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1、建筑设备监控系统设计方法 与节能技术 山东省智能建筑技术专家委员会 山东建筑大学 张永坚 2 主要内容 1 建筑设备监控系统的基本概念 2 建筑设备监控系统网络结构 3 管理网络层（中央管理工作站） 4 控制网络层（分站） 5 现场网络层 6 建筑设备监控系统的软件 7 现场仪表的选择 8 采暖通风及空气调节系统设计 9 建筑设备监控系统节能设计 10 监控表 1、建筑设备监控系统的基本概念 n 1 建筑设备监控系统是运用自动化仪表、计算机过程控制和网 络通信技术，对建筑物的环境参数和建筑物机电设备运行状况进行自 动化检测、监视、优化控制及管理。 n 2 建筑设备监控系统属于计算机控制系统的一
2、个应用领域，其 设计方法、图纸表达方法、安装调试方法和程序等，均应符合相应的 国家标准和规范。 3 1、建筑设备监控系统的基本概念 n 3 建筑设备监控系统（BAS）可对下列子系统进行设备运行和 建筑节能的监测与控制： n （1） 冷冻水及冷却水系统； n （2） 热交换系统； n （3 ） 采暖通风及空气调节系统； n （4 ） 给水与排水系统； n （5） 供配电系统； n （6） 公共照明系统； n （7 ） 电梯和自动扶梯系统。 4 1、建筑设备监控系统的基本概念 n 4 建筑设备监控系统设计应符合下列规定： n （1 ）建筑设备监控系统应支持开放式系统技术，宜建立分布式控 制网络；
3、n （2） 应选择先进、成熟和实用的技术和设备，符合技术发展的方 向，并容易扩展、维护和升级； n （3 ）选择的第三方子系统或产品应具备开放性和互操作性； n （4） 应从硬件和软件两方面确定系统的可集成性； n （5 ）应采取必要的防范措施，确保系统和信息的安全性； n （6） 应根据建筑的功能、重要性等确定采取冗余、容错等技术。 5 1、建筑设备监控系统的基本概念 n 6 建筑设备监控系统的构成： n建筑设备监控系统通常由监控计算机、现场控制器、仪表和通信网络 四个主要部分组成。从网络结构分析，建筑设备监控系统由管理网络 层、控制网络层、现场网络层三个网络层构成 6 管理网络层 控制网络
4、层 现场网络层 2、建筑设备监控系统网络结构 n18.2.1 建筑设备监控系统，宜采用分布式系统和多层次的网络结 构。并应根据系统的规模、功能要求及选用产品的特点，采用单层、 两层或三层的网络结构，但不同网络结构均应满足分布式系统集中监 视操作和分散采集控制（分散危险）的原则。 7 管理网络层 控制网络层 现场网络层 2、建筑设备监控系统网络结构 n大型系统宜采用由管理、控制、现场设备三个网络层构成的三层网络 结构。 n中型系统宜采用两层或三层的网络结构，其中两层网络结构宜由管理 层和现场设备层构成。 n小型系统宜采用以现场设备层为骨干构成的单层网络结构或两层网络 结构。 n各网络层应符合下列
5、规定： n 1 管理网络层应完成系统集中监控和各种系统的集成； n 2 控制网络层应完成建筑设备的自动控制； n 3 现场设备网络层应完成末端设备控制和现场仪表设备的信息采集 和处理。 8 2、建筑设备监控系统网络结构 n注释： n控制系统的网络结构与控制系统体系结构一般都是分层次的，但并没 有十分明确的对应关系。考虑到功能划分的一致性，规范采用了统一 分层的处理方式。 n分布式控制系统的本质就是控制要分散、显示、操作和管理要集中。 n在管理网络层，服务器和操作站实现的就是集中显示、操作和管理的 功能。这一层的通信网络虽有实时性的要求，但更重要的是要求它能 够传输大量数据、能够实现远方监控和有
6、利于BMS、IBMS集成等方 面的考虑。 9 2、建筑设备监控系统网络结构 n一般情况下，对现场网络层的通信网络的带宽要求不高，但有较高的 实时性要求。 n由于很多系统都把基本控制功能下放到现场微控制器或智能仪表，实 现了更彻底的分散控制，所以原则上控制网络层（分站）并不是必须 的。 n选择较少层次的网络结构，可以简化设计、安装和管理，降低控制系 统造价。 n在是否选用控制网络层（分站）的问题上，可以从以下几方面考虑： 10 2、建筑设备监控系统网络结构 n1 在有些监控点比较集中的场合，如冷冻机房的监控，比较适合选 用大点数的DDC（分站）； n2 在一些诸如 VAV末端的控制中，虽然末端设
7、备的基本控制要求较 低，但需要整个系统的联动控制，如送风管静压控制。对于这类系统 比较理想的解决方案是：在各末端设备现场安装一些小点数、简单功 能的现场控制设备，完成末端设备的基本监控功能； n这些小点数现场控制设备通过网络接入一个功能较强的控制器（分站 ），大量的联动运算在此控制器内部完成，由其完成整个系统的联动 控制。 n规范只是给出了建筑设备监控系统网络结构设计的一般原则，实际工 程设计中选择余地还是很大的。 11 2、建筑设备监控系统网络结构 12 MLN：管理级网络 BLN：楼宇级网络 FLN：楼层级网络 MBC：模块化楼宇控制器 MEC：模块式设备控制器 TEC：终端设备控制器 西
8、门子公司的 Apogee控制管 理系统是典型 的三层网络结 构 2、建筑设备监控系统网络结构 nEBI建筑设备监控系统三层网络结构图（Excel5000控制器系列） 13 2、建筑设备监控系统网络结构 nEBI建筑设备监控系统二层网络结构图（Excel 5000控制器系列） 14 2、建筑设备监控系统网络结构 15 EBI建筑设备监控系统：一层网络 结构图（HC900控制器系列） 江森公司VE800 楼宇控制系统结构图 2、建筑设备监控系统网络结构 n18.2.2 用于网络互连的通信接口设备，应根据各层不同情况，以 ISO/OSI开放式系统互联模型为参照体系，合理选择中继器、网桥、 路由器、网
9、关等互联通信接口设备。 n【注释】： nDCS的通信网络通常采用多层次的结构。各个层次网络之间，甚至同 层次网络之间，往往在地域上比较分散且可能不是同构的，因此需要 用网络接口设备把它们互连起来。 n网络接口设备通常包括四种：中继器、网桥、路由器和网关。 16 2、建筑设备监控系统网络结构 n中继器通过复制位信号延伸网段长度，仅在网络的物理层起作用，通 过中继器连接的两个网段实际上是一个网段； n网桥是存储转发设备，在数据链路层上连接同一类型的局域网，可在 局域网之间存储或转发数据帧； n路由器工作在物理层、数据链路层和网络层，在网络层使用路由器在 不同网络间存储转发分组信号； n在传输层及传
10、输层以上，使用网关进行协议转换，提供更高层次的接 口，以实现不同通信协议的网络之间、包括使用不同网络操作系统的 网络之间的互联。 17 3、管理网络层（中央管理工作站） n18.3.1 管理网络层应具有下列功能： n 1 监控系统的运行参数； n 2 检测可控的子系统对控制命令的响应情况； n 3 显示和记录各种测量数据、运行状态、故障报警等信息； n 4 数据报表和打印。 n【注释】 ：18.3.1规定了管理网络层为实现集中操作与管理所应具有的 主要功能。 18 3、管理网络层（中央管理工作站） n18.3.2 对管理网络层设计做出了9项规定： n 1 服务器与工作站之间宜采用客户机/服务器
11、（ C/S）或浏览器/服务 器（B/S）的体系结构。当需要远程监控时，客户机/服务器的体系结 构应支持 Web服务器； （系统结构） n 2 应采用符合IEEE 802.3的以太网； （网络标准） n 3 宜采用TCP/ IP通信协议； （通信协议） n 4 服务器应为客户机（操作站）提供数据库访问，并宜采集控制器 、微控制器、传感器、执行器、阀门、风阀、变频器数据，采集过程 历史数据，提供服务器配置数据，存储用户定义数据的应用信息结构 ，生成报警和事件记录、趋势图、报表，提供系统状态信息； n（数据采集内容和数据库） 19 3、管理网络层（中央管理工作站） n 5 实时数据库的监控点数（包括
12、软件点），应留有裕量，不宜少于 10%； （实时数据库规模） n 6 客户机（操作站）软件根据需要可安装在多台PC机上，宜建立多 台客户机（操作站）并行工作的局域网系统； （客户端软件） n 7 客户机（操作站）软件可以和服务器安装在一台 PC机上； n 8 管理网络层应具有与因特网（ Internet）联网能力，提供因特网 用户通信接口技术。用户可通过 Web浏览器，查看建筑设备监控系统 的各种数据或进行远程操作； （网络要求） n 9 当管理网络层的服务器和（或）操作站故障或停止工作时，不应 影响控制器、微控制器和现场仪表设备运行，控制网络层、现场网络 层通信也不应因此而中断。 （控制层和
13、现场层的独立性）。 20 3、管理网络层（中央管理工作站） n【注释】 管理网络层中服务器与操作站之间大多数都采用客户机/服 务器（ Client /Server）或浏览器/服务器（Browser/Server）的体系结 构。 n客户机和服务器指的是一个通信中的所涉及的两个应用。主动启动通 信的应用称为客户机，而被动等待通信的应用称为服务器。一个服务 器常常可以处理多个客户机。 n在分布式控制系统中，服务器从控制器等设备获取信息，建立数据库 ，是数据源；所有的客户机都从服务器获取数据，运行应用程序，对 服务器进行读写操作，是数据的用户。 n由于实时性的原因，目前系统架构还多采用客户机/服务器方
14、式，在需 要远程监控的场所，可在系统中增加 Web服务器，即增加 B/S模式。 21 3、管理网络层（中央管理工作站） n18.3.3 强调了网络的整体性原则：“当不同地理位置上分布有多组相 同种类的建筑设备监控系统时，宜采用DSA（Distributed Server Architecture）分布式服务器结构。每个建筑设备监控系统服务器管理 的数据库应互相透明，从不同的建筑设备监控系统的客户机（操作站 ）均可访问其它建筑设备监控系统的服务器，与该系统的数据库进行 数据交换，使这些独立的服务器连接成为逻辑上的一个整体系统。” n【注释】 当多个建筑设备监控系统采用 DSA分布式服务器结构时，
15、 整个系统成为一个统一的网络，每个建筑设备监控系统的操作站均可 以监控整个网络，但是每个建筑设备监控系统服务器的总监控点数不 应超过该服务器最大的监控点数。 22 3、管理网络层（中央管理工作站） n18.3.4 对管理网络层的配置做出了4项规定： n 1 宜采用10BASE-T/100BASE-T方式，选用双绞线作为传输介质； n 2 服务器与客户机（操作站）之间的连接宜选用交换式集线器； n 3 管理网络层的服务器和至少一个客户机（操作站）应位于监控中 心内； n 4 在管理体制允许，建筑设备监控系统（BAS）、火灾自动报警系统 （FAS）和安全防范系统（SAS）共用一个控制中心或各控制中
16、心相 距不远的情况下，BAS、SAS、FAS可共用同一个管理网络层，构成建 筑管理系统（BMS），但应使三者其余部分的网络各自保持相对独立 。 23 3、管理网络层（中央管理工作站） 24 图中各子系统以 BAS为核心，运行在 BAS的中央监控计算机上（不 另设 BMS工作站），能够满足基本功能，实现起来相对简单，造价 较低。 4、控制网络层（分站） n18.4.1规定了控制网络层应完成的主控项目的控制任务： n“控制网络层应完成对主控项目的开环控制和闭环控制、监控点逻辑 开关表控制和监控点时间表控制。” n n18.4.2 对控制网络层组成和使用的协议提出要求 n 控制网络层应由通信总线和控制器组成。通信总线的通信协议宜采用 TCP/ IP、BACnet、LonTal
