能源中心楼宇自控系统.doc

第17章 能源中心楼宇自控系统17.1系统概述17-217.2需求分析17-217.3设计依据17-317.4设计原则17-317.5系统设备选型17-417.6系统设计方案17-517.6.1系统简介17-517.6.2系统主要特点17-617.6.3系统控制点位设计17-717.6.4冷热源系统17-1417.6.5空调通风系统17-1817.6.6给排水系统17-1817.6.7变配电系统17-1917.6.8照明系统17-1917.6.9第三方通讯接口17-2017.7主要设备清单17-2017-21Seu Intelligengce System Co.,LTD. 17.1 系统概述 随着现代电子技术、网络技术、控制技术以及计算机软件技术的高速发展，对于能源中心的结构、系统、服务及管理的最优化组合要求越来越高，要求提供一个合理、高效、节能、舒适的环境。设备出现故障时，楼宇自控系统能够及时知道何时何地出现几种故障，使故障消除在萌芽状态。由于能源中心内机电设备较多，且分散在楼层各个角落，如果采用就地监测和人为操作，必将占用大量人力资源，特别是动态调节环节，人工无法实现。我们采用集散式楼宇设备自动控制系统，利用现代控制技术、网络技术等实现对所有机电设备进行监控，就能确保设备的安全运行，实现自动化管理和节能，同时提高整体的舒适感以及办公人员的工作效率。楼宇设备自动控制系统对体育中心内能源中心所有机电设备采用现代化计算机控制技术进行全面有效的监控和管理，确保能源中心内所有设备处于高效节能、安全可靠的最佳运行状态、创造安全、舒适、高效的环境。17.2 需求分析能源中心作为一座集楼宇自控、消防、安保及诸多子系统于一体的综合性智能化大楼，其对于楼宇设备自动控制系统有很高的要求，它不仅需要对大楼内的所有的机电设备如空调通风设备、变配电、照明设备、给排水设备及各类机电设备等进行统一管理，而且这些设备还需与其它的智能化子系统进行通讯及所需要的联动控制，以致力于创造一个高效、节能、舒适、高性能价格比、温馨而安全的工作环境。根据我们的设计经验，将对能源中心以下系统进行监视和控制：冷热源系统、空调通风系统、给排水系统、变配电系统、电梯及照明系统等。对于公共照明设计一个网关接口，以便日后与比赛场地照明控制系统联网。设计内容如下： 热源系统（燃气真空锅炉，电锅炉）控制 冷源系统（冷冻机，冷却塔）控制 热交换系统（板换，储水箱）控制 给排水系统控制 其他需集成的网关接口具体如下： 对空调系统设备、通风设备及环境监测系统等运行工况的监视、控制、测量、记录 对动力设备进行监视和控制 对给排水系统的给排水设备、饮水设备及污水处理设备等运行工况的监视、控制、测量、记录 对热力系统的热源设备等运行工况的监视、控制、测量、记录 对安全防范系统、火灾自动报警与消防联动控制系统运行工况进行必要的监视及联动控制17.3 设计依据 民用建筑电气设计规范JGJ16-2008 智能建筑设计标准GB/T50314-2006 综合布线系统工程设计规范GB 50311-2007 综合布线系统工程验收规范GB 50312-2007 采暖通风与空气调节设计规范GB 50019-2003 以太网100Base-T标准IEEE802.3u 千兆以太网标准IEEE802.3z17.4 设计原则技术的先进性和实用性：由于技术的迅速发展，技术和设备的淘汰速度也越来越快，为了延长建筑物及其设备的寿命，在可能的条件下尽量采用国际上先进的、成熟的、实用的技术和设备。开放性和互操作性：由于设备的多样化、技术的复杂性和市场的竞争力，为达到最优的组合和性价比，在一个完善的楼宇自控系统中往往需要不同厂家的产品。因此，我们的系统允许不同厂家的产品很容易地运用到同一系统，谐调运转。如果选择地系统是封闭式的，不能和别的厂家产品互联，就会给系统的维护、扩展、更新带来麻烦。生命周期成本：由于一个建筑物的寿命周期是几十年、上百年，在建筑物的生命周期内必然会有维护、改造、扩展等问题。楼宇自控系统最初的设备、软件和安装费用，只占其整个生命周期成本的一小部分。因此，我们选择的控制系统必须易维护、改造、扩充，使整个生命周期中的再投入降到最低。可集成性：90年代以来，智能基地向智能化的综合管理发展，其发展方向使BAS、OAS和CNS集成到一个图形操作界面上进行整个大厦的全面监视、控制、和管理过渡，以提高大厦的全局功能和物业管理的效率，实现信息的综合共享。因此，在选择楼宇自控系统使一定要考虑可集成性。安全性：系统的构成必须保证系统和信息的高度安全性。采取必要的防范措施，使整个系统受到有意或无意的非法入侵时所造成的对系统的破坏的可能性最小。可靠性和容错性：根据具体设备的功能、重要性等分别采取冗余、容错等技术，确保系统运行的高可靠性，使其长期处于稳定的工作状态。经济性和易维护性：系统应具有较高的性价比，除此之外要有良好的人机界面，具有操作简单，维护方便等。绿色环保：能否采用先进的节能技术，充分利用自然气候条件降低能耗。17.5 系统设备选型经过本项目建筑设备监控系统部分的认真研究，根据招标文件及图纸要求并结合我公司多年来的施工经验，本系统我们选用西门子品牌的楼控产品。西门子楼控产品具有如下特点：1) 节能一般而言，一幢大型建筑的空调系统的能量消耗几乎占整个建筑的绝大部分，特别是冷热源机组、空调机组、照明等，如何使这些设备高效运行，是楼宇设备自动控制系统必须考虑的问题。因此，本系统采用最优化的控制模式来满足大楼的功能要求，有资料证明，该节能率可达到30，将会为大楼物业带来很大的经济效益。2) 节约人力，提高工作效率作为一幢大型建筑，大楼内机电设备数量和型号众多，并且分布于大楼的各个楼层，采用楼宇设备自动控制系统统一管理这些设备，只需在工作站上就可监控所有设备的运行情况，并且可以通过设定时间让BA系统自动对设备定时控制。3) 延长设备寿命利用BAS系统的软件功能，自动累计各种机电设备的运行时间，在可以利用备用设备的情况下，自动循环使用常用设备和备用设备,这样可以延长它们的使用寿命。4) 保证舒适的环境BAS的优点不仅在于对设备的监控，还可对特定的对象如环境温度进行精确的自动控制。对空调系统就可通过回风温度与设定温度比较，采用PID方式调节水阀来保持回风温度的恒定，以创造一个舒适环境。17.6 系统设计方案17.6.1 系统简介本系统由中央站计算机、干线连接器及现场数字控制器构成，组成分布式体系结构。管理级由中央监控电脑配以系统管理软件和干线连接器组成；智能控制级则由DDC和扩展模块连接而成。控制器与中央计算机以普通双绞线通过通用干线连接器连接。智能控制级则直接与现场控制元件（阀门执行器，继电器接点）、传感元件（温度、湿度、二氧化碳传感器）连接。系统的这种网络结构实现了目前流行于楼宇自控系统中“分散控制，集中管理”的控制模式。这种自控模式不仅便于系统的扩充，而且每个子站的工作都是独立的，这样就大大减少了系统故障的几率和范围。具有高可靠性、灵活性、先进性。系统管理总线采用10兆高速以太网，保证了整个系统的高速运行。除对标准及以往的设备的网络管理功能外，系统还提供：1) 完整的图形化用户界面.2) 同步、保存和备份控制器的数据库3) 密码保护4) 数据收集并提供企业级的信息交换5) 全局时间及中央时间表的同步功能6) 报警的处理及传递7) 对所有的标准能量管理功能的广泛支持8) 自定义对非标准控制程序的支持9) 支持通过IP地址网络与正在运行的工作站之间的在线通信10) 支持通过直接读取工作站的数据库而达到的离线通信11) 基于磁碟的程序库，支持网络及本地浏览，包含建立工作站数据库的节点、图像、复杂控制程序等资源。12) 拥有基于HTML格式的帮助系统，包含一整套在线系统文件浏览器WorkPlace Pro以太局域网干线连接器浏览器企业服务器其他控制系统LON BusBACnet 系统17.6.2 系统主要特点1) 便于访问互联网提供了舒适的操作环境，用户普遍熟悉互联网并了解如何应用用户可从任何地方访问他们的系统2) 成本更低比传统的客户/服务器型应用程序具有优势当客户数量增加时，优势更为明显3) 真正的平台集成构造可与不同硬件设备兼容4) 具备集成LON和BACnet的能力Modbus, DDE和SNMP 驱动程序提升集成方案能力WorkPlace Pro 提供迅速开发集成方案的工具目标库的设立便于方案重复使用，减少方案加工时间5) 数据集成功能可与多个协议，多种设备连接可实现控制系统数据与企业应用程序间集成应用程序开发可适应任何实际要求企业层信息共享采用行业统一标准协议 - TCP/IP, HTTP语言 - HTML, XML数据访问 - ODBC, JDBC17.6.3 系统控制点位设计根据我们的设计经验，将对能源中心以下系统进行监视和控制：冷热源系统、空调通风系统、给排水系统、变配电系统、电梯及照明系统等。具体的监控点表如下：楼 宇 自 动 化 控 制 系 统 总 点 数 表模 拟 输 入 (AI)数 字 输 入 (DI)模拟输出(AO)数 字 输 出 (DO)楼宇自动化设备管理系统设备说明TH1TH2TH3TH4TH5TH6TH7PS1PS2PS3PS4PS5FI1FI2调节阀HV-1反馈调节阀HV-2反馈调节阀HV-3反馈调节阀HV-4反馈调节阀HV-5反馈补液泵1运行状态补液泵1故障补液泵2运行状态补液泵2故障调节阀HV-1控制调节阀HV-2控制调节阀HV-3控制调节阀HV-4控制调节阀HV-5控制补液泵1开关控制补液泵2开关控制设备数量111111111111111111111111111111蓄热系统111111111111111111111111111111小计19452汇总30模 拟 输 入 (AI)数 字 输 入 (DI)模拟输出(AO)数 字 输 出 (DO)楼宇自动化设备管理系统设备说明水流量计流量开关蝶阀运行状态蝶阀故障蝶阀开关控制设备数量36333333系统36333333小计372033汇总108模 拟 输 入 (AI)数 字 输 入 (DI)模拟输出(AO)数 字 输 出 (DO)楼宇自动化设备管理系统设备说明空调冷热水二次循环泵变频故障生活热水二次循环泵变频故障蓄热热水循环泵变频故障空调冷热水一次循环泵变频故障空调冷热水二次循环泵运行状态生活热水二次循环泵运行状态蓄热热水循环泵运行状态空调冷热水一次循环泵运行状态空调冷水一次循环水泵运行状态空调冷水一次循环水泵故障冷却水循环水泵运行状态冷却水循环水泵故障生活热水一次循环水泵运行状态生活热水一次循环水泵故障空调冷热水二次循环泵变频控制生活热水二次循环泵变频控制蓄热热水循环泵变频控制空调冷热水一次循环泵变频控制空调冷水一次循环水泵控制冷却水循环水泵控制生活热水一次循环水泵控制设备数量127541275455554412754554地下一层机房小计842814汇总126模 拟 输 入 (AI)数 字 输 入 (DI)模拟输出(AO)数 字 输 出 (DO)楼宇自动化设备管理系统设备说明方形横流式冷却塔(450CMH)供水温度方形横流式冷却塔(450CMH)回水温度方形横流式冷却塔(600CMH)供水温度方形横流式冷却塔(600CMH)回水温度空气加热器(SRL 15*7/2)供水温度空气加热器(SRL 15*7/2)回水温度空气加热器(SRL 12*6/2)供水温度空气加热器(SRL 12*6/2)回水温度空气加热器(SRL 15*10/2)供水温度空气加热器(SRL 15*10/2)回水温度电动防火密闭阀运行状态电动防火密闭阀故障导管式通风扇运行状态导管式通风扇故障电动防火密闭阀开关控制导管式通风扇开关控制设备数量1122111122111111地下一层采暖1122111122111111小计1442汇总20模 拟 输 入 (AI)数 字 输 入 (DI)模拟输出(AO)数 字 输 出 (DO)楼宇自动化设备管理系统设备说明蝶阀运行状态蝶阀的故障蝶阀的控制设备数量333锅炉房333小计63汇总9模 拟 输 入 (AI)数 字 输 入 (DI)模拟输出(AO)数 字 输 出 (DO)楼宇自动化设备管理系统设备说明室外压力传感器室外风速传感器室外温度传感器室内湿度传感器设备数量1126室外计算参数1126小计10汇总10总计463317054共设计303个点，其中46个AI点，33个DI点，170个AO点，54个DO点。17.6.4 冷热源系统监控内容： 监测冷水机组：手/自动状态、运行状态、故障状态、水过滤器压差报警状态、电动蝶阀的开关状态 监测冷却水泵、冷冻水泵：手/自动状态、运行状态、故障状态、水流状态及水过滤器压差报警状态 监测冷却塔风机：手/自动状态、运行状态、故障状态；冷却塔供/回水总管的温度；冷却塔电动蝶阀的开关状态 监测冷冻水系统供水、回水总管的温度、压力、供回水总管的流量 监测膨胀水箱的高低液位 监测热交换器的供水温度 监测热水循环泵：手/自动状态、运行状态、故障状态、水流状态 监测热水供水、回水的温度、压力、供回水总管的流量 控制冷水机组的启停 控制冷冻水泵的启停 控制冷却水泵的启停 控制冷却塔风机的启停 控制冷水机组的电动蝶阀的开关 控制冷却塔的电动蝶阀的开关 控制冷冻水系统供/回水总管的电动调节旁通水阀 控制热水泵的启停 控制热水系统供水管电动水阀的调节控制程序： 系统通过DDC控制器远程启停冷水机组、循环水泵，以提高日常工作效率，并为冷水机组的群控提供条件。 系统在冷冻水的供回水总管上安装温度和流量传感器，根据传感器测定值计算系统的负荷需求，从而决定冷水机组的启停台数。 机组连锁控制：在机组进水口处安装电动蝶阀以及水过滤器压差报警开关。冷水机组：根据冷却水蝶阀开启，冷却塔开启，冷却水泵开启，冷冻泵流量信号反馈，开冷冻水泵，流量开关反馈开冷水机组；当冷水机组停止，关闭冷冻水泵，关冷冻水蝶阀，关冷却水泵，关闭冷却塔，关冷却水蝶阀。 压力平衡：系统在冷冻水集水器及分水器之间安装电动调节旁通阀和供回水压力传感器，根据传感器测定值与DDC控制器设定值相比较调节电动旁通阀的开度，以此根据末端用户的负荷变化维持系统的压力平衡。 系统监测并记录循环水泵的运行状态、故障报警及手自动状态；当设备发生故障时，系统会以声光报警的形式反馈至上位部分，便于工作人员随时观察和分析。 冷水机组群控：冷水机组群控流程主要由四个控制功能块组成，顺序启停设备、负荷控制、设备自动切换、故障自动切换。 顺序启停设备机组的投入或退出运行的过程是按预先编制的控制程序进行的。当机组需要投入时，控制程序首先打开该机组对应的蝶阀。在得到各蝶阀打开状态信号后，延时30秒启动相应的水泵，在得到相应的水流状态信号后，延时5分钟启动机组。开车程序如下：开车指令 打开蝶阀 得到阀打开信号后延时30秒 启动水泵 水流开关信号返回后 启动机组。当机组需要退出运行时，先关闭机组，延时20分钟后关闭相应的水泵，再延时1分钟关闭各相应的蝶阀。停车程序如下：停车指令 关闭机组 延时20分种 关闭水泵 延时1分钟 关闭蝶阀。热交换机组出水控制：由热水温度设定值与供水管的温度值比较作PID运算，控制电动水阀的开度。 负荷控制冷水机组的负荷控制实际上是冷水系统群控过程中的一个主要控制环节，通过DDC采集的送水总管上的温度传感器、回水总管上温度传感器和流量传感器，计算出建筑物实际的冷量RT需求，设定一个冷量比较点RT1和RT2，RT1是两台机组的设计冷量，RT2是三台机组的设计冷量和，比较实际的冷量RT和设定冷量RT1/RT2：当RTRT1时，启动一两台冷水机组（由DDC自动选择运行时间最小的机组）；当RT1RTRT2时，启动第三台冷水机组。 设备自动切换为确保设备的基本一致的平均运行时间，优先启动运行时间最小的设备，任何一台设备连续工作时间超过预先设定值后，将自动切换到另一台。 故障自动切换任何一台设备运行过程中发生故障或启动失败，自动启动下一台设备，同时发出故障报警信息到BA主机。 集中监测冷水机组的各种内部参数，包括冷水机组的手自动状态，各种运行参数，及机组的各类报警信息。当设备发生故障时，系统会以声光报警的形式反馈至上位部分，便于工作人员随时观察和分析。 冷却塔控制冷却塔的投入使用是由冷冻机启动时，由控制程序打开相应的冷却塔进出水蝶阀确定的。投入运行的冷却塔风机是由冷却水总回水管的温度传感器决定。当温度在一定范围内时依次投入风机运行。当风机发生故障时，将发出报警到BAS终端，并且锁定该风机。在排除风机故障后，必须在控制软件相应的复位点复位后才能重新投入自动运行。冷却塔台数控制流程图如下：冷却塔数量3210冷却水温度26283032当冷却水回水温度低于某设定值时，冷却水供回水旁通管上的电动蝶阀开启，使冷却水旁路后直接流回冷冻机。系统可以累计各个设备的运行时间，根据累计结果控制开启运行时间较短的设备，均衡设备的运行时间，提高设备的使用寿命。 压差旁通控制水系统设有一个末端需进行压差旁通控制。在空调水总供回水管间加旁通调节，通过测量供回水的压力的信号计算出供回水压差值，从而调节电动旁通阀，维持系统供水压力的稳定。将旁通压差测量值与压差设定值比较后通过PID调节回路输出控制供回水旁通阀的开度。从而使供回水压差保持在设定值。下示图例显示阀门的比例调节曲线：旁通阀开度供回水压差050100请注意：以上图示为比例调节,为提高调节精度可适当设定积分和微分常数 水泵监测控制系统通过水泵电控箱的干接点信号监测泵的运行情况，按工艺要求启停泵，备用泵会在其它泵故障时自动投入运行。并能累积运行时间，提醒维修等。 换热器控制监测换热器二次侧的出水温度，将出水温度测量值和设定值比较后，通过PID控制回路输出信号调节一次侧蒸汽阀门的开度，保持出水温度稳定在设定值上。下示图例显示阀门的比例调节曲线：热水温度 C%阀门开度0 50100热水恒温控制请注意：以上图示为比例调节，为提高调节精度应设定积分常数。控制系统根据回水和供水温度的变化趋势决定开启一台或二台换热器及相应12台热水循环泵。开启顺序是：开换热器出水阀 开热水循环泵 允许调节阀动作。关闭顺序是：关调节阀 停热水循环泵 关出水阀。 膨胀水箱液位控制测量膨胀水箱液位，在BAS操作终端上设定高低液位值，使低液位时开膨胀水箱的进水泵；高液位时停泵。同时系统监测水泵的运行状态和故障状态。中央监控系统可在监控软件上动态、彩色、实时显示供、回温度、水泵开关状态，热泵机组、水泵故障和状态等。并可强制启停热泵机组、水泵。记录并可打印报警信息，参数趋势等资料。17.6.5 空调通风系统主要控制点如下：通过BMS系统达到监控功能：监测点：-低噪声柜式离心风机手/自动状态-低噪声柜式离心风机运行状态-低噪声柜式离心风机故障报警控制点：-低噪声柜式离心风机启停控制控制程序： 系统远程启停排风机，监测并记录排风机的运行状态、故障报警及手自动状态；当设备发生故障时，系统会以声光报警的形式反馈至上位部分，便于工作人员随时观察和分析。 各类需控制风机可按排定的工作及节假日时间程序自动启/停控制；中央监控系统可在监控软件上动态、彩色、实时显示风机故障和状态等。并可强制启停风机。记录并可打印报警信息，参数趋势等资料。17.6.6 给排水系统监测点：消防水泵运行状态消防水泵故障报警喷淋泵运行状态喷淋泵故障报警消防水箱高低水位报警消防水池高低水位报警集水井高水位报警排水泵手/自动状态排水泵运行状态排水泵故障报警控制程序：系统监测水箱的高、低液位。当水箱在低液位时，开启水泵；当水箱在高液位时，关闭水泵。同时系统监测水泵的电气运行状态、故障状态；当设备发生故障时，系统会以声光报警的形式反馈至上位部分，便于工作人员随时观察和分析。系统监测集水井的高液位。当集水井在高液位时，开启潜水泵；当集水井在超高液位时，提醒工作人员马上至现场排除故障。同时系统监测潜水泵的电气运行状态、故障状态；当设备发生故障时，系统会以声光报警的形式反馈至上位部分，便于工作人员随时观察和分析。系统可以累计各个设备的运行时间，根据累计结果控制开启运行时间较短的设备，均衡设备的运行时间，提高设备的使用寿命。17.6.7 变配电系统对于变配电系统本次设计将通过接口的方式来读取相关数据从而便于工作人员的操作，整个变配电系统通过接口中央监控系统监视状态点（但不限于以下点）： 电力系统只监不控，整个变配电系统通过中央监控系统监视以下状态点： 低压进线柜：三相电流、三相电压、有功功率、功率因素、频率（AI） 所有高压、低压进线柜的开关状态、故障跳闸状态（DI） 变压器超温报警（DI）17.6.8 照明系统监视点：-亮化照明回路的控制：手自动状态、启停控制控制程序：装于相关机房之现场控制器(DDC)， 按内部预先编写之软件程序自动实施控制如下: 按时间定时开关； 按程序开关；BAS系统根据预编的程序对照明回路进行控制，监测照明回路的运行及手自动状态。对于不同区域的照明，可按时间表，采用不同预设效果的照明。可根据时间表和节假日对室外泛光照明和场地景观照明进行不同