楼宇自控系统设计及验证
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摘要: 本文主要依据作者设计、施工经验，阐述了某单位楼宇自控系统的设计。详细介绍了系统的基本架构、功能以及施工完成后对设计理论的验证。
关键词: 楼宇自控系统 PLC 制冷站
1. 设计思想
（1）采用高性价比的集散型控制系统
（2）楼宇自控系统支持开放协议
（3）为生产人员提供舒适的工作环境
（4）将机电系统的运行费用降到最低
（5）各主要控制参数目标满足或超过业主方合同技术条款之要求。
（6）提供突发故障的预防手段
（7）采用模块化的现场控制器
（8）自控系统支持两级网络结构
（9）监控工作站应提供良好的人机界面
（10）系统支持登录控制、时间控制及数据记录。具备时间和控制功能，可按
（11）系统具备登录控制功能，对不同级别的操作人员给予不同的操作权限和口令。
（12）系统具备数据记录功能，可在指定时间内收集、记录监测值，从而可以方便的制作分析报表和统计记录。
（13）提供给用户系统备份和恢复的简便方法，采用Ghost8.0恢复/还原系统分区。
此外，为保证设计质量及符合工程的高标准，在本工程的设计过程中严格按相关设计规范进行实施，并与暖通、电气等相关专业密切配合。参考的标准及规范有：
《智能建筑设计标准》（GB/T50314－2000）
《智能建筑工程质量验收规范》（GB50339－2004）
《建筑与建筑群综合布线工程设计规范》（GB/T50311－2000）
《建筑与建筑群综合布线工程验收规范》（GB/T50312－2000）
《工业自动化仪表工程施工及验收规范》（GBJ93－86）
《电子计算机房设计规范》（GB50174－93）
《工业企业通信接地设计规范》（GBJ79－85）
《通用用电设备设计规范》（GB50055－93）
《建筑设计防火规范》（GBJ16－87）2001修订
《建筑物防雷设计规范》（GB50057－94）
《智能建筑弱电工程设计施工图集》（97X700上/下）
《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19－87）
2. 系统功能模块设计
2.1 BAS系统结构配置
楼宇自控系统管理的暖通设备包括：
（1）制冷站，包括三台冷机，四台冷却水泵，四台冷冻水泵，三台冷却塔；
（2）输液车间四台组合式空调机组；
（3）固体车间四台组合式空调机组；
（4）屋面排风机共21台。
经过总体分析以上设备的分布情况、设备的I/O点数量、各被控设备需实现的功能以及经济性考虑，最终采用美国SIEMENS公司的S7-300PLC控制系统系统作为该工程楼宇自控系统的解决方案。
本文所设计的楼宇自控系统网络组态结构，包括服务器、冗余的服务器以及DDC控制器之间的关系。见下文所述：
2.2 网络设计
考虑系统可靠性要求及规模大小，楼宇自控系统的网络采用PROFIBUS现场总线网络。为每一台控制器配置了一个总线通讯模块，以减少CPU的通讯压力，更好的处理现场控制任务。PROFIBUS 是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为最重要的现场总线标准。符合： - IEC 61158 国际标准- JB/T10308.3-2001(中国标准2001 年)。这种结构具备以下优点：
Ⅰ.网络节点少，数据包转发快，网络响应快；
Ⅱ.DDC控制器可选择各种类型的控制器，功能强大。控制器与被控设备可实现一对一甚至一对多的较方便的控制模式，其控制程序不依赖于网络生存，可靠性高；
Ⅲ.系统检查维护较分布网络更为便利。由于通讯处理器和CPU的互相独立，使得单一控制器死机/断电对系统的影响范围较小。
2.3 服务器配置
系统配置两台工业级控制计算机作为管理服务器，且互为冗余备用。在两台计算机上均安装有WinCC/Redundancy 选件，可运行两个并行的WinCC 站。这种组态的最明显优点是由 WinCC 冗余系统完成的自动归档匹配所保证的数据完整性。当一台服务器发生故障时，另一台WinCC 客户机就会自动切换到当前的服务器。
2.4 DDC控制器设计
各被控对象的I/O点设置是根据业主提供的初步设计要求、暖通专业提供的工艺要求并结合《智能建筑设计规范》和本文作者的多年经验而得。根据I/O点数的设置，结合“就地控制、集中管理”的集散系统设计理念，在本工程中，采用5台S7-300PLC控制器对暖通设备进行全面的监控.
2.5 图纸设计
每个DDC相关的图纸包括：控制对象原理图、控制器柜体图、控制器模块接线图、控制器柜端子出线图、控制柜电源回路图、控制程序流程图等。
3. 结论
在本文的设计以及应用方法确定后，本文作者随相关技术人员一起在现场进行了楼宇自控系统调试，并对设计结果进行了验证。
设计验证主要验证了BAS对温湿度控制的效果和精度，其次也对设计的其他功能、人机画面等进行了试验，确保系统实现设计功能和设计要求。
3.1 温湿度控制结果
对于K301设计的温湿度控制，其主要控制目标在于保证输液生产车间的温度和相对湿度（简称湿度）。
夏季温湿度控制效果：
在系统调试完毕后，对BAS系统的夏季控制效果进行了15天数据记录，每日在上午10点、下午2点和6点在主要生产现场分别记录一次采样（AM10、PM2、PM6）。
自动控制运行下，绝大多数的温度和湿度测点在设计要求的精度范围内（温度24℃±1℃、相对湿度55%±10%）。个别记录点的超越精度范围，经分析认为由于以下原因造成：
1.由于K301的制冷/制热区域包括生产车间内各个工艺房间，而K301的温度控制和湿度控制以这些区域的平均温度和平均湿度（即回风温度）作为过程量。因此，对回风温度/湿度控制与生产房间的温度/湿度有细微差别，造成某些时刻的精度控制超过允许值。
2.部分可能由于突然的扰动而导致控制精度瞬间超过允许值。
3.2 验证结论
通过对楼宇自控系统的运行测试，采用西门子S7-300PLC组成的楼宇自控系统达到了系统设计要求，温度湿度的控制结果符合设计指标（温度24℃±1℃、相对湿度55%±10%）。
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