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Honeywell樓宇自控系統的應用論文
摘要：建設銀行天津市分行新營業大樓(簡稱天津建行大廈)業已建成，即將投人使用。天津建行大廈采用樓宇自控系統，對大廈內使用的冷凍機組、空調機組、新風機組及公共照明進行以計算機系統為主的自動化控制，大廈內還采用了結構化綜合布線系統，對提高大廈的使用功能、節省能源、提高經濟效益必將產生深遠的影響。天津建行大廈稱得上是一座現代化智能大廈。
關鍵詞：樓宇自控，系統，應用
一、Exeel5000樓宇自控系統簡介
Excel5000是Honeywell公司于1994年推出的全新的建筑物自動化系統。首先它采用了共享總線型網絡拓樸結構，把分布在大廈內不同部位的控制分站用一條普通雙絞線(總線)互聯，形成集散式控制，通信速率高達IMbpS。分站設在被控設備附近，成為現場工作站。每個分站均采用微機，實現全部控制功能，其工作狀態與中央站無關。分站直接掛在總線上，實現與中央站之間的數據通信和分站之間的數據通信。現場控制器是分散控制分站，中央站與分站可以直接通信。天津建行大廈所采用的大型控制器(xL500)和中型控制器(xL100B)配有安裝式操作終端(xI5sl)和桌面式操作終端(xI582)，并配以現場操作軟件包(XI584)和工具軟件包(CARE及LiveCARE)進行現場調試和程序修改等操作。
其次它采用了分級分布式系統，構成開放式局域網絡。網絡結構分為三層，最上層為信息域的干線，采用總線型以太網絡(或令牌環網)，以roMbPs的速率把多個工作站連接起來，實現共享資源以及各工作站之間的通信;第二層為控制域的干線，構成集散控制的分站總線，以IMbPs的速率把控制器(分站)連接起來;第三層為分散的微型控制器(子站)互聯使用的子站總線，子站總線通過子站連接器與分站總線連接在一起。
再次，Excel5000還具有產品的向上兼容性，所有的Honeywell公司的產品均可納人Exeel5000網絡中，同時Excel5000支持結構化綜合布線系統。事實上，天津建行大廈樓宇自控系統通信網絡采用了結構化綜合布線系統，并由北京德達數據系統公司負責安裝調試，它綜合了大廈內幾乎所有的弱電系統，為大廈提供了一個投資合理又擁有高效率的便利的信息高速通路。
二、Excel5000基本型
建筑物自動化系統
根據天津建行大廈內設備的功能及其使用范圍，大廈樓宇自控系統采用的是ExeelBuildingsu-pervisor(XBS)—基本型建筑物自動化系統。XBS系統最多可控制36000點，它是以空調制冷、電器設備為控制對象的建筑物自動化系統，XBS系統主要由硬件和軟件兩部分組成。
1.硬件的組成
中央站:中央控制主機為DELLPentium133PC機(硬盤為IGB，內存為SMB)。此時，中央站可稱為XBSServer，分站總線接口卡XPC500可連接一條C一US，最多為3臺XPC500。
分站:xL系列直接數字控制器(DDC)可直接掛在C多US上。
(一)xLlooB中型控制器(36點)
這是一臺有12個通用輸人控制點、12個數字量控制點和12個通用輸出控制點的控制器，微處理器芯片為Intel8OC188、RAM128KB、05EPROM5一ZKB，并裝有先進的快可擦存儲器FlashMemo128/256KB(小硬盤)作為控制器數據庫，供用戶在現場調試編程使用。
該控制器適用于大廈內新風機組，空調機組及公共照明，大廈主樓為30層，每2層使用一個XLlooB控制器，再加上裙房空調機組、大廳照明、樓外泛光照明等，共使用了21個XL100B控制器。這些控制器配有一臺便攜式手操器(xI582AH)，在現場完成編程和調試等操作。
(2)XL500大型控制器(最多128點)
這是一臺采用可插拔式的功能模塊組合型大型控制器，用于冷凍機組、變電站等設備比較集中的地方。根據控制對象不同類型控制點進行不同點數的組合，以使控制器能最有效地利用其控制點和控制功能。XL500的電腦模塊為XL501O，配置與XL100B基本相同。每臺控制器最多可裝有18個功能模塊:1個控制模塊(XLSO10)、1個電源模塊(XP502)、16個輸人/輸出模塊(xr52lA、xr523A、XF522A、XF524A等)。
(3)繼電器模塊MCE3
由于XL100B數字量輸出功率很小(尤其是在工作電壓受到限制時)，所以需要用繼電器來完成實際的輸出控制功能。MCE3是一組由三個繼電器組成的模塊，可供三個數字量輸出(DO)來使用。其中Kl和KZ兩個繼電器各有1個單刀雙擲(轉換)接點，而K3繼電器只有一個單刀單擲(常開)接點。KI、KZ、K3每個接點的容量為240V、ZA。
(4)傳感器和執行器
為了滿足樓宇自控系統的控制功能，現場設備附近安裝了許多傳感器和執行器，用于采集控制參數，達到自動控制的目的。傳感器負責將現場的物理參數轉換成控制點信號傳送到上一層控制器，如空調系統的傳感器包括溫濕度傳感器，壓差傳感器、流量傳感器等;執行器負責將控制器傳送來的控制信號轉換成相應的物理動作，如新風機組的水門執行器、風門執行器等。綜上所述，可把XBS系統的結構分為三個層次。
第一層:由傳感器和執行器構成，用于采集控制參數，并將控制信號轉換成相應的物理動作，它們是組成樓宇自控系統最基本的要素。
第二層:由分布于各控制區域內的分布式微處理器構成，主要負責收集控制信號，并根據現場狀況向執行器發送相應的控制指令，同時負責將本區域內的控制信號向上層傳輸。實現功能為控制點的信號處理、直接數字控制(DDC)和時間調度等。
第三層:由DELLPC機組成的控制中心構成，進行大范圍控制管理，實現功能為原始數據的采集、整理和記錄，控制順序設計、圖形化控制狀態的顯示等程序化功能。
2.軟件的組成
(1)操作系統
控制中心由DELLPC機構成，該PC機上安裝了DOS6.22操作系統、WindowS3.11視窗軟件包、XBs軟件包、Mierografxnesigner圖形制作軟件包、MierosoftExeel4.0制表軟件包。
(2)應用軟件
XBS軟件是屬于第三代集散系統(TDS)技術的最新圖形化軟件，它運用窗口技術，操作完全圖形化，內容豐富、直觀，畫面響應速度快，選用智能顯示技術，完全實現了CRT化操作。ExeelCARE和LiveCARE軟件包是一組圖形化工具，用戶可非常方便地編制控制系統中各個DDC控制器上使用的應用程序。CARE軟件用來檢查控制方法和開關邏輯，以便建立多種控制文件和系統設備的匯總表。LiveCARE軟件用于現場調試各種DDC控制器的控制動作，以檢查程序設計的正確性，協助系統的啟動與開通。
①CARE和LivecARE軟件的功能。主要有:繪制控制系統原理圖;運籌控制方法;設置開關邏輯;確定時間邏輯;提供各種算法;建立控制文件;控制程序仿真。
②CARE軟件編制應用程序的方法。在CARE軟件中，儲存了大量控制規則，實際上是自動控制技術中的“專家控制”，形成標準化并可以立即付諸使用的各種應用程序。對以上標準化程序作相應的修改，以滿足用戶的設計要求。
為減少設計應用程序的工作量，提供一系列應用程序子模塊作為參考，這些子模塊可分為以下幾類:
輸出模塊:用于提供模擬控制和數字控制，通常與機械設備接口，如風門、水門、風機、水泵、照明開關等。控制方案模塊:用于提供控制信號輸出，控制方案包括順序、串級控制，比例積分微分(PID)控制等。
超馳模塊:用于提供超馳控制，特定的超馳模塊包括用于節能模式、濕度超馳模式等。
單獨運作模塊:用于提供靜壓控制、流量控制、濕度控制等。這些模塊均有內置的特定的功能。
通用模塊:用于提供一般功能，如手動開關、監控點設定和調整等。
③應用過程。首先用鼠標單擊，調出控制示意圖。將軟件中有關控制文件的各種圖素拼出所需要的完整的控制圖形。完成制圖后，可由兩種途徑將控制要求確定下來。
a.控制方法—以PID為主體的連續控制。根據現場條件、運算結果、時間程序等原則，按照模擬點、數字點或軟件點來決定控制方法。CARE數據庫提供有控制圖標(icon)側條的工作區來完成控制方法的設置，這些圖標側條如下。
Min:在模擬輸人中選取最低值。
Max:在模擬輸人中選取最高值。
+:把所有模擬輸人值相加。
一:求出模擬輸入值之間的差值。
AVR:計算出模擬輸人值的平均值。
PID:使某模擬輸出值以兩個模擬值(一個是控制變量，一個是參考值)來作PID控制。
CAS:串級控制，其作用是使一個Pl控制器的作用具有主控制器和串級控制器的功能。
RAP:超時后的室溫變化極限(“ramn”功能)。
MAT:以數學方法編輯器對另外的控制圖標修正其輸人。
CYC:完成間隙運作。
zEB:對加熱、制冷及零能帶決定其設定值，以保持預先設定的舒適區間。
b.開關邏輯—以時間和狀態為轉移條件的順序控制。在要求開關控制時，CARE提供一個邏輯表完成開關邏輯，以設定控制器輸出狀態。當前應用的開關條件出現時，控制器會傳輸一個編程信號給一個相應的輸出，即根據某種情況賦“真”、“偽”二值之一給某一輸出，開關邏輯比控制方法有更高的優先級別。例如，如果“控制方法”決定一臺新風機應該啟動，但是“開關邏輯”此時認為這臺新風機不能運轉，那么最終結果是這臺新風機不能啟動。
④時間功能。CARE軟件還提供時間表控制，決定設備以工作日、休息日乃至年度的時間設定的工作。這對新風機控制、照明控制非常方便。時間功能也是和開關邏輯、控制方法集成在一起，用于對被控制設備進行全盤考慮的。
⑤數學編輯器。當一個控制結果并非來自一個熟悉控制器的某一點而需要更多的點參與時，就可以用數學編輯器來進行數學計算協助得出結果。LiveCARE是一個軟件包，以檢查某控制器的控
制方法和開關邏輯是否滿足實際情況并符合用戶的需要。這在直接數字控制投人實際運行前是非常必要的，它在設計與現場實現之間起到溝通的作用。在視窗環境下，用戶應用LiveCARE可以監視、固定硬件和軟件點，觀察和改變控制參數，也可以觀察硬件和軟件點被賦與的用戶地址。
三、控制功能和范圍
天津建行大廈樓宇自控系統軟件，是由Hon-e卿ell公司開發的ExeelBuildingSupervisorversion1.2.01版軟件。主要功能是對天津建行大廈內的動力設備進行實時監控。
1.冷凍機組控制
根據冷負荷對冷凍機組進行起停控制。監控冷凍機的一次水泵狀態、二次水泵狀態、水流狀態。監控的參數有:冷凍泵狀態、送水溫度、水流狀態、水閥開關狀態、冷凍水送水溫度、冷凍水回水溫度、分水器供水壓力和集水器回水壓力等。這些參數同時顯示在屏幕上。當某一項發生故障時，迅速彈出報警畫面，同時將報警信息、報警設備、報警位置反映出來。這些報警信息可指導我們及時排除故障，確保設備正常運行。
2.冷卻塔控制
根據冷卻水供回水溫差以及冷凍機運行臺數，分級控制冷卻塔風機機組。根據冷卻水供水溫度，調節冷卻水旁通閥，保持冷卻水溫度不低于設定溫度。監控的參數有:冷卻塔風機狀態、冷卻泵狀態、冷卻水供水溫度和冷卻水回水溫度。
3.燃油鍋爐監視
大廈采用燃油鍋爐供熱，由于油爐的特殊要求，沒有對油爐進行控制，只對二次熱水泵啟停進行控制，以達到對水流量進行控制的目的。監測的參數有:熱水泵狀態、分水器供水壓力、集水器回水壓力、油爐出水溫度和油爐回水溫度。
4.液位監測
對位于大廈高區中區和低區的三個大水箱進行液位監測，主要目的是保證消防用水和生活用水。當水位高于臨界值或低于臨界值時，計算機屏幕立即彈出報警畫面，并顯示報警信息、報警位置，確保高水位不溢水，低水位不枯水。
5.空調機組控制
根據回風溫度或室內溫度調節冷水閥、熱水閥的開度，以達到控制溫度的目的。控制說明如下:
(l)根據回風溫度RaTemp和PID，調節水閥Htcwlv，保持回風溫度為設定溫度(Tset20℃)，調節精度為土1.0℃。
(2)根據室外新風溫度、新風濕度，計算室外燴值。根據燴值控制新風門、回風門。新風門、回風門相互聯鎖。
(3)在冬季，當風機盤管溫度低于5℃時，防凍報警，風機停止運行，新風門關至8%，水閥開至35%。
(4)在冬季，當新風溫度低于5℃時，根據預熱溫度T1、PID，調節蒸氣閥，保證進風溫度高于5℃。
(5)過濾網兩側壓差達到一定值時，過濾網有堵塞報警。
6.新風機組控制
新風機組控制原理與空調機組基本相同，但比空調機組簡單。
7.熱風幕控制
為了隔離大廈內外溫度，保持大廈內的溫度不受外界溫度影響，對大廈正門和營業廳大門兩處的熱風幕進行啟停控制。
8.電力測量
電力測量主要是監測大廈變電站變壓器的運行狀態，測量電網電流、功率因數和A.B.C.三相電壓。并計劃在此基礎上計算電量，即根據電流、電壓及有功功率，計算出大廈每天的耗電量以及累計耗電量。
9.公共照明控制
所謂公共照明控制是指根據照明環境的實際需要定時開關上述公共區域照明。大廈內每個照明區域有兩路控制線路，即主路和副路。主路控制照明區域的絕大部分燈;副路則控制照明區域的少數燈，即夜間巡更燈。通過對公共照明控制可以降低電能消耗，延長燈泡使用壽命，減少員工勞動強度。大廈外裝飾性照明一般為傍晚開、深夜關。可以根據季節變化，通過軟件調整開關時間;還可以根據實際需要縮短或延長照明時間。為了便于對樓宇自控系統的管理，大廈平面簡圖已被輸人到計算機內，樓宇自控系統的功能、類型和范圍，也都以圖形或文字的形式描繪在平面圖一。這些圖形文件與控制對象一一對應，前后呼應，成為我們自行開發的樓宇自控系統輔助管理軟件。通過這些輔助管理軟件，可以迅速準確地了解大廈動力設備的基本情況，掌握樓宇自控系統的控制功能和范圍，用最快最簡捷的方式排除故障，解決實際問題。實踐證明，這些軟件已經成為樓宇自控系統不可缺少的輔助工具。
四、結束語
以上介紹了天津建行大廈樓宇自控系統的主要內容和投人運行后的基本情況。盡管樓宇自控系統前期投資較大，但是投人運行后所產生的經濟效益是相當可觀的，隨著時間的推移，這種效果越來越明顯。這對金銀泰服務中心日后對大廈進行科學化管理，提供了一個重要的現代化手段、一個全新的高科技工具和一個較為完備的自動化控制系統。當然天津建行大廈還配有其它現代化管理系統，如結構化綜合布線系統、消防報警系統、保安監控系統，它們都將成為對大廈進行科學化管理的工具。
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