楼宇自动化控制系统集成与集散控制系统

摘要：

本文说明了楼宇自动化系统集成的组成部分，重点分析了集散控制系统，给出了其结构模式,并对OPC技术在多现场总线楼宇自动化系统集成中的应用进行了探讨。

关键字：楼宇自动化系统；系统集成模式；集散控制系统

Abstract:

This article illustrates the building automation system integration of the part, and analyses the distributed control system, it also presents the structure model, and the more OPC technology in the fieldbus building automation system integration paper discusses the application.

Key word: building automation system; System integration mode; Distributed control system

中图分类号： TU855 文献标识码：A 文章编号：

楼宇自控系统是一种将建筑物内有关电力、照明、空调通风、给排水、防灾等电气设备进行控制和管理的综合系统,简称BAS,(BuidingAutomationSystem）。其职责是为人们提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。

一、楼宇自动化控制系统集成

1、 系统集成的组成部分

（1）通讯网络

操作站及网络控制单元之间最常用的连接方式是N1通讯网络。这构造采用以太网(ETHERNET)技术,通过一张ETHERNET卡(网络介面卡),在N1线上通讯。METASYS N1总线执行各种通讯,包括分享监控点讯息、数据库的上传和下载、对现场设备之指令、摘要、状态改变讯息。N1支持METASYS系统之分布特性,每一个枢纽都有特定功能,其互相联系以分享讯息。如一个在地连负责冷冻机的枢纽。N1 ETHERNET采用由传送控制协议/协议(TCP/IP)符合工业标准的用户数据协议(UDP)。

(2) 操作站

对操作站的介面,特性,功能进行改进,增加许多更直观的视觉显示效果,并且通过OPC(OLE for Process Control)软件技术使所有的设备管理系统均可在简单明了的图形显示下集中完成。

(3)网络控制器(NCU)

网络控制器(NCU)是一种模块式.智能化的控制盘,为METASYS网络的心脏。在单一网络控制器中即可将办公大楼管理情况的每一个侧面进行全面综合的管理。通过相互共享整个网络中的所有信息,每个NCU能用高级控制算法提供全建筑物范围的最优控制。网络控制器可配置手提终端检测器,该检测器完全可以代替操作站的功能,存取整个系统中所有信息和发出控制指令。

(4) 直接数字控制器(DX-9100)

METASYS 数字式控制器对于冷冻机组、空调系统HVAC处理过程、工作分布照明及有关电气设备的控制来说,都是一种理想的控制器。DX-9100控制器可以在扩展总线上连接I/O扩展模块,来增加它的输入点、输出点的容量。DX可通过内置的LED来监控这些点。当这条网连入完整的METASYS网络时,DX控制器可将所有监控点情况和各种控制信息准确地提供给整个METASYS网络或控制站。

控制器具有独立运作的功能,当中央操作站及网络控制器发生问题时,控制器不受影响,继续进行运作,完成原有的全部监控功能。

(5) 楼宇自控系统DDC配置

如何合理的配置DDC就成为方案设计中最重要的问题。JOHNSON CONTROLS根据实际特点,结合多年的工程经验,设计中不仅保证系统功能全面实现,又减少施工中的不必要浪费,并且DDC的配置为以后的扩展留有足够的余量。考虑到办公大楼机电设备的分布每一层都布置了相应的直接数字控制器,一般情况下,空调主机设备增加的可能性不大,因此对于其他设备监控点数的增加只需采用增加扩展模块的方式即可解决。

2 、系统集成的应用

(1)视频应用,采用SYV-75-5同轴电缆,支持卫星电视、有线电视、天线、闭路电视和电缆调解器。

(2)通讯应用,采用五类水平电缆至每一个需要话音或数据服务的用户插座。通过ISDN、VDSL或ADSL连上互联网和网络电视。在无边的信息海洋中漫游。

(3)利用安保系统确保室内防火、防盗的要求。在紧急情况时自动向管理处发送报警信号。通过连接到局域网的闭路电视系统观察室外环境,及时了解住宅附近的情况。甚至还可以连接传真的办公设备,配合正在逐渐兴起的家庭办公的需求。

3 、多总线楼宇自动化系统集成

在当今楼宇自动化系统建设中,由于资金和建设周期等诸多因素,不同厂商开发的各种控制系统、子系统往往不可避免地混杂在整个大楼的系统中,而这些子系统和设备又有着不同的网络结构,遵循着不同的网络协议。在实现智能建筑的集成时,如何实现各种协议或总线技术的子系统的集成已经成为无法回避的问题。OPC/DA规范实现了应用程序对不同现场总线协议设备之间的数据访问,为不同总线协议之间的互连和互操作提供了一个重要的手段。基于OPC技术的多总线系统集成是通过软件实现的,这种方法灵活通用,同时还提供了与管理层软件通信的接口。

二、集散控制系统

集散型计算机控制系统的结构是一个分布式系统。从整体逻辑结构上讲，是一个分支树结构，这与工业生产过程的行政管理结构相一致。按系统结构进行垂直分解，它分为过程控制级、控制管理级和生产管理级。各级既相互独立又相互联系，每一级有可按水平分解成若干子集。从功能分散看，纵向分散意味着不同级的设备有不同的功能，如实时控制、实时监视、生产过程管理等。横向分散则意味在相同级上的设备有类似功能。按照这种思想设计集散控制系统的硬件和软件，就是要贯彻既集中又分散的原则。

1、集散控制系统的组成部分

（1）分散过程控制装置

分散过程控制装置是集散控制系统与生产过程间的界面，生产过程中的各种过程变量通过分散过程控制装置转化为操作监视的数据，而操作的各种信息也通过分散过程控制装置传送到执行机构。在分散过程控制装置内，进行模拟量和数字量的相互转换，完成控制算法的各种运算，对输入与输出量进行有关的软件滤波及其他运算。

（2）操作管理装置

操作管理装置是操作人员与集散控制系统间的界面，操作人员通过操作管理装置了解生产过程的运行状况，并通过它发出操作指令给生产过程。

（3）通信系统

分散过程控制装置与操作管理装置之间需要一个桥梁来完成数据之间的传递和交换，这就是通信系统。

2、集散控制系统结构特征

集散控制系统是由一些微处理器、计算机组成的子系统合成的大系统。它的结构具有递阶控制结构、分散控制结构和冗余化结构的特征。

3、集散控制系统的典型结构

最新结构的集散控制系统的典型结构采用模块化控制站+宽带局域网+信息综合管理系统的形式。通过宽带网络，可以在很广的地域内应用。通过现场总线，系统可与现场智能仪表通信和操作，是一类开放的、系统互联的和具有互操作性的系统，是第三代集散控制系统的典型结构。