电梯机房。总监控点数为：数字量输入/输出886点，模拟量输入输出312点。

　　2 系统设计方案

　　大厦内机电设备较多，且分散在楼层各处，根据这一特点，如果采用就地监测和人为操作，将占用大量的人力。为了大厦的特殊要求，并依据JGJ/T16?92《民用建筑电器设计规范》、GB/T50314?2000《智能建筑设计标准》、GBJ19?87《采暖通风与空调调节规范》、GB505241996《电气装置安装工程质量检验评定标准》等相关标准规范，采用可编程控制器结合工业控制计算机，组成计算机集散控制系统（DCS）系统，从而实现"集中管理、分散控制".

　　本系统充分研究了系统的控制要求，按照可靠、易操作、易扩展、易维护和经济适应的原则，采用中央管理计算机、监控计算机、现场控制站、现场设备4层BAS模式，如图1所示。

　　（1）第一层：中央服务器采用标准的以太网，通过基于服务器-客户端模式的SQL数据库存储各个子系统的相关信息，并向用户提供实时查询、浏览、打印和Internet网络查询等服务。

　　（2）第二层：监控计算机监控计算机有时亦称工作站、操作站或上位机。它是BAS的指挥管理中心，对现场设备进行集中监控与管理。系统采用研华610H工业级计算机，利用WINCC组态软件编写上位机监控程序。

　　（3）第三层：现场控制层及其与监控计算机的通信网络SAIA@PCD安装于控制现场，对空调机组、电梯等现场设备实现分散直接控制。其控制功能强，可现场编程实现多种控制算法，可独立对被控对象进行测控，又可接受中央管理机的统一的优化控制与管理。鉴于SAIA@PCD在楼宇控制上的强大功能，本系统采用了3套PCD2.M170可编程逻辑控制器。其中，1号PCD2.M170用于冷机控制，并为其配置LEODO?G系列触摸屏；2号和3号PCD2.M170用于变配电、电梯监控子系统中。

　　Profibus现场总线作为德国国家标准和欧洲国家标准的现场总线标准，它采用OSI模型的物理层、数据链路层，分散化的外围设备（DP）型隐去了第3层至第7层，而增加了直接数据连接拟合作为用户接口。

　　Profibus总线最大传输速率可达12 Mb/s,传输距离不加中继可达400 m（1.2 Mb/s传输率下），传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点，完全满足工业场合的应用要求。本系统中将PCD2.M170（采用PCD7.F770通信模块）与S7?200（采用EM277通信模块）作为从站，数据采集服务器采用Siemens的CP5611通信卡作为主站，共同构成主从结构的Profibus?DP网络。

　　（4）第四层：现场设备层BAS系统通过监控点对各被控系统进行监控。根据物理属性可以把监控点分为四种类型：DO:数字量输出（如电机的启/停、断路器的开/闭等）；DI:数字量输入（如电机的启/停状态等）；AI:模拟量输入（如温度、压力、流量、电流、电压等）；AO:模拟量输出（如阀门开度、电机转速给定等）。

　　现场设备虽然种类繁多，但可以大致分为以下四类：

　　传感器：用于检测系统温度、湿度、压力、流量、液位等；执行器：用于各种阀门及阀门驱动；电控箱：与电气工程配合，提供被控设备开关状态、故障状态节点，并响应操作员指令；报警系统：与消防报警、防盗报警等各种报警信号相连。

　　传感器检测到的开关量状态和模拟量值送给现场控制站。现场控制站根据中央指令或内部程序运行结果将开关量输出或模拟量给定值送给现场设备。

　　3 子系统的监控方案

　　BAS子系统较多，由于篇幅有限，这里以中央空调新风子监控系统为例介绍。

　　3.1中央空调新风监控系统的硬件结构

　　该系统上位机采用IBM?PC兼容机，负责系统数据的接收和管理、控制命令的发送、系统工作过程的实时显示等。各单元控制器作为下位机，采用西门子S7?200系列PLC,负责本单元内空调风机机组的现场数据检测、工作状态的控制和与上位机通信进行数据传送等。

　　单元控制器也可以脱离上位机，直接进行现场控制。各单元控制器对本单元的各个检测点进行循环检测，将检测数据发送给上位机，上位机通过接收各单元控制器上传的数据，根据操作者的指令或系统软件预先设定的控制程序向各单元控制器发送控制命令，由单元控制器对各空调风机机组进行实时控制。若脱离上位机，单元控制器将根据软件设定的控制参数直接对空调风机机组进行自动控制。

　　中央空调风系统的系统结构图如图2所示。

　　3.2系统软件的实现

　　系统软件由上位机组态软件和现场控制软件组成。

　　（1）上位机组态软件的实现上位机软件是在Windows 2000操作平台上，采用西门子组态软件WinCC,包括系统监控、数据处理、控制命令、动态显示等，具有界面友好、显示直观、操作方便等优点。系统运行时，各检测点和控制点的位置以图形方式形象地显示在上位机显示器上，检测和控制数据在各自位置旁动态显示。以新风控制为例，监控画面如图3所示。画面中有送、回风的温湿度、水阀的开度、防冻开关、送风机开关状态的显示以及加湿阀的开关状态等，可以将现场的实际参量实时显示；当过滤网压差、风机压差以及室外温度低于设定值时，相应的报警系统产生报警。

　　（2）现场控制软件的实现现场控制器控制软件采用S7?200PLC专用编程软件STEP?7 Microwin 32,主要完成数据采集、数据通信、现场控制等功能。

　　4 结 论
　　
　　该控制系统由中央信息控制中心、监控服务器及操作员站、网络控制单元（NCU）、现场控制站等构成。中央信息控制中心实现对BAS、消防、安防、车库等监控系统的系统集成；操作员可通过计算机和系统软件直接监控和管理所有输入/输出的状态，操作员站由研华工业控制计算机及通信模块CP5611、打印机、管理软件等组成，是人机对话的主要桥梁；现场控制器支持在线编程或进行预设编程，主要完成数据的采集及根据预设程序或操作员指令实现特定的功能。该系统具有先进性、可靠性、适应性、容错性和易维护性的特点，具有一定的实用价值。

　　参考文献：
　　[1]魏余芳.现场总线技术与应用[J].兵工自动化，2002,21（4）：2831.
　　[2]姚胜兴.集散控制下的楼宇自动化系统与设计[J].测控技术，1999,18（10）：1210?1215.
　　[3]袁任光.集散型控制系统应用技术与实例[M].北京：机械工业出版社，2003.