OptiSYS PCS控制系统在杭州白马湖动漫广场中的应用

文｜浙江中控研究院有限公司 庄 严 崔凤勇 颜建国

1 引言

现代化建筑内部的机电设备数量庞大，这些设备分散在大楼的各个楼层和角落，若分散管理、就地监测和操作，将占用大量人力资源。楼宇自动化系统利用现代计算机技术、控制技术和网络技术实现对所有机电设备的集中管理和自动监测，确保楼内所有机电设备的安全运行，提高楼内人员的舒适感和工作效率，使设备长期保持经济运行；还能够在设备出现故障时，及时确定故障类型及其发生的时间和位置，以便管理人员及时采取必要的措施将事故消除在萌芽状态。此外，相关研究报告统计显示，安装有楼宇自动化系统的建筑可降低能耗约25%，减少管理人员数量约30%。楼宇自动化系统的这些优点很好地契合了当今社会在节能减排、绿色低碳方面的要求，因此采用楼宇自动化系统对建筑内部设备进行监控和管理已经成为大型现代化建筑发展的必然趋势。

2 项目介绍

2.1 项目概况

中国国际动漫广场会展中心位于杭州白马湖生态创意城内，是2012年第八届与2011年第七届中国国际动漫节的主会场，也是承办第六届中国国际动漫节的会场之一，建筑面积超过70000m2，投资额约3.2亿元。为了给广大动漫迷、参展商创造一个安全、舒适、环保、节能的环境，会展中心采用浙江中控自主研发和生产的OptiSYS PCS-300/400控制系统，对内部的楼宇机电设备进行自动化监控管理。其整个控制系统共有1031个监控点位（包括705个数字输入点，59个模拟输入点，239个数字输出点，28个模拟输出点），以及现场联网型冷水机组监控接口、电梯系统监控接口、变配电系统监控接口、消防系统接口、CO监控接口等。该控制系统对会展中心内的所有空调系统设备、通风/排风设备、冷/热源设备、给/排水系统设备、电梯等实行自动监测和控制，并收集、记录、保存及管理有关系统的重要信息和数据，达到提高这些系统的运行效率、满足服务环境的特殊需求、节省能源、节省人力、最大限度延长设备寿命的目的，同时也为会展中心提供了一个健康、舒适、洁净的环境。

2.2 系统硬件配置

本系统由位于一层消控机房内的主计算机（即系统服务器）、分布于大楼各处的DDC分站、通信总线、各种现场检测和执行装置组成，是以满足冷/热源、空调、新风、送/排风、给/排水等设施以及环境空气质量的监控、管理要求为目标的，完整的集散控制系统。具体而言，整个大厦的楼宇自控系统共配置53台OptiSYS PCS-300、OptiSYS PCS-400系列DDC控制器，其中41台位于会展中心内部，另外12台位于地下车库内——它们通过4根总线互相连接，形成网络；同时安装有34个空气压差开关、28个风道温度开关、8个CO传感器、1个室外温湿度传感器、106个液位开关等各种类型的现场传感器与执行器。

OptiSYS PCS-300是中控研究院针对智能楼宇智能照明项目开发的系统，采用了节省空间、方便使用的优化结构设计，实现了模块化，具有以下几个方面的特点：

◆ 采用标准简单的安装模式，背板总线集成在模块上，通过总线连接器装配，端子全部可脱卸，采用分布式或集中式结构皆可；

◆ 采用先进的分布式现场总线设计，符合CANopen DS401标准的通信协议，6种波特率可选，分布距离25～1000m可选，配置灵活，易于扩展，采用电源冗余和模块热插拔设计，以及电源反接保护、防浪涌保护、总线短路保护等多种保护功能设计；

◆ 采用开放的网络化通信，具有多种网络通信物理接口，包括工业以太网、CAN总线、RS485、RS232、EPA、Modbus接 口，以及可编程串口等；

◆ 采用标准的程序化设计，覆盖从项目组态、编程、调试到测试的所有功能。

OptiSYS PCS-400是中控研究院针对工厂自动化及大型智能控制项目开发的系统，与PCS-300系统相比，在系统规模、性能以及可靠性等方面具有以下提升：

◆ 可靠性高，硬件本身具有很强的抗电磁干扰能力；

◆ 采用高性能工业级CPU，处理能力高达每1000指令40μs，一个CPU的I/O点容量在5000个点以上。

本系统共使用了八套OptiSYS PCS-300系统与两套PCS-400系统。

2.3 系统软件配置

在软件方面，本系统采用了中控自主研发且拥有知识产权的OptiView上位机监控软件。该平台具有以下功能特点：

◆ 采用灵活的动态图形操作界面，拥有软功能键、下拉式菜单，支持用鼠标实现大部分功能；

◆ 采用面向对象的数据库Objectivity；

◆ 采用跨平台数据库数据交换（ODBC）；

◆ 采用接口与服务器数据交换技术（DDE）；

◆ 采用数据采集与管理应用软件；

◆ 采用运行参数与状态显示应用软件；

◆ 采用运行记录报表打印应用软件；

◆ 采用中央调度以及智能远动控制应用软件；

◆ 采用故障诊断及报警应用软件；

◆ 采用面向Microsoft Excel的趋势数据界面；

◆ 采用可制定的权限；

◆ 采用现地控制单元编程软件。

3 系统规模及构成

本系统主要实现对大楼内部六个子系统，即冷/热源系统、空调系统、新风系统、送/排风系统、给/排水系统和环境监控系统的实时监控。系统在中央工作站上对机组的运行参数进行列表汇报、趋势分析、超限报警，同时在工作站上对机组的连续运行状态进行自动记录，以求达到最佳的节能效果，并对营运环境进行控制。

表1、表2详细介绍了整个系统的点位情况。

3.1 冷/热源系统

大楼内部共有三台冷水机组，每台冷水机组都配有一路数字输出用于启停控制，一路数字输出用于控制蝶阀开关——在预定时间程序和最佳启/停程序下控制冷水机组及冷水阀，以免其在无人使用时大量浪费能源；配有两路模拟量输入分别用于监测水管温度和水管压力，四路数字输入分别用于监测冷水机组运行状态、故障状态、手/自动状态、水流方向——在远程工作站上对机组的运行参数进行列表汇报，在出现异常时发出警报。

3.2 空调系统

大楼内部共有28台空调机，本系统为每台空调机都配备了一路数字输出用于控制空调的启停，在预定时间程序和最佳起/停程序下控制空调机组，以免其在无人使用时大量浪费能源；配备了一路模拟量输出用于调节回水阀，一路模拟量输入用于监测回风温度，根据回风温度，PID调节冷水（夏季）/热水（冬季）二通阀，使送风温度始终保持在设定范围内；配备了三路数字输入分别监测空调系统运行状态、故障状态、手/自动状态，在机组工作出现异常时立即报警；配备了一路数字输入用于滤网堵塞报警，自动监测过滤网两端压差，在过滤网堵塞时报警，自动提示清洗过滤网，提高过滤效率。整幢大楼装有八个室内空气质量监测点，这些点位将采集到的模拟量输入信号输送给工作站，工作站以此为依据调节空调的开关，从而达到稳定室内温湿度的目的。

3.3 新风系统

大楼内部共有九台新风全热交换机，其中每一台都由一路数字输出控制其运行——在预定时间程序和最佳启/停程序下控制新风机组；有三路数字输入用于监测其运行状态、故障状态、手/自动状态——在机组工作出现异常时立即报警；有一路数字输入用于滤网堵塞报警——自动监测过滤网两端压差，在过滤网堵塞时报警，自动提示清洗过滤网，提高过滤效率。

表1 标准客房中的信息点规律表

表2 模拟量输入/输出点位表

3.4 送/排风系统

大楼内部共有54台各种类型的送/排风机以及排风兼排烟风机，其中每一台都由一路数字输出控制其运行——时间程序自动启/停送/排风机，可实现任意周期的实时时间控制功能；另有三路数字输入用于监测其运行状态、故障状态、手/自动状态并累计运行时间。中央站显示并且记录各种参数，包括状态、报警、启停时间、累计运行时间及其历史数据等。

3.5 给/排水系统

大楼内部共有95个集水坑与水池、142个水泵。系统采用一路数字输入监测集水坑的水位是否达到警戒水位（消防水池与生活水池中有两个水位报警传感器），并且在超过警戒水位后报警；通过两路数字输入监测水泵的运行状态和故障状态，在中央工作站显示并记录其参数、状态、报警、启停时间、累计时间和历史记录。

3.6 环境监控系统

地下车库配有11个CO传感器，并且连接模拟量输入模块，用于实时监测车库内的CO浓度，确保地下车库的空气质量，并且也可从侧面检验送/排风系统的工作效果。另外，楼内外都装有少量温度、湿度传感器，用以实时监测室内/外温度和湿度。

4 功能特点

与传统智能楼宇自动化系统相比，本系统主要具有以下的技术及功能优势：

◆ 中央监控系统软件采用浙大中控最新推出的OptiView软件，支持B/S方式，为整个大楼的信息化创造了条件；

◆ 充分利用DDC控制网络及其扩展网络通信的能力，采用分布式扩展模块，系统设计相对比较分散，使得I/O电缆信号布线大为减少；

◆ 根据不同功能区域的划分配置各控制点和设备，结合中央监控系统软件对不同功能区域的设备实行分区管理，做到既可以按照今后管理运行的要求对硬件、软件进行分区，又可以通过网络灵活地将各区域的设备集成在一个BA系统架构下进行集中管理；

◆ 运用能量管理软件，为大楼的节能管理提供管理手段，根据大楼内部不同子系统的实际情况及其各自不同的功能特点，收集大楼的能耗数据，进行分析评估，进而采取措施降低大楼的能耗；

◆ 采用了高速硬件平台与先进的I/O通信总线技术—— PCS-400系统的CPU采用高性能处理芯片，极大提高了系统的处理速度；在CPU与I/O机架间采用EtherCAT总线技术（高性能的EtherCAT技术使得总线系统不再是控制理念的瓶颈，使得分布式I/O的运行速度可以比大多数本地I/O接口更快）；

◆ 采用了一个充分开放的网络软件体系结构，因而使会展中心的BA系统和外部设备、系统的通信连接和数据交换不存在任何障碍，无论是未来需要将新的楼宇设备接入本系统，还是将现有系统接入更高层次的信息集成系统，都有最方便、可行的解决方案。

5 结束语

中国国际动漫广场会展中心自建成至今，已经成功举办了2010年第六届、2011年第七届，并马上就要迎来2012年第八届中国国际动漫节。中控OptiSYS PCS系列控制系统自交付使用以来，以其稳定可靠的功能、简单方便的维护，赢得了用户良好的口碑。系统投入运行后，降低了能耗、节省了人力维护成本、为会展中心提供了一个节能、环保、安全、舒适的环境。