西門子APOGEE系統在智能樓宇控制系統中的應用

摘要：智能建筑是適應發展的必然產物，通過智能化技術可增強建筑功能．提高管理水平，節約建筑運營能耗．保障建筑及人身安全，提高建筑內環境舒適度。APOGEE系統各級別設備都可獨立完成操作，即在同一時刻組成不同級別的集散系統（或不同級別的結構組織形式），使用界面非常親切（三維立體），其全套樓宇自控產品、統一的生產管理體系保證了系統的配套性，同時使系統可靠性大為增加。

關鍵詞：機電設備 樓宇自控 方案設計 網絡結構

1 樓宇自動化系統

樓宇自控系統（BAS）是建筑設備自動化控制系統的簡稱，是建筑技術，自動控制技術與計算機網絡相結合的產物。現代智能化建筑內含有提供人們基本生存環境（風、水、電）所需的大量的機電設備，比如：中央空調系統、照明設備、變配電系統以及給排水設備等。本工程建筑面積龐大、建筑功能復雜，為此配置了大量的機電設備，這些系統中設備多而分散。多，即數量多：被控、監視、測量的對象多，多達成千上萬點；散，即這些設備分布在給樓層的各個房間和角落。如果采用分散管理、就地控制、監視和測量是難以想象的。而大量機電設備的使用，必將引起管理人員的增加、能耗費用的巨額支出和管理工作的復雜。通過實現建筑設備自動化控制，以達到合理利用設備，節約能源，節省人力，確保設備安全運行之目的。本人在編寫該論文的過程中，是按照實際工作中，工程所需的自控項目要求來完成的，本論文針對的是鄭州某醫院自控系統設計要求來編寫的，該系統采用西門子APOGEE樓宇自控系統設計。

該醫院的門診大樓是一幢智能化、現代化的數字化智能建筑，樓宇自動化管理控制系統在為大樓提供安全保證和舒適宜人的生活與工作環境的前提下，最大限度地節省能耗和日常運行維護管理費用，給業主一個較高的回報率。之所以選擇西門子APOGEE樓控系統，因為它是以集散控制理論為基礎的成熟的樓宇自動化系統。它具有結構靈活、適應性強、擴展方便、軟件優化設備運行、操作簡單等特點。

APOGEE 是基于Windows NT/2000/XP 平臺的系統軟件包，可直接進入中央計算機網絡集成系統，與其他進入集成系統的各子系統進行信息交換，并是集成系統中重要的環節，這也是該系統開放性的充分表現。

2 APOGEE樓宇自控系統介紹

本項目中選擇西門子樓宇科技公司的大型控制器PXC Modular為模塊式結構，可根據需要進行各種I/O模塊的組合，既不會有點的大量浪費，又在以后的系統擴容中提供了簡單的模塊疊加方式，節省了項目的初期投資。

2.1 網絡結構

本工程的樓宇自控系統采用集散型控制方式，即現場區域控制，計算機局域網通訊，最后進行集中監視、管理的系統控制方式。這種控制方式保證每個子系統都能獨立控制，同時在中央工作站上又能做到集中管理，使得整個系統的結構完善、性能可靠。

2.1.1 高層網：APOGEE的圖形工作站可以進入以太網進行數據管理（TCP/IP），實現區域性數據聯網，提高管理水平，速率可達到10/100Mbps。

2.1.2 中層網：計算機通過Peer to Peer網絡（同層總線共享無主從方式），可以連接多達100臺BLN控制器（如MBC、MEC控制器），速率可達到115.2Kbps。

2.1.3 局部區域網（LAN）：每臺MBC和MEC（F系列）的LAN網可連接多達96臺獨立式單元控制器或非獨立式單元控制（PXM、TEC、SED2，DEM等），為系統擴展及完成較大型集散系統提供了方便。

2.2 系統容量

西門子公司APOGEE系統為大容量系統，系統總點數可達1，000，000點以上。APOGEE系統采用客戶/服務器結構，支持多用戶系統，并遵循開放性原則，支持標準的OPC技術和SQL數據庫，便于與其他第三方系統實現數據共享。

3 系統設計

3.1 系統總體設計

在設計該醫院樓宇設備自動化系統時首先要保證人員室內環境的舒適性，其二要提供最佳的能源的供應方式，達到節約能源和減少運行成本的目的，其三是實現設備管理的現代化，因為設備管理很多的數據及參數都來自樓宇設備自動化系統。所以主要從這幾方面來考慮該樓宇自控系統設計：冷熱源系統；空調系統；新風系統；送排風系統；給排水系統；照明系統；變配電系統；醫用氣體系統；恒壓生活給水設備；污水排水系統。

系統采用集散式管理模式，“集中管理、分散控制”，其中：DO點579個，DI點1354個，AO點212個，AI點423個。

DDC安裝在設備機房內，或安裝在樓層設備間（弱電豎井）內； DDC通過控制總線與控制中心的管理工作站互通互連。較分散安裝的設備（如排污泵、水箱液位監測、通/排風機等）則利用擴展模塊進行分散控制。

3.2 各系統監控功能

3.2.1 新風機組：根據樓控點表，共67臺新風機組，按照實際情況不同分別進行監控點配置。例如門診一樓急診室及輸液室、走廊以及門診三樓信息室等地方人員密集，需要新風量大，在進行配置時應著重考慮。所以每臺風機組采用西門子PXC控制器進行監控，根據監控點配置，單臺新風機組配置一臺DDC控制器。

主要監測內容有：新風閥位置，送風機運行狀態及故障、防凍報警，送風機手自動狀態，送風溫度和濕度，過濾器壓差報警，冷/熱盤管水閥狀態。

主要控制內容：根據預先編制好的程序，啟停送風機；根據季節或室外溫度，調節電動新風閥開度；風閥與風機聯鎖運行：在新風機組停止工作時，新風閥門保持關閉狀態；根據送風溫度，調節機組盤管電動水閥的開度大小，使回風溫度達到設定值要求；根據送風濕度，控制加濕器的開關，使回風濕度達到設定值要求；冬季當低溫報警時，系統自動關閉空調風機，關閉新風閥，全開水閥；當系統發生消防報警時，停止相關區域的空調設備運行。

3.2.2 空調機組：在本案例的樓宇自控系統中，共需要40臺空調機組，每臺空調機采用PXC控制器一對一控制。

主要監測內容：回風溫度，回風濕度，回風閥位置，新風閥位置，過濾器壓差報警，冷/熱盤管水閥狀態，低溫報警，送風機壓差狀態，送風機運行狀態，送風機故障報警，送風機手自動狀態，送風溫度及濕度。

主要控制內容：根據預先編制好的時序，啟停送風機；根據季節或室外溫度，調節電動新風閥、回風閥門開度；風閥與風機聯鎖運行：在空調機組停止工作時，新、回風閥門保持關閉狀態；根據回風溫度，調節機組盤管電動水閥的開度大小，使回風溫度達到設定值要求；根據回風濕度，控制加濕器的開關，使回風濕度達到設定值要求；冬季當低溫報警時，系統自動關閉空調風機，關閉新、回風閥，全開水閥；當系統發生消防報警時，停止相關區域的空調設備運行。

3.2.3 冷熱源系統控制內容：本建筑采用2臺冷水機組進行制冷制熱。系統主要包括以下設備：冷卻塔3臺、冷凍泵2臺、換熱器2臺、熱水循環泵3臺、冷卻水泵3臺、補水泵2臺。根據實際要求進行監控點配置。

冷熱源系統采用一臺大型模塊化西門子PXC Modular控制器進行監控。

主要監測內容：監測冷卻水系統供回水溫度；監測冷凍水系統供回水溫度、供回水壓力及回水流量；監測冷凍水、冷卻水水流狀態；監測冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、冷水機組的運行狀態、故障報警及手/自動狀態。熱源供/回水溫度循環熱水供/回水溫度；熱水總回水管水流量；熱水交換器電動閥控制；熱交換器供水溫度；熱水循環泵控制

主要控制內容：根據預先編制好的時序，啟停冷熱源系統；故障切換：當一臺設備發生故障時，自動切換另一臺設備投入運行，故障設備進行報警。

3.2.4 送、排風機：在建筑內各樓層設置多臺送、排風機，補風機、軸流風機等。根據招標要求進行監控點配置。

風機監控點較新風、空調機組簡單，全部為數字量開關點，且點數較少。考慮到在完成監控功能的情況下節約成本，可以就近和空調機組、新風機組共用一臺控制器或對這些設備就近配置擴展模塊箱，通過擴展模塊的I/O點進行監控。擴展模塊通過西門子的FLN網絡與PXC Modular控制器相連，構成二級網絡。

主要監控內容：監測風機的運行狀態、故障報警；根據預先編制好的時序，啟停風機。

3.2.5 污水排水系統：排水循環泵的運行參數監測，累計運行時間；排水循環泵的故障參數監測；根據集水坑液位信號控制水泵的啟/停；水泵啟停順序為交替運行方式；當主泵發生故障時、備用泵自動切換到使用狀態。

3.2.6 照明系統：根據具體運行要求，按設定的運行時間方式，對樓層走廊、車道、電梯前室、衛生間等公共照明電源實現自動投切。中央工作站實時顯示各回路照明運行狀態，實現公共照明的統一管理，節省管理人員，節約照明用電。

3.2.7 變配電系統：變配電系統可謂整個智能建筑的心臟，特別是在特殊的建筑中，對變配電系統的監視能提高供電質量，減少事故隱患。變配電系統包括高壓設備、變壓設備、低壓設備、發電設備等。

采用通過標準RS232通信接口方式采集變配電數據，也同時采用硬件連接方式采集。經過數據交換及讀取。

高壓開關柜監視：高壓主進開關狀態監視；高壓母聯開關狀態；變壓器進線開關狀態；高壓側電壓、電流。

變壓器的監視：監視變壓器的溫度、變壓器風機的運行狀態、故障報警；低壓配電監視對其電壓和電流進行監視。

對供配電功率因數、頻率進行監視。

3.2.8 醫用氣體系統：對壓縮空氣、氧氣、負壓氣體總管的壓力進行監視。檢測氧氣干燥機、壓縮機、負壓泵的運行狀態和故障，對不正常的氣體壓力狀況給出報警信號，傳送至值班中心。

4 本設計特點

在本次設計中采用了大型模塊式控制器（PXC Modular）PXC100，可根據需要進行各種I/O模塊的組合，既不會有點的浪費，又在以后的系統擴容中提供了簡單的模塊疊加方式，節省了項目的投資，方便了今后擴展。

該控制器物理上同時含有RS485和以太網接口，在此次設計中采用了以太網接口，另外各個直接數字控制器（DDC）也采用了以太網接口，這是西門子APOGEE系統與其他廠家產品的最大不同之處，這樣我們就可以利用該醫院內部的綜合布線系統，將操作站和各個直接數字控制器（DDC）連成一個完整樓宇自控網絡，因此，不再需要在操作站與直接數字控制器（DDC）之間進行布線，極大的節約了成本、降低了施工難度、減少了施工時間，并提高了系統的穩定性。

此外，在本次設計中采用了西門子獨有的液壓執行器（SKD系列），該執行器具有泄漏率低，小于0.02%流量、精度高，小于0.1%行程精度、節省能源，8W耗電量可產生10000牛頓推力等特點。

通過對制冷站的群控、新風空調、照明等系統的自動化控制，我們預計將節約醫院20%至25%的電費。

5 結束語

當前我國的醫療投入在不斷增長，同時也出現衛生保健投入與產出差距也在持續拉大的局面，迫切需要我們加強這方面的研究。新時期的醫院工程建設需要遵循我國倡導的建設節約型社會的主張，讓樓宇自控系統真正起到能源合理控制和能源合理管理的作用，運用科學合理的概念與決策來進行規劃。醫西門子APOGEE在設計上充分體現了分散控制、集中管理的特點，保證每個子系統都能獨立控制，同時在中央工作站上又能做到集中管理，使得整個系統的結構完善、性能可靠。

APOGEE結構形式為模塊化，控制方式極其靈活，控制層的維護和擴展極為方便。使得樓宇管理系統可以很方便地擴展，節省初期投資，系統各部分可分別隨調試完成投入使用。

樓宇自控系統使得建筑物內機電設備的管理在統一的界面上完成一切操作，極大地方便了機電設備的操作與維修，減少了管理和維護人員數量以及其勞動強度，基本上可以做到“無人職守”，同時節約了建筑能耗，為用戶創造更舒適、安全的環境。

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