樓宇自動系統(tǒng)工程論文

1、某寫字樓樓宇控制系統(tǒng)設計方案1.1 系統(tǒng)概述隨著計算機技術、控制技術、通信技術及信息技術的飛速發(fā)展和人們對生活、辦公環(huán)境安全性、舒適性的要求日漸增長，樓宇設備自動化控制系統(tǒng)（即建筑設備管理系統(tǒng)）應運而生，它降低了運行成本，實現(xiàn)集中管理，給人們提供了一個合理、高效、舒適、安全、方便的生活和工作環(huán)境。樓宇設備自動化系統(tǒng)的目的在于集中管理、分散控制；實現(xiàn)設備的科學化、人性化，加強硬件配套設施；進而節(jié)約能源、降低管理和運行成本。據(jù)有關統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，由于建筑中的設備種類多且安裝地點分散，采用了樓宇設備自動化系統(tǒng)后，可節(jié)約人力50%，節(jié)約能耗25%以上。出現(xiàn)故障，能夠及時知道何時何地出現(xiàn)何種故障，使事故消

2、除在萌芽狀態(tài)。本工程建筑面積龐大、建筑功能復雜，為此配置了大量的機電設備，以保證整個建筑良好舒適的環(huán)境和便利的工作空間。而大量機電設備的使用，必將引起管理人員的增加、能耗費用的巨額支出和管理工作的復雜。因此，我們設計了一套完整、先進的樓宇設備監(jiān)控系統(tǒng)。1.2 需求分析1.2.1 樓宇自控被控對象分析（1）建筑物特點l 運營耗能大由于建筑物建筑面積大，因而運營耗能大，而且空調(diào)機組等設備負荷變化也很大，必須要對整個樓內(nèi)的耗能設備進行嚴格監(jiān)控。據(jù)統(tǒng)計在建筑的運營費用中，空調(diào)等系統(tǒng)的能量損耗約占整個建筑能量損耗的50%以上。所以要對建筑物內(nèi)的空調(diào)等系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和節(jié)能管理，合理控制機組的開啟臺數(shù)與運

3、行時間。（2）機電設備特點l 機電設備種類繁多、位置分散這些機電設備位置分散、遍布整個樓內(nèi)（地下2層至屋頂），這將給未來的物業(yè)管理帶來諸多不便。1.2.2 樓宇自控系統(tǒng)技術要求分析（1）控制器：本工程BAS采用分布式結構，由中央管理工作站、網(wǎng)絡控制器、系統(tǒng)管理軟件、現(xiàn)場控制器(DDC)和末端設備(各類傳感器、閥門和執(zhí)行機構)等組成，各DDC均能完全獨立的工作，不依賴任何其他設備。DDC作為控制器來說，應具備獨立的固件及硬件，能完全獨立運行，不受網(wǎng)絡和其他的控制器故障的影響，應該按照規(guī)范和實際需要配置控制器和擴展模塊，系統(tǒng)應備有10-15%的I/O點數(shù)的余量，原則上允許一臺控制器控制多個受控設備

4、，但不允許一臺受控設備被多臺控制器控制，防止控制器間通信中斷后控制功能喪失，提高系統(tǒng)的可靠性?？刂破饕笫褂孟冗M的總線技術，可以集成第三方的設備或被第三方的軟件集成。每個現(xiàn)場控制器能不斷的通過通訊檢測和自帶的檢測程序執(zhí)行自我檢測，能提供現(xiàn)場和遠程的對器件的診斷錯誤、電池低壓、重新建立通訊失敗等的測試報告。（2）現(xiàn)場設備：為便于用戶的維護，應對BA系統(tǒng)所用各類現(xiàn)場設備，如傳感器、控制器、執(zhí)行機構采用同一品牌的產(chǎn)品，容易地實現(xiàn)與建筑物中其它相關系統(tǒng)和獨立設置的智能化系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)集成以及與其它廠商設備和系統(tǒng)的聯(lián)接。（3）總線技術：支持開放型現(xiàn)場總線要求，必須并根據(jù)需要可提供集成結口，滿足

5、系統(tǒng)通信要求。1.2.3 樓宇自控系統(tǒng)達到的目標1. 創(chuàng)造舒適環(huán)境為使用者創(chuàng)造一個安全、舒適、高品質(zhì)的人工環(huán)境。樓宇自控系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境變化隨時自動地調(diào)節(jié)各種參數(shù)，使樓內(nèi)環(huán)境始終處于舒適的條件下。2. 降低運營能耗樓宇自控系統(tǒng)可以按舒適性的要求，自動將空調(diào)區(qū)域的溫度設定在適當?shù)臏囟壬希鼓茉聪拇蟠蠼档?，進而可節(jié)約大量的資金。另外，樓宇自控系統(tǒng)還可以使機電設備的故障率降低，使維修工人數(shù)量減少；集中的監(jiān)控和管理方式，使操作、值班和管理人員減少，也可以將不同系統(tǒng)的操作值班人員合并為一班人員，以產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益。3. 保障設備安全將建筑物內(nèi)的機電設備納入樓宇機電設備自動管理系統(tǒng)內(nèi)，可實現(xiàn)對每一臺設

6、備的在線實時監(jiān)控并進行科學的管理，確保各類機電設備的安全、可靠地運行，并得到及時維護延長其使用壽命。4. 實現(xiàn)物業(yè)管理現(xiàn)代樓宇自控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設備運行狀況的監(jiān)測、診斷和記錄，早期發(fā)現(xiàn)和排除故障，及時發(fā)出維護和保養(yǎng)的通知，保證設備始終處于良好的工作狀態(tài)和建筑物的正常運營，提高設備運行效率、減少管理人員數(shù)量1.3 系統(tǒng)設計1.3.1 系統(tǒng)結構原理根據(jù)用戶需求，本項目的網(wǎng)絡架構應該是由兩級網(wǎng)絡和三級設備構成。系統(tǒng)網(wǎng)絡結構模式是集散型控制的方式，由管理層網(wǎng)絡和監(jiān)控層網(wǎng)絡組成。一級網(wǎng)絡為管理層網(wǎng)絡，實際可以是大廈的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)或單獨搭建的專門用于BMS的局域網(wǎng)；二級網(wǎng)絡為大廈的監(jiān)控層網(wǎng)絡?；谟脩舻男?/p>

7、求與工程實際，我們選擇基于WEB的網(wǎng)絡架構，服務器和客戶端的結構采用Browser/Server（B/S）架構，系統(tǒng)中可以接受的Browser客戶端的數(shù)量沒有實質(zhì)性的限制。Client/Server結構比較適合一些中小規(guī)模的系統(tǒng)，在客戶端數(shù)量不是很大的情況下，C/S模式確是一個成熟的運行環(huán)境，具有很好的可靠性和保密性。但隨著業(yè)務規(guī)模的不斷擴大，客戶端數(shù)量的增加與區(qū)域范圍的延伸，C/S結構會顯得力不從心。而B/S模式因為前端只需瀏覽器，工作量不會由于客戶端的增加而急劇上升，不會影響系統(tǒng)的可靠性?？紤]到與外部Internet連接的情況下，可以建立一道防火墻，這樣可以大大提高B/S結構的可靠性和保密

8、性。1.3.2 系統(tǒng)組成1.3.2.1 管理層因為本工程的建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)為超大型系統(tǒng)，監(jiān)控的設備分散，數(shù)量多。為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)采用以太網(wǎng)和通信總線相結合拓撲結構。即網(wǎng)絡控制器或DDC和中央監(jiān)控管理中心互聯(lián)采用FE以太網(wǎng)。為響應招標文件要求，我們采用TCP/IP的網(wǎng)絡傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率不低于10Mbps。在這層網(wǎng)絡上可連結服務器、操作站、BA網(wǎng)絡控制器、以太網(wǎng)路由器及接口路由器。該層網(wǎng)絡的主要功能是將大樓的機電設備進行集中管理并監(jiān)控其運行。在最短的時間內(nèi)傳輸大量的數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡服務器，及時完成數(shù)據(jù)采集任務，從而使網(wǎng)絡服務器能夠根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算出合適的控制參數(shù)，保

9、證可靠的通訊聯(lián)接以及快速的響應速度。在此層網(wǎng)絡中運行的主要建筑智能化設備包括：建筑管理工作站，設置在一層消防監(jiān)控室；網(wǎng)絡控制器位于控制現(xiàn)場、弱電豎井等位置；建筑管理客戶機，位于網(wǎng)絡的任意位置。該層網(wǎng)絡的主要功能是將大樓的機電設備進行集中管理并監(jiān)控其運行。在最短的時間內(nèi)傳輸大量的數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡服務器，及時完成數(shù)據(jù)采集、分析處理及WEB顯示任務，從而使網(wǎng)絡服務器能夠根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算出合適的控制參數(shù)，保證可靠的通訊聯(lián)接以及快速的響應速度。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務器、中央工作站、分控操作站具有數(shù)據(jù)同步跟蹤的能力，并采用同一套軟件進行管理。1.3.2.2 監(jiān)控層采用先進完善的現(xiàn)場總線技術，數(shù)據(jù)傳輸速率78kbps。

10、在網(wǎng)絡控制器下可支持運行LonWorks、BACnet（MS/TP）、Modbus等開放協(xié)議及其它私有協(xié)議。所有控制器能通過控制層網(wǎng)絡以點對點方式通信，現(xiàn)場總線上的任意一臺控制器的故障或者中止運行，不影響其他控制器、其他受本BA系統(tǒng)控制的機電設備的正常運行，也不影響全部或者局部的網(wǎng)絡通訊功能。1.3.2.3 現(xiàn)場設備層包括現(xiàn)場各種傳感器及執(zhí)行器、各子系統(tǒng)機電設備等，以實現(xiàn)信號的采集和控制。1.3.3 監(jiān)控范圍根據(jù)有關規(guī)范，結合本項目特點，并考慮成本，建議對本建筑內(nèi)的以下設施進行監(jiān)控：l 冷熱源系統(tǒng)l 空調(diào)機組l 新風機組l 送排風機l 給排水系統(tǒng)l 電梯系統(tǒng)l 預留景觀照明和戶外照明系統(tǒng)的控制

11、接口1.3.4 系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容1.3.4.1 冷熱源系統(tǒng)本方案冷熱源系統(tǒng)的設計根據(jù)以往的設計經(jīng)驗和冷熱源系統(tǒng)的常規(guī)系統(tǒng)進行設計，系統(tǒng)控制器留有充分的余量，方便后期根據(jù)項目具體情況進行深化，或者與冷熱源系統(tǒng)自帶的控制系統(tǒng)進行集成。冷凍站一般由冷水機組、冷凍水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵、冷卻塔、熱水泵、換熱器、補水泵及膨脹水箱組成。控制系統(tǒng)的現(xiàn)場元件為冷凍水供、回水溫度傳感器，冷凍水供、回水壓力傳感器，冷凍水供水流量計，水流開關，補水箱液位計，冷卻水供、回水溫度傳感器，冷水機組冷凍水電動蝶閥、冷卻水電動蝶閥，冷卻塔冷卻水進口電動蝶閥。用DDC實現(xiàn)冷源系統(tǒng)設備的自動控制和綜合管理的基本的思路就是根據(jù)冷站設備

12、工藝要求配置相應的監(jiān)控點、安裝相應的傳感器采集現(xiàn)場參數(shù)，根據(jù)監(jiān)控點配置滿足要求的DDC進行冷凍站設備的控制，進行設備的合理調(diào)配和能源管理。具體監(jiān)控內(nèi)容如下：冷水機組1) 運行狀態(tài)2) 故障報警3) 手/自動狀態(tài)4) 啟/?？刂?) 冷凍水蝶閥開關控制6) 冷卻水蝶閥開關控制冷凍水/冷卻水1) 冷凍水供回水溫度2) 冷凍水供回水壓力3) 冷凍水回水流量4) 冷卻水供回水溫度5) 旁通閥調(diào)節(jié)冷凍水泵1) 運行狀態(tài)2) 故障報警3) 手/自動狀態(tài)4) 啟/停控制5) 水流開關狀態(tài)冷卻水泵1) 運行狀態(tài)2) 故障報警3) 手/自動狀態(tài)4) 啟/?？刂?) 水流開關狀態(tài)冷卻塔1) 運行狀態(tài)2) 故障報警

13、3) 手/自動狀態(tài)4) 啟/?？刂圃O備的啟停順序如下圖所示：控制程序：l 啟?？刂蒲b于冷凍機房內(nèi)的現(xiàn)場控制器(DDC)，按內(nèi)部預先編寫的時間程序或通過管理中心操作員，啟動各相關設備（冷卻塔，熱水機組等）的連鎖控制。 l 延遲功能根據(jù)對各系統(tǒng)的熱泵機組工作狀態(tài)的檢測，確定空調(diào)水泵的開啟，為防止誤操作，在啟動水泵時給與3分鐘的延遲，關閉時給予5分鐘的延遲。l 季節(jié)調(diào)節(jié)供冷季節(jié)，通過設在冷卻塔供回水總管上設溫度傳感器的檢測。通過DDC的PID計算，分四級調(diào)節(jié)控制冷卻塔風機轉(zhuǎn)速（0、25%、50%、75%、100%），從而控制冷卻塔供回水溫度。供熱季節(jié)，人工關閉冷卻塔進出水電動蝶閥。l 冷 /熱水機組

14、臺數(shù)控制根據(jù)大樓所需冷負荷的計算，自動控制冷/熱水機組及每臺冷機壓縮機的運行臺數(shù)，以實現(xiàn)節(jié)能的控制。l 冷負荷的計算公式如下：Qw=(T2-T1)*Ql其中，T2為冷凍水回水溫度，T1為冷凍水供水溫度，Ql為冷凍水流量，Qw為系統(tǒng)的冷負荷。當系統(tǒng)總的冷負荷Qw超過一臺冷機額定負荷時，啟動第二臺冷機。如果系統(tǒng)總的冷負荷Qw低于一臺冷機額定負荷的85%時，關閉運行時間較長的冷機。以上各項均在現(xiàn)場控制器的監(jiān)視下完成，并可在中央工作站上顯示，在機組運行正常時，系統(tǒng)累計機組的運行時間，在機組出現(xiàn)故障報警時，及時在中央工作站或通過網(wǎng)絡控制器提示，提示可以是在屏幕顯示、訊響報警、打印輸出等幾種方式。1.3.

15、4.2 空調(diào)機組空調(diào)機組由新風閥、回風閥、排鳳閥、過濾器、表冷器盤管、送風機組成。控制系統(tǒng)的現(xiàn)場元件由風道溫濕度傳感器、壓差開關、風閥執(zhí)行器、電動調(diào)節(jié)閥組成。具體監(jiān)控內(nèi)容如下：l 運行狀態(tài)l 故障報警l 手/自動狀態(tài)l 啟/?？刂苐 濾網(wǎng)壓差報警l 防凍報警l 回風溫濕度l 送風溫濕度l 水閥調(diào)節(jié)l 新風閥調(diào)節(jié)l 回風閥調(diào)節(jié)通過安裝在機房內(nèi)的直接數(shù)字式控制器DDC，由內(nèi)部預先編寫的軟件程序來進行自動節(jié)能及控制功能：l 按軟件程序控制風機的啟停；l 根據(jù)室內(nèi)溫度與設定值的偏差，用比例積分微分等運算規(guī)律來控制回水電動二通閥的開度；l 當風機停止后，回水電動二通閥返回全閉位置；l 監(jiān)測風機手/自動轉(zhuǎn)

16、換狀態(tài)，確認空調(diào)機組風機現(xiàn)是否處于樓宇自控系統(tǒng)控制之下，同時可減少故障報警的誤報率；l 當機組處于樓宇自控系統(tǒng)控制時，可控制風機的啟停；l 過濾網(wǎng)淤塞報警，DDC 控制器會監(jiān)察過濾網(wǎng)兩端的壓差，當過濾網(wǎng)淤塞時，兩端的壓差有變化，超過設定值就以聲光報警形式在操作站上顯示，以提醒操作人員安排有關人員做檢修工作。l 調(diào)節(jié)新/回風閥門，冬夏季節(jié)在保證滿足空調(diào)空間新風量需求的前提下，盡量減少室外新風的引入，以達到充分節(jié)能的目的；在過渡季節(jié)，通過調(diào)節(jié)新、回風閥門，充分利用室外新風，一方面可推遲用冷/熱水的時間可達到節(jié)能的目的，另一方面可增加空調(diào)區(qū)域內(nèi)人員的舒適感；l 通過對安裝于水盤管回水側二通電動調(diào)節(jié)閥

17、的自動調(diào)整，保證空調(diào)機組供冷/熱量與所需冷/熱負荷相當，減少能源浪費；焓值控制：通過對安裝于水盤管回水側二通電動調(diào)節(jié)閥的自動調(diào)整，實現(xiàn)對回風溫度的控制，DDC 控制器會監(jiān)測回風溫度并將它與預設的溫度值（可供用戶調(diào)較）作比較，進行PID運算，然后輸出至冷/熱水或熱水閥門，以作溫度調(diào)節(jié)作用。另外冷/熱水閥門會與風機狀態(tài)聯(lián)鎖，在沒有風機狀態(tài)的情況下，夏天將冷/熱水閥門關死，冬季保留熱水閥門30%的開度。這樣，既滿足了節(jié)能的需要，又能對水盤管起到保護作用。新風閥全開后，如果室溫仍超過設定值上限，則說明只靠新風冷源已不能承擔室內(nèi)全部冷負荷，因此必須對空調(diào)機組供冷/熱水。在這時有兩種情況將決定新回風比的控

18、制： （1）通過測量室內(nèi)外溫濕度，計算出室內(nèi)外空氣焓值，當室內(nèi)空氣焓值大于室外空氣焓值時，很顯然機組處理全新風的耗冷量小于利用回風時的耗冷量，因此這時應采用全新風，新風及排風電動閥全開，回風電動閥全關，同時室溫控制冷/熱水閥。這種情況即是夏季過渡季的控制方式；（2）如果這時室內(nèi)空氣焓值小于室外空氣焓值，則說明利用回風是更節(jié)能的方式。這時應采用最小新回風比，室溫仍然控制冷/熱水閥，自控系統(tǒng)由此進入夏季工況的控制。夏季狀態(tài)向冬季狀態(tài)過渡時的轉(zhuǎn)換過程與上述正好相反。為了防止系統(tǒng)振蕩，在工況轉(zhuǎn)換過程中，各轉(zhuǎn)換邊界條件留有適當?shù)牟混`敏區(qū)。安裝在機房內(nèi)的直接數(shù)字式控制器將按內(nèi)部預先編寫的軟件程序來滿足空調(diào)

19、機的自動控制和操作順序。以上工作狀況通過網(wǎng)絡通訊可將現(xiàn)場情況用文字或圖形顯示于中央控制室內(nèi)的中控機的彩色顯示屏上，供操作人員隨時使用，其中的重要數(shù)據(jù)可通過打印機打印出來作為記錄。1.3.4.3 新風機組新風機組由新風閥、過濾器、表冷器盤管、送風機組成?？刂葡到y(tǒng)的現(xiàn)場元件由送風溫度傳感器、壓差開關、風閥執(zhí)行器、電動調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥組成。具體監(jiān)控內(nèi)容如下：1) 運行狀態(tài)2) 故障報警3) 手/自動狀態(tài)4) 啟/?？刂?) 濾網(wǎng)壓差報警6) 防凍報警7) 送風溫濕度8) 水閥調(diào)節(jié)9) 新風閥控制通過安裝在機房內(nèi)的直接數(shù)字式控制器DDC，由內(nèi)部預先編寫的軟件程序來進行自動節(jié)能及控制功能：l 按軟件程序控制風

20、機的啟停；l 根據(jù)室內(nèi)溫度與設定值的偏差，用比例積分微分等運算規(guī)律l 來控制回水電動二通閥的開度；l 當風機停止后，回水電動二通閥返回全閉位置；l 監(jiān)測風機手/自動轉(zhuǎn)換狀態(tài)，確認新風機組風機現(xiàn)是否處于樓宇自控系統(tǒng)控制之下，同時可減少故障報警的誤報率；l 當機組處于樓宇自控系統(tǒng)控制時，可控制風機的啟停；l 過濾網(wǎng)淤塞報警，DDC 控制器會監(jiān)察過濾網(wǎng)兩端的壓差，當過濾網(wǎng)淤塞時，兩端的壓差有變化，超過設定值就以聲光報警形式在操作站上顯示，以提醒操作人員安排有關人員做檢修工作。l 通過對安裝于水盤管回水側二通電動調(diào)節(jié)閥的自動調(diào)整，保證空調(diào)機組供冷/熱量與所需冷/熱負荷相當，減少能源浪費；以上各種監(jiān)控功

21、能均在工作站上以圖形和數(shù)字的形式進行顯示，并可累計工作時間，打印記錄，提供維修保養(yǎng)單。1.3.4.4 送排風機具體監(jiān)控內(nèi)容如下：1) 運行狀態(tài)2) 故障報警3) 手/自動狀態(tài)4) 啟/?？刂骑L機的開關控制主要是通過BA系統(tǒng)預設的時間表來進行啟?？刂频?。 在一些特別的情況，如加班情況，風機有需要在預先設定時間表之外的時間啟動，用戶可選擇在BAS操作站上手動啟停風機。l 風機連鎖控制 BA 系統(tǒng)允許用戶自行設定風機狀態(tài)與控制之間的連鎖監(jiān)察功能。 在設定此功能后， BA 系統(tǒng)會自動監(jiān)察風機的狀態(tài)是否與控制要求一致， 如果不一致時， BA 系統(tǒng)會同時定義此狀態(tài)點與控制點是故障的， 并以聲光報警形式在操

22、作站上顯示， 以提醒操作人員做出相應的處理工作。 而 BA 系統(tǒng)也會將有關的事項一一記錄， 以作日后檢查之用。 l 風機跳閘報警監(jiān)察DDC 控制器會監(jiān)察風機跳閘報警。 在有報警時， 停下風機并以聲光報警形式在操作站上顯示， 以提醒操作人員安排有關人員做檢修工作。 而 BA 系統(tǒng)也會將有關的事項一一記錄，以作日後檢查之用。l 風機狀態(tài)監(jiān)測BA 系統(tǒng)對風機運行時間予以積累，并允許用戶自行設定測量設備的累積運行時間， 以便維修人員在設備運行至一定時間後， 進行維修工作。l 風機手/自動狀態(tài)監(jiān)測BA 系統(tǒng)對風機處于手動或自動狀態(tài)進行監(jiān)測。當處于手動狀態(tài)，用戶在中控室無法對風機的啟停進行遙控；處于自動狀態(tài)時則可以遙控。不同的狀態(tài)在操作站上有不同的顯示，而 BA 系統(tǒng)也會將有關的事項一一記錄，以作日後檢查之用。1.3.4.5 給排水系統(tǒng)1、 給水系統(tǒng)具體監(jiān)控內(nèi)容如下：生活水泵1) 運行狀態(tài)2)