楼宇自动化系统方案描述？

1，METASYS系统概述

METASYS智能管理系统是专为各种建筑中所有设备的监控和集中管理而设计的。该系统的开放性、灵活性、可靠性和高质量体现了楼宇管理和控制的最新趋势。

METASYS是一个集中管理、分散控制的系统，因此更加高效可靠，提高了系统的容错能力。METASYS是一个模块化系统，易于扩展，因此未来的需求不会失去今天的投资。METASYS具有很强的联网能力，可以与任何愿意开放其通信协议的产品或系统联网，让用户在任何地点、任何操作站都可以轻松了解所有的设备或子系统，大大提高了管理水平和工作效率。

METASYS完全符合工业标准，其设计立足当下，面向未来，适应软硬件的不断发展。用户投资强生公司METASYS是明智而长远的选择。

下面详细介绍硬件结构和软件功能。

(1)硬件结构

①概述:

METASYS的硬件系统是由操作站(OWS)、网络控制器(NCU)和各种直接数字控制器(DDC)组成的智能控制网络。

②网络传播

以太网/IP作为一种越来越广泛使用的网络形式，已经被80%以上的局域网所采用。具有性价比优异，安装方便的特点。以太网的通信协议(TCP/IP)为开放系统的物理层和数据连接层的通信提供了一种参考模式。其通信速率为10Mbps，即每秒可传输约250页文本中包含的信息。使用以太网有以下优点:

数据传输的高效率和稳定性

布线和设备连接灵活:可连接高速以太网、FDDI、令牌环网、ATM等。

低成本

兼容的设备和互补的形式:由于以太网的广泛使用，其他厂商的设备或系统可以很容易地通过它相互连接。

易于安装和扩展

降低维护成本

以太网网络扩展结构可以是星型、总线型或混合型。星型结构由非屏蔽双绞线或光纤组成，将每个节点连接到位于网络中心的集线器，集线器可以放置在建筑物中任何方便的线架上。它的优点是容易隔离和修复故障节点，缺点是比总线需要更多的安装线。三种结构中，星型结构适用于NCM和OWS较远的系统，总线型结构适用于NCM和OWS较近的系统，混合结构适用于NCM和OWS较远且较近的系统。

操作站与网络控制单元最常用的连接方式是N1通信网络，其通信方式是Ethernet/IP。N1网络上节点之间的数据交换采用对等模式，每个节点都具有动态数据访问的功能，即所有数据都可以在N1网络上的任意操作站或任意NCU上被检测或控制。

在某些场合，用户可能需要使用拨号通信方式来监控远程控制系统，然后可以通过调制解调器建立远程操作站。

N2通信总线是一个现场访问网络，它将控制器和接口模块连接到网络控制器。N2总线采用主/从通信协议，NCU作为主机，N2总线设备(DDC)作为从机。N2巴士用Opto-22 optimumx吗？通信协议，其优越性已被证明。N2总线遵循EIA和RS-485电气标准。)

③网络能力

对于建筑系统的设计者和管理者来说，真正的挑战是:如何利用所有子系统的能力？如何有效地管理它们以提供高质量的办公环境？METASYS系统解决了上述问题。各种不相关的系统，甚至不同公司的系统，通过METASYS恰当地链接在一起，成为系统的集成。各系统相对独立，自成体系，必要时相互配合，实现联锁控制。所有数据可以从任何地方和任何操作站收集。操作人员可以从一个操作站了解大楼各个角落的任何系统的运行情况，出现故障时可以立即做出反应，甚至在客户觉得有什么不对劲之前，问题就已经解决了。

作为美国Ashear Society的创始人之一，Johnson公司已经能够将其Metasys系统与超过75家公司(包括开利、约克、特灵、ABB、利伯特等)的子系统相连接。)，并已完成2000多个联网项目。我们随时准备将METASY与任何愿意为用户开放其通信协议的公司产品相连接。

④操作站

操作站是IBM或其他品牌的标准个人电脑。操作站提供了高级的windows人机界面，用户可以选择中文或英文操作。

它以微软的Windows为运行环境，允许Windows支持的其他软件同时运行。并能与它们进行动态数据交换。比如可以用大家熟悉的微软Exce处理数据，做一系列的统计表。

它可以编程并生成数据库，并将程序直接下载到每个控制器。它可以备份数据库、存储点历史、趋势分析、操作员进入/退出记录和警报记录。

METASYS接口操作都是窗口化的，不需要记忆操作指令。它的网络图就像一个联络图，显示了所有的监控设备及其关系。操作员只要调出METASYS应用，就一目了然:哪个系统服务于哪个楼层；哪些设备服务于哪些区域等。METASYS使用分布在整个网络中的面向对象的软件系统。只靠鼠标操作，就可以走遍整栋楼。它以图形方式显示建筑物的平面图和设备草图，并通过鲜艳的颜色和动态数据显示和报告监测点的信息。

网络中的任何操作站都可以访问全网的所有信息，所有操作站都可以同时使用。

⑤记录/报警打印机

打印机用于记录系统操作。每台打印机的记录内容可以根据用户要求设置，记录格式可以在调试阶段定义。

⑥网络控制器(NCU)

网络控制器(NCU)是一种高性能现场磁盘，由一系列兼容的电子智能模块组成。它可以实现任何复杂的高性能控制的控制程序，也可以协调通信网络中独立的DDC控制器，为它们提供报警监视和综合控制功能。NCU可以脱离任何上位机(如个人计算机)，独立承担控制和通信功能。

网络控制模块(NCM)是NCU的主要组成部分。搭载高速80386微处理器，内存(RAM)可从8MB扩展至100 MB。它具有自诊断功能和72小时备用电池。

NCU配有各种简单通用的系统界面，供操作员使用。第一个接口是标准RS-232连接器，可以连接到笔记本电脑或输出打印机。第二个接口是便携式网络终端接口，可以像操作站一样访问网络中的所有信息。第三个接口可用于远程监控或打印的调制解调器。

NCU可以支持多用户环境，即任意数量的操作员可以同时访问NCU中的信息。

METASYS的5级密码不仅保护操作员站，还为NCU上的操作员界面使用一致的密码信息。

⑦直接数字控制器(DX-9100-8154/XT-XP模块)

直接数字控制器(DDC)是METASYS系统的最前端设备，分布在建筑物的设备场所，如空调机房、水泵房、制冷站等。DDC连接到METASYS的N2总线，NCU和操作站可以实现上位机的超越控制。

直接数字控制器(DDC)是METASYS系统的最前端设备，分布在建筑物的设备场所，如空调机房、水泵房等。DDC连接到METASYS的N2总线，NCU和操作站可以实现上位机的超越控制。

目前最常用的DX-9100控制器是一种模块化、可扩展的控制器，具有现场显示和操作能力。它的基本配置是8AI，8DI，2AO，6DO，* * *是24分。根据现场需要，可添加各种类型点的扩展模块，最多可扩展64个点。

DX-9100的软件功能非常齐全，可以满足各种现场控制要求。其操作系统包括实时功能、12可编程模块和PLC逻辑运算模块。因为它是由功能模块组成的，所以它的图形化编程工具使程序设计变得极其简单。用户只要简单调用该块，填入参数，就会自动生成控制程序。所有编程都可以在METASYS操作站完成，直接下载到DX-9100。它不仅完成各种运算和PID回路控制功能，还具有多级控制和统计功能。其PLC逻辑运算模块具有通用PLC控制器的功能；实时功能最多可以同时设置8个时间控制程序，每个时间控制程序可以为周一至周日和某些公共假日设置不同的开始/结束时间。如此强大的软件功能决定了DDC具有独立运行的功能。当中心操作站故障、网络控制器故障或通信线路断开时，其运行不受影响。

8现场设备

现场设备包括变送器、变送器、空气阀执行器等。，所有这些都与DDC直接相连。

⑨程序存储器

NCU和DX的存储器是EEPROM、EPROM和RAM。

系统结构和控制程序存储在EEPROM和EPROM中，断电时程序仍可维护。实时时钟和功能存储在带有备用电池的RAM中(NCU为72小时，DX为1年)。内存分配的原则是当某些参数偶尔在线更改时，尽量减少对控制器操作的干扰。在METASYS中，许多用户更改，甚至统计数据分析，都可以在线完成。

这种安排使得控制器能够提供足够的存储器(以便满足设备管理系统的各种控制功能的需要)而不花费太多。如果控制器断电超过72小时，存储在NCU RAM中的数据将会丢失。此时METASYS会自动将操作站的数据通过高速N1总线下载到NCU。

⑩系统的运行环境要求和功耗。

DX-9100控制器(DDC):

工作环境要求:0~50℃(32~120℉)，相对湿度10~90%，无凝露。

用电量:24v交流电，50/60Hz，10VA。

XT和XP模块:

工作环境要求:0~50℃(32~120℉)，相对湿度10~90%，无凝露。

耗电量:24伏交流电，50/60赫兹，5.5伏安

(2)软件功能描述

各种功能不同的软件构成了一个完整的METASYS操作系统。

主要软件功能如下:

摘要(各种报告的列表)

密码保护(5级)

用户编程(图形编程语言)

状态变化报告

警报信息报告

报告分组/警报管理

监控点历史

动态趋势分析

累积和统计功能

数据库下载/上传功能

基于Microsoft Windows的图形化操作站工作环境

能量管理控制

时间预约功能

设备循环启动/停止保护

主要设备启停延时

电源恢复启动程序

功耗极限/负载周期

(2.1)汇总(各种报表列表)

在METASYS中，用户可以直接获得各种分类报告列表，这些列表可以在监视器上显示、打印或保存。可以直接调用的报表列表有16种，其中最常用的如下:

监测点列表

报警点列表

严重性报警点列表

离线点列表

处于覆盖状态的点列表

禁止通信点列表

锁定点列表

后续文件中定义的报告

预定时间的时间表

假期时间预订计划表

每个监测点的上限和下限以及死区值列表

根据用户的指定，可以为网络中的所有点或某个系统中的监控点选择上述报告列表。或者在一组甚至几组中的每个系统中选择监测点。

(2.2)密码保护功能

密码

METASYS系统可提供五个级别，多达100个密码，为网络和操作站提供安全保障。

根据主管的指定，每个操作员有不同级别的密码，可以限制访问的内容，具体是可访问的监控点，也可以限制操作级别。

整个METASYS网络的密码访问是一致的。无论操作员到哪个操作站，或者在现场使用手持网络终端，只要使用自己的密码，都会有相同的发布级别。当密码系统增加、减少或改变时，网络中的所有操作设备同时自动协作，而无需在每个操作设备处进行改变。

对于每个密码，系统都提供了自动退出时间，可以自由设置，范围为1到1440分钟。如果操作员离开前忘记退出系统，系统会在设定时间后自动退出，并继续受密码保护。

各级密码的功能如下:

第5级-只能监控和检查数据。

4级-5级+操作员控制和预订

3级-4级+监测点参数变化

2级-3级+数据库加法和减法

1级──2级+密码编辑

(2.3)用户图形编程语言

图形编程语言

用户可以通过高级图形编程语言实现各种复杂的高级算法和超驰控制。METASYS的图形编程语言使用户能够通过以图形方式绘制流程图来进行编程。其特点是直观、易懂、易修改。

METASYS提供了一系列被证明可靠的图形化程序，方便用户直接调用。用户可以将它们插入到自己的程序中，或者对它们进行修改。

(2.4)状态变更报告

METASYS系统可以提供所有双态点的状态变化记录，可以输出到打印机，也可以直接上报给指定的操作站和磁盘文件。记录显示了改变状态的点的名称。状态改变的时间点和日期的详细描述。

(2.5)报警信息报告和报告分组/报警管理

报告路由器/警报管理器

METASYS有完善的报警管理。操作站优先处理和显示最重要的报警点，并可以有选择地将不同的报警发送到位于网络中任何地方的相应操作站，甚至是通过拨号调制解调器连接的远程操作站。

报警管理提供报警打印、报警缓冲和直接报告到指定的操作站和存储文件，均满足以下条件:

a)显示报警点的名称、报警点的详细描述以及报警发生的时间和日期。

b)报警应轻、缓、急，用户可自行决定报警级别，以便更有效、快速地处理严重报警。该系统可将报警分为三类，包括四级。

c)作为a)的补充，用户可以给每个报警点添加报警信息，可以达到65个字母(中文30个字)。报警信息可以清楚地提醒操作人员如何处理报警。比如采取什么措施，找谁维修等等。大型系统的管理者要管理上千个点，及时处理报警，并不容易。向报警点添加报警信息的功能极大地方便了操作员。

(2.6)监测点历史

点历史

METASYS系统中的所有监控点都会自动生成历史记录，并存储在网络控制器中。模拟点每30分钟采样一次。如果有特殊需要，用户指定一个PC文件，记录会自动转移到文件中，提供长期历史数据。双态点可以记录10个开/关动作。每个点都具有历史的特点，方便用户随时分析设备的性能，回顾故障或事件发生的时间，从而大大提高设备的管理水平。

(2.7)动态趋势分析

趋势

动态趋势分析可应用于系统中的所有监测点，其采样点和采样间隔(范围从1分钟到120分钟)由用户自行定义。

当监测点历史不能满足设备性能分析的要求时，可以使用软件的动态趋势分析功能。

与监控点历史一样，动态趋势分析也存储在网络控制器中。为了保存数据，用户可以指定一个PC文件。当样本数接近规定值时，数据将自动传输到PC文件中。

(2.8)累积和统计功能

每个DDC和NCU都有累加和统计功能。用户可以定义一个限值，当累计值或统计值超过该值时，系统可以发出警报。该功能主要用于以下几个方面:

a)运行时间统计-例如泵和风扇的运行时间。

b)模拟和脉冲累积-如电力消耗

c)事件数量的统计-例如，在某段时间内室温超过上限的次数。

总计化

(2.9)数据库的下载/上传功能

在METASYS系统中，DDC的所有现场控制程序都可以由操作员直接下载。用户可以随时从操作站方便地修改DDC的现场控制程序，并直接下载到DDC上，无需到现场。

用户通过操作站对系统数据的任何增减和参数的修改都直接存储在网络控制器中，系统的运行不依赖于操作站。为了防止现场数据(存储在NCU中)的丢失或损坏，数据可以从操作站传输回来。返回的数据作为备份数据存储在操作站的硬盘中。

如果NCU由于某种特殊原因断电超过72小时，网络控制器的数据将会丢失，因为它超过了NCU中可充电电池保持内存的最大时间。但一旦供电恢复，系统会自动从操作站下载备份数据到NCU，保证系统的正常运行。

(2.10)动态图形显示和操作站工作环境

制图法

为了使监测点的位置更加直观，便于系统的分析，METASYS系统提供了颜色拾取的动态图形显示，包括平面图和机电设备蝗虫系统示意图。

1.操作员可以通过菜单选择或直接从图形中切换不同系统或平面的图形。

2.动态显示图形中所有监测点的值或状态，即显示其实际位置和当前值或状态，并自动更新每个点。

3.操作站的运行环境是窗口式的，可以同时显示多个图形，方便分析整个系统的运行情况。

4.当某一点报警时，其图形会自动弹出，报警点会以预先指定的颜色不断闪烁，提醒操作者报警点的位置。

(2.11)能源管理控制

为了节省人力和能源，METASYS提供了各种常用的能源管理软件，可以自动运行，不需要操作人员的干预。同时，它们足够灵活，便于用户定义和修改。其主要软件功能有时间预约、最优启停功能、焓切换功能、温度设定点自动复位功能、制冷机组自动组合和第8组控制功能、功耗限制功能。

(2.12)时间预约功能

预定功能使METASYS系统能够按照操作员事先安排的时间表自动运行，提高了设备管理的效率。

预定功能适用于设备的定时启动和停止、设定点修改控制程序的定时启动、趋势分析的启动和停止、累计/统计的启动和停止、各种报告的定时打印等。

有四种预订* * *:正常日、替换日、假日和特殊日。用户可以定义一年的日历。

(2.13)设备循环启停和主要设备启停延时保护

行程安排

为了保证机电设备的使用寿命，避免误操作造成设备损坏，METASYS系统提供了设备保护功能，将设备的启停次数限制在1小时内，并可以为设备设置启停延时，用户可以方便地设置各个控制点。修改和取消保护功能。

(2.14)电源恢复启动程序

对于重要的设备系统，如制冷站等，设备的启动和停止要严格遵循一定的顺序，以避免在设备运行过程中电源突然断电和突然恢复时对设备造成损坏。METASYS提供电源恢复启动程序，以确保设备在任何时候都能以正确的顺序启动。

(2.15)功耗限值/负载周期

需求限制/负载滚动

该软件功能用于省电目的。当用电量达到峰值时，系统可以根据给定的限值自动依次开启/关闭指定的负载，防止用电量超过规定的限值。

(3)系统性能(可靠性分析)

①可靠性的定义

系统可靠性是指给定的周期时间减去非工作时间(由于维护和等待材料等因素造成的停机时间)与该周期时间的比值。非工作时间从确认故障时开始。这个概念可以描述为正常运行时间与给定运行时间的比值。特别是，正常运行时间是指系统运行时间和可能需要运行的时间之和(即袖手旁观)。整个时间由正常运行时间和停机时间组成，如下式所示:

系统可靠性=正常运行时间/(正常运行时间+非工作时间)

上面的等式就是可靠性的定义标准。这里的非工作时间是指维修和修理产品所需的平均时间。这个平均时间通常称为平均修复时间，包括预计时间和不可预计时间。正常情况下，无论白天还是晚上，我们的应急反应时间不超过四个小时。

系统可靠性也表示为平均修复时间(MTTR)和平均故障间隔时间(MTBF)。平均故障间隔时间是系统可靠性的度量，平均修复时间是系统可维护性的度量。它们的关系如下:

系统可靠性=平均故障间隔时间/(平均故障间隔时间+平均修复时间)

②系统平均无故障时间的计算。

该值等于系统在保修期内的累计运行时间除以保修故障点总数。从设备装车到安装开通两个月左右的时间不计入累计运行时间。

Johnson Company记录保修期内从现场维修的零件数量。一年失效概率(OYFP)作为描述系统修复率的指标，同一设备的船舶排班不计入运行时间。

系统平均故障间隔时间和一年故障概率之间的统计关系为:

系统可靠性=(1-OYFP)= EXP[(-8760)/MTBF]

2.系统方案和配置描述

我公司对本系统的控制器配置采用一对一分散控制，原因如下。原因①由于先进的控制要求，控制过程相对复杂，集中的现场控制器无法满足分散在整个建筑内的机电设备的采样和控制要求；原因②分散式现场控制器的使用将大大减少管道数量和所需的施工量；原因③分散式控制器会大大降低系统发生故障的概率，不会在人为破坏等不可预见因素导致控制器被破坏时影响太多现场设备的安全运行。

(1)暖通空调自动控制系统

暖通空调系统包括:冷热源系统、空调机组、送排风系统相关设备等。下面将详细介绍各子系统的控制、采样点设置、设备配置、控制模式和功能。

①冷热源系统

METASYS系统每天根据预先编好的程序对设备进行优化控制，具体功能如下:

控制冰箱启动和停止；

监控运行状态；

监控冰箱故障报警；

监控设备的手动/自动状态；

控制冷冻水泵的启动和停止；

监控冷冻水泵的运行状态；

监控冷冻水泵的故障报警；

监控冷冻水泵的手动/自动状态；

控制冷却水泵的启动和停止；

监控冷却水泵的运行状态；

监控冷却水泵故障报警；

监控冷却水泵的手动/自动状态；

控制加热水泵的启动和停止；

监控加热水泵的运行状态；

监控热泵故障报警；

监控热泵的手动/自动状态；

监控冷却塔的高/低液位；

控制冷却塔风机启动和停止；

冷却塔高/低液位报警；

测量冷冻水供应/回水之间的典型压差；

测量冷冻水/加热热水的供/回水温度；

测量冷却水的供/回水温度；

测量冷冻水回水流量；

通过测量冷冻水的总供回水温度和回水流量，计算出空调系统的冷负荷。

根据实际冷负荷确定启停组合和制冷机台数，以达到最佳节能状态；

根据机组启停情况，控制相关水泵和碟阀开关；

控制冷冻水旁通阀的开度，以保持所需的压差；

根据冷却塔的数量和运行方式；

冷冻机、冷冻水泵和冷却水泵的累计运行时间；

每个连接装置的启动-停止程序包括可调节的延迟时间功能，以匹配制冷系统中每个装置的特性。各设备的启停联动顺序如下:

I启动:电动蝶阀→冷冻水泵→冷却水泵→冷电机组；

二。停机:冷柜→冷冻水泵→冷却水泵→电动蝶阀；

上述工况可以用文字或图形显示在彩色显示屏上，也可以用打印机打印出来作为记录。

安装在冷冻室内的网络控制器(NCU)和直接数字控制器(DDC)将根据预先编写的软件程序控制冷冻柜的数量和相关设备的群控。

②空调机组

METASYS系统的监控功能如下:

监控风机的手动/自动切换状态，确认空调机组的风机现在是否在楼宇自控系统的控制下，同时降低故障报警的误报率；

当机组在楼宇自控系统的控制下，可以控制风机的启停；

监测风机压差，确认风机机械部分是否已投入运行，可以区分机械部分和电气部分的故障报警；

测量水盘管表面温度，当温度低于设定值(可调)时，触发报警并联动一系列防冻保护动作，如关闭新风阀、打开水阀等；

调节新/回风阀；

回风温度监控；

回风湿度监控；

控制加湿器启动和停止；

通过测量回风温度与设定值的差值，实时计算确定送风温度的设定值，满足空调的空间负荷需求；

通过安装在水盘管回水侧的双向电动调节阀的自动调节，实现送风温度设定值(可调)的控制，使空调机组的供冷/供热相当于所需的供冷/热负荷，减少能源浪费；

通过测量回风湿度与设定值的差值，实时计算并确定送风湿度的设定值；

安装在机房内的直接数字控制器(控制器与现场设备一对一安装控制)将根据内部预写的软件程序满足空调的自动控制和运行顺序。

上述工况可通过网络通讯在中控室中控计算机的彩色显示屏上以文字或图形显示，供操作人员随时使用，重要数据可由打印机打印出来作为记录。

③送风和排风系统

METASYS系统的监控功能如下:

监控风机的手动/自动切换状态，确认是否在楼宇自控系统的控制下，同时降低故障报警的误报率；

当它在楼宇自控系统的控制下，可以控制风机的启停；

监测风机压差，确认风机机械部分是否已投入运行，可以区分机械部分和电气部分的故障报警；

⑵变配电监控系统

METASYS系统主要监控系统中设备的运行状态和参数，具体监控功能如下。

电压

电流

功率因数

能量计算

有功功率

无功功率

频率

(3)给排水监控系统

METASYS系统根据预先编制好的程序进行控制，具体监控功能如下。

监控水泵手动/自动切换状态，确认设备是否在楼宇自控系统的控制下，同时降低故障报警的误报率；

当设备在楼宇自控系统的控制下，可以控制水泵的启停；

泵故障报警；

监控液位报警；

当达到高液位时，会发出报警并联动相关设备；

当低于低液位时，报警并联动相关设备；

(4)照明系统

配有光敏传感器，控制照明的开关状态。

监控照明的开关状态。

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