樓宇自動控制系統(tǒng) (BAS Building Automation System),簡稱為樓控系統(tǒng),又稱為建筑設(shè)備自動化系統(tǒng),是建筑智能的重要組成部分,將對整座建筑的空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)機(jī)組、制冷機(jī)組、冷卻塔、風(fēng)機(jī)盤管、水箱水位、照明回路等系統(tǒng)進(jìn)行信號采集和控制,實現(xiàn)大廈設(shè)備管理自動化,起到集中管理、分散控制、節(jié)約能耗的作用。
1、工程概況
沈陽房地產(chǎn)交易中心位于沈陽市中心地帶,總建筑面積53000m2,總投資為6.2億元,樓宇自動控制投資為312萬元。大廈地上19層,地下2層。其中,地下兩層為停車場,地上1-9層為房地產(chǎn)交易市場,10-19層為高級寫字間。是一座對辦公環(huán)境要求較高的現(xiàn)代化建筑。
2、需要控制的機(jī)電設(shè)備統(tǒng)計
(1)空調(diào)機(jī)組,共23臺,分布于1-10層、17層、18層和地下1層。采用組合式空調(diào)機(jī),室內(nèi)回風(fēng)與新風(fēng)混合,經(jīng)過濾器過濾,加熱(或冷卻)、加濕后送入室內(nèi);
(2)新風(fēng)機(jī)組,共22臺,分布于9~19層,將新風(fēng)經(jīng)過濾器過濾,加熱(或冷卻)、加濕后送人室內(nèi);
(3)送風(fēng)機(jī)組,共8臺,分布于地下1層和地下2層,夏天送自然風(fēng),冬天送熱風(fēng),將新風(fēng)經(jīng)過濾器,加熱(僅限于冬天)后送人室內(nèi)
(4)冷凍/冷卻水系統(tǒng):冷凍站系統(tǒng)共有4臺冷水機(jī)組、4臺冷卻泵、4臺冷凍泵、1個分水器、1個集水器位于地下2層,還有4臺冷卻水塔(每臺有三個風(fēng)機(jī))位于樓頂屋面;
(5)換熱站:在地下2層,有2臺平板式換熱器,兩臺空調(diào)熱水循環(huán)泵;
(6)給排水:有一個生活水池、6臺生活水泵位于地下2層,11個積水坑(每個積水坑有兩個污水泵,一用一備),分布于地下1層和地下2層;
(7)熱風(fēng)幕:共36臺熱風(fēng)幕,分布于地下1層、地上1層和3層;
(8)照明:照明分為樓內(nèi)照明和泛光照明,樓內(nèi)照明控制84個回路,泛光照明控制20回路;
(9)變配電:變電所在地下1層,共有4臺變壓器。需要監(jiān)測每臺參數(shù);
(10)風(fēng)機(jī)盤管:共有362個風(fēng)機(jī)盤管,分布于9~19層;(11)排風(fēng)機(jī):共有16臺排風(fēng)機(jī),分布于地下1層和地下2層。
3、樓宇自控工程實施
我們選擇西門子的頂峰產(chǎn)品來完成沈陽房地產(chǎn)交易中心的樓宇控制工作,購置了2臺MBC、28臺MEC、22臺DPU及若干模塊和前端設(shè)備。其中MBC和模塊分別用于冷站和變電所,每臺MEC用來控制兩臺自主機(jī)組。DPU用來控制排污泵、照明回路、排風(fēng)機(jī)等。前端設(shè)備分別用于空調(diào)機(jī)、新風(fēng)機(jī)、冷/熱站、積水坑等處,為了便于對各種設(shè)備的集中管理,我們在樓宇控制中心安裝了1臺康柏電腦、1臺LQl600KⅢ打印機(jī)。
按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定完成布線和設(shè)備安裝I作以后,就可以實施對各種設(shè)備的監(jiān)控了。下面分別說明各種設(shè)備的監(jiān)控情況。
3.1 空調(diào)機(jī)組當(dāng)空調(diào)機(jī)組工作時,控制程序?qū)⒗蔑L(fēng)道溫度和 濕度傳感器cPM65采集的回風(fēng)溫度和濕度與設(shè)定的溫度和濕度進(jìn)行比較,利用先進(jìn)的比例積分微分(PID)算法閉環(huán)調(diào)節(jié)盤管供水閥門的開度(按冬季模式和夏季模式分別調(diào)節(jié))和加濕器。
由于算法先進(jìn),可使振蕩最小,并保持精密的控制,始終使室內(nèi)的溫度和濕度接近于設(shè)定值。因為室外新風(fēng)溫度在大多數(shù)情況下都與設(shè)定值相差較多,無論升溫還是降溫,都要消耗能量:為此,我們根據(jù)空氣質(zhì)量檢測的結(jié)果,由程序自行調(diào)節(jié)新風(fēng)閥的開度,既可保證室內(nèi)空氣質(zhì)量,又可避免能量的浪費。在春秋過渡季節(jié),因無需溫度調(diào)節(jié),可將新風(fēng)閥全開,以獲得盡可能多的新鮮的空氣。
通過網(wǎng)絡(luò)和軟件,可以實現(xiàn)在中央控制室對各空調(diào)機(jī)組進(jìn)行控制和管理。還可以將各空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)機(jī)故障報警、過濾阻塞報警、盤管低溫報警等傳到中央控制室的控制主機(jī)上,一旦有報警發(fā)生,程序?qū)⑹宫F(xiàn)場控制器做出關(guān)機(jī)和開水閥等保護(hù)動作,以免設(shè)備受損。
3.2 新風(fēng)機(jī)組因為新風(fēng)機(jī)組和送風(fēng)機(jī)組無回風(fēng),所以風(fēng)道溫度和濕度傳感器GFM65安裝在送風(fēng)管道上。對新風(fēng)機(jī)組和送風(fēng)機(jī)組來說,只要機(jī)組工作,新風(fēng)閥就得全開,不需要調(diào)節(jié),所以選用開關(guān)式風(fēng)閥驅(qū)動器。因為進(jìn)來的都是新風(fēng),所以不用監(jiān)測空氣質(zhì)量。其它情況與空調(diào)機(jī)組相同。
3.3 送風(fēng)機(jī)組送風(fēng)機(jī)組工作情況與新風(fēng)機(jī)組大體相同。區(qū)別只有兩點:其一,送風(fēng)機(jī)是為地下車庫送新風(fēng)的,不需要調(diào)節(jié)濕度;其二,送風(fēng)機(jī)組在發(fā)生火災(zāi)事故時必須啟動,當(dāng)消防系統(tǒng)啟動送風(fēng)機(jī)時,新風(fēng)閥必須隨之全開。為此,我們使用控制風(fēng)機(jī)啟/停的主接觸器的輔助觸點的開/閉來控制新風(fēng)閥的開/關(guān)。
3.4 冷凍與冷卻水系統(tǒng)冷凍/冷卻水系統(tǒng)由冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵、分水器、集水器和冷凍機(jī)組等組成。要監(jiān)控的數(shù)據(jù)點數(shù)量多、類型復(fù)雜。我們利用一臺MEC-40、若干模塊、若干前端設(shè)備加上我們在Insigh基礎(chǔ)上開發(fā)的軟件完成這些設(shè)備的監(jiān)控工作。
具體控制情況如下:冷凍/冷卻水系統(tǒng)由軟件控制,嚴(yán)格按規(guī)定的順序和時間間隔啟/停各種設(shè)備,我們的控制順序如下:開機(jī):開冷卻水閥門—開冷卻塔風(fēng)機(jī)—開冷卻水泵—開冷凍水閥門—開冷凍水循環(huán)泵—開冷凍機(jī)組。
關(guān)機(jī):關(guān)冷凍機(jī)組—關(guān)冷凍水循環(huán)泵—關(guān)冷凍水閥門—關(guān)冷卻塔風(fēng)機(jī)—關(guān)冷卻水泵—關(guān)冷卻水閥門。
冷凍機(jī)組運(yùn)行時,隨時檢測冷凍/冷卻水的水流狀態(tài),一旦有冷凍或冷卻水停止流動,立即停止冷凍機(jī)組運(yùn)行,以免結(jié)冰,造成冷凍機(jī)組損壞的嚴(yán)重后果。我們的程序不但可以控制每臺冷凍機(jī)組的啟/停,而且還可以使整個冷站達(dá)到最低能耗,達(dá)到最低的主機(jī)折舊率。
在管道的適當(dāng)位置設(shè)置溫度傳感器,以測量空調(diào)水供/回水溫度,根據(jù)程序或管理的日程安排自動開關(guān)冷凍機(jī)組;根據(jù)管理的要求自動切換4臺機(jī)組的運(yùn)行次序,累計每臺機(jī)組運(yùn)行時間,自動選擇運(yùn)行時間最短的機(jī)組運(yùn)行,使每臺機(jī)組運(yùn)行時間基本相等,以延長機(jī)組使用壽命。
自動監(jiān)測各關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),故障報警,并按照實際情況自動啟動備用設(shè)備;根據(jù)總管水流量及供/回溫度,計算系統(tǒng)總負(fù)荷來控制空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行臺數(shù)。當(dāng)負(fù)荷大于一臺機(jī)組的15%,則第二臺機(jī)組運(yùn)行。
我們在分水器和集水器之間安裝了旁通調(diào)節(jié)閥,并在供/回水管路上分別安裝了壓力傳感器,根據(jù)冷凍機(jī)組供/回水壓力差來調(diào)節(jié)冷凍水旁通閥開度。確保冷凍水系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定。
我們在冷卻水的供/回水總管之間安裝了旁通調(diào)節(jié)閥,通過調(diào)整冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺數(shù)和冷卻水供/回水旁通閥開度,使冷卻水供/回水溫度保持在設(shè)定的范圍內(nèi)。
補(bǔ)水泵的啟停也是由程序控制的。監(jiān)測膨脹水箱水位,當(dāng)水位降到低限時啟動補(bǔ)水泵,當(dāng)水位上升到標(biāo)準(zhǔn)水位時停補(bǔ)水泵。在實現(xiàn)自動控制的同時,在中央控制計算機(jī)上顯示膨脹水箱的水位和補(bǔ)水泵的運(yùn)行狀態(tài),并可做到超低水位報警。
3.5 熱換站熱換站與冷凍系統(tǒng)共用一個MBC-40.我們在管路的適當(dāng)位置安裝了溫度傳感器和熱水調(diào)節(jié)閥。監(jiān)測熱換器二次側(cè)的供水溫度,程序?qū)⒋藴囟群驮O(shè)定值進(jìn)行比較,采用比例積分微分算法閉環(huán)調(diào)節(jié)換熱器一次側(cè)的供水流量。在保證供熱要求的情況下,盡可能地節(jié)約能量。
3.6 給排水用水位開關(guān)監(jiān)測生活水池的水位,根據(jù)設(shè)定的高低水位控制供水閥的開/關(guān)。水位降到低水位時開閥,升到高水位時關(guān)閥,并做到超低水位(水池將無水)和超高水位(水將溢出)報警。 根據(jù)供水管路的壓力,控制供水泵的啟停,監(jiān)測供水泵的運(yùn)行狀態(tài),故障時報警。
用水位開關(guān)監(jiān)測各積水坑的水位高/低,當(dāng)達(dá)到高水位時啟動排污泵,當(dāng)水位下降到低位時停泵。每個積水坑中有兩個排污泵,程序每次都選擇累計運(yùn)行時間少的泵運(yùn)行,以確保設(shè)備使用均衡。為防止因排污泵等故障,造成污水溢出,我們監(jiān)測了超限報警水位,當(dāng)達(dá)到此水位時,系統(tǒng)將報警,以便工作人員及時處理。
3.7 熱風(fēng)幕沈陽房地產(chǎn)交易中心大廈采用的是電熱幕,這種電熱幕要求電熱器關(guān)閉后,風(fēng)扇要繼續(xù)工作2-3min,以免余熱散發(fā)不出來,造成損壞。廠家提供的電熱幕有兩個按鍵,分別控制電熱器和風(fēng)扇,可在現(xiàn)場手動操作。 樓控系統(tǒng)若想控制熱風(fēng)幕有兩種方法:其一是用控制器分別控制電熱器和風(fēng)扇。
從技術(shù)上講很容易,但要增加一倍的控制點,而控制器的價格又很高,每增加一個控制點,將增加一千元左右的投資,建設(shè)方難以接受。另一種方法是將熱風(fēng)幕的供電回路分為主回路和輔助回路,主回路為電熱器供電,輔助回路為風(fēng)扇供電。
重新設(shè)計一套控制回路,使主回路一接通,輔助回路隨之立即接通,而當(dāng)主回路繼開時,輔助回路延遲一段時間才斷開。這樣做既達(dá)到了控制要求,也節(jié)省了投資,所以我們選擇了這種方法。僅此一項,就為沈陽房地產(chǎn)交易中心節(jié)省了近四萬元。
在樓控中心計算機(jī)上,程序首先采集環(huán)境溫度,當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定值(我們定為IOC)時,根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間表控制每臺熱風(fēng)幕的啟停,并顯示熱風(fēng)幕的工作狀態(tài)。當(dāng)有特殊情況時,在現(xiàn)場和樓控計算機(jī)上都可對熱風(fēng)幕進(jìn)行手動啟停。
3.8 照明我們利用MBC、DPU、計算機(jī)和軟件配合,對每一回路按預(yù)先設(shè)定的時間表進(jìn)行控制。必要的時候,在現(xiàn)場和樓控計算機(jī)上都可對每一路燈進(jìn)行手動開/關(guān)。對公共走廊和泛光照明也實現(xiàn)了光控制。即:當(dāng)該處較亮?xí)r不開燈。每一路燈的狀態(tài)可在計算機(jī)上顯示,并可累計開燈時間。為防止突然燈滅,我們用數(shù)字輸出點的常閉觸點控制燈回路。
3.9 變配電我們監(jiān)測了全部4臺變壓器的輸出功率、功率因數(shù)、用電量和次級回路每相電壓、電流,并可按時間累計這些數(shù)值。當(dāng)出現(xiàn)過壓、欠壓、過流等異常情況時報警。所監(jiān)測的各項參數(shù)均可在樓控計算機(jī)上顯示。
3.10 風(fēng)機(jī)盤管由于風(fēng)機(jī)盤管在空調(diào)系統(tǒng)中只起微調(diào)作用,各個房間對溫度的要求也不統(tǒng)一,很難集中控制。而且,可通訊的風(fēng)機(jī)盤管控制器的價格是普通型的數(shù)倍(362個風(fēng)機(jī)盤管控制器將增加相當(dāng)多的投資),從性能價格比來看,至少在現(xiàn)階段,采用連網(wǎng)集中管理分散控制風(fēng)機(jī)盤管的方式意義不大。
所以我們在風(fēng)機(jī)盤管所在房間安裝了手動風(fēng)機(jī)盤管控制器,由各房間人員自行調(diào)節(jié)。但考慮到節(jié)能,我們將這些風(fēng)機(jī)盤管分為4組,每組由計算機(jī)來控制其電源和水閥,避免樓內(nèi)無人時還有許多風(fēng)機(jī)盤管開著造成浪費。
3.11 排風(fēng)機(jī)這些排風(fēng)機(jī)平時用作排風(fēng),火災(zāi)時用作排煙。為了便于設(shè)備的集中管理,我們在不影響消防系統(tǒng)的情況下,對每臺排風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟�？刂�,使其按一定的時間間隔定時啟/停。必要的時候,在現(xiàn)場和樓控計算機(jī)上都可讓每臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行手動啟/停。計算機(jī)上可對每臺風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,累計運(yùn)行時間。
4、樓宇自控中央管理
計算機(jī)樓控中央控制計算機(jī)上安裝了樓控管理軟件,我們在此軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次開發(fā),使其和各控制器實現(xiàn)通訊,完成對各控制器的管理。各種機(jī)電設(shè)備都是在現(xiàn)場控制器MBC、MEC的程序控制下工作的,但必要時,在樓控中央控制計算機(jī)上可以隨時改變?nèi)我庠O(shè)備的啟停狀態(tài)。
在屏幕上可以實現(xiàn)三維圖像顯示每臺設(shè)備的系統(tǒng)圖,如:冷水機(jī)組、水泵、空調(diào)機(jī)組等�，F(xiàn)場控制器隨時與樓控中央控制計算機(jī)交換數(shù)據(jù),樓控中央控制計算機(jī)可顯示所有測量點如溫度、流量、壓力、壓差等動態(tài)趨勢圖,可監(jiān)視各設(shè)備的工作狀態(tài)和故障報警。
一旦有報警發(fā)生,現(xiàn)場控制器將做好保護(hù)動作,計算機(jī)發(fā)出聲音,同時在屏幕上顯示出報警位置和性質(zhì),以提醒工作人員及時處理�？纱蛴≥敵鲎詣佑涗浖翱照{(diào)系統(tǒng)負(fù)荷,并可根據(jù)管理部門要求以不同時段累計負(fù)荷情況并打印。
5、所取得的效果與同等規(guī)模,不采用樓宇自動化控制的大廈相比
(1)可節(jié)約電能30%以上;
(2)可節(jié)約60%人力;
(3)延長設(shè)備使用壽命;
(4)可以更充分地滿足用戶需求。
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