楼宇智能化整体管理论文

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摘要：本案例分析中的交通大厦位于广东省某市中心，楼高24层，建筑面积为40000平米，在主楼两侧各有3层高的裙楼，楼主体为中心对称结构。其交通指挥中心位于顶楼，5至23层为办公室，4层为餐厅，1至3层为集中办证营业大厅。地下分三层；一层为拥有260个停车位的地下停车场，二层为机电设备间，三层为战时防空所，平时为杂物储藏室。

关键词：楼宇智能化BMS布线系统

随着我国人民收入的健康发展，对西部地区的开发，我国城市化的进程在逐步加快，伴随城市化进程的加快，高层楼宇的智能化成为了自动控制领域内又一个新的亮点。但是从我国涉足楼宇智能化这一行业开始到现在，国内将近80%的高层楼宇智能化工程是采用国外的监控组态软件做上位平台。本人从事楼宇智能化工程将近8年，分析其原因主要有两个方面：一是国外的软件（如EXCEL5000、WINCC等）在使用的时间上比国内的软件长，它的稳定性和功能要优于国内的软件；二是国外的软件都有自己的硬件集成产品，它的软硬件能够很好的结合，而楼宇的智能化工程存在高投入的风险（一般占到土建成本的5%左右），所以国内软件在高层楼宇的智能化工程上很少被采用。但是实际上由于楼宇智能化系统属于一个滞后系统，控制精度不象过程控制那样要求很高。从工程成本方面考虑，在与开发商达成采用国产软硬件打造国内智能化楼宇工程的共识后，我公司向开发商提出了下面的解决方案。

本案例分析中的交通大厦位于广东省某市中心，楼高24层，建筑面积为40000平米，在主楼两侧各有3层高的裙楼，楼主体为中心对称结构。其交通指挥中心位于顶楼，5至23层为办公室，4层为餐厅，1至3层为集中办证营业大厅。地下分三层；一层为拥有260个停车位的地下停车场，二层为机电设备间，三层为战时防空所，平时为杂物储藏室。

交通大厦的主要功能：

●集中管理市区内的机动车量；

●对发生重大交通故障和车辆高峰时的路段进行统一调度管理。

一．交通大厦的系统集成模式

在国内对整个智能大厦的集成还没有一个统一的定论，目前大型公共建筑BMS系统集成主要采用以下四种模式：

1．以接点方式进行系统集成、2.以串行通讯方式进行集成、3.以建筑自控系统BA为平台进行系统集成、4.基于子系统平等方式进行系统集成。第一种集成方式是系统集成最初的手段，现在BMS集成当中很少应用；第二种方式由于采用串行通信在通信速度上过慢；第三种集成方式存在很大的缺陷，BAS系统是一个相对封闭的体系，缺少向上开放的能力，与其它子系统的接口设备和接口软件局限于特定产品因此系统集成能力有限，并且维护、升级成本过高。BAS与BMS捆绑过紧一旦BAS出现故障，BMS也就宣告瘫痪，失去正常工作能力，不能管理和监控仍正常工作的子系统。

针对用户提出的使用要求和遵照系统集成的5大原则，我公司采用了基于子系统平等的集成方式。

整个交通大厦按用户提出的功能要求可集成为并行的两层结构。由交通大楼的OA和CN构成综合通信平台，交通信息通信，报警系统等组成的综合业务信息管理自动化系统。（MAS）；由与楼宇管理相关的系统如：BA、FA、SA等单独构成基于楼宇物业管理的楼宇管理系统（BMS）。集成后的系统如下图所示，其中OA的5个子系统与CN的6个子系统由MAS协调管理，BA的7个子系统和物业管理网络由BMS管理，两者的数据库可以根据权限与需求互联。

二．交通大厦布线系统

整个大厦中的MAS系统采用综合布线系统作为传输介质的子系统（超5类和6类混合布线结构）。

1．根据用户需求分析，交通大厦智能化系统主要包括：配电设备监控、机电设备监控、火灾报警、有线电视、保安自动化、广播音响、信息通信与计算机网络等子系统。从理论上讲，综合布线可支持以上各种子系统的信号传输，几乎覆盖所有的弱电系统。但在实际应用中，设备监控系统主干网络拓扑结构一般为总线型，而综合布线为星型拓扑结构，该系统如采用综合布线则双绞线长度要增加许多；有线电视系统采用光缆可以传输射频信号，但要增加适配器，系统可靠性降低，其投资也比同轴电缆贵；闭路电视监控系统中视频信号的传输如采用UTP，其屏蔽性能比同轴电缆差，采用FTP，其价格比同轴电缆贵，且电源线也要另外敷设；火灾报警系统主要为总线型结构，也存在上述原因，且目前有关规范规定火灾报警线路不能和其它线路共用和共管敷设，由于管理体制的原因更不适合采用综合布线；广播音响系统输出电压为70～120V，如采用综合布线就存在电缆过电压的问题，这部分系统也不适合采用综合布线。所以，最适合采用综合布线传输介质的系统是MAS(通信与计算机网络系统)。

2．综合布线设计等级

综合布线设计等级分为基本型、增强型、综合型。结合用户对语音和数据设备使用的需求，并考虑未来10～15年的发展，本大楼采用综合型设计等级，用光缆和UTP混合组网。

3.水平工作区及设备间连接设备的设计方案

方案一：选用超五类产品，能支持100Mbps以太网、1Gbps以太网的要求，并支持到桌面的550MHz宽带视频传输的需要，并为未来的升级提供了方便。由于数据传送的瓶颈主要在数据共享设备和网络交换设备，因此，水平工作区及管理间的连接设备采用超五类产品。另外，还在每层楼中设置少量光纤到桌面的信息点，其主要分布在综合会议室，指挥中心，网络中心及重点办公室。此方案非常适合那些希望投资最少但同时要保证用户性能的系统，即网络成本要求比网络带宽更重要的场合。

方案二：选用传输频带更宽、传输速度更快等传输质量更好的六类产品，同样在每层楼中设置少量光纤到桌面的信息点。六类布线的带宽和传输速率远远高于五类电缆的指标（能支持1.2G/2.4GbpsATM以及1.0Gbps千兆以太网的应用，数据传输速率比五类电缆快5--6倍）。六类布线与基于光纤媒介的垂直干线一起使用，为高带宽应用程序提供完全的端到端布线解决方案，具有很强的超前性，特别适用于未来网络的扩展及升级，减少维护费用，但缺点是价格较高，本方案投资比方案一多35％、约增加180万元。

经与甲方对实际需求和工程造价的进一步商讨，在本系统中采用超5类和6类混合布线的结构。

4．数据垂直干线方案

由于各楼层采用了速率较快的网络交换机，这些不断增加的网络负载超出了大对数双绞线的容量范围，为支持千兆以太网及未来更高数据速率的应用，数据垂直干线采用多模光纤。多模光纤的光耦合率高，纤芯对准要求相对宽松；当弯曲半径大于其直径的10倍时不影响信号的传输，是符合IEEE802.5FDDI和EIA/TIA568标准的主干传输线缆；能够支持大楼内超过100m传输距离的计算机网络和需要高带宽的高速网络传输应用，确保目前和今后网络系统的需求。

语音系统：虽然现在语音系统已不仅仅是传统的电话业务，还有ISDN等多种业务，但是采用超五类大对数铜缆已完全可以满足未来10～15年通信技术的要求。因此，语音垂直干线采用超五类大对数铜缆。

5．信息点配置

信息点配置主要依据综合布线设计规范、业主对语音和数据终端设备需求及考虑一定信息点预留量来确定。

参考国内部分交通管理大楼综合布线信息点使用情况，指挥中心办公用房、1—3楼办公大厅为5～6个信息点/10m2，网络中心为7～8个信息点/10m2，一般办公场所为3～4个信息点/10m2，对于该楼内目前用途不明的区域，根据其具体位置，分别按基本型设置和增强型设置。本楼共约5896个信息点。其中语音点2531个，数据点3365个，光纤到桌面点156个。

6．主要设备配置

目前，国内外生产综合布线的产品型号较多，主要分为三大派系产品：欧洲，北美、中国内地及台湾产品。甲方在我公司推荐的设备中选择了美国西蒙公司的产品。

具体配置如下：各工作区子系统中语音系统、数据系统均采用六类信息模块，可以用于传输速率达100MHz的网络环境中。语音系统、数据系统同时采用六类信息模块的目的是两系统可以互为备份，提高了系统的灵活性和扩展性；水平子系统中数据系统、语音系统均采用6类4对双绞线，光纤到桌面信息点采用8芯多模光纤(其中两芯备用)；垂直子系统中语音主干采用50对超五类大对数电缆，数据主干采用24芯多模光纤；管理子系统主要采用机柜安装方式，即将语音配线架及数据配线架都安放在19英寸标准机柜内（语音系统采用机柜式配线架，数据系统中采用光纤配线箱用于主干配线的端接，24口六类配线架用于水平配线的端接）。

7．光纤监测：在本工程的光纤监测中采用卡式OTDR仪表和光功率仪,光开关监测，在被测光纤输出光功率太强影响测试结果时，在光纤测试链路中自动接入光衰耗器（例如DB-2900），以得到准确的测试结果。

监测站的光功率仪对被测光纤的光功率进行监测采集，并将采集的数据传报到光功率控制单元，光功率控制单元对监测的光功率数据进行比较分析，将超过报警门限的光功率数据传送给监测中心。监测中心对各光功率仪传送的数据进行比较、分析、统计，对发生超门限的光功率变化进行告警、统计，判断出故障的光线段，自动快速地启动监测站的光时域反射测试仪（OTDR）和程控开关（OSW）对发生故障的光缆进行测试，测试后的曲线数据上传到监测中心。监测中心将测试曲线与参考曲线进行比较分析，确定故障点的位置，类型和告警级别，可采用多种报警方式。

三．交通大厦（BMS）

楼宇智能化管理系统（BMS）实现了对大厦设备总体运行的综合管理。对BAS系统采用了控制网络，现场总线两级控制网络结构，结构图如下所示。

在监控中心和下位各节点上选用北京华富惠通技术有限公司自行开发的通用监控组态软件controx2000（开物），作为监控平台。

在控制网络采用TCP/IP协议进行数据传输。对下位的现场总线采用Lonworks和MODBUS标准通讯协议。控制网络通过TCP/IP协议连接系统数据服务器，监控操作站等计算机系统，用于对现场设备的监控，数据采集汇总处理和存储。由于Lonworks器件的价位过于昂贵，从节省工程成本的方向考虑，现场控制总线采用Lonworks和modbus两种总线结构。对于参与对现场设备进行控制和调节的数字式直接控制器（DDC），智能仪表，执行器等。采用Lonworks现场控制总线进行连接。对于只在监控中心显示而不参与控制的电量参数和各设备运行参数，采用MODBUS进行连接，上传采集数据。在控制网络和现场总线间采用台湾巨腾公司的网络连接器（OPENPLC）进行连接，实现现场数据的上传和上位操作指令的下传。

对于安防系统，消防系统，电梯管理，下位的控制器等子系统的连接主要是通过各种软件（OPC,ODBC）和硬件（串行，集线器）接口进行通信连接。由通信接口把整个大厦的消防，安防，配电，给排水，电梯，中央空调，能耗统计等子系统连接到一起，通过数据交换和联网通讯，进行统一综合管理，使整个大厦高效合理的运转。

对交通大厦BA运行监控功能简介如下：

在交通大厦BA系统中，主要包括：供电部分（高低压变电、交流低压配电、直流供电）；机电设备（中央空调、给排水、电梯、照明）；消防系统；安全防卫系统；空气质量检测；停车场管理；能耗监测统计系统。按监控节点进行划分，可分为如下9个节点。

1．供配电监测：

1）．高压侧检测项目：高压进线主开关的分合状态及故障状态；高压进线三相电流检测；高压进线ABBCCA线电压检测；频率检测；功率因数检测；电量检测；变压器温度检测；以上参数送入供配电系统监测节点中，由系统自动监视及记录，为电力管理人员提供高压运行的数据，便于管理及分析。监视主开关的状态，发生故障及时报警。监视大厦的用电情况。负荷的变化情况，便于管理人员分析。

2）．低压侧检测项目：变压器二次侧主开关的分合状态及故障状态；变压器二次侧AB、BC、CA线电压；母联开关的分合状态及故障状态；母联的三相电流；各低压配电开关的分合状态及故障状态；各低压配电出线三相电压，电流，电量，谐波电压，浪涌电流，功率参数；中央控制室楼宇自控系统的显示器上以图形的方式模拟出了供配电的系统图和电力分配拓扑图，如果供配电系统中有什么问题，管理人员可立即发现，并很快确定故障位置，从而及时处理问题。controx2000(开物)软件可对采集的各电量参数进行分析和判断，对即将发生故障的元器件和线路进行预报警，在上位做出反应并下传,对要发生故障的元器件采取有效的保护措施。对发生故障的元器件有画面自动锁定的功能，并进行语音元器件号提示。对以上的监测内容用表格的形式在监控主画面上进行显示，并能进行存储，打印，存储的模式可进行选择：定时（存储的周期可人工设定）；过滤存储（对每隔一定时间连续存储的电量参数进行判断，如无超常变化，则存入定时连续纪录的最后一条纪录），如这段时间内电量参数有异常偏差变化，则整段记录会被完整的保留，以供分析判断用。这样可以减少电量参数的数据库容量，优化监测系统的运行时间。

一般在上位对电力设备都是只监不控，但当发生紧急事件时，在上位要提供对电力设备的操作接口。电力监控节点在上位进行电力元件的操作时，要具有很高的权限，在操作每个元件时都会有提示画面弹出，并有被操作元件的语音开关号提示，使操作人员作出进一步的判断。每次的操作对操作人员的工号和操作内容都有记录且记录为只读文件。

当大厦负载的用电量发生变动时，上位监测节点可根据采集的电量参数调整变压器的投切台数，节约电能，缩减大厦管理成本。

由于高低压配电间采用无人监守模式的方式，故在高低压配电间内接入4---6路视频信号，当发生火灾时可对其进行实时监视，有助于灭火工作。此项功能的实现可借助开物软件具有国内先进的视频画面显示插件单元（在监控的模拟主画面上可有一个或多个时实的视频小画面时实监视被监控对象）。

3）．应急发电部分：通常为避免正常外部电网供电出现问题，造成大厦停电，因此大厦内选用柴油发电机作为备用电源。在故障时由柴油发电机供电，保证消防设施、电梯、应急照明等设施的用电。交通大厦的配电自控系统对发电系统及切换系统并不进行控制，但为保障应急发电装置正常运行，楼宇自控系统对一些有关参数进行监测，如油箱油位，各开关的状态，蓄电池电压，发电电流，电压，频率等。

4)．直流供电部分直流蓄电池组的作用是产生直流220V、110V、24V直流电。它通常设置在高压配电室内，为高压主开关操作、保护、自动装置及事故照明等提供直流电源。为保证直流正常工作，楼宇自控系统监视各开关的状态，尤其要对直流蓄电池组的电压及电流进行监视，及记录，若发现异常情况及时处理。由于供配电系统的参数是只监不控，因此使用KMC公司的KMD-5210网络控制器，配用KMD-5220输入卡最为合适。这样的配置最多可有128个输入点，并且其输入的A/D转换可达16位，因此可以非常精确的采集数据。它还可存储256个报警、96个曲线记录。它的输入卡的每个输入点可通过软件及拨码开关任意改变，可设定为DI、0-5V、4-20mA等等。KMC公司还提供各种各样的电量转换器或变送器，如电压变送器、电流变送器、功率变送器等，它们将电量信号转换为标准信号，如0-5V、4-20mA，便于DDC接受。

2．中央空调，通风系统的监控：

在交通大厦机电设备中，中央空调是第一用电大户，对中央空调的监控最终目标是在保证中央空调稳定运行的前提下，实现真正意义上的节能控制。从节能和环保方面考虑，中央空调的工作模式采用变频。Controx2000在国内的监控组态软件中是现今唯一一个能够实现真正意义上位软逻辑功能的软件。对于一个很复杂的被控对象在上位组态中使用专家算法，来提高控制精度，达到满意的控制效果。

在交通大厦机电设备监控中，对中央空调的控制采用DDC控制器（辅助备用）和上位软逻辑（采用模糊控制）混合应用的方式在不增加其他任何硬件成本的前提下来实现它的节能控制，降低大厦中央空调的能耗。交通大厦的中央空调系统在投入运行后，可实现节电40%的性能指标。

对中央空调的监控，可分成两部分：中央空调的水循环系统，中央空调的空气调节系统。

对中央空调系统的水循环调节主要包括，冷冻（热供）水泵，冷却水泵的变频监控，启停监控，故障监控；对冷却塔的启停，故障等项的监控；对出入水蝶阀工作状态的监控；对供冷，供热等参数的监测和调节。对中央空调的空气调节主要包括：对风机，盘管，送（回）风门开度状态的监视和调节，对过滤网工作状态的监测，对加湿器的工作状态监控和调节。

对这中央空调水循环系统和空气调节系统的上位控制主要是依靠采集现场的温湿度，空调运行的设备参数，在上位经过开物的软逻辑单元模块的计算后把控制数据下传给DDC控制器或PLC进行设备调节以达到节能效果。

对通风及排烟系统（包括厕所楼顶排风系统、地下机房、人防及地下车库送/排风系统以及空调新风进风系统、放烟系统、排烟系统及加压送风系统）采集每个风机的运行状态，故障状态，以便进行集中的监视。

3．给排水系统：

从节能方面考虑，给排水系统采用变频工作模式。

对给排水的监控主要是对给排水系统的工作参数进行采集，监视给水池，排污池的水位高低，管网的流通状况（堵塞、泄漏）。污水过滤网的状态，水泵的工作状态和故障状态等，以保证设备的正常运行。在上位对排污和给水，能够进行紧急控制，在发生管网泄漏和污水堵塞的情况下能够判断出明确的事故位置。保证维修工作的快速进行。

4．电梯集群管理系统

交通大厦的电梯交通系统采用6台三菱电梯。通过通讯接口与电梯控制系统联网，来实现对电梯的集群管理。对电梯的集群管理主要是显示电梯的运行状态，故障状态，电梯运行时的楼层号显示，电梯的启/停控制，累计电梯运行时间对到达指定时间的电梯自动提示维护信息，在发生火警时电梯要求与消防联动停在首层（消防电梯出外）。

5．照明系统的监控：

照明系统在大厦的用电设备是仅次于中央空调的第二用电大户，对照明系统的集中监控在保证照明稳定可靠的前提下还要考虑它的节能性。

交通大厦的照明可分为三类：办公室照明、公共区域照明、泛光照明。办公室照明指通常房间内的照明，这部分照明所用的电量是照明系统中最大的。公共区域照明指走廊、过道、楼梯间、车库等区域的照明，包括应急照明。泛光照明指为了大厦的美观，在晚间照射大厦外观，使大厦在晚间呈现出色彩斑斓的照明。

1）．办公室的照明节能控制：在交通大厦的灯光节能方式上采用灯光的调光控制。根据自然光的亮度，来调节灯光的亮度。KMC公司的PSR-1型感光电阻可感应自然光的亮度，然后转换为4-20mA信号，将其传送给DDC控制器，DDC控制器处理该信号，再输出控制信号给调光器，从而调节灯光亮度。这样即可以使光线柔和，为房间内人员创造一个良好的视觉环境，又可以节约能源。同时在每个灯排上安装红外电子眼对灯下的人体进行检测，如果在一分钟内无人进入它的感应范围，则开始把亮度调小直到10分钟后如仍无人进入感应区域，灯自动关闭。

2）．泛光照明的控制：在交通大厦的楼下，安装了50个不同颜色的射灯。照明监控节点采用定时开关的方法控制泛光照明。在上位监控系统中制定时间表，每天晚上7点开灯，凌晨3点关灯；在上位的控制表内可以人工设定开哪些灯，不开哪些灯；节假日怎么开灯等等。这些方案存储在上位监控节点的数据库里，管理人员可随时调整这些方案。

3）．公共区域照明的控制：公共区域包括走廊、楼梯间、车库等区域的照明的控制方法采用定时控制法。既在下班后除保留必要的值班照明外，其它的照明应关掉，以节约能源。照明的控制采用KMC公司的KMD-5801控制器，它可独立运行，也可通过Peer-to-Peer方式连成网络。它有8个通用输入通道，8个通用输出通道。一个这样的控制器可控制多达8个照明开关点。

6．城轨交通环境的空气质量监测：

交通大厦的1到3层是证件集中办理营业大厅，对于这样一个人群流动量大的公众场所，对它的空气质量检测是尤为重要的。营业大厅环境的监测主体是空气中的CO2浓度，空气的温湿度，在人员流动最多的2层加入可燃气、硫化氢、一氧化碳、氧气等四合一的气体监测仪表，对有毒气体进行监测。仪表选用日本新宇宙的XP—30211E。当空气环境发生异常时经上位采集并确认后做出不同的反应：启动通风机，吹入氧气等等。

7．停车场管理系统：

停车场管理系统也是大厦保安自动化SA系统的一个部分。在地下停车场的收费中心设置一台停车场管理操作站，其上运行BAS的停车场监控系统，它是一个完全图形化的软件系统。在系统集成设计中，停车场操作站与BAS中央操作站的停车场管理节点在同一级网络EthernetTCP/IP上互连。集成功能包括：

1）.向BAS传送停车场车辆的流动量及车位信息；

2）.向BAS传送设备工作状态及控制信息；

3）.向BAS传送收费资料；

8．对于安防和消防系统两个节点按国家有关规定，对这两个系统只监不控。消防和安防系统都有自己单独的软硬件，这两个独立的系统通过ODBC的方式和上位监测中心相连，向上传送数据。在监控中心显示这两个系统的运行情况。

结束语：交通大厦的楼宇自控系统现已完全投入运行，利用controx2000(开物)通用监控系统支撑软件作为上位监控平台，配以国内知名厂商硬件搭建的交通大厦智能化工程，无论在功能上还是在安全和稳定性上都达到了预期的标准，满足了客户的需求，同时在工程成本上与选用国外的成套设备相比节约了50%左右。