卡普萊斯樓宇控制系統方案

      
**章 BACnet協議簡介
1.1       BACnet協議產生的背景
智能建筑(IntelligentBuilding)是傳統建筑物與現代計算機技術、信息網絡技術、檢測傳感技術和自動控制技術相結合的產物。隨著社會信息化與經濟國際化潮流的到來,人們對建筑物的內在功能、生態環境、信息處理能力等人性化和智能化功能的要求越來越高,這從智能建筑近年來在我國的迅速發展中得到了證明。
智能建筑的主要特征之一是建筑設備自動化系統,既人們通常所說的“樓宇自動控制系統”。所謂樓宇自動控制系統是指:由基于微處理器的設備組成的一個網絡,能實現能量管理和監控、暖通空調控制、防火控制、安保控制以及其它相應的樓宇自動控制功能。
智能建筑貴在集成,只有通過集成控制,才能*大限度地滿足人們對現代建筑提出的節能、環保、**、舒適和方便快捷的要求。如何將不同廠家的設備和系統組成為一個能夠協同工作的自動控制集成系統,進而與廣域網互聯,*終實現遠程監控和遠程維護,這將是21世紀建筑智能化技術的主流方向。
出于建筑智能化技術發展歷史和出于商務競爭的考慮,95年以前國外各廠商的技術和產品沒有統一的標準,或自定標準,或依據對自己有利的標準進行開發和應用。這就造成了各系統互相封閉運行,技術和產品互不兼容、互不通用,無法實現產品互換和互操作。實現真正意義上的系統集成更是奢談。
隨著網絡互聯技術的發展和因特網(Internet)在全球范圍的盛行,開放、互聯和信息共享已成為信息時代的潮流,構造不同廠家的產品能夠互聯、互換和互操作并可以與因特網無縫連接的新一代樓宇自動控制系統已成為業主、系統集成商和*終用戶的迫切要求,也是我國建筑智能化系統工程應用與國際接軌和同步發展的*佳時機。
針對樓宇自控系統用戶的上述普遍需求,也為了促進樓宇自控系統走上健康、穩定的發展道路,美國采暖、制冷和空調工程師協會(ASHRAE)于1987年成立了由國際樓宇自控行業專家、學者組成的135P標準項目委員會(StandardProject Committee:SPC135P),專門負責制定一個樓宇自控產品生產廠商和用戶都能普遍接受的技術標準。經過9年時間認真細致和廣泛嚴謹的論證,ASHRAE于1995年6月正式制定和發布了世界上**個樓宇自動控制技術標準文件——“AData Communication Protocol for Building Automation and ControlNetworks”(樓宇自動控制網絡數據通信協議,簡稱“BACnet協議”,并于當年12月被美國國家標準協會批準為美國國家標準。
1.2       BACnet協議的體系結構
1.2 BACnet protocol system
BACnet協議*根本的目的是提供一種樓宇自動控制系統實現互操作的方法。所謂互操作性是指分散分布的控制設備相互交換和共享數字化信息,從而協調地工作,*終達到一個共同目標的能力。BACnet協議的核心是面向控制網絡信息交換的數據通信解決方案。
BACnet協議參照國際標準化組織(ISO)制定的開放系統互連參考模型(OSI/RM)的體系結構,采用了分層的思想,同時根據樓宇自控系統的具體特點進行了簡化。OSI/RM模型分為七層,每一層調用下一層的服務,實現各自功能,并向上一層提供服務,各層的服務調用是通過服務原語實現的。BACnet協議在確定分層時主要考慮了下列兩個因素:
1)OSI/RM模型的實現需要很高的費用,實際上在絕大部分樓宇自控系統應用中也并不需要這么多的層次,事實上BACnet只包含OSI模型中被選擇的層次,其它各層則去掉,這樣減少了報文長度,降低了通信處理開銷,同時也節約了樓宇自控工業的生產成本。
2)BACnet應充分利用現有的廣泛使用的局域網技術,如Ethernet、ARCNET和LonTalk,因此成本進一步降低,同時也有利于技術的推廣和性能的提高。

BACnet網絡層

 
ISO 8802-3
(IEEE 802.3)
ARCNET
MS/TP(主從/令牌傳遞)
PTP
(點到點協議)
EIA-485
(RS485)
EIA-232
(RS232)
ISO 8802-2
(IEEE802.2)類型1
 
 
LonTalk
BACnet應用層
BACnet的協議層次
 
應用層
網絡層
數據
鏈路層
物理層
對應的
OSI層次
1 BACnet簡化的體系結構層次圖
在考慮了樓宇設備監控網絡的特征和要求以及盡可能少的協議開銷原則后,BACnet協議提出了一種簡化的四層體系結構,相當于OSI/RM模型中的物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層(如圖1-1所示)。

 

1.3 BACnet協議的技術特點
◆獨立于任何制造商,也不需要專門芯片,并得到眾多制造商的支持;
◆產品有良好的互操作性,有利于系統的擴展和集成;
◆有利于廠商提高產品的技術和質量,降低產品的成本和價格;
◆系統可以由不同廠商的產品組成,有利于市場競爭,保護先進的產品占有市場;
BACnet產品有眾多的供應商提供服務和維護,有利于運行費用的降低;
◆ 用戶可以從多廠商中實現競標,來選擇性價比*優的產品和系統,避免專用協議的設備與系統壟斷,盡量減少工程投資費用。
1.3           公司簡介
COMPLEX公司是暖通空調DDC控制系統(Direct Digital Control system)的專業生產廠家并處于**地位。詳細情況請參閱附件中的內容。
COMPLEX公司具有世界先進水平的樓宇自控系統,使業主和物業管理人員能通過簡易的Windows界面完成一切設備的監控管理及操作,并進行能量管理及租戶計帳功能,滿足從辦公樓、大學、飯店、展覽館、工廠、博物館以至**設施等任何規模的樓宇設備的控制及管理要求。
COMPLEX公司的全球市場是通過代理商網絡實現的。代理商均具有豐富的市場和技術經驗,足以進行COMPLEX產品的應用支持和服務。另外,COMPLEX公司對代理商在市場拓展、技術服務和培訓方面進行廣泛、持續和有力的支持,同時持續不斷地專注開發*新的**產品中,給客戶的應用和選擇提供了極大的靈活性。因此,每次COMPLEX新產品的推出都對市場產生巨大的沖擊。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
**章  COMPLEX系統概
COMPLEX系列產品是COMPLEX公司推出的新一代的完全符合BACnet協議的樓宇自控系統。
COMPLEX樓宇自控系統是一個完全的“集散式”系統,其控制軟件及數據庫是存放在整個網絡—從中央控制臺到全局網絡控制器—的每一個裝置上,中央控制臺實際上起到一個人機對話的作用,通過中央控制臺,管理人員可以對系統進行編程,數據庫管理,監視和控制操作。
2.1       COMPLEX系統的網絡結構
圖2-1 COMPLEX樓宇自控系統結構示意圖
2.2 COMPLEX系統的組成要素
1)中央操作站
漢化的人機監控界面。圖形編程、時間表控制、趨勢記錄以及其它自動控制功能的設置工具。
2) 網絡集成控制器和路由器
執行全局控制策略,通過HTC控制器協調設備的運行,管理自動控制功能的執行,傳遞網絡信息。
3) 現場數字控制器
在線完全可編程控制器,通過MS/TP網絡DDC參數值的變化和發生的事件(如報警)。浮點運算和模擬輸出使它們功能強大應用靈活。
4)傳感器與執行器
傳感器(如溫度、濕度、溫濕度傳感器等)和執行器(如風門、水閥)是控制器的附件。
5)專用系統網關
針對不符合BACnet協議的專用系統,COMPLEX有相應的網關接口產品(如ModBus),其提供的網關可將原專用網上的數據格式“翻譯”成BACnet兼容設備能識別的格式,從而將其產品集成到COMPLEX系統中。
2.2       COMPLEX系統的技術特點
(1)        完全符合BACnet協議
從中央操作站、網絡控制器、路由器到DDC控制器,均符合美國ANSI/ASHRAE:135-1995標準之有關規定。從應用層、網絡層、數據鏈路層到物理層均采用BACnet協議之技術。
(2)        簡潔的兩層網絡結構
BACnet協議規定的五種局域技術中選用了Ethernet和MS/TP,上層(監督管理層)采用Ethernet網,下層(實時控制層)采用MS/TP網。上下兩層通過路由器或網絡控制器相通。網絡控制器及路由器直接掛裝在以太網上,與計算機工作站同層。網絡控制器及路由器通過MS/TP總線網連接各DDC控制器。因此,上層只是計算機和網絡控制器及路由器,而下層則是DDC控制器。
(3)        高速的網絡通訊
網絡控制器及路由器直接掛裝在以太網上,通訊速度可達10MB以上。HTC控制器掛裝在MS/TP網上,通訊速度可達到76.8Kbps,完全可以滿足樓宇設備實時控制的需要。
(4)        立體動畫圖形界面
無論是人機監控界面還是VLC編程界面,都采用了三維立體。動態圖形能實時反映各設備的運行情況,使操作更加直觀和簡潔。三維圖形可通過軟件、AUTOCAD或掃描輸入獲取并填加到系統圖形庫中。
(5)        通用的操作系統平臺
COMPLEX系統是在Windows 95/98、Windows NT、Windows2000,WindowsXP操作系統平臺下運行的,極易被用戶熟悉和掌握。
(6)        多種通訊手段
網絡控制器及路由器能支持多種不同通訊形式:以太網(ETHERNET)、ARCNET、PTP、MS/TP
(7)        擴展方便
由于網絡控制器及路由器直接掛在以太網上,因而擴展也非常容易,數量基本上沒有限制。數據處理的能力只取決于計算機硬件配置。
MS/TP網可通過網絡中繼器擴展距離及覆蓋范圍,使增加DDC對新增設備進行監控變得靈活、易行。
(8)        可視化邏輯編程
COMPLEX公司為COMPLEX系統開發了一種功能強大的使用簡便的編程手段-圖形編程軟件。它包括了一整套功能齊全的功能塊和模型數據庫,每個功能都用一個三維立體圖表示。通過功能塊的有機連接,可以提供一個非常清晰的控制流程,實現所需要的任何控制序列。同時可立即將編程資料存檔,方便日后查詢。因此任何技術人員接手后,都能在短時間內掌握整個控制原理和程序。軟件集成在SimView組態軟件中。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
第三章 建筑設備監控系統的設計
3.1     建筑設備監控系統(BAS)設計說明
本手冊是根據COMPLEX公司的COMPLEX系統對建筑設備監控系統(簡稱:樓宇自控系統或BAS)工程的設計和實施而編制的,它體現了COMPLEX系統在樓宇機電設備控制應用上的一些特點和方法,供設計人員在應用COMPLEX系統進行工程設計時參考。
本手冊僅展示出一些典型的機電設備的控制方案,對于一些特殊的機電設備的控制,可選擇不同的控制方案,應用靈活的COMPLEX系統,實現系統功能。
DDC的設置應主要考慮系統管理方式,易于安裝調試及維護方便和經濟性,一般按機電系統的平面布置進行劃分,如布置在:冷凍站、熱交換站、空調機房等控制點較為集中之處,并且被控設備與DDC之間盡量采用一對一控制。DDC應置于控制箱內,箱體一般掛墻明裝,距地1.5m。
BAS中控室的位置,應盡量注意遠離變配電等強電磁干擾源,并注意防潮、防振。控制室內宜采用抗靜電活動地板,其土建及裝修要求參見有關計算機房的設計標準。
BAS系統的電源應由變配電站直接引出專用回路供電,中央操作站供電應設不間斷電源(UPS)裝置,其容量應包括系統內用電設備的總和并考慮預計的擴展容量,UPS供電時間不低于20分鐘,DDC的電源宜采用中央控制室內集中供電方式。如采用就地供電方式,可由就近的緊急電源供給。
BAS系統的接地一般采用建筑物聯合接地方式,要求聯合接地電阻不大于1歐姆。如BAS系統單獨設置接地系統,應采用單點接地方式,要求接地電阻不大于4歐姆,并與建筑物防雷接地系統接地極之間距離不小于20米。
本設計手冊涉及的系統控制方式及產品,無法涵蓋整個樓宇控制的應用范圍,因此僅供設計人員的設計參考,而且難免出現疏漏和錯誤,懇請廣大設計人員批評指正。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2 建筑設備監控系統(BAS)設計流程

設計任務開始

 
研究建筑功能
了解業主需求和未來物業管理方式
了解機電專業控制要求
確定控制范圍和內容
與機電專業探討控制方案
節能與經濟性分析
和土建專業結合,確定控制室位置,面積,豎井的數量,位置,面積布線方式,標高
畫出大樓BAS系統網絡圖
配合電氣專業完成配電設備二次回路設計
畫出現場安裝大樣圖
畫出管線敷設平面圖
開列BAS設備、材料表
寫出設計施工要點說明
各專業圖紙會簽
施工圖交底與施工配合
確定BAS控制水平和方式
根據系統集成要求確定BAS網絡結構
儀表量程計算,選擇
確定BAS現場設備的規格、尺寸、安裝方式
設計任務完成
系統設計流程
調節閥計算
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

3.2建筑設備監控系統(BAS)設計規范
《火災自動報警系統設計規范》(GB50116-98)
《民用建筑照明設計標準》(GBJ133-90)
《工業與民用供電系統設計規范》(GBJ52-83)
《高層民用建筑設計防火規范》(GBJ45-82)
《汽車庫設計防火規范》(GBJ67-84)
《建筑物防雷設計規范》(GBJ50057-94)
《總線局域網標準》(IEEE802.3)
《環形局域網標準》(IEEE802.5)
《智能建筑設計標準》 (GB/T50314-2000)
《民用建筑電氣設計規范》(JGJ/T16-92)
《采暖通風與空氣調節設計規范》(GBJ19-87)
《電氣裝置工程施工及驗收規范》(GBJ232-82)
《建筑電氣施工安裝圖集》(JD)

第四章          COMPLEX樓宇自控系列產品介紹
(詳見卡普萊斯BACnet樓宇自控產品電子樣本.ppt)
 
第五章 COMPLEX樓宇自控產品的典型應用
5.1 COMPLEX自控系統應用方案舉例
5.1.1 空調機組的控制
(一) 監控功能:
1)監控及記錄風機運行狀態,回風溫度,風機故障,過濾網阻塞及防凍報警。
2)手動或按預設時間程序啟停風機。
3)風機與風閥門及水閥門連鎖控制。
4)確認風機運行后,控制水閥門,保證溫度在設定的范圍內。
5)在冬季,當防凍報警時,停止風機及打開水閥門防止盤管結冰。
6)按室外溫度及室內溫度的比較,控制新回風閥門的開度比例,以達到節能效果。
 () 監控原理圖
() 設備清單:
代號
數量
型號
說明
DDC
1
BFC-312N
直接數字控制器
T-1
1
CTSD-NIP2
風管溫度傳感器
T-2
1
CTSW-N1P
室外溫度傳感器
FP-1
1
CFPS-A1
防凍開關
DP-1,2
2
CPD-S5
風壓差開關
WV-1
1
LR24-SR+Rxx
..
 
調節量水閥
DA-1,2
1
LR24-SR
 
調節量風閥門驅動器
 
5.1.2 新風機組的控制
 () 監控功能:
1)監控及記錄風機運行狀態、送風溫濕度、風機故障、過濾網堵塞及防凍報警。
2)手動或按預設時間程序啟停風機。
3)風機與風閥門、水閥門及加濕閥連鎖控制。
4)確認風機運行后,控制水閥門及加濕閥,保證溫濕度在設定范圍內。
5)在冬季,當防凍報警時,停止風機及打開水閥門防止盤管結冰。
 () 監控原理圖
(三)     設備清單:
代號
數量
型號
說明
DDC
1
BFC-312N
直接數字控制器
T-1
1
CTSD-NIP2
風管溫度傳感器
H-1
1
CHSD-00D3/AC
風管濕度傳感器
FP-1
1
CFPS-A1
防凍開關
DP-1,2
2
CPD-S5
風壓差開關
WV-1
1
2WV..+ MVA..
..
 
調節量水閥
SV-1
1
LR24+Rxx
 
開關量電磁閥
DA-1
1
LR24
 
開關量風閥門驅動器

5.1.3 冷凍站控制
 () 監控功能:
1)監控及記錄冷凍機,水泵,冷卻塔風扇運行狀態及故障報警,各溫度,壓差及流量。
2)手動或按預設時間程序啟停冷凍站。
3)對冷凍機,水泵,冷卻塔等設備進行連鎖啟停控制。
4)計算總負荷,對冷凍機進行臺數控制,以達到節能效果。
5)壓差旁通控制。
6)冷卻水溫度控制冷卻塔風扇啟停。
7)與符合BACnet標準的冷凍機進行聯網通訊。
(二)監控原理圖
(三) 設備清單:
代號
數量
型號
說明
DDC
1
BFC-322N
直接數字控制器
T-1,2,3
3
CTSP-N1P1
水管溫度傳感器
DP-1
1
P692
水壓差傳感器
FR-1
1
CLD
電磁式水流量計
FS-1,2,3,4
4
WFS-B
水流開關
PV-1
1
Dxx+AM24-SR
..
 
調節量水閥
IV-1,2,3,4,5,6
6
Dxx+ AM24
 
開關量水蝶閥
 

5.1.4 給排水系統控制
 () 監控功能:
1)監控及記錄水泵運行狀態及故障報警。
2)監控及記錄水位狀態。
3)按水位控制水泵啟停。
4)工作水泵故障,備用水泵自動投入動行。
 () 監控原理圖
(三)     設備清單:
代號
數量
型號
說明
DDC
1
BFC-322N
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