建筑自动化控制系统系列：Johnson Controls Metasys_（2）.JohnsonControlsMetasys系统架构与组件.docx

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JohnsonControlsMetasys系统架构与组件

1.系统概述

JohnsonControlsMetasys是一种先进的建筑自动化控制系统（BAS），广泛应用于商业建筑、医院、学校和工业设施等。该系统通过集成各种子系统和设备来实现对建筑环境的全面监控和管理，包括HVAC（暖通空调）、照明、安防、电梯、火灾报警等。Metasys系统的核心优势在于其高度的可扩展性和灵活性，能够根据建筑的具体需求进行定制，从而提高能源效率和运行效率。

2.系统架构

2.1系统层次结构

JohnsonControlsMetasys系统采用分层架构，主要包括以下几个层次：

中央管理层：位于系统的最高层，负责集中管理和监控整个建筑的自动化系统。中央管理层通常包括工作站、服务器和网络设备。

现场控制层：位于系统中间层，负责执行中央管理层的指令并控制具体的设备。现场控制层主要包括网络控制器（NXC）和输入输出模块（I/O模块）。

设备层：位于系统的最底层，包括各种传感器、执行器和终端设备。设备层负责将物理信号转换为数字信号，并执行控制指令。

2.2网络拓扑

Metasys系统支持多种网络拓扑结构，以适应不同规模和复杂度的建筑环境。常见的网络拓扑包括：

星形拓扑：所有设备通过网络控制器连接到中央管理层，适用于小型建筑。

总线拓扑：设备通过总线连接，适用于中型建筑。

环形拓扑：设备通过环形网络连接，提供冗余和可靠性，适用于大型建筑。

3.中央管理层组件

3.1工作站

工作站是用户与Metasys系统交互的主要界面，通过图形化用户界面（GUI）提供以下功能：

监控与控制：实时监控建筑内各个系统的运行状态，并对设备进行远程控制。

报警管理：接收并处理各种设备和系统的报警信息，提供报警记录和处理建议。

数据分析：收集和分析建筑内的能源消耗、设备性能等数据，生成报告和优化建议。

用户管理：管理不同用户的权限和访问控制，确保系统的安全性和可靠性。

3.2服务器

服务器是Metasys系统的核心，负责数据的存储、处理和传输。主要功能包括：

数据采集与处理：从现场控制层和设备层收集数据，进行处理和分析。

数据存储：将处理后的数据存储在数据库中，支持历史数据查询和分析。

系统配置管理：管理系统的配置文件和参数，支持系统升级和维护。

通信管理：通过网络协议与工作站和其他系统组件进行通信。

3.3网络设备

网络设备包括路由器、交换机和光纤设备等，用于构建和维护系统的网络通信。主要功能包括：

数据传输：确保数据在系统各组件之间的高效传输。

网络管理：监控网络状态，诊断和解决网络问题。

安全防护：提供网络防火墙和加密功能，保护系统免受外部攻击。

4.现场控制层组件

4.1网络控制器（NXC）

网络控制器（NXC）是Metasys系统的现场控制层的核心组件，负责连接中央管理层和设备层。NXC的主要功能包括：

数据处理：接收来自中央管理层的指令，处理数据并发送给设备层。

设备管理：管理连接到NXC的所有设备，包括传感器、执行器和终端设备。

故障诊断：监测设备的运行状态，诊断并报告故障信息。

通信管理：支持多种通信协议，如BACnet、Modbus等，确保与不同设备的兼容性。

4.2输入输出模块（I/O模块）

输入输出模块（I/O模块）是连接设备层和网络控制器的接口设备，负责将物理信号转换为数字信号，并执行控制指令。I/O模块的主要类型包括：

数字输入模块：接收开关、传感器等数字信号。

数字输出模块：控制继电器、灯等数字设备。

模拟输入模块：接收温度、湿度等模拟信号。

模拟输出模块：控制变频器、阀门等模拟设备。

5.设备层组件

5.1传感器

传感器是Metasys系统中用于采集环境数据的关键设备。常见的传感器类型包括：

温度传感器：测量环境温度。

湿度传感器：测量环境湿度。

压力传感器：测量压力变化。

流量传感器：测量流体流量。

光照传感器：测量光照强度。

5.2执行器

执行器是Metasys系统中用于控制设备动作的关键设备。常见的执行器类型包括：

电动阀：控制水流或气流的开关和流量。

风门执行器：控制风门的开闭和角度。

继电器：控制电路的通断。

变频器：调节电动机的转速。

5.3终端设备

终端设备是直接与用户交互的设备，包括：

温控器：用于设定和调节温度。

灯光控制器：用于控制照明设备的开关和亮度。

安防设备：如门禁系统、监控摄像头等，用于保障建筑的安全。

6.系统配置与编程

6.1系统配置

系统配置是Metasys系统安装和调试的重要步骤，包括以下几个方面：

网络配置：配置网络设备的IP地址、子网掩码、网关等参数。

设备配置：配置传感器、执行