畢業(yè)設計59基于METASYS的空調(diào)自控系統(tǒng)設計.doc

第 頁 i 基于 METASYS 的空調(diào)自控系統(tǒng)設計 摘要 空調(diào)系統(tǒng)是智能建筑中樓控系統(tǒng)的主要組成部分，但也是系統(tǒng)能耗的主要部分。隨著人們生活水平的不斷提高，空調(diào)系統(tǒng)被廣泛的使用，節(jié)能成為人們普遍關注的問題。由于變風量空調(diào)系統(tǒng)顯著的節(jié)能特點，使其成為空調(diào)系統(tǒng)的主流。同時美國江森公司的 METASYS智能樓宇管理系統(tǒng)，以其獨特的優(yōu)越性，使得空調(diào)節(jié)能得以更好的發(fā)揮。 本文首先對變風量（ VAV）空調(diào)系統(tǒng)和江森的智能樓宇管理系統(tǒng) METASYS系統(tǒng)作了概述，還對 VAV系統(tǒng)的控制原理和方法進行了分析和詳細說明。通過分析確定系統(tǒng)的監(jiān) 控點、設備的選型，運用組態(tài)軟件設計 METASYS系統(tǒng)的上位機人機界面，最后在MATLAB/Simulink環(huán)境下對表冷器和變風量末端的控制器進行了仿真。 關鍵詞： 節(jié)能， VAV 空調(diào)系統(tǒng)， METASYS 系統(tǒng) 第 頁 ii Design of Air Conditioning control system based on METASYS Abstract The air-conditioning system is the main constituent of the building controls system in the intelligent building, and is the main part of system energy consumption. Along with the enhancement of people living standard, the air-conditioning system were widespread used, energy saving became the universal matter of people concerned. Because of Variable Air Volume air-conditioning systems remarkable characteristic of energy saving, it become the mainstream of air-conditioning system. Simultaneously the American company JOHNSON-METASYS intelligence building management system having its unique superiority, that makes the energy saving of air-conditioning system better. Firstly, this paper gives the outline of the Variable Air Volume (VAV) air-conditioning system and the JOHNSON METASYS intelligent building management system, also has analysis and specified the VAV system control principle and the method. By the analysis, determining system monitoring point, choosing the equipment, has designed the METASYS software configuration on workstation was successfully. Finally, the simulation to the cooling coil and VAV terminal controller were carried on in MATLAB/Simulink environment. Key word: Energy saving， VAV air conditioning system， METASYS system 第 頁 I 目錄 1.緒論 . 1 2.變風量（ VAV）空調(diào)系統(tǒng)的簡介 . 2 2.1變風量系統(tǒng)的基本概念 . 2 2.1.1 VAV系統(tǒng)的基本組成 . 3 2.1.2 VAV系統(tǒng)的特點 . 4 2.1.3 變風量（ VAV）末端裝置 . 6 3.METASYS的系統(tǒng)概述 . 8 3.1硬件結構 . 8 3.1.1 概述 . 8 3.1.2 網(wǎng)絡通訊 . 9 3.1.3 聯(lián)網(wǎng)能力 . 11 3.1.4 操作站 . 11 3.1.5 記錄 /報警打印機 . 13 3.1.6 網(wǎng)絡控制器（ NCU） . 13 3.1.7 直接數(shù)字控制器（ DX-9100-8154 / XT-XP模塊） . 14 3.1.8 現(xiàn)場設備 . 15 3.1.9 程序存貯器 . 15 3.1.10 系統(tǒng)的運行環(huán)境要求及用電量 . 16 3.2軟件功能說明 . 16 3.2.1 摘要（各類報告清單） . 16 3.2.2 密碼保護功能 . 17 3.2.3 用戶圖形化編程語言 . 17 3.2.4 狀態(tài)改變報告 . 18 3.2.5 報警信息報告及報告分組 /報警管理 . 18 3.2.6 監(jiān)控點歷史 . 18 3.2.7 動態(tài)趨勢分析 . 18 3.2.8 累積、統(tǒng)計功能 . 19 3.2.9 數(shù)據(jù)庫下傳 /上載功能 . 19 3.2.10 動態(tài)圖形顯示及操作站工作環(huán)境 . 19 3.2.11 能量管理控制 . 19 3.2.12 時間預定功能 . 19 第 頁 II 3.2.13 設備循環(huán)啟 /停 /及重大設備啟 /停延時保護 . 20 3.2.14 供電恢復啟動程序 . 20 3.2.15 用電量限制 /負載循環(huán) . 20 3.3 江森自控集成式可變風量末端單元控制組合 VMA1400 系列產(chǎn)品 . 21 4.變風量（ VAV）空調(diào)系統(tǒng)的控制方法及原理 . 23 4.1變風量空調(diào)系統(tǒng)的控制方法 . 23 4.1.1 自動控制系統(tǒng)的要求 . 23 4.1.2 變風量系統(tǒng)的自動控制方法 . 24 4.1.3 VAV系統(tǒng)的控制對象 . 27 4.2 變風量空調(diào)自控系統(tǒng)的控制原理 . 30 4.2.1 變風量空調(diào)系統(tǒng)分析 . 30 4.2.2 末端調(diào)節(jié)的變風量系統(tǒng) TRAV . 32 4.2.3 變風量空調(diào)系統(tǒng)的組成 . 35 4.3 各回路控制原理 . 36 4.3.1 溫度控制回路 . 36 4.3.2 壓力（靜壓）控制回路 . 39 4.3.3 新風量（ CO2 濃度）控制回路 . 42 4.4 VAV空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控和設備選型 . 43 4.4.1 空調(diào)機組自控方式和說明 . 43 4.4.2 空調(diào)系統(tǒng)設備的選型 . 45 4.5用組態(tài)王軟件設計 METASYS系統(tǒng)的上位機人機界面 . 46 5.控制器設計和仿真 . 49 5.1表冷器控制器參數(shù)的確定 . 51 5.2 變風量末端控制器參數(shù)的確定 . 54 6.總結 . 59 參考文獻 . 60 附錄 . 61 致 謝 . 65 第 頁 1 1.緒論 空調(diào)系統(tǒng)也稱為 HVAC(Heating Ventilation and Air Conditioning),是智能建筑中樓控系統(tǒng)的主要組成部分，作用是創(chuàng)造良好的空氣品質，提供舒適的生活環(huán)境，但它同時又是耗能大戶，消耗建筑物 50%以上的能耗。在高層建筑中，有的甚至高達 80%以上。 由于社會文明的進步 ,人們生活水平的不斷提高 ,空調(diào)的應用越來越廣泛 ,面對廣闊的空調(diào)市場和各種不同的空調(diào)系統(tǒng) ,廣大的使用者對空調(diào)制冷性能 ,運行的可靠性、節(jié)能、經(jīng)濟性 ,環(huán)保指標及服務提出更高的要求。這就需要對它們進行 深入研究 ,找出科學的分析方法 ,從而達到優(yōu)化設計。節(jié)約能源、保護環(huán)境和趨向自然的舒適環(huán)境 ,而設備、系統(tǒng)、運行管理的節(jié)能是促進空調(diào)制冷事業(yè)的核心。 在各種空調(diào)方式中， VAV空調(diào)系統(tǒng)有其自身的優(yōu)點，是一種節(jié)能的控制方式。VAV空調(diào)系統(tǒng)在一些發(fā)達國家非常流行，由于其與定風量 (CAV)空調(diào)系統(tǒng)相比，在滿足空調(diào)要求的同時，有明顯的節(jié)能效果 (VAV與 CAV相比約可節(jié)能 30%70%)，因此，從本世紀 70年代以來便倍受人們關注。與此同時，美國江森公司的 METASYS智能樓宇管理系統(tǒng)，以其獨特的優(yōu)越性，使得空調(diào)節(jié)能得以更好 的發(fā)揮。 本文通過對變風量空調(diào)系統(tǒng)進行分析，依據(jù)變風量系統(tǒng)的節(jié)能方式，采用江森系列先進的空調(diào)設備對系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，運用 METASYS 智能樓宇管理系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)。 第 頁 2 2.變風量（ VAV）空調(diào)系統(tǒng)的簡介 變風量（ Variable Air Volume，以下簡稱 VAV）空調(diào)系統(tǒng) ,本世紀 60年代誕生在美國。 VAV技術的基本原理很簡單，就是通過改變送入房間的風量來滿足室內(nèi)變化的負荷。 VAV系統(tǒng)追求以較少的能耗來滿足室內(nèi)空氣環(huán)境的要求。 VAV系統(tǒng)出現(xiàn)后并沒有得到迅速推廣，當時美國占主導地位的仍 是定風量（ CAV，Constant Air Volume）系統(tǒng)加末端再加熱和雙風道系統(tǒng)。西方 70年代爆發(fā)的石油危機促使 VAV 系統(tǒng)在美國得到廣泛應用，目前已占世界空調(diào)系統(tǒng) 30份額，并且成為空調(diào)發(fā)展的必然趨勢。目前國外高層建筑使用率已達 95 。 2.1 變風量系統(tǒng)的基本概念 普通集中式空調(diào)系統(tǒng)的送風量是不變的，并且按房間熱濕度負荷確定送風量，稱為定風量（ CAV）系統(tǒng)。實際上房間熱濕負荷不可能經(jīng)常處于最大值，而是在全年的大部分時間低于最大值。當室內(nèi)負荷減小時，定風量系統(tǒng)是靠調(diào)節(jié)再熱量以提高送風溫度（減小送風溫差 ）來維持室溫。這樣既浪費熱量，又浪費冷量。如果能采用減少送風量（送風差數(shù)不變）的方法來保持室內(nèi)溫度不變，不僅節(jié)約了提高送風溫度所需的熱量，而且還由于處理風量的減少，降低了風機功率電耗及制冷機的冷量。這種系統(tǒng)稱為變風量（ VAV）系統(tǒng)，而且系統(tǒng)的運行費用相當經(jīng)濟，對于大容量的空調(diào)裝置尤為顯著。 變風量空調(diào)系統(tǒng)是通過變風量末端風量來保證房間溫度，同時變頻調(diào)節(jié)送、回風機來維持系統(tǒng)的有效、穩(wěn)定運行，并動態(tài)調(diào)整新風量保證室內(nèi)空氣品質及有效利用新風能源的一種高效的全空氣系統(tǒng)。它并不僅僅是在定風量系統(tǒng)上安裝末端裝置和變速風 機，而且還有一套由若干個控制回路組成的控制系統(tǒng)。變風量系統(tǒng)運行工況是隨機變化的，它必須依靠自動控制才能保證空調(diào)系統(tǒng)最基本的要求 適宜的室溫、足夠的新鮮空氣、良好的氣流組織、正常的室內(nèi)壓力。機組的變風量控制就包含了送風機的控制、回風機控制、新風量控制等諸多環(huán)節(jié)。 第 頁 3 2.1.1 VAV 系統(tǒng)的基本組成 TT新 風排 風回 風房 間 1 房 間 2送 風 管回 風 管靜 壓 控 制 器PH送 風 溫 度控 制 器送 風 濕 度控 制 器內(nèi) 含 控 制 器FF風門控制器T圖 2.1 VAV 結構圖 圖 2.1是一個完整的變風量（ VAV）空調(diào)系統(tǒng)風系統(tǒng)示意圖，它的主要由空氣處理單元（ Air-Handling Units ,AHU）、送風系統(tǒng)（主風管、支風管）、末端裝置（ Terminal Units）和送風散流器以及必要的自控裝置五部分組成。除末端裝置以外，其它組成部分與定風量空調(diào)系統(tǒng)的作用基本相同。 1）空氣處理單元（ Air-Handling Units ,AHU） 空氣處理設備 (即空調(diào)機組 )，是為滿足空調(diào)房間對送風狀態(tài)的要求而對空氣進行凈化和熱、濕處理的設備。空氣處理設備由普通的新風隔柵、新風閥、回風閥、送風閥、預熱器 (如果需要的話 )、表冷器和送風機組成。大型空氣處理裝置還包括送風機相匹配的回風機。 2）送風系統(tǒng) 送風系統(tǒng)主要由 送風管道組成。分為主風管和支風管。 3）末端裝置（ VAV Terminal Units） 末端裝置是變風量系統(tǒng)的關鍵設備，它可以接受室溫調(diào)節(jié)器的指令，根據(jù)室溫的高低，自動調(diào)節(jié)送風量，以滿足室內(nèi)負荷的需求。 第 頁 4 2.1.2 VAV 系統(tǒng)的特點 變風量是一種節(jié)能的調(diào)節(jié)方式，它具有以下一些特點： 1）由于 VAV系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)送入房間的風量來適應負荷的變化，同時在確定系統(tǒng)總風量時還可以考慮一定的同時使用情況，所以能夠節(jié)約風機運行能耗和減少風機裝機容量。有關文獻介紹， VAV 系統(tǒng)與 CAV系統(tǒng)相比大約可以節(jié)能30%-70%，對 不同的建筑物同時使用系數(shù)可取 0.8左右。 2）系統(tǒng)的靈活性較好，易于改、擴建，尤其適用于格局多變的建筑，例如出租寫字樓等。當室內(nèi)參數(shù)改變或重新隔斷時，可能只需要更換支管和末端裝置，移動風口位置，甚至僅僅重新設定一下室內(nèi)溫控器。 3） VAV系統(tǒng)屬于全空氣系統(tǒng)，它具有全空氣系統(tǒng)的一些優(yōu)點，可以利用新風消除室內(nèi)負荷，沒有風機盤管凝水問題和霉菌問題。 圖 2.2是一個典型的單風道 VAV空調(diào)系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，除了送、回風機、末端裝置、閥門及風道組成的風路外，還有 4個反饋控制環(huán)路（室溫控制、送風靜壓控制、送回風量匹配 控制及新排風量控制）。 T 1 I MI MC 4D MNNC 5FFT 3T T TC 2S PC 3新 風排 風送 風 機回 風 機末 端 裝 置靜 壓 傳 感 器房 間圖 2.2 單風道變風量空調(diào)系統(tǒng) 在供冷季節(jié)中，當某個房間的溫度低于設定值時，溫控器就會調(diào)節(jié) VAV末端裝置中的風閥開度，減少送入該房間的風量。由于系統(tǒng)阻力增加，送風 第 頁 5 靜壓會升高。當超過設定值時，靜壓控制器通過調(diào)節(jié)送風機入口導葉角度或電機轉速，減少系統(tǒng)的總送風量。送風量的減少導致送回風量差值的減少，送回風量匹配控制器會減少回風量以維持設定值。風道壓力的變化將導致新排風量的變化，控制器將調(diào)節(jié)新風、回風和排風閥來保持新排風量。 在冬 季，對于有內(nèi)外區(qū)的建筑，內(nèi)區(qū)繼續(xù)供冷，外區(qū)末端裝置只提供最小風量以保證新風和氣流組織，由末端再熱裝置或其他采暖系統(tǒng)供熱。 VAV系統(tǒng)不僅限于圖 2.2所示的單風道節(jié)流型這一種形式，還有旁通型、雙風道等等形式。廣義地講，只要是風量變化的全空氣系統(tǒng)都可以稱作 VAV系統(tǒng)。我國在 80年代初曾經(jīng)引進過 VAV系統(tǒng)，但由于對系統(tǒng)性能不夠了解，致使系統(tǒng)不能按設計要求運行。一時間 VAV系統(tǒng)的應用和研究停頓了下來，近來，工程師們又把目光轉向了 VAV系統(tǒng)。這其中有兩大原因。一是國內(nèi)目前的 CAV系統(tǒng)和風機盤管系統(tǒng)暴露出一些缺點。由于 我國目前舒適性空調(diào)系統(tǒng)都是沒有末端再熱的 CAV系統(tǒng)，所以，一個送風參數(shù)不能同時滿足不同房間的要求。風機盤管系統(tǒng)可以避免這個問題，但是凝水污染吊頂以及霉菌問題同樣令人不能容忍。隨著室內(nèi)辦公設備的增加、房間使用功能的變化、房間格局的變化，空調(diào)系統(tǒng)也應當做相應改動，可是 CAV系統(tǒng)和風機盤管系統(tǒng)改擴建較麻煩。第二個原因是受 VAV系統(tǒng)節(jié)能的誘惑?？照{(diào)歷來是個能耗大戶，而其中風機能耗占大半。因此，業(yè)主也希望采用 VAV系統(tǒng)以節(jié)約運行費用。 雖然 VAV系統(tǒng)有很多優(yōu)點，但是伴隨著 VAV系統(tǒng)的誕生，大部分系統(tǒng)或多或少地也暴露出 如下問題。從用戶的角度看，主要有： 1）缺少新風，室內(nèi)人員感到憋悶； 2）房間內(nèi)正壓或負壓過大導致室外空氣大量滲入，房門開啟困難； 3）室內(nèi)噪聲偏大。 從運行管理方面看，主要有： 1）系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，尤其是帶“經(jīng)濟循環(huán)（ Economizer Cycle）”的系統(tǒng)； 2）節(jié)能效果不明顯。 此外，目前 VAV 系統(tǒng)還存在一些固有的缺點： 第 頁 6 1）系統(tǒng)的初投資比較大； 2）對于室內(nèi)濕負荷變化較大的場合，如果采用室溫控制而又沒有末端再熱裝置，往往很難保證室內(nèi)濕度要求。 3）對一個系統(tǒng)來說，問題并不一定時時刻刻都存在，可能在 某個工況發(fā)生，在另一個工況又消失了。 從表面上看，似乎 VAV系統(tǒng)只不過比 CAV系統(tǒng)多了一些末端裝置和風量調(diào)節(jié)功能。可是，就因為 VAV系統(tǒng)風量的變化和增加的末端設備，使得 VAV系統(tǒng)從方案設計到設備選擇、施工圖設計，直到施工和調(diào)試都具有不同于定風量系統(tǒng)的特殊性。 VAV系統(tǒng)存在的這些問題和缺陷，其原因是多方面的。有的可能需要一定的技術支持才能解決；而有的可能通過空調(diào)系統(tǒng)設計人員的努力就可以避免。 2.1.3 變風量（ VAV）末端裝置 末端裝置是房間送風以維持室內(nèi)溫度的重要設備。末端裝置有如下幾種分類方法。（ 1）按 照改變風量的方式，有節(jié)流型和旁通型。前者采用節(jié)流機構（如風閥）調(diào)節(jié)風量；后者則是通過調(diào)節(jié)風閥把多余的風量旁通到回風道。（ 2）按照是否補償壓力變化，有壓力有關型（ Pressure Dependent）和壓力無關型（ Pressure Independent）。從控制角度看，前者由溫控器直接控制風閥；后者除了溫控器外，還有一個風量傳感器和一個風量控制器，溫控器為主控器，風量控制器為副控器，構成串級控制環(huán)路，溫控器根據(jù)溫度偏差設定風量控制器風量，控制器根據(jù)風量偏差調(diào)節(jié)末端裝置內(nèi)風閥。當末端入口壓力變化時，通過末端的 風量會發(fā)生變化，壓力無關型末端可以較快地補償這種壓力變化維持原有的風量；而壓力有關型末端則要等到風量變化改變了室內(nèi)溫度才動作，在時間上要滯后一些。價格上，壓力無關型要比壓力有關型高一些。（ 3）按照有無末端混風機來分，還有帶風機和不帶風機兩種末端。帶風機的末端可以在小風量時或低溫送風系統(tǒng)中保證室內(nèi)一定的氣流組織。按照風機和一次風的關系，帶風機的末端又可分為帶并聯(lián)風機的末端裝置（ Parallel Fan Powered Terminal）和帶串聯(lián)風機的末端裝置（ Series Fan Powered Terminal）。（ 4）按照控制方式分，有電動、氣動和自動的。電動的末端還有模擬的和直接數(shù)字 第 頁 7 控制兩種。 另外，末端裝置還可以附設消聲和再熱功能。 第 頁 8 3.METASYS 的系統(tǒng)概述 METASYS智能管理系統(tǒng)專為各類建筑中所有設備的監(jiān)測、控制和集中管理而設計，該系統(tǒng)的開放性、靈活性、可靠性及高質量，集中體現(xiàn)了樓宇管理與控制的最新潮流。 METASYS是一個集中管理、分散控制系統(tǒng)，因而它更高效，更可靠，提高了系統(tǒng)的容錯能力。 METASYS 是模塊化系統(tǒng)，易于擴展，因而將來的需要并不會損失 今日的投資。 METASYS 具備很強的聯(lián)網(wǎng)能力，可以與任一家愿意開放其通訊協(xié)議的產(chǎn)品或系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，從而使用戶很方便地在任何地方，任一臺操作站上，對所有設備或子系統(tǒng)了如指掌，大大提高管理水平及工作效率。 METASYS完全符合工業(yè)標準，它的設計立足現(xiàn)在，面向未來，適應軟件及硬件的不斷發(fā)展。用戶投資于江森公司的 METASYS是明智及長遠的選擇。 以下從硬件結構及軟件功能兩方面分別作詳細的介紹。 3.1 硬件結構 3.1.1 概述 METASYS的硬件系統(tǒng)是由操作站 (OWS)，網(wǎng)絡控制器 (NCU)及各種直接數(shù)字控制 器 (DDC)所構成的一種智能化控制網(wǎng)絡。 第 頁 9 圖 3.1 NETASYS 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖 3.1.2 網(wǎng)絡通訊 以太網(wǎng) (Ethernet/IP)作為一種應用越來越廣泛的網(wǎng)絡形式已被超過 80%的局域網(wǎng)使用。它具有優(yōu)良的性價比及易于安裝的特性。以太網(wǎng)的通訊協(xié)議(TCP/IP)為開放式系統(tǒng)提供了物理及數(shù)據(jù)連接層通訊的參考模式。它的通訊速率為 10Mbps，即每秒可傳遞大約 250頁文本所包含的信息。使用以太網(wǎng)具有以下優(yōu)勢： 1）數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝始胺€(wěn)定性 2）靈活的布線和設備聯(lián)結方式：可聯(lián)結高速以太網(wǎng)、 FDDI、令牌環(huán)網(wǎng)、 ATM等； 3）低成本； 4）可互相兼容的設備及拓撲形式：由于以太網(wǎng)的使用廣泛性，可以很容易的將其他廠家設備或系統(tǒng)通過它互相聯(lián)結； 5）易于安裝及擴展； 第 頁 10 6）減少維修成本。 以太網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲結構可為星型、總線型或混合型。星型結構的組成是通過非屏蔽雙絞線或光纖將各個節(jié)點連接至位于網(wǎng)絡中心的集線器上，該集線器可放置于建筑中任何方便的線架上。它的優(yōu)點是易于隔離及修復出現(xiàn)故障的節(jié)點，缺點是比總線形式需要更多的安裝線材。在這三種結構中星型結構適用于NCM與 OWS位置較遠的系統(tǒng)，總線型結構適用于 NCM與 OWS 位置較近的系統(tǒng)，而混合性結構適用于 NCM與 OWS位置有遠有近的系統(tǒng)。 操作站及網(wǎng)絡控制單元之間最常用的連接方式是 N1通訊網(wǎng)絡，其通訊方式為 Ethernet/IP。 N1 網(wǎng)上各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換采用點對點（ peer to peer）方式，各節(jié)點均具備動態(tài)數(shù)據(jù)訪問（ Dynamic Data Access）功能，即無論 N1網(wǎng)上任何操作站或任一 NCU上，均可以對全部的數(shù)據(jù)實現(xiàn)檢測或控制。 1）網(wǎng)絡設置 N1網(wǎng)可以設置成總線型、星型和混合型結構。它使 N1 網(wǎng)可以方便、經(jīng)濟地安裝及擴展。 N1網(wǎng)可以使用同軸電纜、雙絞線、 光纖或它們的組合。 NCU和操作站可以直接支持同軸電纜，并可方便地加上適配器連接光纖回路。每段 N1網(wǎng)的最長距離取決于所采用的媒質及網(wǎng)絡上節(jié)點的數(shù)量。采用有源分流器可以延伸連接線的長度。兩個節(jié)點間最長距離可達到 6.4公里。 2）開放式的結構和互連性 ETHERNET廣泛應用于工業(yè)和樓宇自動化領域。眾多的第三者供應商都支持這個標準并提供 ETHERNET 設備，如分流器及應用軟件。這意味著不用供應商提供的產(chǎn)品可以直接互換，使用戶有更多的產(chǎn)品選擇并且不會依賴于某一個供應商。 N1網(wǎng)上之通訊種類數(shù)據(jù)庫之上傳與下載、對現(xiàn)場 設備之指令和狀態(tài)之訊息等。各節(jié)點均具備動態(tài)訪問（ Dynamic Data Access）功能，即無論 N1網(wǎng)上任何操作站或任何一個 NCU上，均可以對全部的數(shù)據(jù)實現(xiàn)檢測或控制。 3）動態(tài)數(shù)據(jù)存取 很多系統(tǒng)都只容許有限度的資料分布， Metasys系統(tǒng)卻能容許在 N1總線上 第 頁 11 每個組件與組件間的自由通訊。這便是 METASYS系統(tǒng)的一個獨特之處 動態(tài)數(shù)據(jù)存取，加快了大量訊息之速度。雙重 Lon Works N2總線之運作是由在 Lon Works N2網(wǎng)上之 NCU 監(jiān)控。如其中一條線發(fā)生故障（即在 N2 網(wǎng)上之某一點沒有接收訊號） ， NCU會發(fā)出指令以恢復正常通訊。 在某些場合，用戶可能需要用到拔號式（ Dial-up）通訊方式，用以監(jiān)控遠處的控制系統(tǒng)，這時可以通過調(diào)制解調(diào)器，設置遠程操作站。 N2通訊總線是一種現(xiàn)場存取網(wǎng)絡，它連接控制器及接口模塊至網(wǎng)絡控制器。N2總線使用主 /從式通訊協(xié)議， NCU是主導， N2總線設備（ DDC）是從屬。 N2總線使用 Opto-22 optimumx 通訊協(xié)議，并且已被證明其優(yōu)越性。 N2總線遵循EIA， RS-485電氣標準。 3.1.3 聯(lián)網(wǎng)能力 對于樓宇系統(tǒng)的設計和管理者來說，真正的挑戰(zhàn)是：怎樣利 用所有子系統(tǒng)的能力？怎樣有效地管理它們，從而提供一個高質量的辦公環(huán)境？ METASYS系統(tǒng)使上述問題迎刃而解。各個不相聯(lián)系，甚至是來自不同公司的系統(tǒng)，通過METASYS被恰當?shù)芈?lián)系在一起，變成一個系統(tǒng)的集成。各系統(tǒng)相對獨立，自成體系，必要時相互配合，實現(xiàn)聯(lián)鎖控制，從任何地方，任一臺操作站上，都可以收集到全部的數(shù)據(jù)。操作員從一臺操作站上，便可以了解全樓各個角落中任一系統(tǒng)的運作情況，一旦有故障發(fā)生便可立即做出反應，甚至客戶還未感覺到任何不妥，問題便已經(jīng)解決了。 美國江森公司作為美國 Ashear 學會發(fā)起者之一 ，其 Metasys 系統(tǒng)已能與超過 75個公司（其中包括 Carrier, York, Trane, ABB, Libert 等）的子系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，并已完成 2000多個聯(lián)網(wǎng)項目。我們隨時準備為用戶實現(xiàn) METASY與任何愿意開放其通訊協(xié)議的公司產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)。 3.1.4 操作站 操作站為 IBM 或其他品牌標準個人電腦，操作站提供視窗化的、高水平人機界面，用戶可選擇中文或英文操作。 它以微軟公司的 Windows為運行環(huán)境，允許 Windows支持的其他軟件 第 頁 12 同時運行。并可以與他們進行動態(tài)的數(shù)據(jù)交換（ DDE）。例如您可以用已熟悉的Microsoft Excel 來處理數(shù)據(jù)，做出一系列的統(tǒng)計表。 它可編程及產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫，并直接下傳程序至各控制器。它可備份數(shù)據(jù)庫、存儲點的歷史記錄、趨勢分析、操作員進入 / 退出記錄、以及報警記錄等。 METASYS界面操作全部視窗化，無需記憶操作指令。它的網(wǎng)絡圖猶如一張聯(lián)絡圖，表示出所有監(jiān)控設備及其相互關系，操作員只要調(diào)出 METASYS應用程序，便一目了然：哪個系統(tǒng)為哪一樓層服務；哪些設備為哪些區(qū)域服務等。 METASYS使用了一種分布于整個網(wǎng)絡、面向目標的軟件體系。只依靠鼠標操作，便可走遍整個建筑。它用圖形 顯示建筑物的各樓層平面和設備簡圖，并通過鮮艷的色彩和動態(tài)數(shù)據(jù)顯示、報告所監(jiān)控的點的信息。 網(wǎng)絡中任一個操作站均可以存取整個網(wǎng)絡的所有信息，各操作站可同時使用。 METASYS系統(tǒng)根據(jù)大樓的具體功能要求，我們對操作站的界面、特性、功能做了一系列的改進，增加了許多更直觀的視覺顯示效果，并且通過 OPC（ OLE for process Control）軟件技術使所有的設備管理系統(tǒng)均可在簡單明了的圖形顯示下集中完成，目前我們稱改進后的操作站系統(tǒng)為 M5，現(xiàn)就其幾項主要的特征說明如下： 1）多屏顯示 在一個操作員界面顯示 監(jiān)控龐大的集中自動化系統(tǒng)的所有信息是一個大難題，而 M5操作站采用屏幕管理系統(tǒng)解決這個困難，大型建筑物及多種網(wǎng)絡均可采用此項技術以支持多屏顯示。 2）現(xiàn)存圖形的重復利用 無論是 Johnson Controls 的工作站內(nèi)的圖形，或是其他的圖形格式，METASYS操作站都能再利用它們。利用繪圖軟件 Core Draw、 Visio及 Auto cad以及數(shù)碼像機視像抓取卡及數(shù)字掃描儀等設備均能提供豐富的圖形資源，操作站的靈活性大大減少了程序員和操作者的工作。 3）動畫介面 第 頁 13 M5操作系統(tǒng)采用全新動畫界面，可伴隨有音樂和旁 白，更生動地描述現(xiàn)場情況，同時可將大樓受控設備的實時圖像通過集成系統(tǒng)傳到操作站，從而更準確直接地指導操作員應采取的動作。 4）采用顏色梯度的動態(tài)信號 METASYS Workstation 圖形技術提供完整的動態(tài)圖形控制，包括顯示、閃爍旋轉、動畫以及色彩梯度。 5）動作趨勢 3.1.5 記錄 /報警打印機 打印機用于系統(tǒng)操作的記錄。每臺打印機的記錄內(nèi)容可根據(jù)用戶要求設定，而記錄格式在調(diào)試階段即可定義。 3.1.6 網(wǎng)絡控制器（ NCU） 網(wǎng)絡控制器（ NCU）是一種高性能的現(xiàn)場盤，它由一系列可兼容的電子智能化模塊所 構成。它可以實現(xiàn)復雜高性能控制的任何控制程序，同時也可以協(xié)調(diào)通信網(wǎng)絡中各獨立的 DDC控制器 ,為它們提供報警監(jiān)視和綜合控制功能。 NCU可脫離任何上位機（如個人電腦），獨立承擔控制及通訊功能。 網(wǎng)絡控制模塊（ NCM）是 NCU的主要部件，它裝備高速 80386微處理器，其內(nèi)存（ RAM）可由 8MB擴展至 10MB，它帶有自診斷功能，并有 72小時后備電池。 NCU上備有多種簡單而通用的系統(tǒng)接口，供操作人員使用。第一個接口是標準 RS 232連接件，可連接手提計算機或輸出打印機；第二個接口是手提網(wǎng)絡終端接口，網(wǎng)絡終端像操作站 一樣，能夠存取網(wǎng)絡中的所有信息；第三個接口可用于調(diào)制解調(diào)器，用于遠程監(jiān)視或打印。 NCU能支持多用戶環(huán)境，就是說，任意多少位操作員都可同時存取 NCU中的信息。 通過多個網(wǎng)絡控制器，即可將大樓每一個側面的管理情況緊密的連接起來，進行全面綜合的管理。通過相互共享整個網(wǎng)絡中的所有信息，每個 NCU能用高級控制算法提供全建筑物范圍的最優(yōu)控制。 第 頁 14 網(wǎng)絡控制器具有多種統(tǒng)計控制功能。 網(wǎng)絡控制器可配置手提終端檢測器，該檢測器完全可以代替操作站的功能，存取整個系統(tǒng)中所有信息和發(fā)出控制指令。 手提檢測器 /網(wǎng)絡終端： 手提檢 測器是供大樓維修人員對樓宇自控管理系統(tǒng)中的網(wǎng)絡控制器及直接數(shù)字式控制器進行檢查使用。 維修人員可以更改設定值，并可以獲得各有關的數(shù)據(jù)、報警及狀態(tài)。在檢查的過程中不會中斷或干擾各控制器間的正常動作及通訊。 網(wǎng)絡終端（ NT）能使大樓管理或維修人員直接掌握 Metasys 系統(tǒng)內(nèi)的所有設備的運行情況，不管 NT是與哪個 NCU 連接，利用 NT都可以在大樓的任何地方存取全部信息。 觸摸屏輸入及多點顯示屏，使用方便。 菜單提示及在線幫助，使用者容易掌握。 5級密碼保護，網(wǎng)絡安全有保證。 METASYS的 5級密碼口令， 不僅對操作站提供保護，對 NCU 上的操作員接口，也同樣使用一致的密碼信息。 3.1.7 直接數(shù)字控制器（ DX-9100-8154 / XT-XP 模塊） 直接數(shù)字式控制器即 DDC，又稱上位機，它是自控系統(tǒng)實現(xiàn)各項功能的具體執(zhí)行設備，應具有高可靠性、控制功能強、控制程序可根據(jù)要求進行編寫修改的特點，即獨立監(jiān)控有關設備，又可聯(lián)網(wǎng)通過信息網(wǎng)絡接受主機（上位機）的統(tǒng)一控制與優(yōu)化管理。 DX-9100是 METASYS 系統(tǒng)的最前線裝置，它分布于建筑物內(nèi)各處的設備現(xiàn)場，如空調(diào)機房，水泵房，冷凍站等。 DDC連接于 METASYS 的 N2總線， NCU及操作站均可對它們實現(xiàn)上位機的超越控制。 目前最常用的 DX 9100控制器是一個模塊化，可擴展，在現(xiàn)場具有顯示及操作能力的控制器。它的基本配置為 8AI， 8DI， 2AO及 6DO，共為 24點，根據(jù) 第 頁 15 現(xiàn)場需要可增加各類型點的擴展模塊，最多可擴展 64個點。 DX 9100的軟件功能十分齊全，可實現(xiàn)各種現(xiàn)場控制要求。其操作系統(tǒng)包括實時功能， 12個可編程模塊，及 PLC 邏輯運算模塊。由于它是由一個個功能模塊所構成，其圖形化的編程工具使得程序設計異常簡單。用戶只要簡單地調(diào)用圖塊，填寫參數(shù)，控制程序便自動生 成。所有的編程均可在 METASYS操作站完成，并直接下傳至 DX 9100。它除了完成各種運算及 PID 回路控制功能外，還具備多級控制及統(tǒng)計功能；其 PLC邏輯運算模塊，具備一般 PLC控制器的功能；其實時功能可同時設置多達 8個時間控制程序，每個時間控制程序，可針對星期一至星期日及特定的一些公眾假期，分別設定不同的啟動 /關閉時間。如此強大的軟件功能，決定了 DDC具有獨立運作的功能，當中央操作站故障，網(wǎng)絡控制器故障或通訊線斷線，都不會影響其操作。 可通過傳輸模塊（ XT）接多達 8個擴展模塊（ XP），增加控制輸入輸出點容量，配置靈活，并可通過內(nèi)置的 LED來監(jiān)控這些點。 XP-9102 為 6AI/2AO， XP-9103為 8DO， XP-9104為 4DI/4DO， XP-9105 為 8DI。 3.1.8 現(xiàn)場設備 現(xiàn)場設備包括傳送器，變送器，風閥執(zhí)行器等，它們均直接與 DDC連接。 3.1.9 程序存貯器 NCU和 DX的存貯器采用 EEPROM， EPROM 及 RAM。 系統(tǒng)構成和控制程序存貯在 EEPROM 和 EPROM中，在掉電期間，程序仍可保持。實時時鐘和功能存貯于 RAM中，帶有后備電池（ NCU中可維持 72小時， DX中可維持 1年）。存貯器分配 的原則是當偶爾在線變更某些參數(shù)時，盡量減少對控制器操作的干擾。在 METASYS中，許多用戶變更，甚至是統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，均可以在線進行。 這種安排使得控制器既能提供足夠的內(nèi)存（從而滿足設備管理系統(tǒng)的各種控制功能的需要），又不至于花費太大。假如控制器掉電超過 72小時，保存在NCU之 RAM中的數(shù)據(jù)將會丟失，這時， METASYS會自動通過高速 N1總線，將數(shù)據(jù)自動地由操作站下傳到 NCU中。 第 頁 16 3.1.10 系統(tǒng)的運行環(huán)境要求及用電量 1） DX-9100控制器 (DDC)： 工作環(huán)境要求： 050 (32120 )，相 對濕度 1090% 不結露。 用電量： 24VAC， 50/60Hz， 10VA 2） XT及 XP模塊： 工作環(huán)境要求： 050 (32120 )，相對濕度 1090% 不結露。 用電量： 24VAC， 50/60Hz， 5.5VA 3.2 軟件功能說明 各種不同功能的軟件，構成了完整的 METASYS操作系統(tǒng)?，F(xiàn)以主要軟件功能作以說明。 3.2.1 摘要（各類報告清單） 在 METASYS中，用戶可以直接得到各種分類的報告清單，這些清單可以顯示于監(jiān)視器上，也可以打印或存盤?？梢灾苯诱{(diào)用的報告清單有 16種，其中最常用 的錄示如下： 1）監(jiān)控點清單 2）報警點清單 3）嚴重級別報警點清單 4）脫機點清單 5）處于超越控制狀態(tài)下點的清單 6）禁止通訊點的清單 7）被鎖定點的清單 8）被定義于跟進文件中的報告 9）時間預定的時間表清單 第 頁 17 10）假日時間預定的時間表清單 11）各監(jiān)控點的高低限及死區(qū)值清單 以上報告清單根據(jù)用戶的指定，可以選擇針對網(wǎng)絡中所有點，也可以針對某一個系統(tǒng)中的監(jiān)控點?；蜻x擇一組甚至幾組中各系統(tǒng)中的監(jiān)控點。 3.2.2 密碼保護功能 Password METASYS 系統(tǒng)可提供五個等級，多達 100個密碼口令 ，為網(wǎng)絡和操作站提供安全保障。 口令訪問在整個 METASYS網(wǎng)絡中是一致的。無論操作員走到哪一臺操作站，或是在現(xiàn)場用手持式網(wǎng)絡終端，他只要使用自己的口令，便有相同的放行級別。當對口令系統(tǒng)進行增減或改變時，網(wǎng)絡中各操作裝置同一時間自動配合，而不需要在每個操作裝置做出更改。 對每個口令，系統(tǒng)提供一個自動退出時間，該時間可自由設定，范圍從 1到 1440分鐘。如果操作員離開前，忘記退出系統(tǒng)，設定的時間過后，系統(tǒng)會自動退出，繼續(xù)受到密碼保護。 各級口令的職能如下： 第 5級 只可監(jiān)視，檢查數(shù)據(jù) 第 4級 第 5級操作員控制及預定 第 3級 第 4級監(jiān)控點參數(shù)的改變 第 2級 第 3級數(shù)據(jù)庫增減 第 1級 第 2級口令編輯 3.2.3 用戶圖形化編程語言 Graphic Programming Language 用戶可以通過先進的圖形化編程語言，實現(xiàn)各種復雜的高級算法及超越控制。 METASYS的圖形化編程語言通過圖形方式，使用戶以畫流程圖的方式， 第 頁 18 進行編程。它的特點是直觀、易懂、方便修改。 METASYS提供一系列已經(jīng)證明可靠的圖形化程序，方便用戶直接調(diào)用。用戶可以在自己的程序中插入它們，也可以 對它們進行修改。 3.2.4 狀態(tài)改變報告 METASYS系統(tǒng)可提供所有雙態(tài)點的狀態(tài)改變記錄，該記錄可以輸出到打印機上，也可以直接報告至指定的操作站及磁盤文件。記錄顯示改變狀態(tài)的點的名稱。點的詳細說明及發(fā)生狀態(tài)改變的時間和日期。 3.2.5 報警信息報告及報告分組 /報警管理 Report Router / Alarm Manager METASYS具有完善的報警管理。操作站優(yōu)先處理和首先顯示最重要的報警點，并且能夠有選擇地把不同的報警傳至位于網(wǎng)絡中任何位置的相應操作站，甚至傳到用拔 號調(diào)制解調(diào)器聯(lián)結的遠程操作站。 3.2.6 監(jiān)控點歷史 Point History METASYS系統(tǒng)中所有監(jiān)控點都自動產(chǎn)生一個歷史，該記錄存放在網(wǎng)絡控制器中。模擬點每 30分鐘采樣一次，如有特殊需要，用戶指定一個 PC文件，記錄將自動轉入該文件中，提供長期的歷史數(shù)據(jù)。雙態(tài)點可記錄 10次開 /關動作。每個點具備歷史這一特性，方便用戶隨時分析設備的性能，回顧故障或事件發(fā)生的時間，大大提高設備管理水平。 3.2.7 動態(tài)趨勢分析 Trend 動態(tài)趨勢分析可應用于系統(tǒng)中的所有監(jiān)控點，其采樣點數(shù)及采樣間隔（范圍 1分鐘至 120分鐘）均由用戶自已定義。 當監(jiān)控點歷史不能滿足設備性能分析的要求時，可利用動態(tài)趨勢分析這一軟件功能。 第 頁 19 3.2.8 累積、統(tǒng)計功能 Totalization 各 DDC及 NCU 均具備累積、統(tǒng)計功能。用戶可定義一個限額，當累積或統(tǒng)計值超過此值時，系統(tǒng)統(tǒng)可發(fā)出報警。 3.2.9 數(shù)據(jù)庫下傳 /上載功能 METASYS系統(tǒng)中，所有 DDC 的現(xiàn)場控制程序，均可由操作給直接下載，不論何時，用戶可以從操作站上很方便地修改 DDC的現(xiàn)場控制程序，并直接下載至 DDC，而不需走到現(xiàn)場。 用戶通過操作站對系統(tǒng)數(shù)據(jù)所進行的任何增減及 參數(shù)的修改，均直接儲存于網(wǎng)絡控制器中，系統(tǒng)的運行并不依賴于操作站。為防止現(xiàn)場數(shù)據(jù)（儲存于 NCU中）的丟失或損壞，從操作站可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳?；貍鲾?shù)據(jù)保存在操作站硬盤中，作為備份數(shù)據(jù)。 3.2.10 動態(tài)圖形顯示及操作站工作環(huán)境 Graphics 為使監(jiān)控點的位置更直觀及便于對系統(tǒng)的分析， METASYS 系統(tǒng)提供彩色動態(tài)圖形顯示，包括樓層的