樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng) (BAS Building Automation System),簡(jiǎn)稱(chēng)為樓控系統(tǒng),又稱(chēng)為建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng),是建筑智能的重要組成部分,將對(duì)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(pán)管、水箱水位、照明回路等系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)采集和控制,實(shí)現(xiàn)大廈設(shè)備管理自動(dòng)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(yáng)房地產(chǎn)交易中心位于沈陽(yáng)市中心地帶,總建筑面積53000m2,總投資為6.2億元,樓宇自動(dòng)控制投資為312萬(wàn)元。大廈地上19層,地下2層。其中,地下兩層為停車(chē)場(chǎng),地上1-9層為房地產(chǎn)交易市場(chǎng),10-19層為高級(jí)寫(xiě)字間。是一座對(duì)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(jì)
(1)空調(diào)機(jī)組,共23臺(tái),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(guò)濾器過(guò)濾,加熱(或冷卻)、加濕后送入室內(nèi);
?。?)新風(fēng)機(jī)組,共22臺(tái),分布于9~19層,將新風(fēng)經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾,加熱(或冷卻)、加濕后送人室內(nèi);
?。?)送風(fēng)機(jī)組,共8臺(tái),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(guò)濾器,加熱(僅限于冬天)后送人室內(nèi)
?。?)冷凍/冷卻水系統(tǒng):冷凍站系統(tǒng)共有4臺(tái)冷水機(jī)組、4臺(tái)冷卻泵、4臺(tái)冷凍泵、1個(gè)分水器、1個(gè)集水器位于地下2層,還有4臺(tái)冷卻水塔(每臺(tái)有三個(gè)風(fēng)機(jī))位于樓頂屋面;
?。?)換熱站:在地下2層,有2臺(tái)平板式換熱器,兩臺(tái)空調(diào)熱水循環(huán)泵;
(6)給排水:有一個(gè)生活水池、6臺(tái)生活水泵位于地下2層,11個(gè)積水坑(每個(gè)積水坑有兩個(gè)污水泵,一用一備),分布于地下1層和地下2層;
?。?)熱風(fēng)幕:共36臺(tái)熱風(fēng)幕,分布于地下1層、地上1層和3層;
?。?)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(gè)回路,泛光照明控制20回路;
?。?)變配電:變電所在地下1層,共有4臺(tái)變壓器。需要監(jiān)測(cè)每臺(tái)參數(shù);
(10)風(fēng)機(jī)盤(pán)管:共有362個(gè)風(fēng)機(jī)盤(pán)管,分布于9~19層;(11)排風(fēng)機(jī):共有16臺(tái)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(shí)施我們選擇西門(mén)子的頂峰產(chǎn)品來(lái)完成沈陽(yáng)房地產(chǎn)交易中心的樓宇控制工作,購(gòu)置了2臺(tái)MBC、28臺(tái)MEC、22臺(tái)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(tái)MEC用來(lái)控制兩臺(tái)自主機(jī)組。DPU用來(lái)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(duì)各種設(shè)備的集中管理,我們?cè)跇怯羁刂浦行陌惭b了1臺(tái)康柏電腦、1臺(tái)LQl600KⅢ打印機(jī)。
按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定完成布線(xiàn)和設(shè)備安裝I作以后,就可以實(shí)施對(duì)各種設(shè)備的監(jiān)控了。下面分別說(shuō)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(shí),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(pán)管供水閥門(mén)的開(kāi)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?yàn)槭彝庑嘛L(fēng)溫度在大多數(shù)情況下都與設(shè)定值相差較多,無(wú)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(cè)的結(jié)果,由程序自行調(diào)節(jié)新風(fēng)閥的開(kāi)度,既可保證室內(nèi)空氣質(zhì)量,又可避免能量的浪費(fèi)。在春秋過(guò)渡季節(jié),因無(wú)需溫度調(diào)節(jié),可將新風(fēng)閥全開(kāi),以獲得盡可能多的新鮮的空氣。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和軟件,可以實(shí)現(xiàn)在中央控制室對(duì)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(bào)警、過(guò)濾阻塞報(bào)警、盤(pán)管低溫報(bào)警等傳到中央控制室的控制主機(jī)上,一旦有報(bào)警發(fā)生,程序?qū)⑹宫F(xiàn)場(chǎng)控制器做出關(guān)機(jī)和開(kāi)水閥等保護(hù)動(dòng)作,以免設(shè)備受損。
3.2 新風(fēng)機(jī)組因?yàn)樾嘛L(fēng)機(jī)組和送風(fēng)機(jī)組無(wú)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(duì)新風(fēng)機(jī)組和送風(fēng)機(jī)組來(lái)說(shuō),只要機(jī)組工作,新風(fēng)閥就得全開(kāi),不需要調(diào)節(jié),所以選用開(kāi)關(guān)式風(fēng)閥驅(qū)動(dòng)器。因?yàn)檫M(jìn)來(lái)的都是新風(fēng),所以不用監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量。其它情況與空調(diào)機(jī)組相同?!?/div>
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(diǎn):其一,送風(fēng)機(jī)是為地下車(chē)庫(kù)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(shí)必須啟動(dòng),當(dāng)消防系統(tǒng)啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)時(shí),新風(fēng)閥必須隨之全開(kāi)。為此,我們使用控制風(fēng)機(jī)啟/停的主接觸器的輔助觸點(diǎn)的開(kāi)/閉來(lái)控制新風(fēng)閥的開(kāi)/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(diǎn)數(shù)量多、類(lèi)型復(fù)雜。我們利用一臺(tái)MEC-40、若干模塊、若干前端設(shè)備加上我們?cè)贗nsigh基礎(chǔ)上開(kāi)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(shí)間間隔啟/停各種設(shè)備,我們的控制順序如下:開(kāi)機(jī):開(kāi)冷卻水閥門(mén)—開(kāi)冷卻塔風(fēng)機(jī)—開(kāi)冷卻水泵—開(kāi)冷凍水閥門(mén)—開(kāi)冷凍水循環(huán)泵—開(kāi)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(mén)—關(guān)冷卻塔風(fēng)機(jī)—關(guān)冷卻水泵—關(guān)冷卻水閥門(mén)。
冷凍機(jī)組運(yùn)行時(shí),隨時(shí)檢測(cè)冷凍/冷卻水的水流狀態(tài),一旦有冷凍或冷卻水停止流動(dòng),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(tái)冷凍機(jī)組的啟/停,而且還可以使整個(gè)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(cè)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(dòng)開(kāi)關(guān)冷凍機(jī)組;根據(jù)管理的要求自動(dòng)切換4臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行次序,累計(jì)每臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間,自動(dòng)選擇運(yùn)行時(shí)間最短的機(jī)組運(yùn)行,使每臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間基本相等,以延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。自動(dòng)監(jiān)測(cè)各關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),故障報(bào)警,并按照實(shí)際情況自動(dòng)啟動(dòng)備用設(shè)備;根據(jù)總管水流量及供/回溫度,計(jì)算系統(tǒng)總負(fù)荷來(lái)控制空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。當(dāng)負(fù)荷大于一臺(tái)機(jī)組的15%,則第二臺(tái)機(jī)組運(yùn)行。
我們?cè)诜炙骱图髦g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(lái)調(diào)節(jié)冷凍水旁通閥開(kāi)度。確保冷凍水系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定。
我們?cè)诶鋮s水的供/回水總管之間安裝了旁通調(diào)節(jié)閥,通過(guò)調(diào)整冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)和冷卻水供/回水旁通閥開(kāi)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(cè)膨脹水箱水位,當(dāng)水位降到低限時(shí)啟動(dòng)補(bǔ)水泵,當(dāng)水位上升到標(biāo)準(zhǔn)水位時(shí)停補(bǔ)水泵。在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的同時(shí),在中央控制計(jì)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(bào)警。
3.5 熱換站熱換站與冷凍系統(tǒng)共用一個(gè)MBC-40.我們?cè)诠苈返倪m當(dāng)位置安裝了溫度傳感器和熱水調(diào)節(jié)閥。監(jiān)測(cè)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(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)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(kāi)/關(guān)。水位降到低水位時(shí)開(kāi)閥,升到高水位時(shí)關(guān)閥,并做到超低水位(水池將無(wú)水)和超高水位(水將溢出)報(bào)警。 根據(jù)供水管路的壓力,控制供水泵的啟停,監(jiān)測(cè)供水泵的運(yùn)行狀態(tài),故障時(shí)報(bào)警。用水位開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)各積水坑的水位高/低,當(dāng)達(dá)到高水位時(shí)啟動(dòng)排污泵,當(dāng)水位下降到低位時(shí)停泵。每個(gè)積水坑中有兩個(gè)排污泵,程序每次都選擇累計(jì)運(yùn)行時(shí)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(cè)了超限報(bào)警水位,當(dāng)達(dá)到此水位時(shí),系統(tǒng)將報(bào)警,以便工作人員及時(shí)處理。
3.7 熱風(fēng)幕沈陽(yáng)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(lái),造成損壞。廠(chǎng)家提供的電熱幕有兩個(gè)按鍵,分別控制電熱器和風(fēng)扇,可在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)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(diǎn),而控制器的價(jià)格又很高,每增加一個(gè)控制點(diǎn),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(jì)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(kāi)時(shí),輔助回路延遲一段時(shí)間才斷開(kāi)。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(xiàng),就為沈陽(yáng)房地產(chǎn)交易中心節(jié)省了近四萬(wàn)元。在樓控中心計(jì)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(shí),根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間表控制每臺(tái)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(shí),在現(xiàn)場(chǎng)和樓控計(jì)算機(jī)上都可對(duì)熱風(fēng)幕進(jìn)行手動(dòng)啟停。3.8 照明我們利用MBC、DPU、計(jì)算機(jī)和軟件配合,對(duì)每一回路按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間表進(jìn)行控制。必要的時(shí)候,在現(xiàn)場(chǎng)和樓控計(jì)算機(jī)上都可對(duì)每一路燈進(jìn)行手動(dòng)開(kāi)/關(guān)。對(duì)公共走廊和泛光照明也實(shí)現(xiàn)了光控制。即:當(dāng)該處較亮?xí)r不開(kāi)燈。每一路燈的狀態(tài)可在計(jì)算機(jī)上顯示,并可累計(jì)開(kāi)燈時(shí)間。為防止突然燈滅,我們用數(shù)字輸出點(diǎn)的常閉觸點(diǎn)控制燈回路。
3.9 變配電我們監(jiān)測(cè)了全部4臺(tái)變壓器的輸出功率、功率因數(shù)、用電量和次級(jí)回路每相電壓、電流,并可按時(shí)間累計(jì)這些數(shù)值。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流等異常情況時(shí)報(bào)警。所監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)參數(shù)均可在樓控計(jì)算機(jī)上顯示。
3.10 風(fēng)機(jī)盤(pán)管由于風(fēng)機(jī)盤(pán)管在空調(diào)系統(tǒng)中只起微調(diào)作用,各個(gè)房間對(duì)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(pán)管控制器的價(jià)格是普通型的數(shù)倍(362個(gè)風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制器將增加相當(dāng)多的投資),從性能價(jià)格比來(lái)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(pán)管的方式意義不大。所以我們?cè)陲L(fēng)機(jī)盤(pán)管所在房間安裝了手動(dòng)風(fēng)機(jī)盤(pán)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(pán)管分為4組,每組由計(jì)算機(jī)來(lái)控制其電源和水閥,避免樓內(nèi)無(wú)人時(shí)還有許多風(fēng)機(jī)盤(pán)管開(kāi)著造成浪費(fèi)。
3.11 排風(fēng)機(jī)這些排風(fēng)機(jī)平時(shí)用作排風(fēng),火災(zāi)時(shí)用作排煙。為了便于設(shè)備的集中管理,我們?cè)诓挥绊懴老到y(tǒng)的情況下,對(duì)每臺(tái)排風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟??刂?,使其按一定的時(shí)間間隔定時(shí)啟/停。必要的時(shí)候,在現(xiàn)場(chǎng)和樓控計(jì)算機(jī)上都可讓每臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行手動(dòng)啟/停。計(jì)算機(jī)上可對(duì)每臺(tái)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(jì)運(yùn)行時(shí)間。
4、樓宇自控中央管理計(jì)算機(jī)樓控中央控制計(jì)算機(jī)上安裝了樓控管理軟件,我們?cè)诖塑浖A(chǔ)上進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā),使其和各控制器實(shí)現(xiàn)通訊,完成對(duì)各控制器的管理。各種機(jī)電設(shè)備都是在現(xiàn)場(chǎng)控制器MBC、MEC的程序控制下工作的,但必要時(shí),在樓控中央控制計(jì)算機(jī)上可以隨時(shí)改變?nèi)我庠O(shè)備的啟停狀態(tài)。在屏幕上可以實(shí)現(xiàn)三維圖像顯示每臺(tái)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(chǎng)控制器隨時(shí)與樓控中央控制計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù),樓控中央控制計(jì)算機(jī)可顯示所有測(cè)量點(diǎn)如溫度、流量、壓力、壓差等動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖,可監(jiān)視各設(shè)備的工作狀態(tài)和故障報(bào)警。一旦有報(bào)警發(fā)生,現(xiàn)場(chǎng)控制器將做好保護(hù)動(dòng)作,計(jì)算機(jī)發(fā)出聲音,同時(shí)在屏幕上顯示出報(bào)警位置和性質(zhì),以提醒工作人員及時(shí)處理??纱蛴≥敵鲎詣?dòng)記錄及空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷,并可根據(jù)管理部門(mén)要求以不同時(shí)段累計(jì)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(dòng)化控制的大廈相比
?。?)可節(jié)約電能30%以上;
?。?)可節(jié)約60%人力;
?。?)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命;
?。?)可以更充分地滿(mǎn)足用戶(hù)需求。
機(jī)組 風(fēng)機(jī) 水位
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