卡普莱斯楼宇控制系统方案

      
**章 BACnet协议简介
1.1       BACnet协议产生的背景
智能建筑(IntelligentBuilding)是传统建筑物与现代计算机技术、信息网络技术、检测传感技术和自动控制技术相结合的产物。随着社会信息化与经济国际化潮流的到来,人们对建筑物的内在功能、生态环境、信息处理能力等人性化和智能化功能的要求越来越高,这从智能建筑近年来在我国的迅速发展中得到了证明。
智能建筑的主要特征之一是建筑设备自动化系统,既人们通常所说的“楼宇自动控制系统”。所谓楼宇自动控制系统是指:由基于微处理器的设备组成的一个网络,能实现能量管理和监控、暖通空调控制、防火控制、安保控制以及其它相应的楼宇自动控制功能。
智能建筑贵在集成,只有通过集成控制,才能*大限度地满足人们对现代建筑提出的节能、环保、**、舒适和方便快捷的要求。如何将不同厂家的设备和系统组成为一个能够协同工作的自动控制集成系统,进而与广域网互联,*终实现远程监控和远程维护,这将是21世纪建筑智能化技术的主流方向。
出于建筑智能化技术发展历史和出于商务竞争的考虑,95年以前国外各厂商的技术和产品没有统一的标准,或自定标准,或依据对自己有利的标准进行开发和应用。这就造成了各系统互相封闭运行,技术和产品互不兼容、互不通用,无法实现产品互换和互操作。实现真正意义上的系统集成更是奢谈。
随着网络互联技术的发展和因特网(Internet)在全球范围的盛行,开放、互联和信息共享已成为信息时代的潮流,构造不同厂家的产品能够互联、互换和互操作并可以与因特网无缝连接的新一代楼宇自动控制系统已成为业主、系统集成商和*终用户的迫切要求,也是我国建筑智能化系统工程应用与国际接轨和同步发展的*佳时机。
针对楼宇自控系统用户的上述普遍需求,也为了促进楼宇自控系统走上健康、稳定的发展道路,美国采暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)于1987年成立了由国际楼宇自控行业专家、学者组成的135P标准项目委员会(StandardProject Committee:SPC135P),专门负责制定一个楼宇自控产品生产厂商和用户都能普遍接受的技术标准。经过9年时间认真细致和广泛严谨的论证,ASHRAE于1995年6月正式制定和发布了世界上**个楼宇自动控制技术标准文件——“AData Communication Protocol for Building Automation and ControlNetworks”(楼宇自动控制网络数据通信协议,简称“BACnet协议”,并于当年12月被美国国家标准协会批准为美国国家标准。
1.2       BACnet协议的体系结构
1.2 BACnet protocol system
BACnet协议*根本的目的是提供一种楼宇自动控制系统实现互操作的方法。所谓互操作性是指分散分布的控制设备相互交换和共享数字化信息,从而协调地工作,*终达到一个共同目标的能力。BACnet协议的核心是面向控制网络信息交换的数据通信解决方案。
BACnet协议参照国际标准化组织(ISO)制定的开放系统互连参考模型(OSI/RM)的体系结构,采用了分层的思想,同时根据楼宇自控系统的具体特点进行了简化。OSI/RM模型分为七层,每一层调用下一层的服务,实现各自功能,并向上一层提供服务,各层的服务调用是通过服务原语实现的。BACnet协议在确定分层时主要考虑了下列两个因素:
1)OSI/RM模型的实现需要很高的费用,实际上在绝大部分楼宇自控系统应用中也并不需要这么多的层次,事实上BACnet只包含OSI模型中被选择的层次,其它各层则去掉,这样减少了报文长度,降低了通信处理开销,同时也节约了楼宇自控工业的生产成本。
2)BACnet应充分利用现有的广泛使用的局域网技术,如Ethernet、ARCNET和LonTalk,因此成本进一步降低,同时也有利于技术的推广和性能的提高。

BACnet网络层

 
ISO 8802-3
(IEEE 802.3)
ARCNET
MS/TP(主从/令牌传递)
PTP
(点到点协议)
EIA-485
(RS485)
EIA-232
(RS232)
ISO 8802-2
(IEEE802.2)类型1
 
 
LonTalk
BACnet应用层
BACnet的协议层次
 
应用层
网络层
数据
链路层
物理层
对应的
OSI层次
1 BACnet简化的体系结构层次图
在考虑了楼宇设备监控网络的特征和要求以及尽可能少的协议开销原则后,BACnet协议提出了一种简化的四层体系结构,相当于OSI/RM模型中的物理层、数据链路层、网络层和应用层(如图1-1所示)。

 

1.3 BACnet协议的技术特点
◆独立于任何制造商,也不需要专门芯片,并得到众多制造商的支持;
◆产品有良好的互操作性,有利于系统的扩展和集成;
◆有利于厂商提高产品的技术和质量,降低产品的成本和价格;
◆系统可以由不同厂商的产品组成,有利于市场竞争,保护先进的产品占有市场;
BACnet产品有众多的供应商提供服务和维护,有利于运行费用的降低;
◆ 用户可以从多厂商中实现竞标,来选择性价比*优的产品和系统,避免专用协议的设备与系统垄断,尽量减少工程投资费用。
1.3           公司简介
COMPLEX公司是暖通空调DDC控制系统(Direct Digital Control system)的专业生产厂家并处于**地位。详细情况请参阅附件中的内容。
COMPLEX公司具有世界先进水平的楼宇自控系统,使业主和物业管理人员能通过简易的Windows界面完成一切设备的监控管理及操作,并进行能量管理及租户计帐功能,满足从办公楼、大学、饭店、展览馆、工厂、博物馆以至**设施等任何规模的楼宇设备的控制及管理要求。
COMPLEX公司的全球市场是通过代理商网络实现的。代理商均具有丰富的市场和技术经验,足以进行COMPLEX产品的应用支持和服务。另外,COMPLEX公司对代理商在市场拓展、技术服务和培训方面进行广泛、持续和有力的支持,同时持续不断地专注开发*新的**产品中,给客户的应用和选择提供了极大的灵活性。因此,每次COMPLEX新产品的推出都对市场产生巨大的冲击。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
**章  COMPLEX系统概
COMPLEX系列产品是COMPLEX公司推出的新一代的完全符合BACnet协议的楼宇自控系统。
COMPLEX楼宇自控系统是一个完全的“集散式”系统,其控制软件及数据库是存放在整个网络—从中央控制台到全局网络控制器—的每一个装置上,中央控制台实际上起到一个人机对话的作用,通过中央控制台,管理人员可以对系统进行编程,数据库管理,监视和控制操作。
2.1       COMPLEX系统的网络结构
图2-1 COMPLEX楼宇自控系统结构示意图
2.2 COMPLEX系统的组成要素
1)中央操作站
汉化的人机监控界面。图形编程、时间表控制、趋势记录以及其它自动控制功能的设置工具。
2) 网络集成控制器和路由器
执行全局控制策略,通过HTC控制器协调设备的运行,管理自动控制功能的执行,传递网络信息。
3) 现场数字控制器
在线完全可编程控制器,通过MS/TP网络DDC参数值的变化和发生的事件(如报警)。浮点运算和模拟输出使它们功能强大应用灵活。
4)传感器与执行器
传感器(如温度、湿度、温湿度传感器等)和执行器(如风门、水阀)是控制器的附件。
5)专用系统网关
针对不符合BACnet协议的专用系统,COMPLEX有相应的网关接口产品(如ModBus),其提供的网关可将原专用网上的数据格式“翻译”成BACnet兼容设备能识别的格式,从而将其产品集成到COMPLEX系统中。
2.2       COMPLEX系统的技术特点
(1)        完全符合BACnet协议
从中央操作站、网络控制器、路由器到DDC控制器,均符合美国ANSI/ASHRAE:135-1995标准之有关规定。从应用层、网络层、数据链路层到物理层均采用BACnet协议之技术。
(2)        简洁的两层网络结构
BACnet协议规定的五种局域技术中选用了Ethernet和MS/TP,上层(监督管理层)采用Ethernet网,下层(实时控制层)采用MS/TP网。上下两层通过路由器或网络控制器相通。网络控制器及路由器直接挂装在以太网上,与计算机工作站同层。网络控制器及路由器通过MS/TP总线网连接各DDC控制器。因此,上层只是计算机和网络控制器及路由器,而下层则是DDC控制器。
(3)        高速的网络通讯
网络控制器及路由器直接挂装在以太网上,通讯速度可达10MB以上。HTC控制器挂装在MS/TP网上,通讯速度可达到76.8Kbps,完全可以满足楼宇设备实时控制的需要。
(4)        立体动画图形界面
无论是人机监控界面还是VLC编程界面,都采用了三维立体。动态图形能实时反映各设备的运行情况,使操作更加直观和简洁。三维图形可通过软件、AUTOCAD或扫描输入获取并填加到系统图形库中。
(5)        通用的操作系统平台
COMPLEX系统是在Windows 95/98、Windows NT、Windows2000,WindowsXP操作系统平台下运行的,极易被用户熟悉和掌握。
(6)        多种通讯手段
网络控制器及路由器能支持多种不同通讯形式:以太网(ETHERNET)、ARCNET、PTP、MS/TP
(7)        扩展方便
由于网络控制器及路由器直接挂在以太网上,因而扩展也非常容易,数量基本上没有限制。数据处理的能力只取决于计算机硬件配置。
MS/TP网可通过网络中继器扩展距离及覆盖范围,使增加DDC对新增设备进行监控变得灵活、易行。
(8)        可视化逻辑编程
COMPLEX公司为COMPLEX系统开发了一种功能强大的使用简便的编程手段-图形编程软件。它包括了一整套功能齐全的功能块和模型数据库,每个功能都用一个三维立体图表示。通过功能块的有机连接,可以提供一个非常清晰的控制流程,实现所需要的任何控制序列。同时可立即将编程资料存档,方便日后查询。因此任何技术人员接手后,都能在短时间内掌握整个控制原理和程序。软件集成在SimView组态软件中。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
第三章 建筑设备监控系统的设计
3.1     建筑设备监控系统(BAS)设计说明
本手册是根据COMPLEX公司的COMPLEX系统对建筑设备监控系统(简称:楼宇自控系统或BAS)工程的设计和实施而编制的,它体现了COMPLEX系统在楼宇机电设备控制应用上的一些特点和方法,供设计人员在应用COMPLEX系统进行工程设计时参考。
本手册仅展示出一些典型的机电设备的控制方案,对于一些特殊的机电设备的控制,可选择不同的控制方案,应用灵活的COMPLEX系统,实现系统功能。
DDC的设置应主要考虑系统管理方式,易于安装调试及维护方便和经济性,一般按机电系统的平面布置进行划分,如布置在:冷冻站、热交换站、空调机房等控制点较为集中之处,并且被控设备与DDC之间尽量采用一对一控制。DDC应置于控制箱内,箱体一般挂墙明装,距地1.5m。
BAS中控室的位置,应尽量注意远离变配电等强电磁干扰源,并注意防潮、防振。控制室内宜采用抗静电活动地板,其土建及装修要求参见有关计算机房的设计标准。
BAS系统的电源应由变配电站直接引出专用回路供电,中央操作站供电应设不间断电源(UPS)装置,其容量应包括系统内用电设备的总和并考虑预计的扩展容量,UPS供电时间不低于20分钟,DDC的电源宜采用中央控制室内集中供电方式。如采用就地供电方式,可由就近的紧急电源供给。
BAS系统的接地一般采用建筑物联合接地方式,要求联合接地电阻不大于1欧姆。如BAS系统单独设置接地系统,应采用单点接地方式,要求接地电阻不大于4欧姆,并与建筑物防雷接地系统接地极之间距离不小于20米。
本设计手册涉及的系统控制方式及产品,无法涵盖整个楼宇控制的应用范围,因此仅供设计人员的设计参考,而且难免出现疏漏和错误,恳请广大设计人员批评指正。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2 建筑设备监控系统(BAS)设计流程

设计任务开始

 
研究建筑功能
了解业主需求和未来物业管理方式
了解机电专业控制要求
确定控制范围和内容
与机电专业探讨控制方案
节能与经济性分析
和土建专业结合,确定控制室位置,面积,竖井的数量,位置,面积布线方式,标高
画出大楼BAS系统网络图
配合电气专业完成配电设备二次回路设计
画出现场安装大样图
画出管线敷设平面图
开列BAS设备、材料表
写出设计施工要点说明
各专业图纸会签
施工图交底与施工配合
确定BAS控制水平和方式
根据系统集成要求确定BAS网络结构
仪表量程计算,选择
确定BAS现场设备的规格、尺寸、安装方式
设计任务完成
系统设计流程
调节阀计算
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

3.2建筑设备监控系统(BAS)设计规范
《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-98)
《民用建筑照明设计标准》(GBJ133-90)
《工业与民用供电系统设计规范》(GBJ52-83)
《高层民用建筑设计防火规范》(GBJ45-82)
《汽车库设计防火规范》(GBJ67-84)
《建筑物防雷设计规范》(GBJ50057-94)
《总线局域网标准》(IEEE802.3)
《环形局域网标准》(IEEE802.5)
《智能建筑设计标准》 (GB/T50314-2000)
《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16-92)
《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJ19-87)
《电气装置工程施工及验收规范》(GBJ232-82)
《建筑电气施工安装图集》(JD)

第四章          COMPLEX楼宇自控系列产品介绍
(详见卡普莱斯BACnet楼宇自控产品电子样本.ppt)
 
第五章 COMPLEX楼宇自控产品的典型应用
5.1 COMPLEX自控系统应用方案举例
5.1.1 空调机组的控制
(一) 监控功能:
1)监控及记录风机运行状态,回风温度,风机故障,过滤网阻塞及防冻报警。
2)手动或按预设时间程序启停风机。
3)风机与风阀门及水阀门连锁控制。
4)确认风机运行后,控制水阀门,保证温度在设定的范围内。
5)在冬季,当防冻报警时,停止风机及打开水阀门防止盘管结冰。
6)按室外温度及室内温度的比较,控制新回风阀门的开度比例,以达到节能效果。
 () 监控原理图
() 设备清单:
代号
数量
型号
说明
DDC
1
BFC-312N
直接数字控制器
T-1
1
CTSD-NIP2
风管温度传感器
T-2
1
CTSW-N1P
室外温度传感器
FP-1
1
CFPS-A1
防冻开关
DP-1,2
2
CPD-S5
风压差开关
WV-1
1
LR24-SR+Rxx
..
 
调节量水阀
DA-1,2
1
LR24-SR
 
调节量风阀门驱动器
 
5.1.2 新风机组的控制
 () 监控功能:
1)监控及记录风机运行状态、送风温湿度、风机故障、过滤网堵塞及防冻报警。
2)手动或按预设时间程序启停风机。
3)风机与风阀门、水阀门及加湿阀连锁控制。
4)确认风机运行后,控制水阀门及加湿阀,保证温湿度在设定范围内。
5)在冬季,当防冻报警时,停止风机及打开水阀门防止盘管结冰。
 () 监控原理图
(三)     设备清单:
代号
数量
型号
说明
DDC
1
BFC-312N
直接数字控制器
T-1
1
CTSD-NIP2
风管温度传感器
H-1
1
CHSD-00D3/AC
风管湿度传感器
FP-1
1
CFPS-A1
防冻开关
DP-1,2
2
CPD-S5
风压差开关
WV-1
1
2WV..+ MVA..
..
 
调节量水阀
SV-1
1
LR24+Rxx
 
开关量电磁阀
DA-1
1
LR24
 
开关量风阀门驱动器

5.1.3 冷冻站控制
 () 监控功能:
1)监控及记录冷冻机,水泵,冷却塔风扇运行状态及故障报警,各温度,压差及流量。
2)手动或按预设时间程序启停冷冻站。
3)对冷冻机,水泵,冷却塔等设备进行连锁启停控制。
4)计算总负荷,对冷冻机进行台数控制,以达到节能效果。
5)压差旁通控制。
6)冷却水温度控制冷却塔风扇启停。
7)与符合BACnet标准的冷冻机进行联网通讯。
(二)监控原理图
(三) 设备清单:
代号
数量
型号
说明
DDC
1
BFC-322N
直接数字控制器
T-1,2,3
3
CTSP-N1P1
水管温度传感器
DP-1
1
P692
水压差传感器
FR-1
1
CLD
电磁式水流量计
FS-1,2,3,4
4
WFS-B
水流开关
PV-1
1
Dxx+AM24-SR
..
 
调节量水阀
IV-1,2,3,4,5,6
6
Dxx+ AM24
 
开关量水蝶阀
 

5.1.4 给排水系统控制
 () 监控功能:
1)监控及记录水泵运行状态及故障报警。
2)监控及记录水位状态。
3)按水位控制水泵启停。
4)工作水泵故障,备用水泵自动投入动行。
 () 监控原理图
(三)     设备清单:
代号
数量
型号
说明
DDC
1
BFC-322N
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