現(xiàn)代化大廈的樓宇自動(dòng)控制

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樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)（BASBuildingAutomationSystem），簡(jiǎn)稱為樓控系統(tǒng)，又稱為建筑設(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(dòng)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(chǎng)，地上1-9層為房地產(chǎn)交易市場(chǎng)，10-19層為高級(jí)寫字間。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(tái)，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(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(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；（5）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；（7）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；（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(gè)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(tái)變壓器。需要監(jiān)測(cè)每臺(tái)參數(shù)；（10）風(fēng)機(jī)盤管：共有362個(gè)風(fēng)機(jī)盤管，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(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用來控制兩臺(tái)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(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?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(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、過濾阻塞報(bào)警、盤管低溫報(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(dòng)器。因?yàn)檫M(jìn)來的都是新風(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。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。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／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(diǎn)數(shù)量多、類型復(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(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?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／關(guān)。水位降到低水位時(shí)開閥，升到高水位時(shí)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(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(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)主回路繼開時(shí)，輔助回路延遲一段時(shí)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(xiàng)，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(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／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)過壓、欠壓、過流等異常情況時(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(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)盤管控制器的價(jià)格是普通型的數(shù)倍（362個(gè)風(fēng)機(jī)盤管控制器將增加相當(dāng)多的投資），從性能價(jià)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?cè)陲L(fēng)機(jī)盤管所在房間安裝了手動(dòng)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(jì)算機(jī)來控制其電源和水閥，避免樓內(nèi)無人時(shí)還有許多風(fēng)機(jī)盤管開著造成浪費(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（1）可節(jié)約電能30%以上；（2）可節(jié)約60%人力；（3）延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；（4）可以更充分地滿足用戶需求。