楼宇自动化系统方案说明

下面是鲁班乐标给大家带来关于楼宇自动化系统方案的相关内容，以供参考。

1、METASYS系统概述

METASYS智能管理系统专为各类建筑中所有设备的监测、控制和集中管理而设计，该系统的开放性、灵活性、可靠性及高质量，集中体现了楼宇管理与控制的最新潮流。

METASYS是一个集中管理、分散控制系统，因而它更高效，更可靠，提高了系统的容错能力。METASYS是模块化系统，易于扩展，因而将来的需要并不会损失今日的投资。METASYS具备很强的联网能力，可以与任一家愿意开放其通讯协议的产品或系统实现联网，从而使用户很方便地在任何地方，任一台操作站上，对所有设备或子系统了如指掌，大大提高管理水平及工作效率。

METASYS完全符合工业标准，它的设计立足现在，面向未来，适应软件及硬件的不断发展。用户投资于江森公司的METASYS是明智及长远的选择。

以下从硬件结构及软件功能两方面分别作详细的介绍。

⑴ 硬件结构

① 概 述：

METASYS的硬件系统是由操作站(OWS)，网络控制器(NCU)及各种直接数字控制器 (DDC)所构成的一种智能化控制网络。

② 网络通讯

以太网(Ethernet/IP)作为一种应用越来越广泛的网络形式已被超过80%的局域网使用。它具有优良的性价比及易于安装的特性。以太网的通讯协议(TCP/IP)为开放式系统提供了物理及数据连接层通讯的参考模式。它的通讯速率为10Mbps，即每秒可传递大约250页文本所包含的信息。使用以太网具有以下优势：

 数据传输的高效率及稳定性

 灵活的布线和设备联结方式：可联结高速以太网、FDDI、令牌环网、ATM等

 低成本

 可互相兼容的设备及拓补形式：由于以太网的使用广泛性，可以很容易的将其他厂家设备或系统通过它互相联结

 易于安装及扩展

 减少维修成本

以太网的网络拓补结构可为星型、总线型或混合型。星型结构的组成是通过非屏蔽双绞线或光纤将各个节点连接至位于网络中心的集线器上，该集线器可放置于建筑中任何方便的线架上。它的优点是易于隔离及修复出现故障的节点，缺点是比总线形式需要更多的安装线材。在这三种结构中星型结构适用于NCM与OWS位置较远的系统，总线型结构适用于NCM与OWS位置较近的系统，而混合性结构适用于NCM与OWS位置有远有近的系统。

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，其通讯方式为Ethernet/IP。N1网上各节点之间的数据交换采用点对点（peer to peer）方式，各节点均具备动态数据访问（Dynamic Data Access）功能，即无论N1网上任何操作站或任一NCU上，均可以对全部的数据实现检测或控制。

在某些场合，用户可能需要用到拔号式（Dia-up）通讯方式，用以监控远处的控制系统，这时可以通过调制解调器，设置远程操作站。

N2通讯总线是一种现场存取网络，它连接控制器及接口模块至网络控制器。N2总线使用主/从式通讯协议，NCU是主导，N2总线设备（DDC）是从属。N2总线使用 Opto-22 optimumx® 通讯协议，并且已被证明其优越性。N2总线遵循EIA，RS-485电气标准。）

③ 联网能力

对于楼宇系统的设计和管理者来说，真正的挑战是：怎样利用所有子系统的能力？怎样有效地管理它们，从而提供一个高质量的办公环境？ METASYS系统使上述问题迎刃而解。各个不相联系，甚至是来自不同公司的系统，通过METASYS被恰当地联系在一起，变成一个系统的集成。各系统相对独立，自成体系，必要时相互配合，实现联锁控制，从任何地方，任一台操作站上，都可以收集到全部的数据。操作员从一台操作站上，便可以了解全楼各个角落中任一系统的运作情况，一旦有故障发生便可立即作出反应，甚至客户还未感觉到任何不妥，问题便已经解决了。

美国江森公司作为美国 Ashear 学会发起者之一，其Metasys系统已能与超过75个公司（其中包括Carrier, York, Trane, ABB, Libert等）的子系统实现联网，并已完成2000多个联网项目。我们随时准备为用户实现METASY与任何愿意开放其通讯协议的公司产品联网。

④ 操作站

操作站为IBM或其他品牌标准个人电脑，操作站提供视窗化的，高水平人机界面，用户可选择中文或英文操作。

它以微软公司的Windows为运行环境，允许Windows支持的其他软件同时运行。并可以与他们进行动态的数据交换（DDE）。例如您可以用已熟悉的Microsoft Exce来处理数据，做出一系列的统计表。

它可编程及产生数据库，并直接下传程序至各控制器。它可备份数据库、存储点的历史记录、趋势分析、操作员进入/ 退出记录、以及报警记录等。

METASYS界面操作全部视窗化，无需记忆操作指令。它的网络图犹如一张联络图，表示出所有监控设备及其相互关系，操作员只要调出METASYS应用程序，便一目了然：哪个系统为哪一楼层服务；哪些设备为哪些区域服务等。METASYS使用了一种分布于整个网络、面向目标的软件体系。只依靠鼠标操作，便可走遍整个建筑。它用图形显示建筑物的各楼层平面和设备简图，并通过鲜艳的色彩和动态数据显示、报告所监控的点的信息。

网络中任一个操作站均可以存取整个网络的所有信息，各操作站可同时使用。

⑤ 记录/报警打印机

打印机用于系统操作的记录。每台打印机的记录内容可根据用户要求设定，而记录格式在调试阶段即可定义。

⑥ 网络控制器（NCU）

网络控制器（NCU）是一种高性能的现场盘，它由一系列可兼容的电子智能化模块所构成。它可以实现复杂高性能控制的任何控制程序，同时也可以协调通信网络中各独立的DDC控制器,为它们提供报警监视和综合控制功能。NCU可脱离任何上位机（如个人电脑），独立承担控制及通讯功能。

网络控制模块（NCM）是NCU的主要部件，它装备高速80386微处理器，其内存（RAM）可由8MB扩展至10MB，它带有自诊断功能，并有72小时后备电池。

NCU上备有多种简单而通用的系统接口，供操作人员使用。第一个接口是标准RS-232连接件，可连接手提计算机或输出打印机；第二个接口是手提网络终端接口，网络终端象操作站一样，能够存取网络中的所有信息；第三个接口可用于调制解调器，用于远程监视或打印。

NCU能支持多用户环境，就是说，任意多少位操作员都可同时存取NCU中的信息。

METASYS的5级密码口令，不仅对操作站提供保护，对NCU 上的操作员接口，也同样使用一致的密码信息。

⑦ 直接数字控制器（DX-9100-8154 / XT-XP模块）

直接数字式控制器（DDC）是METASYS系统的最前线装置，它分布于建筑物内各处的设备现场，如空调机房，水泵房，冷冻站等。DDC连接于METASYS的N2总线，NCU及操作站均可对它们实现上位机的超越控制。

直接数字式控制器（DDC）是METASYS系统的最前线装置，它分布于建筑物内各处的设备现场，如空调机房，水泵房等。DDC连接于METASYS的N2总线，NCU及操作站均可对它们实现上位机的超越控制。

目前最常用的DX-9100控制器是一个模块化，可扩展，在现场具有显示及操作能力的控制器。它的基本配置为8AI，8DI，2AO及6DO，共为24点，根据现场需要可增加各类型点的扩展模块，最多可扩展64个点。

DX-9100的软件功能十分齐全，可实现各种现场控制要求。其操作系统包括实时功能，12个可编程模块，及PLC逻辑运算模块。由于它是由一个个功能模块所构成，其图形化的编程工具使得程序设计异常简单。用户只要简单地调用图块，填写参数，控制程序便自动生成。所有的编程均可在METASYS操作站完成，并直接下传至DX-9100。它除了完成各种运算及PID回路控制功能外，还具备多级控制及统计功能；其PLC逻辑运算模块，具备一般PLC控制器的功能；其实时功能可同时设置多达8个时间控制程序，每个时间控制程序，可针对星期一至星期日及特定的一些公众假期，分别设定不同的启动/关闭时间。如此强大的软件功能，决定了DDC具有独立运作的功能，当中央操作站故障，网络控制器故障或通讯线断线，都不会影响其操作。

⑧ 现场设备

现场设备包括传送器，变送器，风阀执行器等，它们均直接与DDC连接。

⑨ 程序存贮器

NCU和DX的存贮器采用EEPROM，EPROM及RAM。

系统构成和控制程序存贮在EEPROM和EPROM中，在掉电期间，程序仍可保持。实时时钟和功能存贮于RAM中，带有后备电池（NCU中可维持72小时，DX中可维持1年）。存贮器分配的原则是当偶尔在线变更某些参数时，尽量减少对控制器操作的干扰。在METASYS中，许多用户变更，甚至是统计数据分析，均可以在线进行。

这种安排使得控制器既能提供足够的内存（从而满足设备管理系统的各种控制功能的需要），又不至于花费太大。假如控制器掉电超过72小时，保存在NCU之RAM中的数据将会丢失，这时，METASYS会自动通过高速N1总线，将数据自动地由操作站下传到NCU中。

⑩系统的运行环境要求及用电量

DX-9100控制器(DDC)：

工作环境要求： 0~50℃(32~120℉)，相对湿度 10~90% 不结露。

用电量：24VAC，50/60Hz，10VA

XT及XP模块：

工作环境要求： 0~50℃(32~120℉)，相对湿度 10~90% 不结露。

用电量：24VAC，50/60Hz，5.5VA

⑵ 软件功能说明

各种不同功能的软件，构成了完整的METASYS操作系统。

主要软件功能如下；

摘要（各类报告清单）

密码保护（5级）

用户编程（图形化编程语言）

状态改变报告

报警信息报告

报告分组/报警管理

监控点历史

动态趋势分析

累积、统计功能

数据库下传/上载功能

基于Microsoft Windows之图形化及操作站工作环境

能量管理控制

时间预定功能

设备循环启/停保护

重大设备启/停延时

供电恢复启动程序

用电量限定/负载循环

(2.1) 摘要（各类报告清单）

在METASYS中，用户可以直接得到各种分类的报告清单，这些清单可以显示于监视器上，也可以打印或存盘。可以直接调用的报告清单有16种，其中最常用的录示如下：

监控点清单

报警点清单

严重级别报警点清单

脱机点清单

处于超越控制状态下点的清单

禁止通讯点的清单

被锁定点的清单

被定义于跟进文件中的报告

时间预定的时间表清单

假日时间预定的时间表清单

各监控点的高低限及死区值清单

以上报告清单根据用户的指定，可以选择针对网络中所有点，也可以针对某一个系统中的监控点。或选择组甚至几组中各系统中的监控点。

(2.2) 密码保护功能

Password

METASYS 系统可提供五个等级，多达100个密码口令，为网络和操作站提供安全保障。

根据主管人员的指定，各操作员具有不同等级的口令，口令可限制所访问的内容，具体为可访问的监控点，口令也限制操作级别。

口令访问在整个METASYS网络中是一致的。无论操作员走到哪一台操作站，或是在现场用手持式网络终端，他只要使用自已的口令，便有相同的放行级别。当对口令系统进行增减或改变时，网络中各操作装置同一时间自动配合，而不需要在每个操作装置作出更改。

对每个口令，系统提供一个自动退出时间，该时间可自由设定，范围从1到1440分钟。如果操作员离开前，忘记退出系统，设定的时间过后，系统会自动退出，继续受到密码保护。

各级口令的职能如下：

第5级 ── 只可监视，检查数据

第4级 ── 第5级+操作员控制及预定

第3级 ── 第4级+监控点参数的改变

第2级 ── 第3级+数据库增减

第1级 ── 第2级+口令编辑

(2.3) 用户图形化编程语言

Graphic Programming Language

用户可以通过先进的图形化编程语言，实现各种复杂的高级算法及超越控制。METASYS的图形化编程语言通过图形方式，使用户以画流程图的方式，进行编程。它的特点是直观、易懂、方便修改。

METASYS提供一系列已经证明可靠的图形化程序，方便用户直接调用。用户可以在自己的程序中插入它们，也可以对它们进行修改。

(2.4) 状态改变报告

METASYS系统可提供所有双态点的状态改变记录，该记录可以输出到打印机上，也可以直接报告至指定的操作站及磁盘文件。记录显示改变状态的点的名称。点的详细说明及发生状态改变的时间和日期。

(2.5) 报警信息报告及报告分组/报警管理

Report Router / Alarm Manager

METASYS具有完善的报警管理。操作站优先处理和首先显示最重要的报警点，并且能够有选择地把不同的报警传至位于网络中任何位置的相应操作站，甚至传到用拔号调制解调器联结的远程操作站。

报警管理提供报警打印，报警缓冲器及直接报告至指定的操作站和存储文件，所有方式均满足以下条件：

A) 显示报警点的名称，点的详细说明及发生报警的时间和日期。

B) 报警依轻、缓、急，用户可自行决定报警级别，以便更有效及快速处理严重的报警。本系统可将报警分为3类，其中又分4级。

C) 作为A)的补充，用户可对每个报警点增加报警信息，该报警信息可达65个字母（中文为30个字）。报警信息可明确提示操作员如何处理报警。比如采取什么措施，找什么人维修等。对于大型系统的管理者来说，管理上千个点，并及时处理报警，并非易事。给报警点增加报警信息这一功能，大大方便了操作者。

(2.6) 监控点历史

Point History

METASYS系统中所有监控点都自动产生一个历史，该记录存放在网络控制器中。模拟点每30分钟采样一次，如有特殊需要，用户指定一个PC文件，记录将自动转入该文件中，提供长期的历史数据。双态点可记录10次开/关动作。每个点具备历史这一特性，方便用户随时分析设备的性能，回顾故障或事件发生的时间，大大提高设备管理水平。

(2.7) 动态趋势分析

Trend

动态趋势分析可应用于系统中的所有监控点，其采样点数及采样间隔（范围1分钟至120分钟）均由用户自已定义。

当监控点历史不能满足设备性能分析的要求时，可利用动态趋势分析这一软件功能。

与监控点历史一样，动态趋势分析也存放于网络控制器中。如需保存数据，用户可指定一个PC文件。当采样数接近规定的数值时，数据将自动转入该PC文件中。

(2.8) 累积、统计功能

各DDC及NCU均具备累积、统计功能。用户可定义一个限额，当累积或统计值超过此值时，系统统可发出报警。该功能主要应用在以下几个方面：

A) 运行时间统计--如水泵、风机等的运行小时

B) 模拟量及脉冲累积--如用电量

C) 事件发生次数的统计--如某一段时间中，房间温度超出高限的次数。

Totalization

(2.9) 数据库下传/上载功能

METASYS系统中，所有DDC 的现场控制程序，均可由操作给直接下载，不论何时，用户可以从操作站上很方便地修改DDC的现场控制程序，并直接下载至DDC，而不需走到现场。

用户通过操作站对系统数据所进行的任何增减及参数的修改，均直接储存于网络控制器中，系统的运行并不依赖于操作站。为防止现场数据（储存于NCU中）的丢失或损坏，从操作站可实现数据的回传。回传数据保存在操作站硬盘中，作为备份数据。

如果由于某种特殊原因，NCU掉电超过72小时，由于超出了NCU中可充电电池保持内存的最长时间，该网络控制器的数据将会丢失。但是，一旦恢复供电，系统将自动从操作站将备份数据下载至NCU，保证系统正常工作。

(2.10) 动态图形显示及操作站工作环境

Graphics

为使监控点的位置更直观及便于对系统的分析，METASYS系统提供采色动态图形显示，包括楼层的平面图及机电设备蝗系统示意图。

1、操作员可通过菜单的选择或直接从图形上切换不同系统或平面的图形。

2、图形中所有监控点的数值或状态是动态显示，即显示它们的实际位置和当前数值或状态，各点是自动更新的。

3、操作站的工作环境是视窗化的，可同时显示多幅图形，便于对整个系统的操作进行分析。

4、当某点发出报警时，其所在的图形会自动弹出，其中的报警点会以事先指定的颜色不断闪烁，以提醒操作员报警点的位置。

(2.11) 能量管理控制

为达到节约人力及能源的目的，METASYS提供各种常用的能量管理软件，这些软件自动运作不需操作员的介入。同时，它们又有足够的灵活性，用户可轻易进行定义及修改。其主要软件时间预定功能，最佳启/停功能，焓值切换功能，温度设定点自动重置功能，制冷机组的自动组合及群8控功能，以及用电量限制功能等。

(2.12) 时间预定功能

预定功能使得METASYS系统能按照操作员事先所安排的时间表自动运行，提高设备管理效率。

预定功能适用于设备的定时启停，设定点定时修改控制程序的定时启动，趋势分析的起止，累积/统计的起/止及各种报告的定时打印，等等。

预定共有4种：正常日、替换日、节假日、及特殊日。用户可定义一年的日历。

(2.13) 设备循环启/停/及重大设备启/停延时保护

Scheduling

为保证机电设备的使用寿命及避免不正确操作造成设备损坏，METASYS系统提供设备保护功能，限定1小时中设备的启/停次数，并且可对设备设置启/停延时，对每个控制点，用户可以方便地设置。修改及取消该保护功能。

(2.14) 供电恢复启动程序

对重要的设备系统，如冷冻站，其设备的启停需严格遵循一定的顺序，为避免设备运行中动力电突然掉电，又突然恢复时，对设备造成损坏。METASYS提供供电恢复启动程序，保证任何时候，设备都能按照其正确顺序启动。

(2.15) 用电量限制/负载循环

Demand Limiting / Load Rolling

该软件功能用于节约电费的目的，当用电量高峰时，系统可根据给定的限制，自动对指定负载进行定时的轮流开/关，以防止用电量超出规定的限额。

⑶ 系统运行性能(可靠性分析)

① 可靠性定义

系统可靠性是指给定的一个周期时间减去非工作时间(检修、待料等因素停工时间)与这个周期时间的比值。非工作时间开始于故障被确认时。这个概念可描述为正常运行时间与给定的运行时间的比值。特别指出，正常运行时间是指系统运行时间和可能需要运行（即待命）的时间总和。整个时间由正常运行时间（Uptime）和非工作时间（Downtime）组成，如下公式：

系统可靠性=正常运行时间/（正常运行时间+非工作时间）

以上等式是可靠性的定义标准。在这里非工作时间是指维修和返修产品所需要的平均时间。这个平均时间通常称为平均修复时间，包括预计的时间及不可预计的时间。在正常的情况下，不论白天黑夜，我们的紧急反应时间不超过四个小时。

系统可靠性也被表示为平均修复时间（MTTR）和平均故障间隔时间（MTBF）。平均故障间隔时间是指系统可靠性的一个衡量尺度，平均修复时间是系统可维护性的一个衡量尺度。他们的关系如下：

系统可靠性=平均故障间隔时间/（平均故障间隔时间+平均修复时间）

② 系统平均故障间隔时间的计算

该值等于保修期内系统累计运行时间除以保修故障点总数量。设备装船到安装开通大约二个月的时间未计入累计运行时间。

江森公司统计记录在保修期内从现场返修部件的数量。一年故障概率（OYFP）被作为一个指标来描述系统的返修率，同样设备的船期不计入运行时间。

系统平均故障间隔时间和一年故障概率的统计学的关系式为：

系统可靠性=（1-OYFP）=EXP[（-8760）/MTBF]

2、系统方案及配置说明

我司对本系统的控制器配置基于如下原因采用一对一的分散式控制。原因①由于高级的控制需求导致控制过程相对复杂，因此使用集中的现场控制器对分散于楼中各处的机电设备将无法满足采样及控制需求；原因②使用分散的现场控制器将极大减少施工所需的管线数量及施工量；原因③分散的控制器将极大降低系统出现故障的概率，当控制器因人为破坏等不可预见的因素毁坏时不致影响过多现场设备的安全运行。

⑴ 暖通空调自控系统

暖通空调系统包括：冷热源系统、空调机组，送排风系统相关设备等。以下将就各分系统的控制及采样点位设置、设备配置、控制方式及功能作一详细说明。

① 冷热源系统

由METASYS系统按每天预先编排的程序对设备进行优化控制，具体功能如下：

控制冷冻机启停；

监测运行状态；

监测冷冻机故障报警；

监测设备手/自动状态；

控制冷冻水泵启停；

监测冷冻水泵的运行状态；

监测冷冻水泵故障报警；

监测冷冻水泵手/自动状态；

控制冷却水泵启停；

监测冷却水泵运行状态；

监测冷却水泵故障报警；

监测冷却水泵手/自动状态；

控制采暖水泵启停；

监测采暖水泵运行状态；

监测采暖水泵故障报警；

监测采暖水泵手/自动状态；

监测冷却塔高/低液位；

控制冷却塔风机启停；

冷却水塔高/低液位报警；

测量冷冻水供/回水间的典型压差；

测量冷冻水/采暖热水供/回水温度；

测量冷却水供/回水温度；

测量冷冻水回水流量；

通过量度冷冻水的总供／回水温度和回水流量，计算出空调系统的冷负荷；

根据实际冷负荷来决定冷冻机的启停组合及台数,以便达至最佳的节能状态；

根据机组启停情况控制控制相关水泵及碟阀开关；

控制冷冻水旁通阀的开度，以维持要求的压差；

根据冷却塔运行台数及运行方式控制相关碟阀开关；

冷冻机、冷冻水泵、冷却水泵运行时间累积；

各联动设备的启停程序包括一个可调整的延迟时间功能，以便配合冷冻系统内各装置的特性。各设备的启停联动顺序为:

i 启动：电动蝶阀→冷冻水泵→冷却水泵→冷动机组；

ii 停止：冷冻机→冷冻水泵→冷却水泵→电动蝶阀；

以上工作状况可用文字或图形显示于彩色显示屏上，也可通过打印机打印出来作为记录。

通过安装在冷冻机房内的网络控制器(NCU)和直接数字式控制器DDC将按内部预先编写的软件程序来控制冷冻机启停的台数和相关设备的群控。

② 空调机组

METASYS系统的监控功能如下：

监测风机手/自动转换状态，确认空调机组风机现是否处于楼宇自控系统控制之下，同时可减少故障报警的误报率；

当机组处于楼宇自控系统控制时，可控制风机的启停；

监测送风机压差状态，确认风机机械部分是否已正式投入运行，可区别机械部分与电气部分的故障报警；

测量水盘管表面温度，当温度低于设定值(可调整)时触发报警并联动一系列的防冻保护动作，如关闭新风阀并打开水阀等；

调节新/回风阀门；

回风温度监测；

回风湿度监测；

控制加湿器启停；

通过测定回风温度与设定点间的差值，实时计算并确定送风温度的设定点，以满足空调空间负荷需求；

通过对安装于水盘管回水侧二通电动调节阀的自动调整，实现对送风温度设定点（可调整）的控制，保证空调机组供冷/热量与所需冷/热负荷相当，减少能源浪费；

通过测定回风湿度与设定点间的差值，实时计算并确定送风湿度的设定点；

安装在机房内的直接数字式控制器(该控制器与现场设备是一对一的安装及控制方式)将按内部预先编写的软件程序来满足空调机的自动控制和操作顺序。

以上工作状况通过网络通讯可将现场情况用文字或图形显示于中央控制室内的中控机的彩色显示屏上，供操作人员随时使用，其中的重要数据可通过打印机打印出来作为记录。

③送排风系统

METASYS系统的监控功能如下：

监测风机手/自动转换状态，确认是否处于楼宇自控系统控制之下，同时可减少故障报警 的误报率；

当处于楼宇自控系统控制时，可控制风机的启停；

监测送风机压差状态，确认风机机械部分是否已正式投入运行，可区别机械部分与电气部分的故障报警；

⑵ 变配电监测系统

METASYS系统主要对该系统中的设备运行状态及运行参数进行监视，具体的监视功能如下。

电压

电流

功率因数

能量计算

有功功率

无功功率

频率

⑶ 给排水监控系统

METASYS系统按预先编定的程序进行控制，具体的监控功能如下。

监测水泵手/自动转换状态，确认设备现是否处于楼宇自控系统控制之下，同时可减少故障报警的误报率；

当设备处于楼宇自控系统控制时，可控制水泵的启停；

水泵故障报警；

监测液位报警；

当达到高液位时进行报警并联动相关设备；

当低于低液位时进行报警并联动相关设备；

⑷ 照明系统

配置光敏传感器，控制照明的开关状态。

监测照明的开关状态。