现代化大厦的楼宇自动控制

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楼宇自动控制系统（BASBuildingAutomationSystem），简称为楼控系统，又称为建筑设备自动化系统，是建筑智能的重要组成部分，将对整座建筑的空调系统、新风机组、制冷机组、冷却塔、风机盘管、水箱水位、照明回路等系统进行信号采集和控制，实现大厦设备管理自动化，起到集中管理、分散控制、节约能耗的作用。1、工程概况沈阳房地产交易中心位于沈阳市中心地带，总建筑面积53000m2，总投资为6.2亿元，楼宇自动控制投资为312万元。大厦地上19层，地下2层。其中，地下两层为停车场，地上1-9层为房地产交易市场，10-19层为高级写字间。是一座对办公环境要求较高的现代化建筑。2、需要控制的机电设备统计（1）空调机组，共23台，分布于1-10层、17层、18层和地下1层。采用组合式空调机，室内回风与新风混合，经过滤器过滤，加热（或冷却）、加湿后送入室内；（2）新风机组，共22台，分布于9~19层，将新风经过滤器过滤，加热（或冷却）、加湿后送人室内；（3）送风机组，共8台，分布于地下1层和地下2层，夏天送自然风，冬天送热风，将新风经过滤器，加热（仅限于冬天）后送人室内（4）冷冻／冷却水系统：冷冻站系统共有4台冷水机组、4台冷却泵、4台冷冻泵、1个分水器、1个集水器位于地下2层，还有4台冷却水塔（每台有三个风机）位于楼顶屋面；（5）换热站：在地下2层，有2台平板式换热器，两台空调热水循环泵；（6）给排水：有一个生活水池、6台生活水泵位于地下2层，11个积水坑（每个积水坑有两个污水泵，一用一备），分布于地下1层和地下2层；（7）热风幕：共36台热风幕，分布于地下1层、地上1层和3层；（8）照明：照明分为楼内照明和泛光照明，楼内照明控制84个回路，泛光照明控制20回路；（9）变配电：变电所在地下1层，共有4台变压器。需要监测每台参数；（10）风机盘管：共有362个风机盘管，分布于9~19层；（11）排风机：共有16台排风机，分布于地下1层和地下2层。3、楼宇自控工程实施我们选择西门子的顶峰产品来完成沈阳房地产交易中心的楼宇控制工作，购置了2台MBC、28台MEC、22台DPU及若干模块和前端设备。其中MBC和模块分别用于冷站和变电所，每台MEC用来控制两台自主机组。DPU用来控制排污泵、照明回路、排风机等。前端设备分别用于空调机、新风机、冷／热站、积水坑等处，为了便于对各种设备的集中管理，我们在楼宇控制中心安装了1台康柏电脑、1台LQl600KⅢ打印机。按有关标准和规定完成布线和设备安装I作以后，就可以实施对各种设备的监控了。下面分别说明各种设备的监控情况。3.1空调机组当空调机组工作时，控制程序将利用风道温度和湿度传感器cPM65采集的回风温度和湿度与设定的温度和湿度进行比较，利用先进的比例积分微分（PID）算法闭环调节盘管供水阀门的开度（按冬季模式和夏季模式分别调节）和加湿器。由于算法先进，可使振荡最小，并保持精密的控制，始终使室内的温度和湿度接近于设定值。因为室外新风温度在大多数情况下都与设定值相差较多，无论升温还是降温，都要消耗能量：为此，我们根据空气质量检测的结果，由程序自行调节新风阀的开度，既可保证室内空气质量，又可避免能量的浪费。在春秋过渡季节，因无需温度调节，可将新风阀全开，以获得尽可能多的新鲜的空气。通过网络和软件，可以实现在中央控制室对各空调机组进行控制和管理。还可以将各空调机组的风机运行状态、风机故障报警、过滤阻塞报警、盘管低温报警等传到中央控制室的控制主机上，一旦有报警发生，程序将使现场控制器做出关机和开水阀等保护动作，以免设备受损。3.2　新风机组因为新风机组和送风机组无回风，所以风道温度和湿度传感器GFM65安装在送风管道上。对新风机组和送风机组来说，只要机组工作，新风阀就得全开，不需要调节，所以选用开关式风阀驱动器。因为进来的都是新风，所以不用监测空气质量。其它情况与空调机组相同。3.3送风机组送风机组工作情况与新风机组大体相同。区别只有两点：其一，送风机是为地下车库送新风的，不需要调节湿度；其二，送风机组在发生火灾事故时必须启动，当消防系统启动送风机时，新风阀必须随之全开。为此，我们使用控制风机启／停的主接触器的辅助触点的开／闭来控制新风阀的开／关。3.4冷冻与冷却水系统冷冻／冷却水系统由冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、分水器、集水器和冷冻机组等组成。要监控的数据点数量多、类型复杂。我们利用一台MEC-40、若干模块、若干前端设备加上我们在Insigh基础上开发的软件完成这些设备的监控工作。具体控制情况如下：冷冻／冷却水系统由软件控制，严格按规定的顺序和时间间隔启／停各种设备，我们的控制顺序如下：开机：开冷却水阀门—开冷却塔风机—开冷却水泵—开冷冻水阀门—开冷冻水循环泵—开冷冻机组。关机：关冷冻机组—关冷冻水循环泵—关冷冻水阀门—关冷却塔风机—关冷却水泵—关冷却水阀门。冷冻机组运行时，随时检测冷冻／冷却水的水流状态，一旦有冷冻或冷却水停止流动，立即停止冷冻机组运行，以免结冰，造成冷冻机组损坏的严重后果。我们的程序不但可以控制每台冷冻机组的启／停，而且还可以使整个冷站达到最低能耗，达到最低的主机折旧率。在管道的适当位置设置温度传感器，以测量空调水供／回水温度，根据程序或管理的日程安排自动开关冷冻机组；根据管理的要求自动切换4台机组的运行次序，累计每台机组运行时间，自动选择运行时间最短的机组运行，使每台机组运行时间基本相等，以延长机组使用寿命。自动监测各关键设备的运行状态，故障报警，并按照实际情况自动启动备用设备；根据总管水流量及供／回温度，计算系统总负荷来控制空调机组的运行台数。当负荷大于一台机组的15%，则第二台机组运行。我们在分水器和集水器之间安装了旁通调节阀，并在供／回水管路上分别安装了压力传感器，根据冷冻机组供／回水压力差来调节冷冻水旁通阀开度。确保冷冻水系统供水压力稳定。我们在冷却水的供／回水总管之间安装了旁通调节阀，通过调整冷却塔风机运行台数和冷却水供／回水旁通阀开度，使冷却水供／回水温度保持在设定的范围内。补水泵的启停也是由程序控制的。监测膨胀水箱水位，当水位降到低限时启动补水泵，当水位上升到标准水位时停补水泵。在实现自动控制的同时，在中央控制计算机上显示膨胀水箱的水位和补水泵的运行状态，并可做到超低水位报警。3.5　热换站热换站与冷冻系统共用一个MBC-40.我们在管路的适当位置安装了温度传感器和热水调节阀。监测热换器二次侧的供水温度，程序将此温度和设定值进行比较，采用比例积分微分算法闭环调节换热器一次侧的供水流量。在保证供热要求的情况下，尽可能地节约能量。3.6给排水用水位开关监测生活水池的水位，根据设定的高低水位控制供水阀的开／关。水位降到低水位时开阀，升到高水位时关阀，并做到超低水位（水池将无水）和超高水位（水将溢出）报警。根据供水管路的压力，控制供水泵的启停，监测供水泵的运行状态，故障时报警。用水位开关监测各积水坑的水位高／低，当达到高水位时启动排污泵，当水位下降到低位时停泵。每个积水坑中有两个排污泵，程序每次都选择累计运行时间少的泵运行，以确保设备使用均衡。为防止因排污泵等故障，造成污水溢出，我们监测了超限报警水位，当达到此水位时，系统将报警，以便工作人员及时处理。3.7热风幕沈阳房地产交易中心大厦采用的是电热幕，这种电热幕要求电热器关闭后，风扇要继续工作2-3min，以免余热散发不出来，造成损坏。厂家提供的电热幕有两个按键，分别控制电热器和风扇，可在现场手动操作。楼控系统若想控制热风幕有两种方法：其一是用控制器分别控制电热器和风扇。从技术上讲很容易，但要增加一倍的控制点，而控制器的价格又很高，每增加一个控制点，将增加一千元左右的投资，建设方难以接受。另一种方法是将热风幕的供电回路分为主回路和辅助回路，主回路为电热器供电，辅助回路为风扇供电。重新设计一套控制回路，使主回路一接通，辅助回路随之立即接通，而当主回路继开时，辅助回路延迟一段时间才断开。这样做既达到了控制要求，也节省了投资，所以我们选择了这种方法。仅此一项，就为沈阳房地产交易中心节省了近四万元。在楼控中心计算机上，程序首先采集环境温度，当环境温度低于设定值（我们定为IOC）时，根据预先设定的时间表控制每台热风幕的启停，并显示热风幕的工作状态。当有特殊情况时，在现场和楼控计算机上都可对热风幕进行手动启停。3.8照明我们利用MBC、DPU、计算机和软件配合，对每一回路按预先设定的时间表进行控制。必要的时候，在现场和楼控计算机上都可对每一路灯进行手动开／关。对公共走廊和泛光照明也实现了光控制。即：当该处较亮时不开灯。每一路灯的状态可在计算机上显示，并可累计开灯时间。为防止突然灯灭，我们用数字输出点的常闭触点控制灯回路。3.9变配电我们监测了全部4台变压器的输出功率、功率因数、用电量和次级回路每相电压、电流，并可按时间累计这些数值。当出现过压、欠压、过流等异常情况时报警。所监测的各项参数均可在楼控计算机上显示。3.10风机盘管由于风机盘管在空调系统中只起微调作用，各个房间对温度的要求也不统一，很难集中控制。而且，可通讯的风机盘管控制器的价格是普通型的数倍（362个风机盘管控制器将增加相当多的投资），从性能价格比来看，至少在现阶段，采用连网集中管理分散控制风机盘管的方式意义不大。所以我们在风机盘管所在房间安装了手动风机盘管控制器，由各房间人员自行调节。但考虑到节能，我们将这些风机盘管分为4组，每组由计算机来控制其电源和水阀，避免楼内无人时还有许多风机盘管开着造成浪费。3.11排风机这些排风机平时用作排风，火灾时用作排烟。为了便于设备的集中管理，我们在不影响消防系统的情况下，对每台排风机进行启停控制，使其按一定的时间间隔定时启／停。必要的时候，在现场和楼控计算机上都可让每台风机进行手动启／停。计算机上可对每台风机的运行状态和故障状态进行监视，累计运行时间。4、楼宇自控中央管理计算机楼控中央控制计算机上安装了楼控管理软件，我们在此软件基础上进行了二次开发，使其和各控制器实现通讯，完成对各控制器的管理。各种机电设备都是在现场控制器MBC、MEC的程序控制下工作的，但必要时，在楼控中央控制计算机上可以随时改变任意设备的启停状态。在屏幕上可以实现三维图像显示每台设备的系统图，如：冷水机组、水泵、空调机组等。现场控制器随时与楼控中央控制计算机交换数据，楼控中央控制计算机可显示所有测量点如温度、流量、压力、压差等动态趋势图，可监视各设备的工作状态和故障报警。一旦有报警发生，现场控制器将做好保护动作，计算机发出声音，同时在屏幕上显示出报警位置和性质，以提醒工作人员及时处理。可打印输出自动记录及空调系统负荷，并可根据管理部门要求以不同时段累计负荷情况并打印。5、所取得的效果与同等规模，不采用楼宇自动化控制的大厦相比（1）可节约电能30%以上；（2）可节约60%人力；（3）延长设备使用寿命；（4）可以更充分地满足用户需求。