基于EXCEL 5000 EBI的樓宇自動(dòng)化系統研究

0引 言

　　智能建筑是信息時(shí)代的必然產(chǎn)物，建筑物智能化程度隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步提高。當今世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標志是4C技術(shù)：Computer計算機技術(shù)、Control控制技術(shù)、Communication通信技術(shù)和CRT圖形顯示技術(shù)。將4C技術(shù)綜合應用于建筑物之中，在建筑物內建立一個(gè)計算機綜合網(wǎng)絡(luò )，使建筑物智能化。隨著(zhù)技術(shù)的不斷更新，智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )計算機，數據流機的研制應用，并行處理分布式系統會(huì )被廣泛深入的應用到樓宇自動(dòng)化系統當中。而目前正在興起的智能大廈或智能建筑建設熱，正是適應了這種社會(huì )信息化、生活舒適化與經(jīng)濟國際化的需要。智能大廈向人們提供全面的，高質(zhì)量的、安全、舒適、快捷的綜合服務(wù)功能，它是現代高科技的結晶，是建筑藝術(shù)和信息技術(shù)的完美結合。同時(shí)，我國對智能大廈的需求也將越來(lái)越多，它必將給社會(huì )帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，但同時(shí)我國在此方面還存在諸多的問(wèn)題，本文便是在此趨勢下，對樓宇自控4C技術(shù)的研究。

1智能大廈與樓宇自動(dòng)化控制系統

　　智能大廈是通過(guò)對建筑物的4個(gè)基本要素：結構、系統、服務(wù)和管理以及它們之間的內在聯(lián)系進(jìn)行最優(yōu)化設計，從而提供一個(gè)投資合理的，具有高效、舒適、便利環(huán)境的建筑空間。這4個(gè)基本要素的涵義是：

　　(1)結構：指的是建筑環(huán)境結構。它涵蓋了建筑物的結構、裝飾、建材、空間劃分等；(2)系統：實(shí)現建筑物功能所安裝運行的光機電設備系統。如空調、電梯、照明、給排水、通信、綜合布線(xiàn)、物業(yè)管理、一卡通、業(yè)務(wù)辦公等智能化系統；(3)服務(wù)：為建筑物的使用者和管理者提供高效、優(yōu)質(zhì)的全方位服務(wù)，提供安全、舒適、高效、便利的生活、學(xué)習與上作環(huán)境，并降低建筑設備系統的運行維護費用；(4)管理：是指對人、財、物、信息及智能化系統的全面管理。

　　建筑智能化系統的結構由上層的智能建筑綜合管理系統(IBMS)和第二層的3個(gè)智能化子系統構成：建筑設備管理系統(BMS)，通信網(wǎng)絡(luò )系統(CNS)和辦公自動(dòng)化系統(OAS)。BMS，CNS和OAS三個(gè)子系統通過(guò)綜合布線(xiàn)系統(GCS)連接成一個(gè)完整的智能化系統，由IBMS統一監管。BMS包括建筑設備自動(dòng)化系統(BAS)、消防自動(dòng)化系統(FAS)、安全防范自動(dòng)化系統(SAS)。整個(gè)建筑智能化系統是建立在建筑(環(huán)境)這個(gè)平臺(或基礎)之上的。建筑智能化系統結構如圖1所示。

　　隨著(zhù)智能傳感技術(shù)與智能控制技術(shù)的發(fā)展和應用，將進(jìn)一步提高控制精度，節能效果更加顯著(zhù)；信息網(wǎng)絡(luò )與控制網(wǎng)絡(luò )的融合和統一，將使得建筑智能化系統的網(wǎng)絡(luò )結構更加簡(jiǎn)化，網(wǎng)絡(luò )系統更加可靠；國際開(kāi)放協(xié)議標準的采用，有利于實(shí)現各建筑智能化系統的互操作和系統集成；把Intranet引入智能大廈，將有利于實(shí)現智能大廈內部局域網(wǎng)與外部Intranet和Extranet網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫連接；光纖到辦公室(FTTO)、光纖到家(FTTH)以及三網(wǎng)合一(語(yǔ)音／視物數據傳輸使用同一個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò ))的實(shí)現，必將使智能大廈的接入網(wǎng)進(jìn)去一個(gè)新的境界；地理信息系統(GIS)技術(shù)的使用，將使智能大廈物業(yè)管理系統和辦公自動(dòng)化系統更加方便實(shí)用。 2設備選型

　　目前中國市場(chǎng)上的樓宇自控產(chǎn)品較多，其性能、特點(diǎn)也不同，但在技術(shù)上較成熟、應用較多的也只有霍尼威爾(Honeywell)，江森(Johnson)，西門(mén)子(Siemens)等幾個(gè)產(chǎn)品。

　　從樓宇設備自控系統(BAS)、火災報警消防聯(lián)動(dòng)系統(FAS)、安全防范系統(SAS)是否已經(jīng)集成為一個(gè)統一的實(shí)時(shí)數據庫，控制網(wǎng)絡(luò )是否由一個(gè)中央服務(wù)器管理來(lái)看，Honeywell己經(jīng)建立一個(gè)統的實(shí)時(shí)數據庫，由中央服務(wù)器EBI管理BAS，FAS，SAS系統。EBI數據庫最大可容納BAS監控點(diǎn)40 000個(gè)，FAS及SAS狀態(tài)點(diǎn)12 000個(gè)，門(mén)禁讀卡器2 000臺。

　　從控制器的性能來(lái)看，Honeywell控制器是完全獨立的，與中央站無(wú)關(guān)，并且Honeywell的CPU是16位的，其運算速度和精度都比其他產(chǎn)品更勝一籌。

　　從系統的網(wǎng)絡(luò )結構來(lái)看，Honeywell系統因為中央站和分站共同連在一條總線(xiàn)上，通信協(xié)議采用RS485.C_bus，通信距離也可以通過(guò)使用重復器，使其傳輸距離從1 200 m延伸到7 200 m。

　　基于此，本項目通過(guò)分析比較，最終選用了Honeywell的樓宇自控系統。

　　本工程采用了美國霍尼韋爾公司企業(yè)樓宇集成系統(enterprise buildings integrator system)EXCEL 5000 EBI控制系統。EBI包含有功能強大的組件，主要有：樓宇控制管理系統、生命保障(火災報警)管理系統和安保管理系統。

　　EXCEL 5000 EBI系統具有先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，系統中有3類(lèi)總線(xiàn)，即管理總線(xiàn)、控制總線(xiàn)、和現場(chǎng)總線(xiàn)。管理總線(xiàn)用在信息域中，主要傳遞管理信息。采用以太網(wǎng)，是中央站與上位機之間建立聯(lián)系的通道?？刂瓶偩€(xiàn)和現場(chǎng)總線(xiàn)用在控制域傳遞實(shí)時(shí)控制信息，完成現場(chǎng)設備的實(shí)時(shí)控制，傳遞速率不高，通常為9.6～78 kbps，分別采用RS485標準和LonTalk通信協(xié)議。系統的每個(gè)用戶(hù)都能控制和監視本網(wǎng)絡(luò )系統內的各個(gè)DDC單元，遠程終端，可通過(guò)調制解調器與本網(wǎng)絡(luò )系統相連來(lái)操作系統。

3設計方案

3.1樓宇自控系統的構成、網(wǎng)絡(luò )結構、系統結構和基本功能

　　樓宇自動(dòng)化系統是整個(gè)智能大廈智能化系統中，內容最為豐富、設備最多、控制管理最復雜、控制范圍最廣的建筑智能化系統，是整個(gè)智能大廈建筑智能系統最重要的組成部分之一。因此，本文從樓宇自動(dòng)化系統中，重點(diǎn)提出具有代表性的樓宇監控系統來(lái)進(jìn)行詳細的研究。智能建筑樓宇設備自動(dòng)化系統中包括下列實(shí)時(shí)監控子系統：樓宇機電設備監控系統；保安系統；消防報警系統；廣播音響系統；停車(chē)場(chǎng)管理系統。

　　一般來(lái)說(shuō)，樓宇自動(dòng)化系統的網(wǎng)絡(luò )結構都采用現場(chǎng)總線(xiàn)結構形式。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，可以分成3層，如圖2所示。圖中，最上層是信息域的干線(xiàn)，按照國家標準采用總線(xiàn)拓撲結構的以太網(wǎng)作為樓宇自動(dòng)化系統的干線(xiàn)，以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )資源的共享以及各個(gè)中央站點(diǎn)之間的通信；第二層為控制域的干線(xiàn)，即完成控制的各分站點(diǎn)總線(xiàn)，一般采用RS485總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，作用是以不小于9.8 kbit／s的通信速度把各分站點(diǎn)連接起來(lái)，處理各種信息，同時(shí)，在分站點(diǎn)總線(xiàn)上還必須設有與其他廠(chǎng)商設備連接的接口，以便實(shí)現與其他設備的通信聯(lián)網(wǎng)；第三層為子站點(diǎn)總線(xiàn)，它是由分散的控制器相互連接使用，子站總線(xiàn)通過(guò)子站連接器與分站總線(xiàn)連接，從現場(chǎng)設備監控到的信息傳輸到中央工作站進(jìn)行處理，并從上級網(wǎng)絡(luò )獲得信息的處理結果。

　　本項目采用現場(chǎng)總線(xiàn)結構形式，即是現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的結構形式，如圖3所示?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(fieldbus control system)，由現場(chǎng)智能設備(儀表)、現場(chǎng)總線(xiàn)、監控組態(tài)計算機3部分構成。其核心是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。樓宇自動(dòng)化系統是采用計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形技術(shù)組成的高度自動(dòng)化的集成管理系統，其基本功能有：實(shí)時(shí)監控各子系統的關(guān)鍵設備和關(guān)鍵點(diǎn)；執行上層下達的管理方面的控制指令；綜合各個(gè)設備監控子系統的狀態(tài)信息，提供相關(guān)報告；提供實(shí)時(shí)的系統聯(lián)動(dòng)功能；記錄歷史數據，提供綜合信息管理功能。

 
3.2樓控系統的控制方案設計

　　本控制系統由13臺中央空調機組(AHU101～AHU113)和一臺新風(fēng)機組、照明系統、變配電系統、冷凍站和第三方協(xié)議設備組成，其控制系統設計方案如圖4所示。

 
　　從系統方案設計圖中可以看出，其結構根據使用總線(xiàn)的不同可分為Honeywell的DDC系統和基于第三方協(xié)議的現場(chǎng)設備2部分；根據功能的不同可分為底層和頂層，底層為Honeywell的DDC控制器及其控制的設備和第三方協(xié)議設備。頂層為Honeywell的EBI服務(wù)器和工作站。

3.3 系統的節能型監控方案

　　當前，在樓宇控制系統中能耗問(wèn)題已經(jīng)變得猶為突出，而其中空調系統是建筑能耗的大戶(hù)，空調能耗占整個(gè)建筑能耗的30％以上，人們一直以來(lái)都在采取各種技術(shù)改進(jìn)冷／熱源、空氣處理機、末端風(fēng)機盤(pán)管等的性能，能耗己經(jīng)有了明顯的降低。盡管如此，中央空調系統的能耗仍相當大，且仍存相當多的問(wèn)題，對其進(jìn)行研究，將極具潛力，同時(shí)有也將具有比較深遠的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。因此，下面主要介紹空調系統的節能型控制方案。

　　中央空調系統即為集中式空調系統，現代化的大型建筑中通常都采用這種形式的空調系統，其工作原理如圖5所示。

 
　　當環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，空調系統通過(guò)循環(huán)方式把室內的熱量帶走，以維持室內溫度在一定值。當循環(huán)空氣通過(guò)風(fēng)機盤(pán)管時(shí)，高溫空氣經(jīng)過(guò)冷卻盤(pán)管的鋁金屬先進(jìn)行熱交換，盤(pán)管的鋁片吸收了空氣中的熱量，使空氣溫度降低，然后再將冷凍后的循環(huán)空氣送人室內。冷卻盤(pán)管的冷凍水由冷卻機提供，冷卻機由壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器組成。壓縮機把制冷劑壓縮，經(jīng)壓縮的制冷劑進(jìn)入冷凝器，被冷卻水冷卻后，變成液體，析出的熱量由冷卻水帶走，并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑山冷凝器進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，使冷凍水降溫，然后冷凍水進(jìn)入水冷風(fēng)機盤(pán)管吸收空氣中的熱量，如此周而復始，循環(huán)不斷，把室內熱量帶走。
當環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，需要以熱水進(jìn)入風(fēng)機盤(pán)管，和上述原理一樣，空氣加熱后送入室內。

4結論

　　作者對于本課題不但做了大量的理論性研究，更重要的是進(jìn)行了大量的現場(chǎng)調試，反復進(jìn)行系統聯(lián)調，最終達到了課題的預期效果，并已在現場(chǎng)運行，效果良好。