武汉体育中心总建筑面积约五万平方米,建成后将成为一栋跨世纪的智能大厦，其楼宇自动化系统作为综合电子系统中很重要的子系统之一，必须具有先进可靠的实时控制功能、强大的管理功能及很强的开放性和可扩展性。以满足大厦的高度智能化和将来的系统集成，并达到优秀智能化大厦的标准。

本系统为集散型控制模式，模块化结构，具有很高的可扩展性。其系统的操作系统为WindowsNT，系统以太网采用标准的TCP/IP通讯协议，通过安装标准的数据库，使得所有的信息能实时动态管理，从而使系统的集成具有可能性。

系统在大厦设一个中央电脑监控中心，集中统一管理大厦的空调设备、新风设备、排风设备、给排水及供配电设备。系统的下一级连接控制设备直接数字控制器（DDC）来控制现场设备，形成一个集散系统，对现场数据进行实时采集、监视和控制。监控数据及报警数据 自动记录和保存，提供长期的数据趋势图，可随时提供监控点状态和历史数据报告。

楼宇自动化（BAS）在本项目中，主要是指本体育场的弱电系统设备的自动化，其中主要包括几个子系统：

·冷冻机�冷却水系统监控系统

·空调系统监控系统

·变配电系统监控系统

·照明系统40回路监控系统

实现该系统后，能使业主在营运时，达到精简人员，提高工作效率，节省管理开销。而工作人员在工作时，由于是集中管理和远程监控，也带来很大的方便。因此，系统的实施具有必要性，而效益也十分明显。

武汉体育中心体育场是武汉市的一个重点工程，该工程建成后，要成为武汉市最现代的体育场。将具有国内一流水平的现代化体育场。能举办国内综合体育比赛或单项国际比赛的场所。

我们根据相应的规范和有关的文件：

• 中国国家行业标准JGJ/T16-92"民用建筑电气设计规范"

• 智能建筑设计标准(DBJ-08-47-95)
• 采暖通风与空气调节设计规范(GBJ19-87)
• 高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95)
• 电气装置工程施工及验收规范(GBJ232-82)
• 建筑智能化系统工程设计管理暂行规定(建设部1997-290)

• 武汉体育中心电子工程系统招标标文件

结合我们从事BAS控制系统的经验，我们对楼宇自动化系统进行了设计。

目前，从事楼宇自动化设备的公司比较多。但是，在世界上，比较多的是采用Honeywell XBS计算机网络系统的Excel 5000。该产品是Honeywell公司在1994年底推出的全新的建筑物自动化系统。Excel 5000 采用共享总线型网络拓扑结构 (以太网) ，把分布在建筑群中不同建筑物或建筑物不同的位置控制分站 (现场控制器 DDC ) ，以可以高达 1Mbps 的通信速度，直接用一条普通双绞线互相连接起来，形成集散式控制。Honeywell公司是一家全球性的经营自动化系统的控制公司。该公司以增加舒适度、节省能源、保护环境等为目标经营。在此基础上实现互利增长的目标。该公司在全球的业务范围非常多，有许多的大厦的楼宇自动化都是用Honeywell公司的产品。在中国的北京、上海、深圳等地都有该公司的受权经销商。

Honeywell公司的产品包括：

楼宇自控（XBS基本型建筑自动化系统、XBSI综合型建筑物自动化系统、XFI开放型建筑物自动化系统）防火与保安系统等。

EXCEL5000控制系统的特点：

• XL500大型控制器

这是一台采用插拨功能模块组合型的大型控制器，可用于冷水站，供热站，变配电站，空调机房等机电设备比较集中的地方，根据控制对象不同类型控制点，进行不同点数的组合，以使控制器最有效的利用它的控制点和控制功能。控制器的电脑模块装有16位 CPU，RAM 128Kbyte，OS EPROM 512K byte，并装有先进的块擦存储器 Flash Memory 128/256K byte （小硬盘）作为控制器的数据库，供用户现场编程调试之用。

• 模拟输入模块(AI):8个点,0~10VDC,4~20mA,PT1000
• 模拟输出模块(AO):8个点,0~10VDC
• 数字输入模块(DI):12个点,1mA,24VDC或 24VAC,max。
• 数字输出模块(DO):5个继电器输出,1个常开触点输出,4A,24V

每块模拟输出和数字输出模块可带超驰控制开关以实现远方自动/手动控制切换。也可有发光二极管LED提供状态显示和以亮度变化反映模拟量输出的大小变化。

• XL100 中型控制器

这是一台有12个数字量输入控制点、12个通用输入控制点和12个通用输出控制点的36点控制器，它的12个数字量输入控制点可做为总加点输入使用。电脑芯片为16位CPU，RAM128Kbyte,OS EPROM 512K yte，并装有先进的块擦存储器 Flash Memory 128/256K byte （小硬盘）作为控制器的数据库，供用户现场编程调试之用。

还有部分设备，比如调节阀、电动阀门执行器等。

• V5049二通调节阀

在供暖、通风及空调系统中用于对水或蒸汽进行比例式调节。所有V5049系列阀门都可以配用MP953气动阀门执行器或M6420/21/25和M7420/21/25 电动线阀门执行器。

• M7420A电动阀门执行器
• 带电子转换器的电动执行器可作加热、通风和空调系统阀门的调节控制。
• V5011F二通混合阀

用于加热或制冷系统中蒸汽和水的二位控制或连接调节。

建议采用美国 Honeywell公司的EXCEL5000系统产品，该系统有控制器包括EXCEL IRC、EXCEL20/80/100，只要配备适当的设备，就能满足体育场的设计要求。为了使系统设计满足客户的要求，减低安装开支及困难，并以最高的经济效益为原则，并尽量维持员工的工业安全。

为配合以上的原则，系统设计有以下的安排：

所有的控制器设置在最接近空调，水泵和其他的设备的机房内，方便维修。

1．在确保输入/输出点有一定的冗余备份以确保足够的可靠性的情况下，减少浪费。

2．图像化电脑监控中心设控制室，方便操作和监控。所有的设备均会直接连到所属的控制器上。而控制器之间及控制器与电脑监控中心之间由双绞线连在一起，作为数据传送。

系统的监控由EXCEL5000智能监控系统中心负责，主机所用的操作系统微软的Windows 98/Widnows NT。

i 制冷与空调设置的监测、记录及控制。

i 通风设备的监测、记录及控制。

i 照明及供电设备的监测、记录及控制。

i 供水、排水设置的监测、记录及控制。

i 其它系统的节点的监测及记录。

使用这套系统，即可完成楼宇的设备管理工作的全部工作，给用户提供舒适、安全的环境，发挥各种潜能，最大地节省能量消耗。

该系统有一个中央控制器，通过现场总线将各种功能的控制器与中央工作站线相连，完成空调设备、制冷系统、电力及照明系统、给排水系统等监测及控制。现场接有各种探测器、操作器、电气开关等设备。因此，这是一个三层系统。

如图所示

中央工作站：PШ500主机。

区域控制器： Excel5000系统相兼容的控制器，及数据总线上各种可能独立工作的控制单元。

现场设备：各种用途的传感器、操作器。如：温度、压力、流量、热度等探测器，阀门、风门等执行器。

1. 采用简洁、可靠、易扩展集散系统，现场控制域内的通讯总线为共享式，通讯速度高达1Mbps的通讯速率，直接用一条双绞线连接起来。，系统信息通讯为同层通讯，现场控制器 DDC以微处理器为核心，实现全部监控功能，其工作可与中央站(计算机控制中心)无关。DDC与中央站之间无网络控制器之类的设备，直接挂在总线上，DDC与 DDC之间均直接通讯。系统扩展变动简便，仅增减DDC模块数量或DDC数量，不修改网络控制器，减少对系统通讯的影响。系统通讯速度高，控制器总线C-BUS上的通讯速度高达1Mbps。以太网上通讯速度为10Mbps。

2. 模块化结构

Excel 5000的现场控制器灵活多样，以适应不同控制点容量的要求，降低成本。采用功能模块组合型的大型控制器，可根据每个区域输入/ 输出点的变化，选择不同数量和形式的输入/输出模块配置，能有效利用其控制功能。减少多余控制点和现场埋管穿线工作量，降低成本，提高工程质量。

3. 开放性、兼容性

XBS 是一套开放的计算机网络系统，采用总线型拓扑结构的以太网以 10Mbps 的高速，把多个工作站联接起来，构成局域网。采用标准协议进行数据通讯。从编辑到应用均对用户开放，对其他应用系统也是开放的。提高和其它应用的资源共享。

4. 抗干扰能力强

Excel 5000 系统抗干扰能力强，采用一般非屏蔽双绞线（五类线规格一样)，无需通常使用的屏蔽线 或 同轴电缆。

5. 控制器的数据保护

DDC控制器备有后备电池，可保证RAM中的数据在一个月内不丢失。在正常运行时，DDC不断地测试后备电池，如果电池电压过低，则控制器给操作员发送报警信息。不需要电池的块擦存储器能够长期地保存控制器的数据库。

6. 系统综合管理

• 人机界面

用单一窗口方式可对整个系统进行管理，Windows NT中文界面及直观的平面图形显示及控制流程模拟现场显示。显示内容直观，图形化操作，简便、易于掌握。具有很好的人机界面。操作员设操作权限，不同操作权限的操作员具有不同的可操作内容，以保证 管理的安全性。

• 综合数据管理功能

--设定假期表

--修改系统内日期、时间

--自动或手动启停设备

--观察监控点状态或数值

不间断地采样现场数据存储或打印报表。监控点可通过手动操作或自动制成一份报表，可存储、显示或打印。系统主要生成的报表：

--系统内的所有监控点总表

--所有正在与系统网络停止联系的监控点

--所有被超控的监控点

--点的趋势图

--所有故障点表

--一星期启停时间表

--假期启停时间表

系统同时可以提供以下摘要：

--指定监控点

--相互关联点的组别

--操作自行选择的组别

打印报表和图形分为历史及动态两种。动态图形趋势最多同时显示6个点，采样速率5秒至60分钟。历史趋势最多同时显示8个点，取样速率10秒至24小时。利用微软公司之表格软件来作图型式趋势纪录，最多取样300个点

• 先进的报警管理

XBS先进的报警管理和处理功能保证操作员能及时收到过程故障或不正常状 态的通知。用户定义事件的报警优先级，中央站显示及音响报警、存储在报警历史文件中并在打印机 上打印输出。

7.优化控制

DDC可根据实际工况，计算出所需负荷，如所需冷量，从而计算出需开的冷冻机及冷冻水泵，调节运行参数，保持设备运行在最佳工况下，以达到节省能源的目的。在节能控制方面可以提供的节能程式包括间隙工作、焓值控制、最佳启动、最佳停机、夜间静化、夜间循环等

1. 系统软件采用工业标准，以先进的开放系统技术，如 Windows NT 以太网TCP/IP、X-WINDOWS/MOTIF、MS-WINDOWS和DDE Link等，以方便用户使用和扩展系统。该系统提供的开发软件包是一组图形化工具，使用组态的开发方式，使用户非常方便地设计开发控制方式，编制各控制器上使用的应用程序。Micrografx Designer彩色图形软件包采用世界上公认的美国的ASHRAE图符和德国DIN图符，方便用户绘图，并带有图库。

标准绘图库：
----暖通空调控制原理图
----设备图(风机，挡板，冷冻机和锅炉)
----传感器，指示器和执行机构符号(温度，湿度，压力)
----动画符号(风机叶片，挡板位置，加湿器动作)

该系统采用最新技术的Windows NT中文图形用户界面，操作员通过多级细化的现场图形来管理各点和各种设备。最上层的视图显示整个体育场，然后逐步进入设备室视图，显示各设备室所监控的设备状态。视图可显示不同的颜色并可简单的活动，色标可区分正常和不正常的探头报警状态，风机、水泵开关状态，阀门开启程度等。下拉式菜单和对话框的使用，可确定系统参数和操作员权限，并可选择报表和采样趋势点，绘制历史和动态曲线、棒状图形等。屏幕上专用的声光报警可实时通知操作员有报警信息，使操作员能及时根据报警的紧急级别，查看报警位置并阅读操作建议。

2．网络

通讯总线HoneywellExcel5000系列所用的总线，都是以无屏蔽双绞线（UTP）作为传输介质，布线方便。为本项目设计之楼宇自动化系统，应用了以下的分站总线：

中央通讯总线C-Bus。 C-Bus是以RS485作点对点通讯，通过一块C-Bus介面卡，用以联接Excel5000系列控制器，介质为Honeywell双绞线AK3744（18AWG，线径1亳米带护套），长度可达1200米。每条C-Bus可连接29个的Excel5000系列控制器，通讯点限制为1500点，通讯速度为1M波特。

在现代化的大型建筑中，一般都采用中央空调系统。空调系统的作用就是对室内空气进行处理，使空气的温度、流动速度及新鲜度、洁净度等指标符合场所的使用要求。为此必须对空气进行冷却或加热、减温或加湿，以及过滤等处理措施。其相应设备有空调、风机盘管系统、风管系统、水管系统等。空调系统的监控设计，可从以下三个方面考虑：

　　A、机组基本参数的测量、设备的启停控制。

　　B、基本的能量调节。

　　C、冷热源及水管系统的全面调节与控制。

整个系统是由三部分组成的。

• 冷源系统
• 空调系统
• 排水系统

一．冷源系统

A.冷冻系统控制

• 基本控制设备数量及内容

功能： 整体控制可提供对冷水机组运行工况的监测、控制及诊断；可按每天预先编排的时间程序或实际要求来启/停冷水机组；可将单个机组或整体系统即时和以往累积报告给出。实现最优运行。

－冷冻机组启停，工作状态及故障报警（DI）

－冷冻水泵启停（DO）

－冷冻水泵运行状态及故障报警（DI）

－冷冻水供/回水温度、水压监测（AI）

－冷冻水回水流量监测（AI）

－室外温度监测（AI）

－监测各设备运行时间，工作泵与备用泵切换（DI）

以上工况均可在彩色显示器上显示及打印机输出。

• 系统软件可自动满足如下自动控制要求：

－机组启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示主要参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况

－机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示

－设备发生故障时，自动切换

－ 根据程序或大楼的日程安排自动开关冷冻机组

机组，使每台机组运行时间基本相等，目的是延长机组使用寿命

Q： 负荷

K： 常数

M：流量

T1：回水总管温度

T2：供水总管温度

联动停止顺序：

1. 制冷机→（延时5分钟）②冷冻水泵→ ③冷冻机的冷凝器电动蝶阀 →④冷却水泵→⑤冷冻机的蒸发器电动蝶阀→⑥冷却水塔电动蝶阀→⑦冷却水塔风机

－监测冷冻机组流量低于设定值，立即关闭冷冻机组及相关设备。

• 压差旁通监控内容

－在总进水管和总回水管之间设置压差传感器（AI）

－通过电动两通阀调节压差，使压差保持在1.0kg（AO）

－采用PID的调节方式

• 热水系统与冷水系统类似.

B.冷却系统监控

• 基本控制设备数量及内容

－冷却水泵启停（DO）

－冷却水泵运行状态及故障报警（DI）

－冷却塔风机启停（DO）

－冷却塔风机（DI）

－监测各设备运行时间，工作泵与备用泵切换

以上工况均可在彩色显示器上显示及打印机输出。

• 系统软件可自动满足如下自动控制要求：

－系统启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报 警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况

－机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示

－设备发生故障时，自动切换

－根据冷却水供回水温度，自动决定冷却塔风机的开启台数，保证冷却水控制在一定的范围内

－自动累积冷却塔的运行时间，自动选择运行时间最短的冷却塔，保证各台冷却塔运行时间基本相同，延长其寿命。

二．热源系统

－系统按每天预先编排时间假日程序控制采暖循环泵启停

－采暖循环泵故障告警

－监视分集水器、膨胀水箱的液位及水位告警

三．空调机组

按预先编排的程序，自动控制机组的启停，并对风机的工况进行监视

－风机的正常运行状态（DI）

－风机自动/手动状态(DI)

－风机的故障状态（DI）

－过滤网阻塞报警（DI）

－送回风温度、湿度测量（AI）

－新风风门、回风风门开度调节（AO）

－风机的开关控制（DO）

以上工况均可在彩色显示器上显示及打印机输出。

系统软件可自动满足如下自动控制要求：

－系统启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况

－机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示

－风机启动后，控制程序投入工作

－自动监测过滤网两端压差，堵塞时报警，提示清洗过滤网

－根据送风温湿度的偏差，调节旁路风门，冷冻水阀保持送风温、湿度在设定值

－当系统停止运行时，所有风阀多关闭，冷冻水阀全关

四．新风机组

在空调系统中，为了提高室内舒适度及空气新鲜度、洁净度等，需补充适量新风。并且新风量在空调冷热负荷中所占的比重很大，因此，新风量控制在合适范围内是很有意义的。 一幢建筑物可以有很多台新风机组，每台新风机组负责制一个区域（可为一层或若干层），该新风机组就要保证这一区域的新风要求。

按预先编排的程序，自动控制机组的启停，并对风机的工况进行监视

－风机的正常运行状态（DI）

－风机自动/手动状态(DI)

－风机的故障状态（DI）

－过滤网阻塞报警（DI）

－送风温度、湿度测量（AI）

－新风风门开度调节（DO）

－风机的开关控制（DO）

以上工况均可在彩色显示器上显示及打印机输出。

• 系统软件可自动满足如下自动控制要求：

－系统启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况

－机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示

－风机启动后，控制程序投入工作

－自动监测过滤网两端压差，堵塞时报警，提示清洗过滤网

－根据送风温湿度的偏差，调节新风风门，冷冻水阀保持送风温、湿度在设定值

－当系统停止运行时，新风阀关闭，冷冻水阀全关

－当接到防火阀关闭的信号时，空调机关闭

五．送排风机系统

控制设备数量

按预先编排的程序，自动控制机组的启停，并对风机的工况进行监视

－自动启/停运行时间的累计

－风机的正常运行状态（DI）

－风机的故障状态（DI）

－风机的开关控制（DO）

以上工况均可在彩色显示器上显示及打印机输出。

系统软件可自动满足如下自动控制要求：

－系统启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况

－机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示

－风机启动后，控制程序投入工作

－根据大楼物业管理部门的要求，定时开关各种风机，以达到最佳管理，最佳节能的效果

六、给排水监控系统

• 设备控制及功能

－各水池、水箱、集水井的高低液位报警（DI）

－监测各水泵的运行状态、故障状态及运行状态（DI）

－各水泵的开关控制（DO）

以上工况均可在彩色显示器上显示及打印机输出。

• 系统软件可自动满足如下自动控制要求：

－系统启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况

－机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示

－当泵发生故障时，自动切换

－监测污水调节池液位，并作高低限报警，当高限报警时，打开污水泵直至低限

－按照物业管理部门要求，定时开关其他水泵

-根据水箱之高低水位来控制水泵的启停及进水控制阀的开关

对高配电压间和变电所的主进出线的三相电流、三相电压、频率、功率检测计量，及各空气断路器的开关状态进行监控。

• 设备监控

－监测高 / 低压的电压、电流、功率监视（AI）

－监视开关状态（DI）

－监测变压器的温度（AI）

－变压器风机状态（DI）

以上工况均可在彩色显示器上显示及打印机输出。

• 系统软件可自动满足如下自动控制要求：

－系统启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况

－机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示

－当大厦出现负荷峰值时，按照优先次序切断不重要的负荷，保证大楼的电力系统正常工作

－计算机软件对用电量进行累积计算，并打印报表，以供物业管理部门利用

－对高压、低压配电的电流、电压、功率因数进行监察，与计算机内的参数进行比较，有5％以上的误差，将会报警

－照明控制及状态返回（DO DI）

－泛光照明控制及状态返回（DO DI）

以上工况均可在彩色显示器上显示及打印机输出。

• 系统软件可自动满足如下自动控制要求：

－按照大厦物业管理部门要求，定时开关各种照明设备，达到最佳管理，最佳节能效果

－统计各种照明的工作情况，并打印成报表，以供物业管理部门利用