基于EXCEL 5000 EBI的楼宇自动化系统研究

0引 言

　　智能建筑是信息时代的必然产物，建筑物智能化程度随科学技术的发展而逐步提高。当今世界科学技术发展的主要标志是4C技术：Computer计算机技术、Control控制技术、Communication通信技术和CRT图形显示技术。将4C技术综合应用于建筑物之中，在建筑物内建立一个计算机综合网络，使建筑物智能化。随着技术的不断更新，智能神经网络计算机，数据流机的研制应用，并行处理分布式系统会被广泛深入的应用到楼宇自动化系统当中。而目前正在兴起的智能大厦或智能建筑建设热，正是适应了这种社会信息化、生活舒适化与经济国际化的需要。智能大厦向人们提供全面的，高质量的、安全、舒适、快捷的综合服务功能，它是现代高科技的结晶，是建筑艺术和信息技术的完美结合。同时，我国对智能大厦的需求也将越来越多，它必将给社会带来巨大的经济效益和社会效益，但同时我国在此方面还存在诸多的问题，本文便是在此趋势下，对楼宇自控4C技术的研究。

1智能大厦与楼宇自动化控制系统

　　智能大厦是通过对建筑物的4个基本要素：结构、系统、服务和管理以及它们之间的内在联系进行最优化设计，从而提供一个投资合理的，具有高效、舒适、便利环境的建筑空间。这4个基本要素的涵义是：

　　(1)结构：指的是建筑环境结构。它涵盖了建筑物的结构、装饰、建材、空间划分等；(2)系统：实现建筑物功能所安装运行的光机电设备系统。如空调、电梯、照明、给排水、通信、综合布线、物业管理、一卡通、业务办公等智能化系统；(3)服务：为建筑物的使用者和管理者提供高效、优质的全方位服务，提供安全、舒适、高效、便利的生活、学习与上作环境，并降低建筑设备系统的运行维护费用；(4)管理：是指对人、财、物、信息及智能化系统的全面管理。

　　建筑智能化系统的结构由上层的智能建筑综合管理系统(IBMS)和第二层的3个智能化子系统构成：建筑设备管理系统(BMS)，通信网络系统(CNS)和办公自动化系统(OAS)。BMS，CNS和OAS三个子系统通过综合布线系统(GCS)连接成一个完整的智能化系统，由IBMS统一监管。BMS包括建筑设备自动化系统(BAS)、消防自动化系统(FAS)、安全防范自动化系统(SAS)。整个建筑智能化系统是建立在建筑(环境)这个平台(或基础)之上的。建筑智能化系统结构如图1所示。

　　随着智能传感技术与智能控制技术的发展和应用，将进一步提高控制精度，节能效果更加显著；信息网络与控制网络的融合和统一，将使得建筑智能化系统的网络结构更加简化，网络系统更加可靠；国际开放协议标准的采用，有利于实现各建筑智能化系统的互操作和系统集成；把Intranet引入智能大厦，将有利于实现智能大厦内部局域网与外部Intranet和Extranet网络的无缝连接；光纤到办公室(FTTO)、光纤到家(FTTH)以及三网合一(语音／视物数据传输使用同一个传输网络)的实现，必将使智能大厦的接入网进去一个新的境界；地理信息系统(GIS)技术的使用，将使智能大厦物业管理系统和办公自动化系统更加方便实用。 2设备选型

　　目前中国市场上的楼宇自控产品较多，其性能、特点也不同，但在技术上较成熟、应用较多的也只有霍尼威尔(Honeywell)，江森(Johnson)，西门子(Siemens)等几个产品。

　　从楼宇设备自控系统(BAS)、火灾报警消防联动系统(FAS)、安全防范系统(SAS)是否已经集成为一个统一的实时数据库，控制网络是否由一个中央服务器管理来看，Honeywell己经建立一个统的实时数据库，由中央服务器EBI管理BAS，FAS，SAS系统。EBI数据库最大可容纳BAS监控点40 000个，FAS及SAS状态点12 000个，门禁读卡器2 000台。

　　从控制器的性能来看，Honeywell控制器是完全独立的，与中央站无关，并且Honeywell的CPU是16位的，其运算速度和精度都比其他产品更胜一筹。

　　从系统的网络结构来看，Honeywell系统因为中央站和分站共同连在一条总线上，通信协议采用RS485.C_bus，通信距离也可以通过使用重复器，使其传输距离从1 200 m延伸到7 200 m。

　　基于此，本项目通过分析比较，最终选用了Honeywell的楼宇自控系统。

　　本工程采用了美国霍尼韦尔公司企业楼宇集成系统(enterprise buildings integrator system)EXCEL 5000 EBI控制系统。EBI包含有功能强大的组件，主要有：楼宇控制管理系统、生命保障(火灾报警)管理系统和安保管理系统。

　　EXCEL 5000 EBI系统具有先进的网络通信技术，系统中有3类总线，即管理总线、控制总线、和现场总线。管理总线用在信息域中，主要传递管理信息。采用以太网，是中央站与上位机之间建立联系的通道。控制总线和现场总线用在控制域传递实时控制信息，完成现场设备的实时控制，传递速率不高，通常为9.6～78 kbps，分别采用RS485标准和LonTalk通信协议。系统的每个用户都能控制和监视本网络系统内的各个DDC单元，远程终端，可通过调制解调器与本网络系统相连来操作系统。

3设计方案

3.1楼宇自控系统的构成、网络结构、系统结构和基本功能

　　楼宇自动化系统是整个智能大厦智能化系统中，内容最为丰富、设备最多、控制管理最复杂、控制范围最广的建筑智能化系统，是整个智能大厦建筑智能系统最重要的组成部分之一。因此，本文从楼宇自动化系统中，重点提出具有代表性的楼宇监控系统来进行详细的研究。智能建筑楼宇设备自动化系统中包括下列实时监控子系统：楼宇机电设备监控系统；保安系统；消防报警系统；广播音响系统；停车场管理系统。

　　一般来说，楼宇自动化系统的网络结构都采用现场总线结构形式。简单来说，可以分成3层，如图2所示。图中，最上层是信息域的干线，按照国家标准采用总线拓扑结构的以太网作为楼宇自动化系统的干线，以实现网络资源的共享以及各个中央站点之间的通信；第二层为控制域的干线，即完成控制的各分站点总线，一般采用RS485总线网络，作用是以不小于9.8 kbit／s的通信速度把各分站点连接起来，处理各种信息，同时，在分站点总线上还必须设有与其他厂商设备连接的接口，以便实现与其他设备的通信联网；第三层为子站点总线，它是由分散的控制器相互连接使用，子站总线通过子站连接器与分站总线连接，从现场设备监控到的信息传输到中央工作站进行处理，并从上级网络获得信息的处理结果。

　　本项目采用现场总线结构形式，即是现场总线控制系统的结构形式，如图3所示。现场总线控制系统(fieldbus control system)，由现场智能设备(仪表)、现场总线、监控组态计算机3部分构成。其核心是现场总线技术。楼宇自动化系统是采用计算机技术、自动控制技术、通信技术和图形技术组成的高度自动化的集成管理系统，其基本功能有：实时监控各子系统的关键设备和关键点；执行上层下达的管理方面的控制指令；综合各个设备监控子系统的状态信息，提供相关报告；提供实时的系统联动功能；记录历史数据，提供综合信息管理功能。

 
3.2楼控系统的控制方案设计

　　本控制系统由13台中央空调机组(AHU101～AHU113)和一台新风机组、照明系统、变配电系统、冷冻站和第三方协议设备组成，其控制系统设计方案如图4所示。

 
　　从系统方案设计图中可以看出，其结构根据使用总线的不同可分为Honeywell的DDC系统和基于第三方协议的现场设备2部分；根据功能的不同可分为底层和顶层，底层为Honeywell的DDC控制器及其控制的设备和第三方协议设备。顶层为Honeywell的EBI服务器和工作站。

3.3 系统的节能型监控方案

　　当前，在楼宇控制系统中能耗问题已经变得犹为突出，而其中空调系统是建筑能耗的大户，空调能耗占整个建筑能耗的30％以上，人们一直以来都在采取各种技术改进冷／热源、空气处理机、末端风机盘管等的性能，能耗己经有了明显的降低。尽管如此，中央空调系统的能耗仍相当大，且仍存相当多的问题，对其进行研究，将极具潜力，同时有也将具有比较深远的社会效益和经济效益。因此，下面主要介绍空调系统的节能型控制方案。

　　中央空调系统即为集中式空调系统，现代化的大型建筑中通常都采用这种形式的空调系统，其工作原理如图5所示。

 
　　当环境温度过高时，空调系统通过循环方式把室内的热量带走，以维持室内温度在一定值。当循环空气通过风机盘管时，高温空气经过冷却盘管的铝金属先进行热交换，盘管的铝片吸收了空气中的热量，使空气温度降低，然后再将冷冻后的循环空气送人室内。冷却盘管的冷冻水由冷却机提供，冷却机由压缩机、冷凝器和蒸发器组成。压缩机把制冷剂压缩，经压缩的制冷剂进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂山冷凝器进入蒸发器进行蒸发吸热，使冷冻水降温，然后冷冻水进入水冷风机盘管吸收空气中的热量，如此周而复始，循环不断，把室内热量带走。
当环境温度过低时，需要以热水进入风机盘管，和上述原理一样，空气加热后送入室内。

4结论

　　作者对于本课题不但做了大量的理论性研究，更重要的是进行了大量的现场调试，反复进行系统联调，最终达到了课题的预期效果，并已在现场运行，效果良好。