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2019全景工博会
控制系统

Tower 185:Beckhoff 自动化平台控制 60,000 个数据点

  2014年04月17日  

  随着 Tower 185 的竣工,美因河畔法兰克福的天际现在又多了一座吸引人眼球的建筑:高达 200 米的 50 层高的办公大楼,是德国第四高楼。整个楼宇自动化基础设施的施工由 Hermos AG 公司来实施,一家专业从事楼宇和生产工艺 IT 解决方案开发与实施的供应商。该公司已与其合作伙伴 Beckhoff 实施过多个楼宇自动化项目,他们在该项楼宇项目中再次使用了基于 PC 的控制平台。由 Hermos 开发的 FIS# 楼宇管理系统 — 在管理和运行层使用 — 和 Beckhoff 技术组件一起构成一个高效的楼宇自动化系统,满足了 Tower 185 运营商和业主双方的所有需求。

  Tower 185,由法兰克福 Prof. Christoph Mäckler Architekten 建筑事务所设计,从一个呈马蹄形的底座(所谓的东西街坊式建筑)上直冲云霄。这些街区囊括了商店、饭店、办公楼和会议中心以及员工子女餐厅和日间托儿所。这栋高层办公大楼共有 50 层,总面积为 100,000 平米。Tower 185 的主要租户是普华永道(PwC)会计师事务所,他们租用的面积有 71,000 平米。大楼的其他租户有全球性法律服务提供机构 Mayer Brown LLP 以及 Excellent Business Centers GmbH。

  XXL 格式的楼宇自动化平台

  Hermos 受大楼业主 CA Immo 委托实施整个办公大楼的楼宇自动化 — 从管理和运行层到 HVAC 和房间自动化系统。办公大楼的面积有 100,000 平米,单独的房间控制和动态房间管理都非常复杂,在控制方面是不小的挑战:一方面,管理和运行层必须采集和分析来自办公室的需求。另一方面,必须实施全面控制功能,包括修改房间大小、灯光以及各种用户和遮阳场景。最后,必须满足暖通空调最基本的节能控制需求。

  在这个项目中,共使用了 700 套 Beckhoff 基于 PC 的控制系统来执行 Tower 185 中的所有控制和调节任务。60,000 个数据点通过 Ethernet 和一个 TwinCAT ADS 通讯接口与中央楼宇管理服务器上由 Hermos 开发的 FIS# 管理和运行层系统连接。FIS# 连接房间自动化和楼宇管理系统,负责集中操作、监测和控制技术楼宇设备(HVAC)以及动态房间管理。Hermos 公司负责 Tower 185 的项目经理 Thomas Sturm 补充道:“数据点通过标准的 Beckhoff I/O、DALI、EIB/KNX 和 EnOcean 端子模块连接。总共有 170 台 Beckhoff CX9010 系列嵌入式控制器、500 台 CX9001 系列嵌入式控制器以及 80 台 C6925 系列工业 PC 负责数据处理。在每一个楼层都有一台 C6925 用于过滤或限制数据,然后传输这些数据,最后构建和合并 FIS# 服务器的信息。例如,它采集房间温度的实际数值和设定点数值,然后根据定义的时间模式将这些数值传输到管理和运行层。楼宇自动化系统采集到的所有数据都汇集在 FIS# 中,构成评价和控制,例如能耗、系统可用性或运行成本以及集成维护管理的基础。

  冗余以太网网络全天候可用

  一个独立的基于 Ethernet TCP/IP 的网络构成了楼宇管理系统的“核心部分”。楼宇网络的网络基础设施分为三个区域,即东西街坊式建筑和塔楼自身。大楼的每个区间都有一个冗余光纤环网,这样,即使在网络电缆被中断的情况下也能够继续保持数据通信。由冗余服务器和客户端构成整个管理和运行层的联网通过一个光纤环网和 Ethernet TCP/IP 实现。光纤环网通过开关连接各个楼层的自动化设备,也就是说,下位 Beckhoff 工业 PC 通过铜制以太网电缆与通过光纤联网的控制层连接,构成星型拓扑结构。

  与工业 PC 相连的是总线端子模块,并依次和房间控制装置、传感器和执行器连接。Thomas Maier 解释道:“Tower 185 大楼可以使用楼宇操作人员 Hochtief Solutions 通过监视器和楼宇自动化控制室内的客户端进行全面监控。当然,Hermos 还能够通过一个用于远程维护的客户端访问楼宇控制系统。

  灵活的设计:单独房间控制

  Tower 185 的单独房间控制包括通过 DALI 实现的照明控制以及通过 SMI 实现的百叶帘控制。采用 EnOcean 技术的房间控制装置用于在小型办公单元的基础上灵活利用房间。每个房间都配备了一个人体传感器、一个房间温度选择开关、一个温度传感器和一个百叶帘操作按钮。所有来自房间控制装置的信号,如实际和设定点温度数值,通过 EnOcean 无线技术发送给 KL6583 EnOcean 总线端子模块并传输给嵌入式控制器。

  动态房间管理的一个前提条件是遵守预定义的控制变量。Thomas Maier 阐释道:“在使用场景方面,我们进行了精确的规定,同时也将租户的需求考虑进去了。在房间自动化方面,我要求遵守最大允许的偏差。相应地,我们还为办公区域定义了三个运行模式:日间、夜间和周末以及舒适模式。对于夜间和周末模式,我们必须遵守 ± 3 K(Kelvin)的限值,以正确调节房间。日间模式通过定时器定义;这表示从早上 7 点到晚上 7 点,房间一直保持这样一种状态:只要占位传感器被激活,就能够快速切换到舒适模式。

  除了标准的办公区域之外,Tower 185 的 48 层和 49 层还设立了一些特殊型和舒适型房间。在这里,房间控制使用的是采用 EIB/KNX 技术的操作面板实现。面板包含用于各个房间功能的按钮,如百叶帘和照明控制,以及设定温度值的数字规范。在这里,租户能够,例如,调用存储的照明场景并通过 FIS# 客户端进行修改。此外,操作面板提供有关各种房间参数的状态信息,如温度或空气质量等。一台 PWM 控制器用于显示外部温度、显示五个气候元素且控制流量。一个露点传感器用于指示屋顶是否可能会结露。控制功能通过使用一个 TwinCAT 软件模块实现。

  无需修改硬件即可实现动态房间管理

  由于每个标准的办公室都配备一个采用了 EnOcean 技术的房间控制装置,在房间用途发生变化时,可以灵活改变房间布局。如果标准房间连接起来变成一个开放式办公室,那么属于基本单元的组件会被分配给主控制器。“为此,房间控制装置会被移走。所需的重组(例如照明和供暖元件或百叶帘)在 FIS# 系统中通过我们的动态房间管理系统或通过合适的任务分配定义。不需要修改布线或重新安装。”Hermos 公司的软件专家 Thomas Tröger 解释说道。

  在专用房间里有可移动的隔断墙,墙壁的位置通过信号触点检测,以控制房间空调。如果两个房间连起来,操作也要相应调整,且控制过程通过这两个控制面板对齐。对于其它房间的修改,租户必须向大楼运营商 Hochtief Solutions 申请,然后他们会根据修改后的平面图调整管理和运行层或房间控制的可视化系统。

  集中百叶帘控制显著提高能效

  Tower 185 使用所谓的“整体百叶帘控制”,它集中在管理和现场层执行。为此,大楼和街坊式建筑的整个幕墙的百叶帘被划分为几个部分。它们根据日光、灯光方向和温度级别控制。东部街区 6 楼安装的气象站不仅可以测量温度,还可以测量风速、风向、雨量和照度。为了计算四周高楼对 Tower 185 控制参数的影响,第 53 楼还安装了更多气象传感器,用于测量无障碍物时的光照度。

  Thomas Tröger 在解释遮阳控制方案时说道:“为此在 FIS# 中创建了一个输入掩码,在这里操作人员可以输入数值。然后根据这些标准全局启用日光防护。很可能的一个场景就是:当清晨东面太阳被遮住的时候,南面的窗户仍然是打开的。如果在一天当中情况有所变化,全局控制器也会相应改变百叶帘段。尽管如此,每个房间用户仍然能够通过房间控制装置分别操纵每个窗户的百叶帘。在将要起大风或下雨的时候,中央控制器会自动再次发出命令。”

  楼层控制计算机:Tower 185 总共使用了 80 台 C6925 型控制柜式工业 PC。每个楼层都安装了一台 C6925 用于过滤或限制数据

 

  用户友好的操作界面

  用于总结与操作人员相关的所有信息的 FIS# 的操作界面被布置为两大部分。系统树反映了整个项目结构并再细分为房间管理和技术系统。房间管理包括单独的楼层,从底楼到第 50 层。技术系统被分为单独的子系统,包括通风和制冷系统。例如,通风系统可以再细分为供气和排气系统以及空调子系统。因此,操作人员能够通过操作界面访问各个系统。

  高度灵活 — 从管理和运行层到自动化平台

  对于使用面积为 100,000 平米的 Tower 185 这样一个大型楼宇项目来说,理所当然,它的租期会非常长。因此,需要楼宇自动化系统具有高度灵活性且所使用的所有系统和组件都能够无故障地进行交互。“Hermos 管理和运行层与 Beckhoff 自动化平台都具有良好的开放性。他们为其它通讯和技术方案提供了大量接口。Hermos 为连接控制系统和 TwinCAT 开发了自己的 ADS 驱动程序,使得系统的通用访问成为可能。”Beckhoff 纽伦堡办事处销售代表 Wolfgang Negele 如此说道。

  数据处理通过 670 台 CX9001 或 CX9010 型嵌入式控制器完成。在CX9000系列的标准配置中,带有两个集成交换机功能的RJ 45接口,这样可显著简化线性拓扑结构中的布线工作

标签:倍福 C6925系列工业PC TwinCAT我要反馈
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