基于EXCEL 5000 EBI的樓宇自動化系統研究

0引 言

　　智能建筑是信息時代的必然產物，建筑物智能化程度隨科學技術的發展而逐步提高。當今世界科學技術發展的主要標志是4C技術：Computer計算機技術、Control控制技術、Communication通信技術和CRT圖形顯示技術。將4C技術綜合應用于建筑物之中，在建筑物內建立一個計算機綜合網絡，使建筑物智能化。隨著技術的不斷更新，智能神經網絡計算機，數據流機的研制應用，并行處理分布式系統會被廣泛深入的應用到樓宇自動化系統當中。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信息化、生活舒適化與經濟國際化的需要。智能大廈向人們提供全面的，高質量的、安全、舒適、快捷的綜合服務功能，它是現代高科技的結晶，是建筑藝術和信息技術的完美結合。同時，我國對智能大廈的需求也將越來越多，它必將給社會帶來巨大的經濟效益和社會效益，但同時我國在此方面還存在諸多的問題，本文便是在此趨勢下，對樓宇自控4C技術的研究。

1智能大廈與樓宇自動化控制系統

　　智能大廈是通過對建筑物的4個基本要素：結構、系統、服務和管理以及它們之間的內在聯系進行最優化設計，從而提供一個投資合理的，具有高效、舒適、便利環境的建筑空間。這4個基本要素的涵義是：

　　(1)結構：指的是建筑環境結構。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、物業管理、一卡通、業務辦公等智能化系統；(3)服務：為建筑物的使用者和管理者提供高效、優質的全方位服務，提供安全、舒適、高效、便利的生活、學習與上作環境，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個智能化子系統構成：建筑設備管理系統(BMS)，通信網絡系統(CNS)和辦公自動化系統(OAS)。BMS，CNS和OAS三個子系統通過綜合布線系統(GCS)連接成一個完整的智能化系統，由IBMS統一監管。BMS包括建筑設備自動化系統(BAS)、消防自動化系統(FAS)、安全防范自動化系統(SAS)。整個建筑智能化系統是建立在建筑(環境)這個平臺(或基礎)之上的。建筑智能化系統結構如圖1所示。

　　隨著智能傳感技術與智能控制技術的發展和應用，將進一步提高控制精度，節能效果更加顯著；信息網絡與控制網絡的融合和統一，將使得建筑智能化系統的網絡結構更加簡化，網絡系統更加可靠；國際開放協議標準的采用，有利于實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，將有利于實現智能大廈內部局域網與外部Intranet和Extranet網絡的無縫連接；光纖到辦公室(FTTO)、光纖到家(FTTH)以及三網合一(語音／視物數據傳輸使用同一個傳輸網絡)的實現，必將使智能大廈的接入網進去一個新的境界；地理信息系統(GIS)技術的使用，將使智能大廈物業管理系統和辦公自動化系統更加方便實用。 2設備選型

　　目前中國市場上的樓宇自控產品較多，其性能、特點也不同，但在技術上較成熟、應用較多的也只有霍尼威爾(Honeywell)，江森(Johnson)，西門子(Siemens)等幾個產品。

　　從樓宇設備自控系統(BAS)、火災報警消防聯動系統(FAS)、安全防范系統(SAS)是否已經集成為一個統一的實時數據庫，控制網絡是否由一個中央服務器管理來看，Honeywell己經建立一個統的實時數據庫，由中央服務器EBI管理BAS，FAS，SAS系統。EBI數據庫最大可容納BAS監控點40 000個，FAS及SAS狀態點12 000個，門禁讀卡器2 000臺。

　　從控制器的性能來看，Honeywell控制器是完全獨立的，與中央站無關，并且Honeywell的CPU是16位的，其運算速度和精度都比其他產品更勝一籌。

　　從系統的網絡結構來看，Honeywell系統因為中央站和分站共同連在一條總線上，通信協議采用RS485.C_bus，通信距離也可以通過使用重復器，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系統具有先進的網絡通信技術，系統中有3類總線，即管理總線、控制總線、和現場總線。管理總線用在信息域中，主要傳遞管理信息。采用以太網，是中央站與上位機之間建立聯系的通道。控制總線和現場總線用在控制域傳遞實時控制信息，完成現場設備的實時控制，傳遞速率不高，通常為9.6～78 kbps，分別采用RS485標準和LonTalk通信協議。系統的每個用戶都能控制和監視本網絡系統內的各個DDC單元，遠程終端，可通過調制解調器與本網絡系統相連來操作系統。

3設計方案

3.1樓宇自控系統的構成、網絡結構、系統結構和基本功能

　　樓宇自動化系統是整個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，本文從樓宇自動化系統中，重點提出具有代表性的樓宇監控系統來進行詳細的研究。智能建筑樓宇設備自動化系統中包括下列實時監控子系統：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；停車場管理系統。

　　一般來說，樓宇自動化系統的網絡結構都采用現場總線結構形式。簡單來說，可以分成3層，如圖2所示。圖中，最上層是信息域的干線，按照國家標準采用總線拓撲結構的以太網作為樓宇自動化系統的干線，以實現網絡資源的共享以及各個中央站點之間的通信；第二層為控制域的干線，即完成控制的各分站點總線，一般采用RS485總線網絡，作用是以不小于9.8 kbit／s的通信速度把各分站點連接起來，處理各種信息，同時，在分站點總線上還必須設有與其他廠商設備連接的接口，以便實現與其他設備的通信聯網；第三層為子站點總線，它是由分散的控制器相互連接使用，子站總線通過子站連接器與分站總線連接，從現場設備監控到的信息傳輸到中央工作站進行處理，并從上級網絡獲得信息的處理結果。

　　本項目采用現場總線結構形式，即是現場總線控制系統的結構形式，如圖3所示。現場總線控制系統(fieldbus control system)，由現場智能設備(儀表)、現場總線、監控組態計算機3部分構成。其核心是現場總線技術。樓宇自動化系統是采用計算機技術、自動控制技術、通信技術和圖形技術組成的高度自動化的集成管理系統，其基本功能有：實時監控各子系統的關鍵設備和關鍵點；執行上層下達的管理方面的控制指令；綜合各個設備監控子系統的狀態信息，提供相關報告；提供實時的系統聯動功能；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)和一臺新風機組、照明系統、變配電系統、冷凍站和第三方協議設備組成，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的不同可分為Honeywell的DDC系統和基于第三方協議的現場設備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議設備。頂層為Honeywell的EBI服務器和工作站。

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題已經變得猶為突出，而其中空調系統是建筑能耗的大戶，空調能耗占整個建筑能耗的30％以上，人們一直以來都在采取各種技術改進冷／熱源、空氣處理機、末端風機盤管等的性能，能耗己經有了明顯的降低。盡管如此，中央空調系統的能耗仍相當大，且仍存相當多的問題，對其進行研究，將極具潛力，同時有也將具有比較深遠的社會效益和經濟效益。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。

 
　　當環境溫度過高時，空調系統通過循環方式把室內的熱量帶走，以維持室內溫度在一定值。當循環空氣通過風機盤管時，高溫空氣經過冷卻盤管的鋁金屬先進行熱交換，盤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空氣送人室內。冷卻盤管的冷凍水由冷卻機提供，冷卻機由壓縮機、冷凝器和蒸發器組成。壓縮機把制冷劑壓縮，經壓縮的制冷劑進入冷凝器，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入蒸發器進行蒸發吸熱，使冷凍水降溫，然后冷凍水進入水冷風機盤管吸收空氣中的熱量，如此周而復始，循環不斷，把室內熱量帶走。
當環境溫度過低時，需要以熱水進入風機盤管，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，更重要的是進行了大量的現場調試，反復進行系統聯調，最終達到了課題的預期效果，并已在現場運行，效果良好。