弱電智能化系統(tǒng)在制造業(yè)廠房當(dāng)中的應(yīng)用

1、當(dāng)前，人們普遍談?wù)摰慕ㄖ悄芑?，主要是指民用建筑，如高層辦公樓、綜合樓、商住樓及建筑群， 此外住宅小區(qū)智能化也是熱點之一。實際上， 工業(yè)建筑，特別是研究生產(chǎn)高新技 術(shù)產(chǎn)品的現(xiàn)代化工廠和實驗室， 其智能化系統(tǒng)應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的， 而且工業(yè)自動化已有相當(dāng) 歷史。 民用建筑與工業(yè)建筑的智能化技術(shù)有相同相似之處。當(dāng)然，由于工業(yè)建筑的許多功能要求與民用建筑不同， 因此其智能化系統(tǒng)也有其相應(yīng)的設(shè)計特點。 工業(yè)建筑的范圍很廣， 要 求各不相同， 本文僅就制造業(yè)工廠與民用建筑在智能化方面不同之處進行闡述， 相同之處不 在此敘述。一、智能化的定位（一）制造業(yè)工廠的基本特點制造業(yè)工廠一般都是由生產(chǎn)廠房及支持區(qū)、動力

2、廠房、倉庫（ 含化學(xué)品庫 ） 、辦公樓 （辦公區(qū) ） 、廢水廢物處理區(qū)、室外罐區(qū)，有的還有生活區(qū)等組成的現(xiàn) 代化大型工廠，其主要特點是： 1. 有很多貴重的精密儀器和設(shè)備，廠房造價昂貴，十幾億、 幾十億甚至上百億。2. 對生產(chǎn)環(huán)境有嚴格要求，因此有相當(dāng)一部分為潔凈廠房。3. 對生產(chǎn)原材料要求嚴格，一部分由工廠自己生產(chǎn)，因此自動化程度要求高。4. 因生產(chǎn)需要，要使用各種可燃氣體 （蒸汽 ）、有毒氣體，有腐蝕性的液體。（二）智能化系統(tǒng)的定位民用建筑智能化是向人們提供一個安全、舒適、方便、高效的生 活和工作環(huán)境的重要技術(shù)措施之一。工廠是生產(chǎn)產(chǎn)品的， 如何達到生產(chǎn)產(chǎn)品所需的環(huán)境要求， 符合要求的原材料

3、及動力條件， 以及工廠安全和、高效、可靠、經(jīng)濟的運行，以確保產(chǎn)品的成品率和產(chǎn)品的可靠性、長壽命 及達到設(shè)計的產(chǎn)量， 則是建設(shè)者們追求的目標(biāo)。 作為滿足這些功能、 技術(shù)要求的重要措施之 一的智能化系統(tǒng)， 就必須是成熟的、 實用的、 可靠的及先進的技術(shù)和產(chǎn)品， 這是所指的先進， 主要不是指新技術(shù)，而是指開放性、可擴展性、可升級及兼容性。另外， 由于產(chǎn)品都有其生命周期，而工廠的建設(shè)期較短。因此那種功能齊全， 看起來技術(shù)先進而還需要研究實驗的設(shè)計是不能應(yīng)用于此類建筑的。二、智能化系統(tǒng)總體方案的確定智能化系統(tǒng)的總體方案實際上涉及到系統(tǒng)集成及總體 結(jié)構(gòu)，關(guān)系到方案的進一步設(shè)計、實施，涉及到智能化系統(tǒng)能否達

4、到要求的功能及技術(shù)指 標(biāo)，符合建設(shè)周期及投資額要求。 因此確定適合于工程項目的總體方案是設(shè)計者需要認真 對待的。（一 ） 幾種方案的比較 1.各子系統(tǒng)內(nèi)部集成通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)CNS、辦公自動化系統(tǒng) OAS、建筑設(shè)備自動化系統(tǒng) BAS、消防自動化系統(tǒng) FAS、安全防范系統(tǒng) SAS 以及制造業(yè)工廠廠房 特有的有害物質(zhì)檢測系統(tǒng) HPM(Hazardons Production Material) 各子系統(tǒng)內(nèi)部有集成， 但上 述系統(tǒng)之間沒有集成。 這種方案雖然各系統(tǒng)都能很好的完成相應(yīng)的工作， 但對于現(xiàn)代化工廠 的整體管理不利，因此不宜采用。2. 建筑智能管理系統(tǒng) IBMS 這是將 CNS、OAS、BAS、

5、FAS、SAS及 HPM通過高速網(wǎng)絡(luò) 進行統(tǒng)一集成， 由一體化集成管理系統(tǒng)實現(xiàn)對整個工廠的綜合智能管理。 在某些項目雖然有 運用實例， 但是對于制造業(yè)工廠這種大型工廠來說， 需要監(jiān)測控制的點數(shù)相當(dāng)龐大而且十分 重要。另外，雖然工廠也有原材料、設(shè)備、產(chǎn)品的物流管理，有財務(wù)、人事、設(shè)計等辦公自 動化需要，有語音、數(shù)據(jù)、會議系統(tǒng)等方面需求，但這些與確保全廠高效、安全、可靠的生 產(chǎn)產(chǎn)品沒有太大的必然聯(lián)系，因此進行一體化集成在目前來說不是最佳選擇。3. 建筑設(shè)備綜合管理系統(tǒng) BMS (或工廠管理控制系統(tǒng) FMCSFacility Management An d Control System)消防自動化系

6、統(tǒng) FAS 是直接關(guān)系到避免和減少因火災(zāi)面造成的人身和財產(chǎn)損失的系統(tǒng)， 有特殊重要的位置， 另外，因為中國國情的原因， 需要作為獨立的子系統(tǒng)， 而且要有專門人 員24小時值班。HPM系統(tǒng)是僅次于 FAS系統(tǒng)的重要系統(tǒng)， 也需要作為一個子系統(tǒng)是適宜的。FAS系統(tǒng)、 HPM 系統(tǒng)、 SAS系統(tǒng)及建筑設(shè)備自動化系統(tǒng) BAS之間，都有許多聯(lián)運要求， 需要實現(xiàn)對設(shè)備的分布控制和集中監(jiān)視管理， 以便更好的協(xié)調(diào)工作， 提高設(shè)備運行效率和提 高節(jié)能效果，因此有必要把 FAS、 HPM、 SAS及 BAS集成起來，這就形成了 BMS 系統(tǒng)。對 于制造業(yè)工廠來說，在目前階段， BMS 系統(tǒng)是較好的選擇。至于工廠需

7、要的各種生產(chǎn)經(jīng)營管理、 辦公自動化及各種通信， 可以另外建立通信網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng) CNS、辦公自動化系統(tǒng) OAS.需要而且條件成熟時與 BMS 一起集成為 IBMS.(二)BMS(FMC S)設(shè)計中的幾個問題 1. 系統(tǒng)構(gòu)成主干網(wǎng)為采用 TCP/IP 協(xié)議，符合 IEEE802.3 標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng) 或 FDDI ，滿足 10/100Mbps; 根據(jù)情況現(xiàn)場總線采用 10Mbps 以太網(wǎng)、 Profibus 總線、 LonW ork 總線等。應(yīng)配備與工程相適應(yīng)的 BMS 集成管理系統(tǒng)。通常情況下，主干網(wǎng)可通過路由器與公司上級管理層 MIS 網(wǎng)絡(luò)相連，以便管理層了解 情況。消防自動化系統(tǒng) FAS、安全防范

8、系統(tǒng) SAS 及有害物質(zhì)檢測控制系統(tǒng) HPM 的主機均有與 BMS 集成的接口，并保證與中央管理機的可靠通信。2. 幾個監(jiān)控中心位置的確定監(jiān)控中心設(shè)置在負荷中心，方便管理及符合相關(guān)的規(guī)范是確定位置的基本原則。 制造業(yè)工廠經(jīng)過統(tǒng)一規(guī)劃， 智能化系統(tǒng)的幾個控制中心的設(shè)備常常不能 集中在一個中央監(jiān)控室內(nèi)。 BMS 管理中心通常設(shè)在動力機房內(nèi)， BAS 的中央站通常與 BMS 管理中心合用， 消防總控制室可以設(shè)在主廠房一層主入口， 安防總控制室可以設(shè)置在廠區(qū)的 主入口門衛(wèi)室，或與消防總控制室合用。除各子系統(tǒng)的總控制室外， FAS、HPM、SAS的分控制室及 BAS 的分站應(yīng)合用，方便管 理及電源等設(shè)備

9、的配置。3.BMS 的布線系統(tǒng)雖然計算機網(wǎng)絡(luò)中使用的光纜和8芯的雙絞線可以應(yīng)用于 BMS系統(tǒng)，但是工業(yè)用雙絞線， 根據(jù)不同的現(xiàn)場情況通常使用多種雙絞線，如屏蔽的、 非屏蔽的、 防腐 蝕的、 低煙少鹵的等。 另外電纜芯數(shù)也是根據(jù)連接的設(shè)備不同而不同，并非都要使用光纜或8 芯的雙絞線。另外，雖然產(chǎn)品會不斷變化，但是為其提供工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境條件和動力條件 變化并不大 （生產(chǎn)線用自動控制系統(tǒng)一般由廠家另行配置） ，因此不需要然辦公樓那樣用統(tǒng)一的布線來滿足信息終端的變化。此外， BMS布線系統(tǒng)的路由不同。再有， FAS、HPM 及 SA S 系統(tǒng)的線纜需要單獨敷設(shè)，因此BMS 系統(tǒng)單獨布線為好，而不與 C

10、NS、 OAS 統(tǒng)一為一套布線系統(tǒng)。當(dāng)然對于工廠的智能化系統(tǒng)的所有布線的路由和維護空間應(yīng)進行綜合考慮，統(tǒng)一規(guī)劃， 并與其它專業(yè)管線協(xié)調(diào)。三、建筑設(shè)備自動化系統(tǒng) BAS 民用建筑中的 BAS 系統(tǒng)通常是針對舒適性空調(diào)、給水 排水系統(tǒng)、冷熱源、電力、照明及電梯等設(shè)備的監(jiān)控。 對于制造業(yè)類工廠來說，除上述系 統(tǒng)外，由于生產(chǎn)的需要，增加了許多內(nèi)容，如凈化空調(diào)系統(tǒng)、結(jié)凈區(qū)風(fēng)機高效過濾器系統(tǒng)， 各種氣體系統(tǒng)、各種工業(yè)用水系統(tǒng)、工藝冷卻水系統(tǒng)、各種排風(fēng)系統(tǒng) （ 如工藝排風(fēng)、洗滌排 風(fēng)、有機溶劑排風(fēng)等 ）、工業(yè)廢水、廢氣處理系統(tǒng)等。根據(jù)項目具體情況確定是否全部子系統(tǒng)受中央站的監(jiān)控。有許多成熟可靠的技術(shù)和產(chǎn)品用

11、于上述的 BAS 系統(tǒng)。盡管各廠家的產(chǎn)品不盡相同，但 基本上都是由 DDC 、PLC、工業(yè)控制機、網(wǎng)絡(luò)控制器、各種模塊及設(shè)備構(gòu)成。目前，這種采 用分散控制集中管理的集散系統(tǒng)，可靠性高、經(jīng)濟、靈活、易于擴展。而全分布控制系統(tǒng)還 有許多工作要做。四、有害物質(zhì)檢測控制系統(tǒng) HPM（一 ） 構(gòu)建 HPM 系統(tǒng)的必要性由于生產(chǎn)需要，常常使用各種危險物品，例如多種可燃氣 體（蒸汽 ） 、有毒氣體，還使用多種腐蝕性液體。在儲存、使用場所及輸送管道中均可能發(fā)生 泄漏或液體異常情況。 如果一旦泄漏或液體異常而未及時發(fā)現(xiàn)和處理， 則可能發(fā)生火災(zāi)、 人 員中毒或破壞生產(chǎn)， 造成人身和財產(chǎn)損失的生大事故，因此有必要對

12、氣體、 液體的泄漏、某 些液體的液位進行監(jiān)測和控制。 由于這是僅次于火災(zāi)消防的重要系統(tǒng)， 而且需要監(jiān)測的點數(shù) 多，監(jiān)控比較復(fù)雜，因此應(yīng)單獨構(gòu)建一個子系統(tǒng)。（二）系統(tǒng)構(gòu)成該系統(tǒng)雖然很重要，但需要檢測的是泄漏氣體的濃度，達到限值時進行報 警，檢測液體的泄漏和液位，而控制的對象是機電設(shè)備，檢測點、控制點多而分散。這些特 點與 BAS 系統(tǒng)相似，因此采用 BAS 技術(shù)是合適的。將現(xiàn)場的各種探測器、傳感器、開關(guān)、 模塊、執(zhí)行機構(gòu) （ 有的地方還包括電機控制中心 MCC）等設(shè)備連接到集采集和控制功能于一體的程序邏輯控制器 PLC，各 PLC再通過網(wǎng)絡(luò)與 HPM 系統(tǒng)主機相連。設(shè)計要點如前所述，該 系統(tǒng)應(yīng)有

13、與 BMS 系統(tǒng)集成的接口，以便 BMS 監(jiān)管中心的人員管理。由于該系統(tǒng)的重要性， 在 BMS 系統(tǒng)監(jiān)管中心應(yīng)設(shè)置專門用于 HPM 系統(tǒng)的工作站。HPM系統(tǒng)中， 有一部分是涉及可燃氣體 （蒸汽）的檢測，根據(jù)我國規(guī)范是屬于火災(zāi)消防范 疇，因此 HPM 系統(tǒng)的總控室應(yīng)與消防總控室合用。 如果因為某種原因使 HPM 系統(tǒng)總控室單 獨設(shè)置時，應(yīng)在消防總控室單獨設(shè)置時，應(yīng)在消防總控室設(shè)置可燃氣體（蒸汽 ）的顯示報警裝置，并安裝相應(yīng)的手動、自動聯(lián)動控制及顯示設(shè)備狀況的裝置。1、各種現(xiàn)場設(shè)備至 PLC 設(shè)備應(yīng)采用星形拓樸結(jié)構(gòu)布線，并根據(jù)不同設(shè)備選用相應(yīng)的線 纜，以便提高可靠性。2、在有毒、可燃氣體的儲存間，

14、使用場地及輸送管理沿線都應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的探測器，并 根據(jù)氣體特性、環(huán)境條件及探測器的技術(shù)性能進行合理布置。3、對于工藝使用的一般液體化學(xué)品，通常采用單層管進行輸送，應(yīng)在化學(xué)品分配處及 輸送管道的最低點集液盤處設(shè)置液體探測器。4、對于有嚴重腐蝕性的液體化學(xué)品及某些重要的燃料通常采用雙層管輸送，應(yīng)在化學(xué) 品分配處及輸送管道的最低位置的處管壁處設(shè)置 T 型接頭，在接頭處設(shè)置液位開關(guān)進行檢 測。5、腐蝕性的工業(yè)廢液通常用管道輸送到處理池，因此在輸送管道的較低處的集液盤處 設(shè)置液體探測器。6、有的液體化學(xué)品儲量較少，為了檢測其泄漏，常在儲存間地面淺地溝，此時應(yīng)在溝 內(nèi)敷設(shè)泄漏檢測電纜，以便檢測泄漏的液體。7

15、、由于使用化學(xué)品，可能發(fā)生濺射到眼睛內(nèi)的事故，因此通常設(shè)置了洗眼器和安全噴 淋，因此應(yīng)將管道上的水流開水連接到 PLC 上，以便有情況發(fā)生時，及時發(fā)現(xiàn)及時進行處 理。8、除上述探測器、傳感器、開關(guān)等獲取信號外，在一些重要位置還要設(shè)置人工手動報 警點，緊急情況時進行報警。9、有防爆和腐蝕性的地方，管線敷設(shè)和設(shè)備選型、安裝應(yīng)按相關(guān)要求進行。10、發(fā)生泄漏事故后， 應(yīng)聯(lián)動相關(guān)的閥門、 泵、風(fēng)機，啟動相應(yīng)的泄漏聲光警報裝置 （ 與 火災(zāi)警報相區(qū)別 ） ，并打印相關(guān)記錄。對某些特別重要的設(shè)備，應(yīng)采用硬接線，可以從總控 室人工控制。某些地方應(yīng)采用探測器（傳感器 ）直接聯(lián)動控制相應(yīng)的設(shè)備。五、消防自動化系統(tǒng)

16、 FAS（一 ） 潔凈廠房的消防特點由于生產(chǎn)工藝對生產(chǎn)環(huán)境的特殊要求，因此制造業(yè)工廠通常都有許多潔凈度等級不同的潔凈室。 潔凈廠房內(nèi)相對封閉， 火情不易被外面發(fā)現(xiàn)， 消防人員較 難接近。另處潔凈室內(nèi)的人員較少， 如果有火情， 內(nèi)部人員也較難發(fā)現(xiàn)。潔凈廠房內(nèi)人員進 出迂回曲折， 人員疏散比較困難。 一旦失火將造成巨大的人身和財產(chǎn)損失， 而且要恢復(fù)生產(chǎn) 也很困難。因此設(shè)置一套高效可靠的火災(zāi)報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)就顯得非常重要。（二）系統(tǒng)設(shè)計由于這類工廠火災(zāi)探測點多，需要聯(lián)動的設(shè)備多，且可靠性要求高，因此 采用探測中心報警系統(tǒng)。在每個較大的建筑內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的智能型火災(zāi)報警控制器， 各智能報警控制器之間形成

17、環(huán) 型網(wǎng)絡(luò)。 這種分布智能系統(tǒng)與采用一臺大容量的火災(zāi)報警控制器覆蓋全廠或集中 區(qū)域報 警系統(tǒng)相比可靠性更高。消防總控室的主機 （或管理主機 ）應(yīng)有與 BMS 集成的接口，保證可靠通信。應(yīng)配備消防聯(lián)動控制設(shè)備、 圖形顯示器、 打印設(shè)備、 火災(zāi)應(yīng)急廣播系統(tǒng)、 消防專用電話、 UPS 電源等。（三）潔凈廠房內(nèi)選擇火災(zāi)探測器需要考慮的幾個因素可燃物質(zhì)初期火災(zāi)的特點和發(fā)展 特性、環(huán)境條件 （ 如高度、面積、溫濕度、空氣流向、流速、有無對火災(zāi)探測器的干擾源等）是我們選擇火災(zāi)探測器要考慮的基本因素。潔凈室內(nèi)除可燃氣體外的火災(zāi)屬于普通火災(zāi)， 其燃燒過程一般要經(jīng)歷火災(zāi)醞釀期的不可 見煙霧 （陰燃） 、可見煙、可

18、見光和劇烈燃燒四個階段。如何盡早在不可見煙霧（陰燃 ）階段發(fā)現(xiàn)火情贏得時間是很關(guān)鍵的。對于潔凈室來說，影響火災(zāi)探測器探測火災(zāi)的主要因素是空氣流向及流速。（四 ） 空氣流向及流速對火災(zāi)探測器的影響為了滿足生產(chǎn)工藝對生產(chǎn)環(huán)境的潔凈要求，對室內(nèi)的氣流流型、 送風(fēng)量、 換氣次數(shù)都有嚴格要求。 潔凈度等級為 1-5 級的一般采用單向流， 平均風(fēng)速為 0.20.5m/s; 潔凈度等級為 69 級的通常采用非單向流，層高小于4米的潔凈室其換氣次數(shù)在 1060 次/h ，在某些情況下，換氣次數(shù)在 100 次/h 以上。舒適性空調(diào)房間內(nèi)的換氣次數(shù)較低可以不考慮火災(zāi)時對煙霧粒子探測的影響。 而較高的 換氣次數(shù)將減少煙霧粒子到達探測器的幾率。 美國 NFPA72 標(biāo)準(zhǔn)中表明當(dāng)換氣次數(shù)為 10 次 / h 時，探測器的保護面積是標(biāo)準(zhǔn)狀況的0.833 ，當(dāng)換氣次數(shù)為 30 次 /h 時，其保護面積僅為原來的 0.278.（ 五 ）探測器的選擇及布置根據(jù)潔凈室構(gòu)造特點、氣流流型、風(fēng)速、換氣次數(shù)及 各種火災(zāi)探測器性能特性的綜合考慮， 探測器的選擇和布置宜按下列要點進行： 對于吊頂上 滿布高效過濾器，利用技術(shù)下夾層、技術(shù)夾道、技術(shù)夾墻作回風(fēng)通道的，應(yīng)選擇采樣管 + 激 光探測裝置 + 吸氣泵結(jié)構(gòu)的吸氣式感煙探測報警系統(tǒng)（也稱極早期煙霧探測預(yù)警系統(tǒng)、空氣采樣式煙霧偵測系統(tǒng) ）。靈敏度達 0.004%0