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数字园区设备及环境监测系统集成控制的浅析
深圳达实智能股份有限公司 林木青

摘要：本文介绍了“数字园区”各个智能建筑系统设备、设施集成、简述了一种基于计算机和以太网技术的现场级控制器的硬件设备应用。
关键词：智能建筑 BMS 监测 现场级控制器
一、 概述
目前，各地高新区工业园区的快速发展，入区企业越来越多，园区管委会直接面对上千家企业，管理幅度大。园区在前期规划和建设原则都在建立“数字园区”，完善电子政务网络平台，用“数字政府”和“一网式服务”逐步取代现在的“一站式”服务。在加快推动“数字园区”的同时，也产生了一些不容忽视的问题，园区内各个大楼工程中智能化系统之间大都呈分离状态，各自为政；园区的生态环境（如空气、噪声、污水）没有很好监测手段或现代化的管理方法。
随着现代控制技术（communication）、现代计算机技术（computer）、现代控制技术(control)、现代图文显示技术(CRT)的飞速发展，使得数字园区各栋大楼的设备、设施能够朝着大规模、分散控制、集中管理的方向发展。随着公众环境保护意识的提高，园区环境监测工作越来越受到关注。
如何以“数字园区”计算机网络通讯构架为基础，将园区各子建筑群的系统设备、功能、信息通过计算机网络集成为一个相互关联的协同工作的系统，实现信息、资源、任务的重组和共享，提供一个安全、舒适、高效、便利、环保的工作和生活的园区环境?
二、 系统集成的基础
在“数字园区”将各个智能建筑系统集成的实现，离不开计算机网络和集成技术的发展。在Internet的时代，TCP/IP是目前LAN系统中最为广泛应用的不基于特定硬件平台的网络协议，而随着LAN技术和千兆以太网的成功应用，已使以太网成为智能建筑的网络主干，而TCP/IP协议解决了网络互联和异构计算机之间的通信协议，变成了事实上的国际标准。
目前，系统集成的案例中应用最为广泛的是建筑设备管理系统集成模式，即BMS。下图是智能建筑称为“3A建筑”，主要包括办公自动系统（OAS）、建筑电气设备自动化系统（BAS）、通信自动化系统(CAS)。
IBMS示意图：

因此智能建筑电气设备自动化为智能建筑系统中的一个重要系统之一，采用具有高信息处理能力和基于TCP/IP以太网协议实现网络无缝互联的硬件设备对整个园区的给排水、变配电、照明、电梯、保安、背景音乐、环境监测等众多设备进行实施测量、监视和全面监控，实现最优化的管理，随时掌握设园区设备状态及运行时间、能量的消耗和环境的变化。不仅提高系统的集成管理、系统运行的安全可靠性，同时也节省人力、物力和能源。
在“数字园区”由于建筑群多而分散，在充分体现现代高科技水平的前提下，尽量降低各控制系统的造价，最大限度节省能耗和日常运行管理费用，保证各系统能充分、高效、可靠的运行，应采用“分散控制，集中管理”的模式，基于TCP/IP以太网协议实现网络互联的硬件设备来解决建筑智能化集成问题，是一种先进、节约、极方便的面向现场级控制设备的新技术。
三、 现场级控制器设备功能描述
基于TCP/IP以太网协议实现网络互联的硬件设备（简称现场级控制器）应用建筑电气设备自动化系统（BAS），其硬件设备应具有以下系列不同功用模块：
1、 模拟量输入（AI）；
2、 数字量输入（DI）；
3、 模拟量输出（AO）；
4、 数字量输出（DO）；
5、 脉冲输入（FI）；
6、 脉冲输入（FO）；
7、 提供RS232或RS485接口。
现场仪表、传感器、数据采集器大部分以RS232或RS485方式作为数据通讯接口。
现场级控制器终端不仅提供数字、模拟量信号通道，而且具有双相通讯和数据处理能力，具有全分散和模块化的软硬设计。BAS集成系统中面向现场层的集成管理系统的工作站，在工作站上对系统的监控管理可以方便组态，采用图形方式，可视化地描述控制策略。用户可以自由组合算法模块，参数配置，实现强大控制功能。
系统具有年/月/周时间策略，可以按照一年内的假期进行自动控制。时间调度表分三张表：假期方案表、星期方案表和定时方案表。
整体结构图如下：
从上图所示，上位计算机与现场级控制器的通讯模式是通过以太网来通讯的，由现场级控制器构成了智能建筑设备的简单控制系统。由各个工作站完成网络管理、控制策略组态/下装、过程监控，各工作站通过BMS系统数据服务器统一刷新、交互数据。监控软件应采用如IntellutionFix/iFix，组态王等通用控制软件，按用户实际的需求定制监控点，用图形化的界面实现对节点的监控，通过现场级控制器与现场级传感器、数据采集仪、执行器接口完成相应的控制、运算功能，也可进一步将数据发布到Internet上进行远程监控.。
四、 应用举例
在案例应用中，使用的现场级控制器是EBC1000。整个系统分为“数字园区”现场和远程工作站信息管理两大部分。现场部分包括仪表、电机、阀门、电梯、配电监控，照明控制、园区背景音乐控制。现场级控制器的数据通讯使用以太网形式，要求传输速率高，实时性好。
仪表：PH测试仪、流量计、COD检测仪、烟尘（气）测试仪，温湿度检测仪。
电梯：主要监测电梯的运行状态、故障。
配电监控：实时测量相电压、线电压、电流、有功功率、功率因数、系统频率等。通过网络电力仪表将与供电质量相关的的数据采集上传工作站，进行数据分析处理。
空调系统控制：根据现场温、湿度传感器的数据采集，自动控制电动阀门、新风机、空气处理机等。
照明控制：对园区公共场所用的照明实施时序控制，具有节假日不同管理模式。
背景音乐控制：园区的不同区域可播放不同背景音源，营造园区环境氛围。
现场级控制器：EBC1000，数据传输方式以太网接入。
现场级控制器硬件指标如下：
1、 电源输入：24V交直流输入，±10% @DC 1000mA
2、 通用模拟量输入：
a) 输入路数：8路
b) DC 0-5V输入：满量程测量误差±0.2%，电压分辨率1.22mV
c) DC 0-10V输入：满量程测量误差±0.2%，电压分辨率2.44mV
d) DC 4-20mA输入：满量程测量误差±0.5%，电流分辨率3.9uA
e) PT1000：满量程测量误差±0.1%
f) NTC20K：满量程测量误差±0.5%
g) 以上模拟量均为12位分辨率
h) 以上模拟量均可由软件配置通道类型
3、 通用模拟量输出：
a) 输出路数：4路
b) DC 0-10V输出：满量程输出误差±0.2%
c) DC 4-20mA输出：满量程输出误差±0.1%
d) 以上模拟量通道切换由跳线设置
4、 无源触点（开关量）输入：
a) 可输入8路无源触点
b) 开关量状态采样间隔时间≤1S
5、 无源触点（开关量）输出：
a) 可输出8路无源触点
b) 触点可承受250V AC 电压
6、 热电偶输入：
a) 可输入4路热电偶，支持J，K，S等分度号，自带冷端补偿
b) 满量程测量误差≤0.1%
c) 各类型热电偶可测温度范围：
i. J型：-50℃ - + 760℃
ii. K型：-50℃ - + 1370℃
iii. S型：+500℃ - +1750℃
7、 最大功耗：4W
组网图：

上图只针对了园区综合楼的设备监测，后期规划的子建筑群同样可以采用相同的控制模式，方便的扩展。
工作站监控：以Windows操作系统为运行平台，采用国际标准IEC1131-3所规定的功能方块图为描述语言，图形方式，可视化的描述控制策略，内置丰富的基本算法功能模块，操作方式简洁易用，提供在线帮助信息。
将现场级控制器所采集的数据分类上传、存储到数据库中，对数据进行分析、统计处理；根据具体情况向远端的现场级控制器发送指令，如打开或关闭阀门，启停执行机构等；可根据要求形成报表、图表。通过对园区设施、设备的监控，为园区管委会管理决策提供可靠、丰富、直观的材料。
五、 小结
工业园区宽带网络系统能否被充分地应用，很大程度上取决于TCP/IP以太网技术的成熟控制硬件设备广泛的使用，通过该硬件设备来实现对智能建筑设备、设施的分散控制，集中管理模式。随着计算机网络技术的普及和以太网技术的广泛的应用，系统集成领域在此基础上也不断深入，使基于以太网技术的系统集成进入到了一个新的发展高度。