1、论 文题 目： 西门子 APOGEE 系统在某医院楼宇控制系统中的应用作者： 王洪亮 单位： 郑州新世纪信息技术工程有限公司 完成时间： 2010-12-20 2010 年 12 月 20 日目 录摘 要我本人在编写该论文的过程中，是按照实际工作中，工程所需的自控项目要求来完成的，题目中所设计的一些技术问题，虽然在大学的学习课程中没有学习过，但个人喜欢追求技术前沿。本论文针对的是郑州某医院自控系统设计要求来编写的。本工程建筑面积庞大、建筑功能复杂，为此配置了大量的机电设备，以保证整个建筑良好舒适的环境和便利的工作空间。而大量机电设备的使用，必将引起管理人员的增加、能耗费用的巨额支出和管理工作的
2、复杂。因此，我们设计了一套完整、先进的楼宇设备监控系统，该系统采用西门子 APOGEE 楼宇自控系统设计。关键词 :机电设备，楼宇自控ABSTRACTI am writing this essay process, is in accordance with the actual work, engineering needed to complete the project requirement self-controlled questions in the design of some technical problems, although in the university of
3、learning programs have not studied, but personal like pursuing technological edge. This thesis is aimed at zhengzhou one hospital building automation systems design requirements to write. This engineering building area is large, complex, therefore configuration building function of a large amount of
4、 electromechanical equipment to ensure the whole building good comfortable environment and convenient work space. Of electrical and mechanical equipment use, will cause the increase of management personnel, energy consumption and cost of huge expenditure and management of the complex. Therefore, we
5、designed a set of complete and advanced building equipment monitoring system, this system USES Siemens APOGEE building automation systems design.Keywords: Electrical and mechanical equipment, Building automation System (BAS)引 言1、概述该门诊大楼是一幢智能化、现代化的数字化智能建筑，楼宇自动化管理控制系统在为大楼提供安全保证和舒适宜人的生活与工作环境的前提下，最大限度地节
6、省能耗和日常运行维护管理费用，给业主一个较高的回报率。2、 APOGEE 楼宇自控系统介绍本项目中选择西门子楼宇科技公司的大型控制器 PXC Modular 为模块式结构，可根据需要进行各种 I/O 模块的组合，既不会有点的大量浪费，又在以后的系统扩容中提供了简单的模块叠加方式，节省了项目的初期投资。3、系统设计3.1 网络结构APOGEE 三层网络结构1. 高层网：APOGEE 的图形工作站可以进入以太网进行数据管理（ TCP/IP） ，实现区域性数据联网，提高管理水平，速率可达到 10/100Mbps。2. 中层网：PC 通过 Peer to Peer 网络（同层总线共享无主从方式） ，可
7、以连接多达 100 台 BLN 控制器（如 MBC、 MEC 控制器） ，速率可达到115.2Kbps。3. 局部区域网（ LAN）：每台 MBC 和 MEC（ F 系列）的 LAN 网可连接多达 96 台独立式单元控制器或非独立式单元控制（ PXM、 TEC、 SED2， DEM 等） ，为系统扩展及完成较大型集散系统提供了方便。3.2 系统容量西门子公司 APOGEE 系统为大容量系统，系统总点数可达1,000,000 点以上。 APOGEE 系统采用客户 /服务器结构，支持多用户系统，并遵循开放性原则，支持标准的 OPC 技术和 SQL 数据库，便于与其他第三方系统实现数据共享。4 系统
8、设计4.1 系统 总体设计根据招标要求，本方案楼宇自控系统的监控主要包括以下内容：1) 冷热源系统2) 空调系统3) 新风系统4) 送排风系统5) 给排水系统6) 照明系统7) 变配电系统8) 医用气体系统9) 电梯监控系统10) 恒压生活给水设备11) 污水排水系统系统采用集散式管理模式， “集中管理、分散控制 ”，其中： DO 点579 个， DI 点 1354 个， AO 点 212 个， AI 点 423 个。DDC 安装在设备机房内，或安装在楼层设备间（弱电竖井）内； DDC 通过控制总线与控制中心的管理工作站互通互连。较分散安装的设备（如排污泵、水箱液位监测、通 /排风机等）则利用
9、扩展模块进行分散控制。4.2 各系统监控功能1) 新风机组根据楼控点表，共 67 台新风机组，根据招标清单进行监控点配置，每台风机组采用西门子 PXC 控制器进行监控，根据监控点配置，单台新风机组配置一台 DDC 控制器。主要监测内容： 新风阀位置 送风机运行状态 送风机故障报警 送风机手自动状态 送风温度 送风湿度 过滤器压差报警 冷 /热盘管水阀状态 防冻报警主要控制内容： 根据预先编制好的时序，启停送风机； 根据季节或室外温度，调节电动新风阀开度； 风阀与风机联锁运行：在新风机组停止工作时，新风阀门保持关闭状态； 根据送风温度，调节机组盘管电动水阀的开度大小，使回风温度达到设定值要求；
10、根据送风湿度，控制加湿器的开关，使回风湿度达到设定值要求； 冬季当低温报警时，系统自动关闭空调风机，关闭新风阀，全开水阀； 当系统发生消防报警时，停止相关区域的空调设备运行。2) 空调机组根据楼控点表，共 40 台空调机组，每台空调机采用 PXC 控制器一对一控制。主要监测内容： 回风温度 回风湿度 回风阀位置 新风阀位置 过滤器压差报警 冷 /热盘管水阀状态 低温报警 送风机压差状态 送风机运行状态 送风机故障报警 送风机手自动状态 送风温度 送风湿度主要控制内容： 根据预先编制好的时序，启停送风机； 根据季节或室外温度，调节电动新风阀、回风阀门开度； 风阀与风机联锁运行：在空调机组停止工作
11、时，新、回风阀门保持关闭状态； 根据回风温度，调节机组盘管电动水阀的开度大小，使回风温度达到设定值要求； 根据回风湿度，控制加湿器的开关，使回风湿度达到设定值要求； 冬季当低温报警时，系统自动关闭空调风机，关闭新、回风阀，全开水阀； 当系统发生消防报警时，停止相关区域的空调设备运行。3) 冷热源系统控制内容本建筑采用 2 台冷水机组进行制冷制热。系统主要包括以下设备：冷却塔 3 台、冷冻泵 2 台、换热器 2 台、热水循环泵 3 台、冷却水泵 3台、补水泵 2 台。根据招标要求进行监控点配置。冷热源系统采用一台大型模块化西门子 PXC Modular 控制器进行监控。主要监测内容： 监测冷却水
12、系统供回水温度； 监测冷冻水系统供回水温度、供回水压力及回水流量； 监测冷冻水、冷却水水流状态； 监测冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、冷水机组的运行状态、故障报警及手 /自动状态。 热源供 /回水温度 循环热水供 /回水温度 热水总回水管水流量 热水交换器电动阀控制 热交换器供水温度 热水循环泵控制主要控制内容： 根据预先编制好的时序，启停冷热源系统； 故障切换：当一台设备发生故障时，自动切换另一台设备投入运行，故障设备进行报警。4) 送、排风机在建筑内各楼层设置多台送、排风机，补风机、轴流风机等。根据招标要求进行监控点配置。风机监控点较新风、空调机组简单，全部为数字量开关点，且点数较少。考虑到在
13、完成监控功能的情况下节约成本，可以就近和空调机组、新风机组共用一台控制器或对这些设备就近配置扩展模块箱，通过扩展模块的 I/O 点进行监控。扩展模块通过西门子的 FLN 网络与 PXC Modular 控制器相连，构成二级网络。主要监控内容： 监测风机的运行状态、故障报警； 根据预先编制好的时序，启停风机。5） 污水排水系统 排水循环泵的运行参数监测，累计运行时间； 排水循环泵的故障参数监测 根据集水坑液位信号控制水泵的启 /停；水泵启停顺序为交替运行方式； 当主泵发生故障时、备用泵自动切换到使用状态；6） 电梯系统主要监控内容： 监测电梯运行状态； 监测电梯故障报警；7） 照明系统 根据具体
14、运行要求，按设定的运行时间方式，对楼层走廊、车道、电梯前室、卫生间等公共照明电源实现自动投切。 中央工作站实时显示各回路照明运行状态，实现公共照明的统一管理，节省管理人员，节约照明用电。8） 变配电系统变配电系统可谓整个智能建筑的心脏，特别是在特殊的建筑中，对变配电系统的监视能提高供电质量，减少事故隐患。变配电系统包括高压设备、变压设备、低压设备、发电设备等。采用通过标准 RS232 通信接口方式采集变配电数据，也同时采用硬件连接方式采集。经过数据交换及读取。 高压开关柜监视 高压主进开关状态监视； 高压母联开关状态； 变压器进线开关状态； 高压侧电压、电流； 变压器的监视 监视变压器的温度、
15、变压器风机的运行状态、故障报警； 低压配电监视 对其电压和电流进行监视。 对供配电功率因数、频率进行监视。9） 医用气体系统 对压缩空气、氧气、负压气体总管的压力进行监视。 检测氧气干燥机、压缩机、负压泵的运行状态和故障，对不正常的气体压力状况给出报警信号，传送至值班中心。5 系统 软件5.1 APOGEE 操作系统APOGEE 系统采用 Windows Vista/ Server/XP 平台。APOGEE 系统中央监控管理软件采用 INSIGHT 中文图形化软件，软件采用模块化设计。中文化人机界面，便于国内用户使用；动态图形显示，直观形象。点数据库结构，表格填充式的设定和程序编辑方式：系统监
16、控对象，在软件中是以地址点形式编辑，按受控对象的系统名称、点名称、监控类型、时间延迟、控制模式等分成小的功能模块化软件，用户在设定或编程时，只需在表格中填充或用鼠标修改即可，使用极为方便。系统具有自诊断功能，故障诊断相应速度快。由于 APOGEE 软件对监控对象地址点的定义采用两级定义，多字符描述方式，使得系统出现故障时，故障诊断软件可以准确快速查找故障点。为使系统内的报警更快被确定及更容易分析系统的表现，建管系统根据本方案的要求提供彩色动态图形显示，包括楼层的平面图及机电装置的系统示意图。 操作系统容许操作员通过菜单的选择、文字的指令或图象的途径而达至不同系统的图形示意图或平面图。 有关的图
17、形是动态显示，将温度、湿度、流量、状态等在图形正确位置中不断以实时的数值及状态显示出来，操作员不需介入，作出任何的动作程序。 操作站以 “窗口 ”式运作，可同时显示多幅图形，以便分析或将报警的图形显示出来而不影响正在进行的工作。 彩色动态图形软件可容许操作员增加，取消或修正图形显示。5.2 APOGEE 软件功能西门子楼宇科技提供所有软件，以支持本方案所阐明的操作及监控系统。这些软件可温在每个现场控制器中运行而不仅限于最高级的计算机工作方式。控制软件网络控制器及直接数字式控制器能进行下列各项标准及完备的控制模式： 两态控制 比例控制 比例加积分控制 比例加微积分控制 控制回路的自动调节控制软件
18、提供一个备用功能，用以限制每小时装置被控制周期次数。控制软件对重型装置提供一个延迟开启的功能，用以保护重型装置在过度开启情况下可能造成的损坏。节能软件西门子楼宇科技公司提供以下的节能软件，这些软件程序能在系统内自动运作而不需要操作人员的介入。同时软件有足够的灵活性，让用户根据现场情况而作出修定。每日的预定时间表每年的预定日程表假期的安排表临时超控安排表最佳启 / 停功能夜间设定点自动调节控制焓值切换功能用电量高峰期的限制温度设定点的重置制冷机的组合及次序控制报警管理报警的管理包括监察、缓冲，储存及将报警显示在操作站上。所有报警应显示有关报警监控点的详细资料，包括发生的时间及日期。报警根据严重性
19、最少分为三级，以便更有效及快速处理严重的报警。用户可以为不同的报警自行决定严重性的级别。监控点历史及动向趋势记录监控点历史记录楼宇自控系统内所有监控点的历史都自动存放在有关的网络控制器内。模拟量输入监控点应该每半小时取样本一次，而过去 24 小时的记录随时可以被用户提出来分析研究。至于两态的输出及输入在过去十次的改变亦记录在网络控制器内以便随时用作参考之用。6 系统硬件6.1 DDC 控制器DDC 控制器是 APOGEE 系统的核心，DDC 控制器可通过通讯接口与电脑或其他DDC 控制器通讯，也可独立运行。西门子 DDC 控制其主要包括 PXC Modular、 MBC、 MEC、 PXC、
20、FLNC 等，这些控制器通过自控层网络，与 Insight 监控软件通信。可根据监控对象的分布及监控点类型及数量，选择相应的控制器类型。6.2 模块化楼宇控制器 (PXC Modular)PXC MODULAR 系列（可编程模块化控制器）是 APOGEE 顶峰系统的重要组成部分。它是一个高性能的 DDC 控制器。可以单机工作，也能够联网完成一些复杂的监控和能量管理的功能。 通过 “自组 ”总线可以控制最多达 500 点的 TX-I/O 模块； 通过扩展模块， PXC MODULAR 系列还可以对分散在 FLN 上的设备进行监控； 通过 UL864 认证。 特点 标准的硬件构成能满足基本的控制要
21、求。 导轨安装和可移动的接线终端使安装和维修简化。 经过验证的经验程序能够满足设备的控制应用。 先进的自适应控制技术，闭环调节算法可使振荡最小 ,并保持精密控制。 为全套设备管理提供了安装在内部的能源管理应用程序和直接数字控制应用程序。 全面的报警管理，历史数据记录，操作员的控制监视功能。 支持符合工业标准的 10/100 Base-T 的 TCP/IP 网络上的点对点通讯。模块化设备控制器 (MEC)模块化设备控制器（ MEC）是 APOGEE 现场 管理和控制系统的组成部份，是一个高性能的直接数 字控制器（ DDC） 。 MEC 在不依靠较高层处理机的情形下，可以独立工作和联网以完成复杂的
22、控制、监视和能源管理功能，而不需依赖更高层的处理器。MEC 可以连接楼层级网络（ FLN）设备和LonWorks 控制器并提供中央监控功能。最多有100 个 MEC 控制器或现场处理机，可在点对点（ Peer-to-Peer）网络上通讯。TX-I/O 输入 /输出模块TX-I/O 是一系列在 APOGEE 系统中集通讯和电源模块为一体的I/O 点模块。 TX-I/O 产品包括 8 种 I/O 模块，标准化的 TX-I/O 电源，总线连接模块和总线接口模块。TX-I/O 模块为基于 TX-I/O 技术的 APOGEE 系统提供了输入输出点。此外，该模块点数的分布较为合理，为多种信号组合提供了极大
23、的灵活性及更好的人性化操作。8 种 TX-I/O 模块： 8 点 DI 模块 (TXM1.8D) 16 点 DI 模块 (TXM1.16D) 6 点 DO 带继电器输出模块 (TXM1.6R) 6 点 DO 带继电器和手动超持功能模块 (TXM1.6R M) 8 点通用模块 (TXM1.8U) 8 点带本地液晶显示 (LOID) 通用模块 (TXM1.8U-ML) 8 点超级通用模块 (TXM1.8X) 8 点带本地液晶显示 (LOID)超级通用模块 (TXM1.8X-ML)总 结西门子 APOGEE 在设计上充分体现了分散控制、集中管理的特点，保证每个子系统都能独立控制，同时在中央工作站上又
24、能做到集中管理，使得整个系统的结构完善、性能可靠。APOGEE 系统当中的各级别设备都可独立完成操作，即在同一时刻组成不同级别的集散系统（或不同级别的结构组织形式） ，使用界面非常亲切，其全套楼宇自控产品、统一的生产管理体系保证了系统的配套性，同时使系统可靠性大为增加。APOGEE 结构形式为模块化，控制方式极其灵活，控制层的维护和扩展极为方便。使得楼宇管理系统可以很方便地扩展，节省初期投资，系统各部分可分别随调试完成投入使用。致 谢当我终于开始结束这篇论文之时，回首两个多月的不懈努力，心中感慨万千。首先，我要感谢我的领导和同事们，他们的专业知识，严谨的科学态度，精益求精的工作作风，朴实无华、
25、平易近人的人格魅力，对我影响深远，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成在此，我还要特别感谢我的小代同事，他对本课题做了不少工作，给予我不少的帮助。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬领导、同事、朋友给了我极大的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意 ! 谢谢你们 !参考文献1 施鉴诺等 . 智能建筑的建筑设备自动化 M，北京工业大学， 2001。2王波，卿晓霞。智能建筑导论 M，北京高等教育出版社， 2003。3张瑞武 .智能建筑 M。清华大学出版社， 1996。4孙景芝 .建筑电气自动控制 M。北京建筑工业出版社， 1993。
