随着社会的不断进步、经济的高速发展, 城市化建设日新月异, 一幢幢高级饭店拔地而起, 特别在一些大中城市, 大型的酒店如雨后春笋般出现在城市的各个角落。建筑内的各种设备、系统功能也越来越复杂, 如照明、给排水、暖通空调、风机等, 应采用先进的计算机技术、控制技术和通信技术, 对它们进行自动监视、控制和管理, 以达到节省能源、节省人力、提高安全水平和管理水平的目的。
这些机电设备的监控统称为机电设备监控, 通常借鉴智能建筑行业的术语, 称为BAS (BAS, Building Automation System, 建筑物自动化系统) , 简称BAS。

1 楼宇自控系统

楼宇自控系统即机电设备监控系统的是对各系统运行状况进行监视、控制、测量与记录, 监控范围包括:
①中央空调系统;②空气处理系统;③新风机系统;④送、排风系统;⑤给排水监控系统;⑥供配电监测系统;⑦照明监控系统;⑧电扶梯监测系统;⑨风机盘管系统。
针对工程建筑的特点, BAS系统必须具备以下作用:
①系统是本工程智能化运行的骨干系统;②系统是实现优化管理的核心系统;③系统必须充分体现当前科学技术的最新应用成果。

2 设计依据

为了保证系统的既能适应当今主流技术的发展, 又具有极高的可靠性, 同时满足工程的具体应用要求, 方案设计遵从以下标准。
BAS系统实施所涉及的技术标准和规范、产品标准和规范及工程标准和规范包括如下:
《民用建筑电气设计规范》 (JGJ/T16-92) ;《智能建筑设计标准》 (GB/T50314-2000) ;《智能建筑工程质量验收规范》 (GB50339-2003) ;《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》 (GB/T50311-2000) ;《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》 (GB/T50312-2000) ;《建筑物防雷设计规范2000年版》 (GB50057-94) ;《电气装置安装工程施工及验收规范》 (CBJ232-92) ;《商用建筑线缆标准》 (EIA/TIA-568A) ;《信息技术互连国际标准》 (ISO/IECl1801-95) ;《高层民用建筑设计防火规范》 (GB50045-95) ;《中国采暖通风与空气调节设计规范》 (JGJ/T16-92) ;《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》 (GBJ131-90) 。

3 需求分析

建筑面积庞大、建筑功能复杂, 为此配置了大量的机电设备, 以保证整个建筑良好舒适的环境和便利的工作空间。而大量机电设备的使用, 必将引起管理人员的增加、能耗费用的巨额支出和管理工作的复杂。因此, 客户需求实际上是体现在三个层面:

3.1 技术层面

大型的金融中心或酒店式建筑, 其建筑物具备多种使用功能, 因此从技术层面上讲, 其BAS系统应采用当今先进且成熟的系统及技术, 为建筑物的运行提供高效的监控及管理平台。①基于TCP/IP以及开放式协议的BA系统架构;②先进完备的系统数据库及其应用。

3.2 建筑运行管理层面

所有的系统以及技术, 都是为建筑运行服务的, 在技术层面的需求满足的情况下, 针对建筑本身的功能特点而设计的系统控制、运行以及管理模式, 是确保建筑高效、低耗且节能运行的关键。具体表现为:①空调系统运行状况的控制;②针对建筑内不同的功能区;③中央管理平台。

3.3 企业运营层面

先进的BAS技术是为建筑物的运行管理服务的, 完备的建筑运行管理又是为其服务的企业运营发展而服务的, 同时又直接关系到物业管理企业的运营绩效, 因此BAS系统运行管理模式亦应体现为企业运营服务的层面上。具体表现为:①系统上纳入整体管理体系;②提高用户工作运营环境的舒适度;③节能以及能源管理;④节省人力;⑤延长设备的使用寿命。

4 系统设计-系统架构设计及设备选型说明

4.1 系统架构设计说明

根据设计文件的要求, 工程的楼宇自控系统的配置遵循分散控制、集中监视、资源和信息共享的基本原则, 构成一个符合工业化标准的集散型控制系统, 并能体现系统的先进性、成熟性、开放性、标准化、可扩展性、安全性与可靠性。
4.1.1 系统架构的开放性和可集成程度要求
楼宇自控系统作为弱电系统集成工程中最重要的系统, 其开放性与可集成程度对整个弱电系统集成工程至关重要。
首先, 楼宇自控系统出于控制与监视的必要目的, 必须具有集成能力, 便于集成大量的设备, 这些设备可能使用开放的协议, 也可能非开放的私有协议;无论使用何种协议, 楼宇自控系统必须有能力将其集成到自身系统中来。针对本工程, 楼宇自控系统需要集成的系统包括:冷水机组、热力系统、变配电系统、柴油发电机、电梯与照明系统。
除此之外, 楼宇自控系统还需要对上一层面弱电系统集成进行开放, 便于弱电系统对楼宇自控本身进行集成。系统集成商和建设者们考虑最多的应该就是系统的安全性的问题, 也就是说各子系统自身出了问题不应该殃及到其它系统。
系统具有的集成与开放优势如下:
(1) 数据库层面的开放支持
系统支持多种业内流行的数据库, 用户只需根据需要定制相关的软件。包括:Microsoft SQL Server支持;Oracle支持;IBM DB2支持。
(2) 对开放系统的支持
楼宇自控系统对于业内开放的系统, 如Lon Works、BACnet、Modbus、OPC等进行支持尤为关键。
(3) 对私有协议的支持
系统必须为非标准私有协议的连接提供了工具软件和应用程序编程接口 (API) , 开发语言为安全可靠、易于掌握的Java语言;工具包可以让用户管理和集成多种协议, 可以实现本地控制和通过网络进行远程管理。
4.1.2 基于TCP/IP网络架构
根据用户需求, 项目的网络架构应该是由两级网络和三级设备构成。
系统网络结构模式选择集散型控制的方式, 分为管理层网络与监控层网络。
(1) 一级网络, 即管理层面上的网络:可以是建筑本身的计算机网络系统或单独搭建的专门用于BMS的局域网。
网络传输选择TCP/IP格式, 不低于10Mbps的网络传输速率。一级网络上可连接服务器、操作站、BA网络控制器、以太网路由器及接口路由器。将机电设备进行集中管理并监控其运行, 在最短的时间内传输大量的数据到网络服务器, 及时完成数据采集任务, 从而使网络服务器能够根据数据统计计算出合适的控制参数, 保证可靠的通讯连接以及快速的响应速度, 是管理层面上的网络主要功能。
(2) 二级网络, 即控制层面上的网络:建筑的监控层网络。
二级网络的网络传输速率为78kbps, 主要以BACnet技术为主, 采用先进完善的现场总线技术, 遵守BACnet标准协议。
二级网络中所有的设备控制器和通过控制层总线以点对点的方式通讯, 均独立于上层设备。网络可连接实时性强的现场控制器, 各种智能的信号接口、仪表等, 实现面对面的控制和调节功能。
二级网络支持运行Lon Works、BACnet (MS/TP) 、Modbus等开放协议及其它私有协议。
(3) 网络控制器:
两级网络之间通过网络控制器相联接。整个系统为分布式智能系统, 在网络控制器 (WEB600) 失效时, 各个现场的DDC控制器不受干扰, 均可独立地继续运行。
三级设备要求如下:第一级为中央工作站, 设置在控制中心;第二级为通用网关和路由器, 设置在各弱电竖井;第三级为直接数字控制器以及采集现场信号的传感器和驱动现场控制装置的执行机构, 随被控设备就地设置。
4.1.3 基于WEB和B/S的网络架构
基于用户的需求与工程实际, 选择基于WEB的网络架构, 服务器和客户端的结构采用Browser/Server (B/S) 架构。Browser/Server结构是一种Client/Server结构, 它以Web Server为服务器软件, 以浏览器为客户端软件。
4.1.4 采用功能强大、可以进行现场集成的网络控制器
工程采用网络控制器 (WEB600) 作为控制的核心以及管理层与控制层的连接件具有以下主要的优势及要求:①网络控制器应具有现场级别的集成能力;②网络控制器应具有强大的控制功能;③网络控制器自身提供了WEBServer;④网络控制器安全可靠。

4.2 产品选型说明

现今中央集成管理系统那么多, 那么到底有没有能够将BAS系统和中央集成管理系统合二为一, 使其在安全和稳定的前提下既能保证原有BAS系统的各项功能, 又能够充分享有集成系统所带来的一切便利的系统呢?回答是肯定的, 关键是要看系统集成商怎么选用产品和构建他的系统了。
本案例介绍的工程名称为荔园饭店, 工程项目总建筑面积为65000m2, 由三栋客房楼组成, 地下三层, 地上5~7层, 其中一号楼共5层、二号楼6层、三号楼为7层。项目作为荔园山庄国际会议中心的配套建筑, 拟建成高等级多功能酒店。
从产品质量的稳定性及网络技术性能的先进性、操作软件功能、价格以及业绩和售后服务等综合考虑, 结合荔园饭店的系统需求等各种因素后, 我们在荔园饭店最终选用美国Honeywell公司的基于WEB技术的WEBs (Web-Enable Building solution) 楼宇管理控制器系统。
Honeywell公司的WEBs系统完全符合我们前面系统架构设计中所述的所有要求。
此外, 根据现行国家规范和业主项目实际情况的要求, 对楼宇自控系统的选型中遵循以下的原则:①标准化;②先进性;③实用及方便性;④可靠性;⑤开放性;⑥扩展性及灵活性;⑦经济性。

4.3 Honeywell WEBs系统架构

Honeywell WEBs:新一代先进的楼宇管理控制平台系统
Honeywell WEBs是Honeywell最新推出的新一代先进的楼宇管理系统。Honeywell WEBs的技术核心是具有开创性的Niagara体系架构。使用Honeywell WEBs新一代先进的楼宇管理控制平台, 可以通过一个web页面实时的, 安全的有效的管理整个建筑的设备, 从而降低成本, 提高工作质量和工作效率, 提高企业的市场竞争力。
下面是Honeywell的系统和产品功能特点。
4.3.1 系统架构说明
其系统架构如图1。

图1

从上述系统架构可以看出Honeywell WEBs系统符合本工程楼宇自控系统选型得要求。其架构如图所示, 系统网络结构模式为分布式控制的方式, 由一级网络 (管理层网络) 和二级网络 (监控层网络) 组成。
(1) 一级网络, 即管理层网络:主要功能是将大楼的机电设备进行汇聚管理并监视控制其运行;网络传输选择TCP/IP格式。一级网络中的设备包括:①WEBSTATION-AX系统服务器/操作站;②WEBPro-AX网络编程工作站;③WEBs-600网络控制器;④以太网交换机等相关BMS专用局域网网络设备。
系统数据库服务器、中央工作站、分控操作站具有数据同步跟踪的能力, 并采用同一套软件WEBSTATION-AX进行管理。
(2) 监控层网络:以使用Lon Works技术的DDC为主, 包括:①Honeywell WEB-600网络控制器, 可以连接其他开放的监控层网络, 包括BACnet (MS/TP) 、Modbus或其他私有的网络;②Honeywell Spyder通用设备控制器, 遵守Lonworks标准协议, 数据传输速率78kbps。
(3) 网络控制器:
根据设计要求, 在管理层和控制层之间的设备是网络控制器。作为楼宇系统中重要的设备之一, WEB-600系列控制器是不错的选择。WEB控制器可以和DDC及智能I/O模块安装在同一控制箱中, WEB控制器的进线电源为15V。
4.3.2 系统软件平台:Niagara Framework
Niagara框架平台是自动化控制系统中第一个通过软件技术把Lon Works、BACnet和多种Internet标准集成到通用对象模型的应用程序环境并嵌入到控制器层级;并且支持标准的Web浏览界面。
主要特点:
①具有强大的可扩展性, 基于网络的安全性;②基于Java平台, 使用JAVA虚拟机, 与硬件平台无关;③使用预建的部件, 其它部件可即插即用;④提供一个应用服务器;⑤基于Internet及分布的网络管理, 通过Internet实现实时监控;⑥支持多个开放标准及传统的系统;⑦与企业系统共享监控信息;⑧能集成各种设备, 支持多种标准或非标准协议 (Lonwork、Modbus等) , 提供API接口, 能根据其它设备的协议开发相应驱动。
4.3.3 系统整体架构技术优势说明
整个系统网络分为两层:管理层网络与控制层网络。
(1) 管理层网络:
服务器软件WEBStation-AX:服务器软件包含一套用于系统编程的工程软件WEBPro-AX。支持多种开放的接口, 数据库没有点数限制, 提供开放的API工具软件, 便于用户使用、升级、系统扩展修改及系统维护。没有限制的浏览器 (Browser) 客户端数量, 便于用户在网络中进行数据的Web访问。采用分布式Web布局, 不构成系统瘫痪。
网络控制器:系统中网络控制器以IP为基础的数量没有限制, 只要用户的BMS主用网络的容量充足, 用户可方便地对系统网络控制器进行扩充。采用分布式智能系统, 如果一个网络控制器如出现故障, 不影响其他网络控制器所连接的现场控制层网络的数据采集与查看。
(2) 控制层网络
Spyder通用控制器PUL6438:作为DDC的Spyder通用控制器, 编程是可以通过WEBPro-AX系统编程工具进行, 可以在办公区域随时随地进行离线编程或在中央控制器进行远程编程。这样方便对系统配置, 也方便最终用户对系统的升级维护和扩展。

4.4 设备配置

BAS系统的主要配置如下:系统包括中央管理计算机、网络传输设备、网络控制器 (WEB600) 、直接数字控制器 (DDC) 、传感器、执行器等设备组成。
通过上述论述, 在工程中选择智能化楼宇自控系统:①明确楼宇自控系统的监控范围;②符合设计要求, 然后通过需求分析, 最终形成系统设计及设备选型, 达到节约成本, 工程价值也随之得到提高。