面向未来型智能楼宇自控系统(IBAS)...

面向未来型智能楼宇自控系统(IBAS)

肖维荣

1. 前言

关于一座大楼的自动化系统的结构及其分类众说纷纭, 3A, 5A, 或 xA. 多少个A 其实并不十分重要, 无非是一个系统划分归类的问题. 重要的是, 楼宇自动化系统里面的功能是否得以完美地实现. 楼宇自动化其根本的目的是: 使复杂问题简单化, 使楼宇功能多样化, 使物业运作安全可靠化, 使生活环境舒适化,以及系统高度的智能化和节能化.

奥地利贝加莱工业电子公司作为欧洲著名的自动化产品生产商,早在80年代中期,就在欧洲推出了以PCC为主导的B&R楼宇自控系统. 这些系统最先在德国的著名汽车制造商如大众, 奥迪以及宝马等得到了应用. 纵观这些系统可以总结出如下的一些共同的特点并随后有图示:

* 这些楼宇自控系统都用于可靠性要求很高的工业环境中;

* B&R楼宇自控系统突出实用的特点. 它包含了锅炉监控管理，锅炉能源分配，变电站综合自动化系统，给排水系统，温度湿度控制等子系统;

* 分布式控制概念: 主站或某一子站出现故障不会影响系统其他部分的运行.在总结了贝加莱在欧洲的楼宇自控系统的特点和经验, 并分析了中国市场上各家系统

长短处之后, 贝加莱于97年在中国推出了贝加莱智能型楼宇自控系统. 此系统从设计

思想到软硬系统配置都采用了全新的面向未来的概念, 充分体现了可靠, 智能, 节能以及

舒适的基本特点.

2. 贝加莱智能型楼宇自控系统简介

随着高层建筑的大型化和多功能化, 服务项目不断增加, 机电设备种类繁多, 技术性能

复杂, 管理工作已非人工所能完成. 因此, 充分利用现代化控制技术、通讯技术对楼宇进行管理已成为现代高层建筑的基础. 楼宇自控系统的监控管理对象一般来说应是:

* 空调及通风系统

* 冷/热水系统

* 给排水系统

* 变配电系统

* 照明系统

* 电梯系统

* 防盗系统

* 巡更对讲系统

* 消防系统

由于在中国对消防有特殊的规定和约束, 消防系统可以作为BA的一个特殊子系统,也可

以单列为消防自动化系统-FA.

贝加莱IBAS系统基本构成为如下三个部分:

A. 传感探测元件及控制执行元件

传感探测元件包括: 温度传感器, 相对温度传感器, 湿度传感器, 流量传感器, 液压检测器, 压差开关, 水流开关, 以及电流互感器, 电压互感器等.

控制执行元件包括: 继电器, 电动调节器, 电动阀门, 执行器等.

B. PCC楼宇主控系统

贝加莱的楼宇主控系统由B&R2000系列的PCC(Programmable Computer Controller - 可编程计算机控制器)构成. 此系统主要体现了分布式的控制思想. 实现这个思想的网络结构主要由以太网及现场总线配置而成.

C. 楼宇自控软件系统

贝加莱智能型楼宇自控系统的软件系统主要有两个组成部分, 即主站监控软件和

底层PCC控制软件-PG2000系统.

3. PCC主控系统

3.1 可编程计算机控制器

贝加莱新型智能楼宇自控系统的优势主要是由PCC主控系统来体现的.自从世界上第一

台PLC于1969年在美国DEC公司诞生以来, PLC随着计算机技术的飞速发展已早已摆脱了当年"顺序控制器"的雏形. 当今传统的PLC已能完成逻辑顺序控制, 模拟量处理和回路调节的功能. PCC就是从这个家族里脱颖而出的最新一代的可编程控制器. 它在面向

控制的前提条件下经济高效地集成了PLC和大型计算机的特点. 它与一般的PLC相比

具有如下优势:

A. 多任务分时操作系统(MULTI-TASKING OPERATING SYSTEM)

B. 硬件软件充分体现模块式思想,且硬件模块可带电插拔

C. 多处理器模块(MP)和智能型I/O模块(IP)

D. 高级语言 (C) 可直接作为编程语言

E. 用现场总线实现分布式控制结构, 主站与子站及子站间既相互关联又相互独立

F. 通信功能强大.贝加莱除给特定品牌(SIEMENS, AB, MODICON, MITSUBISHI)的

控制器配备特定协议通信程序外, 还配备创建特殊通信协议的工具(FRAME DRIVER)

G. 具有兆字节级的应用程序存储器

其网络特点可由下表总结:

B&R 网络特点

　

网络节点

Profibus/RS485: 127

CAN: 64

RIO: 99

I/O节点

>10000

网络拓扑结构

Profibus/RS485/RIO: 总线, 树状

适用网络产品

RS232(Sinec L1, Modbus, ...)

RS422, RS485

Profibus DP

Profibus FMS

CAN

Ethernet/Arcnet

RIO(无标准)

开放式总线支持

有(Profibus, CAN, ...)

网络速度

RIO: 2Mbps

CAN: 1Mbps

Profibus: 500kbps

CPU类型

68( ( ( (Motorola)

(68332, 68030, 68040, ...)

CPU速度

可达38MHz

闪光存储

可达16MB

RAM

可达16MB

编程语言

高级语言

梯形图

指令表

　

　

　

3.2 主站与子站配置方式

楼宇自控系统的网络基本可分为三个层面: 管理层, 控制层和现场层. 一般来说, 控制层和现场层可以合并为一个网络层面.

3.2.1 管理层

贝加莱楼宇自控系统的主站除管理整个BA系统外, 同时又是OA和CA系统的接点. 它主要用B&R2010的以太网模块及现场总线接口配备而成, 如图4所示.

为了保证整个系统是开放和模块式的,这种结构对主站监控软件也提出了开方式的要求.

笔者推荐的软件有: B&R的WISIWIN, 澳大利亚CIT公司的CITEC以及美国GENSYM的

G2.

3.2.2 控制与现场层

此网络层面的配置主要有三种途径, 即: PROFIBUS (FMS), CAN总线和B&R远程总线 (RIO). 这三种结构的比较可从上表中看出. 下图示出了这几种现场总线灵活的配置

方式.

需要特别指出的是, 贝加莱2003, 2005和2010三个系列无论从硬件上还是从软件上

都是完全兼容的. 另外硬件的模块式思想也从根本上保证了这种系统配置的灵活性.

只有灵活的结构才能适应于分期工程的扩展以及系统的更新要求.

4. 系统的简洁与可靠性

贝加莱新型的楼宇自控系统从三个方面保证了系统的简洁性:

A. 对变配电监控子系统使用交流采样手段.

贝加莱的智能型I/O模块使得I/O模块不但具备高速采样能力,而且还具备分析运算能力. 这一技术的采用可以省掉大量的电量变送器使得电流电压信号直接通过CT/PT环

送到系统同等采用模块. 此采样速度基本为32点-200点/周期.电量的测量精度达到

0.5级以上.

B. 现场总线的拓扑结构

现场总线的使得I/O子站可以紧靠传感器与执行机构.控制系统的布线数量便大大减

少了.

C. 多用途的汇线端子

B&R2003系统小巧灵活,非常适合于作远程I/O子站. 其端子排既作汇线用又可作I/O

模块的供电用.由此专用的端子排便可省略掉.

系统的简洁不仅提高了系统的可靠性, 而且还给系统的造价带来了经济性.

5. 与消防子系统的接口

在中国可以找到多家消防产品供应商, 其先进性和可靠性主要表现在报警方面. 但自控方式不全符合中国消防规范. 贝加莱系统成功地解决了与消防自控的专用接口问题. 无论从软件还是硬件角度而言,都使楼宇自控和消防设备达到了统一设计、统一施工、统一编程，真正解决了楼宇自控管理安全消防问题.

6.智能性表现何处?

纵观国内众多智能大厦, 常常会发现如下的问题:

A. 中标厂家从系统的配置上不能保证自动化管理的完美实现

B. 一个好的方案往往通过承包商层层盘剥, 最后只好因陋就简了

C. 底层控制思想的实现或者说控制软件的二次开发做得不够.

一个大厦的系统智能性恰恰是表现在上述的三个方面.

如果系统配置从结构上不能保证控制管理的思想的实现,那么其他的工作就无从谈起.

但假如硬件条件本已具备, 却不去做深层的二次开发工作,而在主站上只有那些漂亮的画面, 智能性的体现也属枉然.

贝加莱的系统由于提供了多任务分时的高级语言编程界面, 二次开发的工作实施起来

易如反掌.同时此系统的开放性结构也是智能性保证的前提.

7. 结论

一座大厦往往既是工作环境又是生活环境. 因此BA系统必须从可靠实用的角度出发, 踏踏实实地在项目实施过程中做好二次开发.诸如通过窗户上等微动开关控制空调系统

的关闭此类的细节都需要二次开发的工作.当然工程的操作方式也是十分重要的.质量监督当是一个重要的手段.

何为面向未来的系统? 这样一个系统须具备如下特点:

A. 硬件要具备先进性. 未来的新系统要与现系统兼容

B. 软件平台要采用具有生命力的系统, 以保证将来软件的升级

C. 系统须具备开放性

D. 系统须具备好的扩展性

贝加莱的智能型楼宇自控系统在开发之初便将这些问题做了细致的研究并将计划付诸实施.

总之，一个好的BA系统的操作和管理实际上不单纯是一个技术问题, 同时还是一个社会问题。

　