【正文】 1 樓宇自控系統(tǒng)概述 METASYS智能管理系統(tǒng)專為各類建筑中所有設(shè)備的監(jiān)測(cè)、控制和集中管理而設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)的開(kāi)放性、靈活性、可靠性及高質(zhì)量，集中體現(xiàn)了樓宇管理與控制的最新技術(shù)和潮流。 METASYS是一個(gè)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(cuò)能力。 METASYS 是模塊化系統(tǒng)，易于擴(kuò)展。 METASYS 具備很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)能力，可以與任一家愿意開(kāi)放其通訊協(xié)議的產(chǎn)品或系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，從而使用戶很方便地在任何地方，任一臺(tái)操作站上，對(duì)所有設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，它的設(shè)計(jì)立足現(xiàn)在，面向未來(lái)，適應(yīng)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(zhǎng)遠(yuǎn)的選擇。 以下從硬件結(jié)構(gòu)及軟件功能兩方面分別作詳細(xì)的介紹。 硬件結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò) METASYS的硬件系統(tǒng)是由操作站 (OWS)，網(wǎng)絡(luò)控制器 (NCU)及各種直接數(shù)字控制器 (DDC)所構(gòu)成的一種智能化控制網(wǎng)絡(luò)。 基于以太網(wǎng)的 N1總線 ⊿ 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ⊿ 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換及接入 ⊿ 網(wǎng)絡(luò)控制單元（ NCU） ⊿ 中央控制站 ⊿ 報(bào)警打印機(jī)及事件打印機(jī) 2 網(wǎng)絡(luò)通訊 以太網(wǎng) (Ether/IP)作為一種應(yīng)用越來(lái)越廣泛的網(wǎng)絡(luò)形式已被超過(guò) 80%的局域網(wǎng)使用。它具有優(yōu)良的性價(jià)比及易于安裝的特性。以太網(wǎng)的通訊協(xié)議 (TCP/IP)為開(kāi)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10M/100Mbps，即每秒可傳遞大約 250 頁(yè)文本所包含的信息。使用以太網(wǎng)具有以下優(yōu)勢(shì)： 數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝始胺€(wěn)定性 靈活的布線和設(shè)備聯(lián)結(jié)方式：可聯(lián)結(jié)高速以太網(wǎng)、 FDDI、令牌環(huán)網(wǎng)、 ATM等低成本 可互相兼容的設(shè)備及拓補(bǔ)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(shè)備或系統(tǒng)通過(guò)它互相聯(lián)結(jié)、易于安裝及擴(kuò)展、減少維修成本。 以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)可為星型、總線型或混合型。在這三種結(jié)構(gòu)中星型結(jié)構(gòu)適用于 NCM與 OWS 位置較遠(yuǎn)的系統(tǒng)，總線型結(jié)構(gòu)適用于 NCM與 OWS 位置較近的系統(tǒng)，而混合性結(jié)構(gòu)適用于 NCM與 OWS位置有遠(yuǎn)有近的系統(tǒng)。 3 O p e r a t o rW o r k s t a t i o nO p e r a t o rW o r k s t a t i o nE I P S T A RN C M 3 5 0N C M 3 5 0N C M 3 5 0 N C M 3 5 0N C M 3 5 0N C M 3 5 0F i b e r O p t i cH u borT w i s t e d P a i r 操作站及網(wǎng)絡(luò)控制單元之間最常用的連接方式是 N1 通訊網(wǎng)絡(luò)，其通訊方式為 Ether/IP。 N1 網(wǎng)上各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（ peer to peer）方式，各節(jié)點(diǎn)均具備動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)訪問(wèn)（ Dynamic Data Access）功能，即無(wú)論 N1網(wǎng)上任何操作站或任一 NCU上，均可以對(duì)全部的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)或控制。 在某些場(chǎng)合，用戶可能需要用到拔號(hào)式（ Dialup）通訊方式，用以監(jiān)控遠(yuǎn)處的控制系統(tǒng)，這時(shí)可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)器， 設(shè)置遠(yuǎn)程操作站 。 N2通訊總線是一種現(xiàn)場(chǎng)存取網(wǎng)絡(luò)，它連接控制器及接口模塊至 網(wǎng)絡(luò)控制器。N2 總線使用主 /從式通訊協(xié)議， NCU 是主導(dǎo)， N2 總線設(shè)備（ DDC）是從屬。 N2 總線使用 Opto22 optimumx174。 通訊協(xié)議，并且已被證明其優(yōu)越性。 N2總線遵循 EIA，RS485電氣標(biāo)準(zhǔn)。） 聯(lián)網(wǎng)能力 對(duì)于樓宇系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理者來(lái)說(shuō)，真正的挑戰(zhàn)是：怎樣利用所有子系統(tǒng)的能力來(lái)有效地管理它們，從而提供一個(gè)高質(zhì)量的和優(yōu)美的辦公環(huán)境。 METASYS系統(tǒng)使上述問(wèn)題迎刃而解。各個(gè)不相聯(lián)系，來(lái)自不同公司的系統(tǒng)，通過(guò) METASYS被恰當(dāng)?shù)芈?lián)系在一起，變成一個(gè)系統(tǒng)的集成。各系統(tǒng) 相對(duì)獨(dú)立，自成體系，必要時(shí)相互配合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化聯(lián)鎖控制，從任何地方，任一臺(tái)操作站上，都可以收集到全部的數(shù)據(jù)。操作員從一臺(tái)操作站上，便可以了解全樓各個(gè)角落中任一系統(tǒng)的運(yùn)作情況，一旦有故障發(fā)生便可立即作出相應(yīng)的反應(yīng)。 美國(guó)江森公司作為美國(guó) Ashear 學(xué)會(huì)發(fā)起者之一，其 Metasys系統(tǒng)已能與超 4 過(guò) 75 個(gè)公司（其中包括 Carrier, York, Trane, ABB, Libert 等）的子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，并已完成 2022 多個(gè)聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。我們隨時(shí)準(zhǔn)備為用戶實(shí)現(xiàn) METASY 與任何愿意開(kāi)放其通訊協(xié)議的公司產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)。 操作站 操作站為 IBM或其他品牌標(biāo)準(zhǔn)個(gè)人電腦，操作站提供視窗化的，高水平人機(jī)友好界面，用戶可選擇中文或英文操作。 它以微軟公司的 Windows NT 為運(yùn)行環(huán)境，允許 Windows 支持的其他軟件同時(shí)運(yùn)行。并可以與他們進(jìn)行動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)交換（ DDE）。例如您可以用已熟悉的Microsoft Excel 來(lái)處理數(shù)據(jù)，做出一系列的統(tǒng)計(jì)表。 它可編程及產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫(kù)，并直接下傳程序至各控制器。它可備份數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)點(diǎn)的歷史記錄、趨勢(shì)分析、操作員進(jìn)入 / 退出記錄、以及報(bào)警記錄等。 METASYS界面操作全部視窗化，無(wú)需記 憶操作指令。它的網(wǎng)絡(luò)圖猶如一張聯(lián)絡(luò)圖，表示出所有監(jiān)控設(shè)備及其相互關(guān)系，操作員只要調(diào)出 METASYS 應(yīng)用程序，便一目了然：哪個(gè)系統(tǒng)為哪一樓層服務(wù)；哪些設(shè)備為哪些區(qū)域服務(wù)等。 METASYS使用了一種分布于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)、面向目標(biāo)的軟件體系。只依靠鼠標(biāo)操作，便可走遍整個(gè)建筑。它用圖形顯示建筑物的各樓層平面和設(shè)備簡(jiǎn)圖，并通過(guò)鮮艷的色彩、動(dòng)畫圖形顯示，報(bào)告所監(jiān)控的點(diǎn)的信息。 網(wǎng)絡(luò)中任一個(gè)操作站均可以存取整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有信息，各操作站可同時(shí)使用。 記錄 /報(bào)警打印機(jī) 打印機(jī)用于系統(tǒng)操作的記錄。每臺(tái)打印機(jī)的記錄內(nèi)容可根 據(jù)用戶要求設(shè)定，而記錄格式在調(diào)試階段即可定義。 網(wǎng)絡(luò)控制器（ NCU） 網(wǎng)絡(luò)控制器（ NCU）是一種高性能的現(xiàn)場(chǎng)盤，它由一系列可兼容的電子智能化模塊所構(gòu)成。它可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜高性能控制的任何控制程序，同時(shí)也可以協(xié)調(diào)通信網(wǎng)絡(luò)中各獨(dú)立的 DDC 控制器 ,為它們提供報(bào)警監(jiān)視和綜合控制功能。 NCU 可脫離任何上位機(jī)（如個(gè)人電腦），獨(dú)立承擔(dān)控制及通訊功能。 網(wǎng)絡(luò)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(kuò)展至 10MB，它帶有自診斷功能，并有 72小時(shí)后備電池。 NCU上 備有多種簡(jiǎn)單而通用的系統(tǒng)接口，供操作人員使用。第一個(gè)接口是標(biāo) 5 準(zhǔn) RS－ 232連接件，可連接手提計(jì)算機(jī)或輸出打印機(jī)；第二個(gè)接口是手提網(wǎng)絡(luò)終端接口，網(wǎng)絡(luò)終端象操作站一樣，能夠存取網(wǎng)絡(luò)中的所有信息；第三個(gè)接口可用于調(diào)制解調(diào)器，用于遠(yuǎn)程監(jiān)視或打印。 NCU能支持多用戶環(huán)境，就是說(shuō)，任意多少位操作員都可同時(shí)存取 NCU中的信息。 METASYS的 5級(jí)密碼口令，不僅對(duì)操作站提供保護(hù)，對(duì) NCU 上的操作員接口，也同樣使用一致的密碼信息。 直接數(shù)字控制器（ DX91008154 / XTXP模塊） 直接數(shù)字式控 制器（ DDC）是 METASYS 系統(tǒng)的最前線裝置，它分布于建筑物內(nèi)各處的設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，如空調(diào)機(jī)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(duì)它們實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的超越控制。 目前最常用的 DX－ 9100 控制器是一個(gè)模塊化，可擴(kuò)展，在現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要可增加各類型點(diǎn)的擴(kuò)展模塊，最多可擴(kuò)展 64個(gè)點(diǎn)。 DX－ 9100 的軟件功能十分齊全，可實(shí)現(xiàn)各種現(xiàn)場(chǎng)控制要求。其操作系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)功能， 12 個(gè)可編程模塊，及 PLC 邏 輯運(yùn)算模塊。由于它是由一個(gè)個(gè)功能模塊所構(gòu)成，其圖形化的編程工具使得程序設(shè)計(jì)異常簡(jiǎn)單。用戶只要簡(jiǎn)單地調(diào)用圖塊，填寫參數(shù)，控制程序便自動(dòng)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(yùn)算及 PID 回路控制功能外，還具備多級(jí)控制及統(tǒng)計(jì)功能；其 PLC邏輯運(yùn)算模塊，具備一般 PLC控制器的功能；其實(shí)時(shí)功能可同時(shí)設(shè)置多達(dá) 8個(gè)時(shí)間控制程序，每個(gè)時(shí)間控制程序，可針對(duì)星期一至星期日及特定的一些公眾假期，分別設(shè)定不同的啟動(dòng) /關(guān)閉時(shí)間。如此強(qiáng)大的軟件功能，決定了 DDC 具有獨(dú)立運(yùn)作的功能，當(dāng) 中央操作站故障，網(wǎng)絡(luò)控制器故障或通訊線斷線，都不會(huì)影響其操作。 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括傳送器、變送器、水閥執(zhí)行器等，它們均直接與 DDC 連接。 程序存貯器 NCU和 DX的存貯器采用 EEPROM， EPROM 及 RAM。 系統(tǒng)構(gòu)成和控制程序存貯在 EEPROM 和 EPROM 中，在掉電期間，程序仍可保 6 持。實(shí)時(shí)時(shí)鐘和功能存貯于 RAM 中，帶有后備電池（ NCU 中可維持 72 小時(shí)， DX中可維持 1 年）。存貯器分配的原則是當(dāng)偶爾在線變更某些參數(shù)時(shí)，盡量減少對(duì)控制器操作的干擾。在 METASYS中，許多用戶變更，甚 至是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，均可以在線進(jìn)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(shè)備管理系統(tǒng)的各種控制功能的需要），又不至于花費(fèi)太大。假如控制器掉電超過(guò) 72小時(shí)，保存在 NCU之 RAM 中的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失，這時(shí)， METASYS 會(huì)自動(dòng)通過(guò)高速 N1 總線，將數(shù)據(jù)自動(dòng)地由操作站下傳到 NCU中。 現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備運(yùn)行環(huán)境要求及用電量 DX9100控制器 (DDC)： 工作環(huán)境要求： 0~50℃ (32~120℉ )，相對(duì)濕度 10~90% 不結(jié)露。 用電量： 24VAC， 50/60Hz， 10VA XT及 XP模塊： 工作環(huán)境要求： 0~50℃ (32~120℉ )，相對(duì)濕度 10~90% 不結(jié)露。 用電量： 24VAC， 50/60Hz， 系統(tǒng)運(yùn)行性能 (可靠性分析 ) 可靠性定義 系統(tǒng)可靠性是指給定的一個(gè)周期時(shí)間減去非工作時(shí)間 (檢修、待料等因素停工時(shí)間 )與這個(gè)周期時(shí)間的比值。非工作時(shí)間開(kāi)始于故障被確認(rèn)時(shí)。這個(gè)概念可描述為正常運(yùn)行時(shí)間與給定的運(yùn)行時(shí)間的比值。特別指出，正常運(yùn)行時(shí)間是指系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和可能需要運(yùn)行（即待命）的時(shí)間總和。整個(gè)時(shí)間由正常運(yùn)行時(shí)間（ Uptime）和非工作時(shí)間（ Downtime）組成，如下公式： 系統(tǒng)可靠性 =正常運(yùn)行時(shí)間 /（正常運(yùn)行時(shí)間 +非工作時(shí)間） 以上等式是可靠性的定義標(biāo)準(zhǔn)。在這里非工作時(shí)間是指維修和返修產(chǎn)品所需要的平均時(shí)間。這個(gè)平均時(shí)間通常稱為平均修復(fù)時(shí)間，包括預(yù)計(jì)的時(shí)間及不可預(yù)計(jì)的時(shí)間。在正常的情況下，不論白天黑夜，我們的緊急反應(yīng)時(shí)間不超過(guò)四個(gè)小時(shí)。 系統(tǒng)可靠性也被表示為平均修復(fù)時(shí)間（ MTTR）和平均故障間隔時(shí)間（ MTBF）。平均故障間隔時(shí)間是指系統(tǒng)可靠性的一個(gè)衡量尺度，平均修復(fù)時(shí)間是系統(tǒng)可維護(hù) 7 性的一個(gè)衡量尺度。他們的關(guān)系如下： 系統(tǒng)可靠性 =平均故障間隔時(shí)間 /（平均 故障間隔時(shí)間 +平均修復(fù)時(shí)間） 系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間的計(jì)算 該值等于保修期內(nèi)系統(tǒng)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間除以保修故障點(diǎn)總數(shù)量。設(shè)備裝船到安裝開(kāi)通大約二個(gè)月的時(shí)間未計(jì)入累計(jì)運(yùn)行時(shí)間。 江森公司統(tǒng)計(jì)記錄在保修期內(nèi)從現(xiàn)場(chǎng)返修部件的數(shù)量。一年故障概率（ OYFP）被作為一個(gè)指標(biāo)來(lái)描述系統(tǒng)的返修率，同樣設(shè)備的船期不計(jì)入運(yùn)行時(shí)間。 系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間和一年故障概率的統(tǒng)計(jì)學(xué)的關(guān)系式為： 系統(tǒng)可靠性 =（ 1OYFP） =EXP[（ 8760） /MTBF] 計(jì)算值概括如下表： 注：電機(jī)啟動(dòng)盤只包括開(kāi)關(guān)、繼電器、接線端子 ，它的系統(tǒng)非工作時(shí)間實(shí)際上趨近為 0。 （ 1）、通過(guò)采用江森的樓控 METASYS系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化控制，提高工藝過(guò)程控制水平，節(jié)約能源消耗；同時(shí)使設(shè)備高效率運(yùn)行，減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)能量管理自動(dòng)化。 （ 2）、充分發(fā)揮 BA系統(tǒng)的設(shè)備管理功能，提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的有關(guān)數(shù)據(jù)資料，進(jìn)行集中分析，作為設(shè)備管理決策的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理自動(dòng)化。 系統(tǒng)方案及配置說(shuō)明 根據(jù) ———— 家園 樓宇自控系統(tǒng)的要求，樓宇自動(dòng)化中央管理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制的系統(tǒng)包括：給排水系統(tǒng)和變配電系統(tǒng)。 OYFP MTBF AVAILABILITY NCM(The CPU board in NCU) % 112053hrs % PWR(The power supply board to NCM) % 135733hrs % NCM or PWR % 59128hrs % Remote I/O unit(DX) % 138711hrs % Remote Manual Control Panel 100% 8 系統(tǒng)功能配置說(shuō)明 : 我公司對(duì)本系 統(tǒng)的控制器配置基于如下原因采用一對(duì)一的分散式控制。 ① 由于高級(jí)的控制需求導(dǎo)致控制過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，因此使用集中的現(xiàn)場(chǎng)控制器對(duì)分散于樓中各處的機(jī)電設(shè)備將無(wú)法滿足采樣及控制需求； ② 使用分散的現(xiàn)場(chǎng)控制器將極大減少施工所需的管線數(shù)量及施工量； ③ 分散的控制器將極大降低系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率，當(dāng)控制器因人為破壞等不可預(yù)見(jiàn)的因素毀壞時(shí)不致影響過(guò)多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全運(yùn)