附录1综合布线与楼宇自控和安防.docx

附录1 智能大厦对布线系统的要求一、智能大厦对布线系统随着智能大厦的兴起，各种楼宇智能化系统层出不穷，大楼智能化的高低是由大厦驾驭信息的能力决定的。为了最有效地获取信息、处理信息和利用信息，完善的大楼布线网络系统是其最基本的保证。健全的布线网络末梢要深入到每个角落，使所有信息都有自由流通的渠道。信息的自由流动是建设大厦智能化的前提和基础。1、大楼信息的类型 (1) 大楼管理信息：楼宇设备的自动化控制信息，如空调控制、照明控制、电梯控制、变配电控制、给排水控制等的控制信息。(2) 空间管理信息：如消防控制系统、保安监控系统、门禁系统、停车场管理系统等信息。(3) 商务管理信息：在办公网络上所运行的一切对人、财、物的管理信息。2、大厦布线网络的建设 80年代后期，为了满足网络互连的迫切需要，结构化布线系统应运而生。结构化布线将布线设计从若干个应用系统中独立出来，成为一个标准的、开放的、支持多厂商/多系统的布线系统。结构化布线系统的产生被称为布线历史上的第一次革命。现在，结构化布线系统已成为建筑系统中的如水、暖、电以外的第4种基础设施。 但是如果我们站在全楼的高度来看布线系统，就会发现同智能大厦所要求的布线相比，目前结构化布线的应用只局限于楼宇内的部分应用系统计算机网络和电话网络系统，而属于楼宇管理和空间管理的其他智能子系统都在结构化布线系统之外。布线方式存在的问题：（1）楼宇整体布线的非标准化和非开放性，无法满足智能大厦布线的要求。（2）楼宇永远摆脱不了重复布线的恶性循环以及由此造成的管理上的混乱及楼宇造价的不断增加。l 新系统淘汰老系统需要重新布线l 增加新系统需要重新布线l 越来越成熟的系统集成技术使得系统间的横向联系得到不断加强，而分离布线无法满足这一要求。（3）业主被锁定在一个个的封闭的系统中，缺乏足够的系统选择权大厦智能系统的不断发展使得大厦的信息流动更加频繁，各系统之间信息联系更加紧密。如：l 通过INTERNET网络可管理楼宇自动化系统。l 个人环境控制系统使得楼内的住户可以根据每个人的不同要求，控制自己的小环境内的温湿度、灯光照度和空气流速等环境参数。l 人事管理数据库与保安门禁系统数据库的共享。l 越来越高级的系统联动功能。 因此，楼宇控制自动化技术的不断发展使得智能大厦的布线系统，尤其是控制系统布线也面临着在80年代结构化布线产生之前办公网络系统布线不兼容的老问题。这要求布线系统作出进一步的改革。 99年底美国西蒙公司率先推出整体大楼集成布线（TBIC）系统的设计思想和系统保障体系。TBIC是在结构化布线的基础上，以双绞线、光纤和同轴电缆为主要传输介质，以星型拓扑为主要拓扑形式，支持大楼内话音、数据、图象和所有的楼宇控制系统应用的一套集成布线系统。二、楼宇自控系统对布线的要求1、楼宇自控发展概述 早期楼宇自控系统由于控制器体积庞大，价格昂贵，通常采用集中式控制，所有现场传感器和执行器都直接连接到控制器的输入/输出端口上。这种集中控制方式造成了线缆和管槽的大量堆积，无论设计、施工、管理和维护都十分烦琐。到80年代，计算机技术、微处理技术的发展大大地减少了控制器的尺寸。直接数字式控制（DDC）引入到楼宇自控中，使楼宇自控系统演变成集中管理分散控制的集散控制系统。这种控制的特点是控制器采用网络互连，一个控制器可控制本地的传感器和执行器。这样布线系统就分为两层，一层是通讯网络层，另一层是现场信号电缆。现在，市场上流行的楼宇自控系统大多是这一代产品，其系统结构如图1所示： 图1 楼宇自控系统结构 2、楼宇自控系统对布线的要求 随着开放系统通讯协议的开发和研究，楼宇自控系统进入了一个崭新时代。系统间的互操作性成为时代主流，许多厂家和协会都为这一目标而努力，其中影响最大的是BACNET以及LonWorks技术的LonTalk协议。楼宇自控的发展趋势要求其布线系统具有开放、灵活及高度集成等特点。下面，我们来分析一下当前楼宇自控系统对布线的要求：l 管理层网络：楼宇自控的管理层可使用办公自动化的网络，例如以太网、快速以太网等。这一层网络布线显然可以通过结构化布线来解决。楼宇自控系统承包商习惯上使用总线拓扑网络。这样施工相对简单、但可靠性差，一个节点故障可造成总线上所有节点失败。所以当网络技术发展到今天，总线型同轴电缆布线早已被UTP星型布线系统所取代。在这一点上楼宇自控布线已落后于计算机网络技术的发展。l 监控层网络：楼宇自控监控层网络通常选用工业控制现场总线，如RS485或 LonWorks。RS485采用菊花链状的连接方式，将同一网段上的所有DDC连接起来。DDC所在之处一般也是结构化布线路由经过之处，若用综合布线支持RS485通讯，则可充分利用楼内已有公共路由和管线，无须另建。DDC这一层的布线系统可使用信息插座来支持应用，也可使用开放办公室集合点或区域跳接点的方式来实现。此外，还有一些智能传感器/变送器，本身支持网络传输，它们可以直接到网络上。l 现场信号：现场信号有以下四种：（1）DI：数字量输入 （2）DO：数字量输出 （3）AI：模拟量输入 （4）AO：模拟量输出这些现场信号的特点是：l 低压弱电信号：0-10VDC，4-20MA，24VAC/DC电源l 距离较近：由于集散控制系统要求DDC靠近受控设备，所以这些连接DDC与传感器/执行器的线缆通常在几米、十几米、多则数十米的范围之内。3、综合布线支持现场信号的可行性 24AWG非屏蔽双绞线耐压300V，一根导线最大可承受1A电流。这对支持弱电信号的传输是足够了。UTP能够支持多长距离的现场信号传输呢？对模拟信号来说，它们的传输主要是受电压压降的制约，距离越远，导线上的压降越大，接收端的信号损失越大，信号失真越大。根据西蒙公司和江森公司的测试表明，24AWG非屏蔽双绞线可以支持现场信号最远达数百米，远远超过实际应用中DDC距现场传感器/执行器的距离。4、综合布线支持控制现场信号的必要性 楼宇布线主要分远传布线及本地布线两种。网络层布线属于远传布线，而现场信号布线大多属于本地布线。当现场传感器/执行器安装完毕，它们间的连线或与DDC的连线是在本地发生的，不涉及到与其它系统公共路由冲突，所以现场传感器/执行器的布线连接从实际应用上讲，完全可以使用传统布线线缆和连接方式。但部分传感器/执行器距离DDC较远，有远传的情况发生，且途径综合布线路由，在这种情况下，可将现场设备布线纳入综合布线系统，由统一的路由完成互连任务。因此，对现场设备的布线不应一概而论，应区分不同情况具体问题具体处理。三、集成布线的发展趋势1、 楼宇自控系统的发展趋势l 独立式的控制向网络发展l 集中式/集散式系统向分布式发展l 标准化的、快速的控制网络l 封闭性向开放性发展、独立操作向互操作性发展。 总的发展趋势是整个楼宇自控系统将向纵向和横向发展。2、 社会对集成布线的要求l 楼宇业主：一次投资，长期受益。l 物业经理：即插即用，消除重复布线。l 总包商：要求建设过程的可管理性，尽可能减少施工冲突。l 设计师：要求标准的设计方法。布线设计不在受应用系统厂家的限制。l 住户：方便快捷的满足需求。l 新技术：要求无论是系统升级换代还是系统间的互连，都可以即插即用到已有布线系统中来。3、 解决问题的途径国际上对集成布线的研究有两种方法：l 欧洲安装总线EIB采用的方式是使用总线结构和智能节点为楼宇控制系统建立统一平台。这样，在楼内将会有两套布线系统：一套为话音/数据，另一套为楼宇自控。l 在结构化布线的基础上进行集成布线 通过结构化布线系统的实施应用，对它的认识越来越深刻。无论是楼宇控制系统的网络信号，还是各种低压模拟/开关信号，都可以使用24AWG UTP来传输，这一点已被实践证实，所以结构化布线完全有能力解决集成布线的问题。 但是，楼宇自控布线有其特殊性，如连接方式、位置、拓扑结构、布线长度等方面与话音/数据系统有很大差别。所以将结构化布线的设计方式直接应用于楼宇自控领域是非常牵强的。因此，结构化布线必须做出相应的改变，才能成为集成布线。结构化布线系统已具备基本结构和框架，但要在局部上进行修改才能适应总体布线的需要。l 国际标准化组织正在制订相应国际标准。比较著名的有ISO/IEC，TIA以及BICSI等等。其中ISO。IEC和BICSI的草案已经出台，正处于修改过程中。西蒙公司作为布线行业的领袖之一参与了这些标准的制订工作，西蒙公司的TBIC与这些标准是兼容的，同时这些草案吸收和借鉴了西蒙TBIC系统。四、西蒙TBIC设计指南1、 江森公司Metasys介绍1） 简介：美国江森自控公司（Johnson Controls,inc.）是世界上著名的楼宇自控和设备管理厂商。江森公司的Metasys建筑物管理系统代表了楼宇管理与控制的最新潮流，体现了最新的质量、性能、可靠性方面的工业标准。Metasys在世界范围内被广泛采用，它将空调控制、能量控制、消防管理、出入控制、照明控制、维修管理等完美的连接起来。Metasys系统使用多层次分布式的系统结构，将操作端（Operator workstaion-OWS）、网络控制器（Network Control Units-NCU）、专用控制器（Application Specific Controllers-ASC）、以及末端的传感器/执行器紧密地连接起来。Metasys系统的通讯网络如图2所示： 图2 Metasys系统的通讯网络 2） Metasys网络结构N1网功能：N1网络是一个局域网（LAN）将操作员工作站和网络控制单元连接起来。N1可选用以太网或ARCnet。N1网传输所有的网络信息，包括控制信息、上传及下载信息、对现场设备的控制信息等。结构：N1网可使用星型、总线或其混合拓扑结构。线缆可使用双绞线、光纤或同轴电缆。网络设备：操作员工作站操作员工作站是一个可编程的、易于应用的、用于设备监控的有力工具。通过操作员工作站，可改变系统状态、计划、设定值和控制方式。它使用PC机和运行Windows操作系统。网络控制单元网络控制单元是一个模块化和智能化的控制盘，为Metasys网络的心脏。它可以用在任何要求进行复杂和高性能控制的场所。另外，网络控制单元也可以协调通讯网络中独立工作的一些专用控制器。N2总线功能：N2总线是一条用于连接网络控制模块（NCM）和现场控制器的通讯总线。N2总线使用RS485通讯方式。结构：N2总线使用菊花链方式将多个控制器连接起来，线缆可选用2芯或3芯的非屏蔽双绞线、2对的屏蔽双绞线和光纤。双绞线线径不能小于26AWG。设备：l 空调控制器（AHU）：是专为空调设计的，可用于单区、多区、双风道和变风量控制。l 变风量控制器（VAV）：是一个用于变风量系统的控制器。l DX9100：提供广泛的数字应用，比如制冷机控制、锅炉控制、冷却塔控制和实验室环境控制。l 智能照明控制（ILC）：用于照明开关控制的智能控制器。它可以安装在照明配电盘旁边，提供整个大厦照明系统控制。l 智能出入门控制器（IAC）：提供了出入口管理系统的所有功能，包括多种出入控制、多种读卡技术、集散数据管理等。l 智能火灾控制器（IFC）：是一个可寻址的火灾控制系统，它可以报告发生火灾的准确地点。2、 TBIC系统组成及拓扑结构 主干拓扑结构仍采用常规多元星型结构，即从主配线架（MC）、经过中间配线架（IC）到楼层配线架（HC），或直接从MC到HC。 水平布线系统从HC配置成单星型或多星型结构。单星型结构是指从HC直接连接到设备上，而多星型结构则是通过另一层星型结构区域配线架（ZCZone Cross-connect），为应用系统提供了更大的灵活性。TBIC系统拓扑结构如图3所示： 图3 TBIC系统拓扑结构3、 长度限制要求：l MC与任何一个HC之间的距离不能超过： 3000米单模光纤 2000米多模光纤 800米UTP/ScTP电缆l IC与任何一个HC之间的距离不能超过500米。无论使用哪种传输介质，从HC到信息出口或当地设备的最大距离不能超过90米。l 整个水平通讯最大传输距离为100米。4、 子系统 与结构化布线系统相比，各子系统是一致的。唯一的区别是TBIC系统中针对楼宇自控的应用，允许使用区域配线架来取代集合点。5、 区域配线架 区域配线架为水平布线的连接提供了更灵活、方便的服务。它类似集合点的概念，而且可以与集合点并排安装在同一地点。ZC的主要用途是连接楼宇控制系统的设备，而集合点（CP）是用于连接信息出口/连接器。 ZC允许跳线，安装各种适配器和有源设备，而集合点不能。有源设备包括各种控制器，电源和电气设备。从ZC到现场设备的连接可用星型、菊花链或任何一种连接方式，这是自由拓扑结构。这给了许多现场信号，比如消防报警信号，更大的自由度去按照本系统要求进行连接。6、 区域配线架的安装位置安装区域配线架时必须考虑如下因素：l 楼层面积l 现场设备数量l 有源设备及电源要求l 连接硬件种类l 对保护箱的要求l 与集合点并存。区域配线架应安装在所服务区域的中心位置附近，尽量减小现场电缆长度。7、 现场设备的连接 根据不同的系统应用现场设备的连接可分为两种，第一种是星型连接方式，也就是说设备直接通过水平线缆连接到HC或ZC。第二种是自由连接方式。一些现场设备可使用桥式连接或T型连接至ZC。这种自由连接方式只能用于连接ZC与现场设备，从HC到ZC或从HC到现场设备的连接只能使用星型连接方式。8、 楼控系统控制盘的位置 网络化的控制器可用一个信息插座来连接，也可以直接连接到ZC或CP上。若使所有设备连接具有最强的灵活性，各应用系统的控制器，如DDC控制器，应靠近ZC或HC，因为控制器应处于布线连接的中心位置。9、 共用线缆 当布线系统支持多种应用时，比如话音、数据、图象以及所有的弱电远传信号等，一根线缆支持多种应用是不允许的。应使用独立的线缆支持某一特定应用。例如，当使用2芯线来连接一个特定的现场设备时，4对UTP电缆中剩余的6芯不可用于其他应用，但可用于支持同一应用系统的其他用途，如作为24V电源线等。10、 连接硬件 每个用于连接水平布线或垂直布线的连接硬件应支持某些具体应用系统。当现场设备具备RJ45或RJ11插座时，应选用具备相同或更高传输特性的连接线。当用于连接现场设备时，象传感器/执行器等，信息插座可省略，可将24AWG UTP直接连接到设备上。多数现场设备的连接是使用压线螺丝与电缆直接连接方式。一些电缆压线端子和压线针也可作为辅助连接方式。当使用高密度的连接硬件连接话音/数据系统和楼宇自控系统时，在连接硬件上必须明确划分应用系统区域，并将它们分离开来。对不同应用系统的电缆的管理，可使用带不同颜色的标签进行分辨。11、 特殊应用装置 所有的用于支持特殊应用的装置必须安装在水平和垂直布线系统之外。这些装置包括各种适配器等。用户适配器可用于转换信号的传输模式（比如从平衡传输到不平衡传输）。比如，一个基带视频适配器可对摄象机所产生的视频信号进行转换，然后在100欧姆的UTP上传输。12、 TBIC对江森Metasys系统的支持 （1）N1层网络的应用N1网是使用以太网或ARCnet局域网。N1网的物理结构应为星型。图4就是一个星型网络从集线器到操作员工作站和网络控制单元的连接方式。使用以太网或ARCnet只需使用3类线即可。 图4 一个星型网络从集线器到操作员工作站和网络控制单元的连接方式。 TBIC对Metasys N1网络的支持如图5所示： 图5 TBIC对Metasys N1网络的支持 TBIC系统的灵活开放的布线方式使Metasys系统的操作员工作站和网络控制单元位置的选择更加简单、方便。它们可以放在楼内任何一个带有信息插座的房间内。系统扩展和更新更是即插即用，唯一要注意的是在订购Metasys产品时，要选择带双绞线连接器的以太网卡或ARCnet网卡。（2） N2总线的应用 N2总线用于连接NCU与N2设备。所有的N2网连接都是使用硬件直接连接方式。24AWG UTP线缆可以直接连接，也可以套压接线端子以获得更好的连接性能。N2总线使用EIA标准RS485方式连接。N2总线可以使用菊花链状的连接方式，最多可连接50个N2设备和最大距离5000英尺（1525米）。N2总线最多可使用2个中继器来延长N2网的传输距离。N2总线在一个小布线分区内可保持菊花链的形式，也可使用物理星型拓扑，然后在配线架上进行菊花链的跨接。 当使用物理星型拓扑结构连接N2设备时，这些N2总线设备菊花链的逻辑连接是通过配线架的跨接来完成的，如图6所示： 图6 N2总线的应用 当计算N2总线长度时，实际长度是这些N2总线长度的2倍。（3） TBIC对末端装置的应用 各种末端装置，如传感器、执行器等都直接连至不同的控制器上。智能的传感器可直接连接在N1网或N2总线上。总体上看，现场末端装置可分为4种：l 数字量输入（DI）：0或1状态送至控制器表示所连设备的通或断状态。l 数字量输出（DO）：控制器输出0或1控制设备启动或停止。l 模拟量输入（AI）：模拟量（电压或电流）送入控制器。l 模拟量输出（AO）：控制器输出电压或电流给执行器。 上述4种信号都是弱电信号（一般低于24V），完全可以使用TBIC系统传输。下面具体介绍TBIC对各种现场信号的支持：l RTD电阻信号RTD电阻随着温度变化而变化，UTP电缆的电阻也加在总的电阻值上，所以必须测量UTP线缆的电阻值，从而在软件上给予补偿。RTD电缆长度不应超过30米。l 电压输入电压输入信号一般在010V之间。UTP线缆的阻抗引起的压降是十分明显的，对精度有重大影响。当测量误差要求小于2%时，UTP电缆的长度不要超过30米。l 电流输入电流信号通常是420mA信号，电流的数值不受电缆阻值的影响，所以24AWG UTP线缆长度可达305米。l 模拟信号输出模拟信号输出，包括010V和420mA输出。根据江森技术手册要求，24AWG UTP线缆不可超过305米。l 数字输入/输出对于电压输入或干触点输入信号，24AWG UTP电缆可长至152米。对于数字量输出信号，线缆上的压降是影响电缆长度的重要因素。因此应当注意： 电流值为100mA电缆最长30.5米 电流值为500mA电缆最长6.1米。