OptiSYS PCS控制系統在杭州白馬湖動漫廣場中的應用

文｜浙江中控研究院有限公司 莊 嚴 崔鳳勇 顏建國

1 引言

現代化建筑內部的機電設備數量龐大，這些設備分散在大樓的各個樓層和角落，若分散管理、就地監測和操作，將占用大量人力資源。樓宇自動化系統利用現代計算機技術、控制技術和網絡技術實現對所有機電設備的集中管理和自動監測，確保樓內所有機電設備的安全運行，提高樓內人員的舒適感和工作效率，使設備長期保持經濟運行；還能夠在設備出現故障時，及時確定故障類型及其發生的時間和位置，以便管理人員及時采取必要的措施將事故消除在萌芽狀態。此外，相關研究報告統計顯示，安裝有樓宇自動化系統的建筑可降低能耗約25%，減少管理人員數量約30%。樓宇自動化系統的這些優點很好地契合了當今社會在節能減排、綠色低碳方面的要求，因此采用樓宇自動化系統對建筑內部設備進行監控和管理已經成為大型現代化建筑發展的必然趨勢。

2 項目介紹

2.1 項目概況

中國國際動漫廣場會展中心位于杭州白馬湖生態創意城內，是2012年第八屆與2011年第七屆中國國際動漫節的主會場，也是承辦第六屆中國國際動漫節的會場之一，建筑面積超過70000m2，投資額約3.2億元。為了給廣大動漫迷、參展商創造一個安全、舒適、環保、節能的環境，會展中心采用浙江中控自主研發和生產的OptiSYS PCS-300/400控制系統，對內部的樓宇機電設備進行自動化監控管理。其整個控制系統共有1031個監控點位（包括705個數字輸入點，59個模擬輸入點，239個數字輸出點，28個模擬輸出點），以及現場聯網型冷水機組監控接口、電梯系統監控接口、變配電系統監控接口、消防系統接口、CO監控接口等。該控制系統對會展中心內的所有空調系統設備、通風/排風設備、冷/熱源設備、給/排水系統設備、電梯等實行自動監測和控制，并收集、記錄、保存及管理有關系統的重要信息和數據，達到提高這些系統的運行效率、滿足服務環境的特殊需求、節省能源、節省人力、最大限度延長設備壽命的目的，同時也為會展中心提供了一個健康、舒適、潔凈的環境。

2.2 系統硬件配置

本系統由位于一層消控機房內的主計算機（即系統服務器）、分布于大樓各處的DDC分站、通信總線、各種現場檢測和執行裝置組成，是以滿足冷/熱源、空調、新風、送/排風、給/排水等設施以及環境空氣質量的監控、管理要求為目標的，完整的集散控制系統。具體而言，整個大廈的樓宇自控系統共配置53臺OptiSYS PCS-300、OptiSYS PCS-400系列DDC控制器，其中41臺位于會展中心內部，另外12臺位于地下車庫內——它們通過4根總線互相連接，形成網絡；同時安裝有34個空氣壓差開關、28個風道溫度開關、8個CO傳感器、1個室外溫濕度傳感器、106個液位開關等各種類型的現場傳感器與執行器。

OptiSYS PCS-300是中控研究院針對智能樓宇智能照明項目開發的系統，采用了節省空間、方便使用的優化結構設計，實現了模塊化，具有以下幾個方面的特點：

◆ 采用標準簡單的安裝模式，背板總線集成在模塊上，通過總線連接器裝配，端子全部可脫卸，采用分布式或集中式結構皆可；

◆ 采用先進的分布式現場總線設計，符合CANopen DS401標準的通信協議，6種波特率可選，分布距離25～1000m可選，配置靈活，易于擴展，采用電源冗余和模塊熱插拔設計，以及電源反接保護、防浪涌保護、總線短路保護等多種保護功能設計；

◆ 采用開放的網絡化通信，具有多種網絡通信物理接口，包括工業以太網、CAN總線、RS485、RS232、EPA、Modbus接 口，以及可編程串口等；

◆ 采用標準的程序化設計，覆蓋從項目組態、編程、調試到測試的所有功能。

OptiSYS PCS-400是中控研究院針對工廠自動化及大型智能控制項目開發的系統，與PCS-300系統相比，在系統規模、性能以及可靠性等方面具有以下提升：

◆ 可靠性高，硬件本身具有很強的抗電磁干擾能力；

◆ 采用高性能工業級CPU，處理能力高達每1000指令40μs，一個CPU的I/O點容量在5000個點以上。

本系統共使用了八套OptiSYS PCS-300系統與兩套PCS-400系統。

2.3 系統軟件配置

在軟件方面，本系統采用了中控自主研發且擁有知識產權的OptiView上位機監控軟件。該平臺具有以下功能特點：

◆ 采用靈活的動態圖形操作界面，擁有軟功能鍵、下拉式菜單，支持用鼠標實現大部分功能；

◆ 采用面向對象的數據庫Objectivity；

◆ 采用跨平臺數據庫數據交換（ODBC）；

◆ 采用接口與服務器數據交換技術（DDE）；

◆ 采用數據采集與管理應用軟件；

◆ 采用運行參數與狀態顯示應用軟件；

◆ 采用運行記錄報表打印應用軟件；

◆ 采用中央調度以及智能遠動控制應用軟件；

◆ 采用故障診斷及報警應用軟件；

◆ 采用面向Microsoft Excel的趨勢數據界面；

◆ 采用可制定的權限；

◆ 采用現地控制單元編程軟件。

3 系統規模及構成

本系統主要實現對大樓內部六個子系統，即冷/熱源系統、空調系統、新風系統、送/排風系統、給/排水系統和環境監控系統的實時監控。系統在中央工作站上對機組的運行參數進行列表匯報、趨勢分析、超限報警，同時在工作站上對機組的連續運行狀態進行自動記錄，以求達到最佳的節能效果，并對營運環境進行控制。

表1、表2詳細介紹了整個系統的點位情況。

3.1 冷/熱源系統

大樓內部共有三臺冷水機組，每臺冷水機組都配有一路數字輸出用于啟停控制，一路數字輸出用于控制蝶閥開關——在預定時間程序和最佳啟/停程序下控制冷水機組及冷水閥，以免其在無人使用時大量浪費能源；配有兩路模擬量輸入分別用于監測水管溫度和水管壓力，四路數字輸入分別用于監測冷水機組運行狀態、故障狀態、手/自動狀態、水流方向——在遠程工作站上對機組的運行參數進行列表匯報，在出現異常時發出警報。

3.2 空調系統

大樓內部共有28臺空調機，本系統為每臺空調機都配備了一路數字輸出用于控制空調的啟停，在預定時間程序和最佳起/停程序下控制空調機組，以免其在無人使用時大量浪費能源；配備了一路模擬量輸出用于調節回水閥，一路模擬量輸入用于監測回風溫度，根據回風溫度，PID調節冷水（夏季）/熱水（冬季）二通閥，使送風溫度始終保持在設定范圍內；配備了三路數字輸入分別監測空調系統運行狀態、故障狀態、手/自動狀態，在機組工作出現異常時立即報警；配備了一路數字輸入用于濾網堵塞報警，自動監測過濾網兩端壓差，在過濾網堵塞時報警，自動提示清洗過濾網，提高過濾效率。整幢大樓裝有八個室內空氣質量監測點，這些點位將采集到的模擬量輸入信號輸送給工作站，工作站以此為依據調節空調的開關，從而達到穩定室內溫濕度的目的。

3.3 新風系統

大樓內部共有九臺新風全熱交換機，其中每一臺都由一路數字輸出控制其運行——在預定時間程序和最佳啟/停程序下控制新風機組；有三路數字輸入用于監測其運行狀態、故障狀態、手/自動狀態——在機組工作出現異常時立即報警；有一路數字輸入用于濾網堵塞報警——自動監測過濾網兩端壓差，在過濾網堵塞時報警，自動提示清洗過濾網，提高過濾效率。

表1 標準客房中的信息點規律表

表2 模擬量輸入/輸出點位表

3.4 送/排風系統

大樓內部共有54臺各種類型的送/排風機以及排風兼排煙風機，其中每一臺都由一路數字輸出控制其運行——時間程序自動啟/停送/排風機，可實現任意周期的實時時間控制功能；另有三路數字輸入用于監測其運行狀態、故障狀態、手/自動狀態并累計運行時間。中央站顯示并且記錄各種參數，包括狀態、報警、啟停時間、累計運行時間及其歷史數據等。

3.5 給/排水系統

大樓內部共有95個集水坑與水池、142個水泵。系統采用一路數字輸入監測集水坑的水位是否達到警戒水位（消防水池與生活水池中有兩個水位報警傳感器），并且在超過警戒水位后報警；通過兩路數字輸入監測水泵的運行狀態和故障狀態，在中央工作站顯示并記錄其參數、狀態、報警、啟停時間、累計時間和歷史記錄。

3.6 環境監控系統

地下車庫配有11個CO傳感器，并且連接模擬量輸入模塊，用于實時監測車庫內的CO濃度，確保地下車庫的空氣質量，并且也可從側面檢驗送/排風系統的工作效果。另外，樓內外都裝有少量溫度、濕度傳感器，用以實時監測室內/外溫度和濕度。

4 功能特點

與傳統智能樓宇自動化系統相比，本系統主要具有以下的技術及功能優勢：

◆ 中央監控系統軟件采用浙大中控最新推出的OptiView軟件，支持B/S方式，為整個大樓的信息化創造了條件；

◆ 充分利用DDC控制網絡及其擴展網絡通信的能力，采用分布式擴展模塊，系統設計相對比較分散，使得I/O電纜信號布線大為減少；

◆ 根據不同功能區域的劃分配置各控制點和設備，結合中央監控系統軟件對不同功能區域的設備實行分區管理，做到既可以按照今后管理運行的要求對硬件、軟件進行分區，又可以通過網絡靈活地將各區域的設備集成在一個BA系統架構下進行集中管理；

◆ 運用能量管理軟件，為大樓的節能管理提供管理手段，根據大樓內部不同子系統的實際情況及其各自不同的功能特點，收集大樓的能耗數據，進行分析評估，進而采取措施降低大樓的能耗；

◆ 采用了高速硬件平臺與先進的I/O通信總線技術—— PCS-400系統的CPU采用高性能處理芯片，極大提高了系統的處理速度；在CPU與I/O機架間采用EtherCAT總線技術（高性能的EtherCAT技術使得總線系統不再是控制理念的瓶頸，使得分布式I/O的運行速度可以比大多數本地I/O接口更快）；

◆ 采用了一個充分開放的網絡軟件體系結構，因而使會展中心的BA系統和外部設備、系統的通信連接和數據交換不存在任何障礙，無論是未來需要將新的樓宇設備接入本系統，還是將現有系統接入更高層次的信息集成系統，都有最方便、可行的解決方案。

5 結束語

中國國際動漫廣場會展中心自建成至今，已經成功舉辦了2010年第六屆、2011年第七屆，并馬上就要迎來2012年第八屆中國國際動漫節。中控OptiSYS PCS系列控制系統自交付使用以來，以其穩定可靠的功能、簡單方便的維護，贏得了用戶良好的口碑。系統投入運行后，降低了能耗、節省了人力維護成本、為會展中心提供了一個節能、環保、安全、舒適的環境。